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轴承知识
锻造钢球自动淬火系统设计
2009-12-07作者：高云婷，李攀峰
(河南工业大学)
(河南工业大学)
破碎球磨机具有对物料适应性强、能连续生产，生产能力大，破碎比大等优点，在矿石粉碎过程中被广泛的采用。其原理主要是利用锻造钢球和矿石之间的相互撞击和摩擦来将矿石粉碎，所以提高钢球的耐磨性是必要的。钢球的生产过程一般采用锻造成型后淬火处理的方法来提高其表面硬度增加其耐磨性。淬火前钢球温度的高低决定着淬火后钢球质量的好坏，所以必须对钢球淬火前的温度进行控制。生产工艺过程如图1所示。圆柱形毛坯经加热炉加热至900°c左右，沿着滚道滚动至钢球锻压机经模锻后成为钢球。钢球经滚道滚动至淬火装置。淬火装置剔除废品，合格品沿着滚道滚动至淬火池淬火。
图1
淬火温度一般在820°c左右。传统对钢球淬火前的温度进行测量的方法是采用肉眼观测钢球颜色来推断其温度或用手持式测温仪器测量温度。其缺点人为误差较大，同一批次产品性能不稳定，不适应于大批量生产。为提高产品质量，提高产品一致性，笔者设计了该自动淬火系统。
1 淬火装置示意图
淬火机械装置如图2所示，三个阀门分别由三个电磁铁分别控制。当光电开关2检测到有钢球，红外测温仪开始工作，温度合适则淬火阀门打开；温度低则打开废品出口阀门，由于滚道具有一定的斜度，废品钢球能自动滚出滚道至废品箱。基座上开有网状散热孔，便于钢球通风散热。
1 淬火装置示意图
淬火机械装置如图2所示，三个阀门分别由三个电磁铁分别控制。当光电开关2检测到有钢球，红外测温仪开始工作，温度合适则淬火阀门打开；温度低则打开废品出口阀门，由于滚道具有一定的斜度，废品钢球能自动滚出滚道至废品箱。基座上开有网状散热孔，便于钢球通风散热。
图2
2 控制系统组成
控制系统组成框图如图3所示。系统由计算机、红外测温仪、温控仪表、电气控制装置、RS232/485接口模块、光电位置检测开关等组成。计算机对红外测温仪进行初始化设置和温度数据的实时存储。温控仪表接收测温仪输出的毫安级电流信号，通过电气控制装置对淬火机械机构的动作进行控制。位置检装置将钢球到位信号传递至电气控制装置。
控制系统组成框图如图3所示。系统由计算机、红外测温仪、温控仪表、电气控制装置、RS232/485接口模块、光电位置检测开关等组成。计算机对红外测温仪进行初始化设置和温度数据的实时存储。温控仪表接收测温仪输出的毫安级电流信号，通过电气控制装置对淬火机械机构的动作进行控制。位置检装置将钢球到位信号传递至电气控制装置。
图3
3 测温仪的选型
选择红外测温仪主要考虑其性能指标，使用环境及工作条件，可维修维护性，功能价格比等诸多因素。钢球经锻压成型环境中灰尘较多，环境较为恶劣，淬火温度在820°c左右，测温仪固定安装距工件距离较近。故系统选用镭钛（Reytek）公司马拉松（Marathon）系列MAISA型测温仪。马拉松系列测温仪主要有以下特征：
测温范围宽、响应时间快、内置用户接口和面板易于设置、 数字通讯和模拟输出同步、 恶劣条件下精度高、超高光学分辨率、双向RS-485串行口、程序化的继电器输出且其软件功能强简单易于操作等。
选择红外测温仪主要考虑其性能指标，使用环境及工作条件，可维修维护性，功能价格比等诸多因素。钢球经锻压成型环境中灰尘较多，环境较为恶劣，淬火温度在820°c左右，测温仪固定安装距工件距离较近。故系统选用镭钛（Reytek）公司马拉松（Marathon）系列MAISA型测温仪。马拉松系列测温仪主要有以下特征：
测温范围宽、响应时间快、内置用户接口和面板易于设置、 数字通讯和模拟输出同步、 恶劣条件下精度高、超高光学分辨率、双向RS-485串行口、程序化的继电器输出且其软件功能强简单易于操作等。
表一 测温仪参数
4 电气控制原理
如图4所示。红外测温仪与温控仪表之间采用毫安级电流环连接，连接简单可靠抗干扰性强。远红外测温仪VDC端接+24V电源。
如图4所示。红外测温仪与温控仪表之间采用毫安级电流环连接，连接简单可靠抗干扰性强。远红外测温仪VDC端接+24V电源。
图4
动作顺序：
图5
系统上电，KA2延时动作，打开进球阀门。当SQ1监测到有钢球时，测温仪开始工作并将测量结果送温控仪表显示。测温仪判断当前温度小于设定温度下限800°c否，如果小于800°c，不满足要求，KA3动作打开废品出口阀门剔除废品；若温度大于设定温度下限800°c，小于设定温度上限840°c时，KA4动作淬火阀门打开，钢球淬火；当钢球温度高于上限840°c时，系统停止动作等待钢球冷却至840°c时淬火处理。
5 结论
该系统环境适应性强，经济实用结构简单，在长城铝业集团公司长期运行显示，稳定性好，钢球淬火质量有明显增强，产品的一致性显著提高。
参考文献
1 徐如宏编 传感器原理及其设计基础 北京：机械工业出版社，1984
2 方承远编 电气控制技术 北京：机械工业出版社，2000
作者简介：
高云婷（1977—），女，河南平顶山人，助教，从事自动化、数控技术研究与教学工作；
李攀峰（1976—），男，汉族，河南郑州人，讲师，硕士，从事数控技术研究与教学工作。
5 结论
该系统环境适应性强，经济实用结构简单，在长城铝业集团公司长期运行显示，稳定性好，钢球淬火质量有明显增强，产品的一致性显著提高。
参考文献
1 徐如宏编 传感器原理及其设计基础 北京：机械工业出版社，1984
2 方承远编 电气控制技术 北京：机械工业出版社，2000
作者简介：
高云婷（1977—），女，河南平顶山人，助教，从事自动化、数控技术研究与教学工作；
李攀峰（1976—），男，汉族，河南郑州人，讲师，硕士，从事数控技术研究与教学工作。