專利名稱：中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置。
背景技術(shù)：
用高頻感應(yīng)淬火的方法提高零件表面機(jī)械性能在工業(yè)中早就到了廣泛的應(yīng)用。通常高頻感應(yīng)淬火的工藝是根據(jù)零件的材質(zhì)及幾何形狀來確定淬火的頻率、電壓和電流，再通過調(diào)整加熱時(shí)間來獲得相應(yīng)的淬火層深和硬度，滿足機(jī)械性能要求。也有通過測量直流電壓、電流來計(jì)算出加熱的能量來控制加熱的。由于在淬火過程中，功率因數(shù)是變化的，通過測量直流電壓、電流計(jì)算出加熱的能量與實(shí)際淬火能量之間是有差別的。在淬火過程中，零件在剛開始加熱時(shí)，溫度低，表面電阻小，功率因數(shù)低，有效功率小。隨著加熱時(shí)間的延長，零件表面溫度升高，表面電阻變大，功率因數(shù)提高，有效功率也變大。當(dāng)溫度達(dá)到淬火要求值后，再經(jīng)過一段滲透時(shí)間，切斷加熱電源，迅速冷卻零件。當(dāng)加熱電壓和頻率固定之后，，加熱時(shí)間的長短就確定了淬火的層深和硬度。由于零件個(gè)體材質(zhì)及表面幾何形狀的細(xì)微變化常常引起淬硬層深、淬火硬度的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決在現(xiàn)有的中高頻感應(yīng)淬火中零件個(gè)體材質(zhì)及表面幾何形狀的細(xì)微變化常常引起淬硬層深、淬火硬度的變化的問題，提出一種中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置，其特征在于所述裝置由單片機(jī)控制器、感應(yīng)加熱器、加熱電流檢測器、加熱電壓檢測器、高頻放大器、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器組成，所述各部分通過電路連接，單片機(jī)通過接口電路控制中高頻淬火電源的輸出電壓。
采用該控制裝置，在淬火過程中，可適時(shí)檢測感應(yīng)器的淬火電壓、電流及其相位角，計(jì)算其瞬時(shí)有效功率，并根據(jù)其相位角調(diào)整輸出電壓，由工藝控制淬火零件表面溫度上升的速率、表面溫度最高值和最高溫度區(qū)保有時(shí)間。從而達(dá)到工藝上要求的淬火層深和淬火硬度。減少由于零件表面的細(xì)微變化所造成的影響。


圖1是本發(fā)明中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置的加熱壓電流的矢量圖；圖3是本發(fā)明中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置由中高頻淬火電源1、感應(yīng)加熱器2、加熱電流檢測器3、加熱電壓檢測器4、高頻放大器5、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器6組成，上述各部分通過電路連接，由單片機(jī)控制器7通過電路控制中高頻淬火電源1的輸出電壓，感應(yīng)加熱器2通過感應(yīng)加熱器直接加熱零件；加熱電流檢測器3可檢測出高頻加熱電流的波形；加熱電壓檢測器4可檢測出高頻加熱電壓的波形。單片機(jī)控制器7具有顯示及操作控制面板。電路原理如圖2所示，單片機(jī)控制電路中單片機(jī)U1控制3路輸入晶顯示器display，晶體震蕩器CR，按鍵A，其中按鍵A共有17個(gè)，包括10個(gè)數(shù)字鍵、6個(gè)功能鍵和一個(gè)復(fù)位鍵。系統(tǒng)電源B有+12V、-12V、VCC(+5V)三個(gè)接口。交流15伏輸入電壓經(jīng)電阻R1輸入，經(jīng)過電阻R1、R2、R3和比較器U2組成的比較器監(jiān)視輸入電源相位電路，進(jìn)入單片機(jī)U1，為單片機(jī)U1控制高頻電源提供時(shí)間基準(zhǔn)比較器U2的引腳8接系統(tǒng)電源B的VCC上，在比較器U2的引腳7通過接在VCC電源上的上拉電阻R5進(jìn)入單片機(jī)U1。單片機(jī)U1的輸出信號(hào)經(jīng)緩沖器U3控制高頻電源1的加熱電壓的幅度和加熱時(shí)間，此信號(hào)可以是模似量，也可以是數(shù)字量，或者觸發(fā)脈沖，根據(jù)高頻電源的要求確定，由功能鍵選擇，由軟件完成。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中轉(zhuǎn)換器U4是具有11路輸入的12位A/D轉(zhuǎn)換器。本電路只中用了3路輸入，其工作受控于單片機(jī)U1。其中單片機(jī)系統(tǒng)電路和A/D轉(zhuǎn)換電路可以有多種形式，也可以使用帶有A/D轉(zhuǎn)換端口的單片機(jī)。
加熱電流檢測電路中電流傳感器的輸出分為兩路一路送入高頻放大電路，一路經(jīng)電阻R3，二極管D1，電容C6，電阻R4進(jìn)入轉(zhuǎn)換器U4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本電路的作用是取其峰值，因此通過上述元件選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)。
加熱電壓檢測電路的原理與加熱電流檢測電路類似。高頻放大電路的高頻放大器AU將來自電壓傳感器和電流傳感器的信號(hào)進(jìn)行加法放大后經(jīng)二極管D3、電容AC2、電阻AR4送入轉(zhuǎn)換器U4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。二極管D3、電容AC2、電阻AR4的作用與二極管D1、電容C6、電阻R4相同。高頻放大器AU的4口、7口分別接系統(tǒng)電源B的-12V、+12V電源；2、6口間串聯(lián)電阻AR3。高頻電源經(jīng)電阻R6、二極管D2后、電容C7、電阻R7濾波整流進(jìn)入轉(zhuǎn)換器U4。
感應(yīng)加熱器2的電壓和電流分別由電壓檢測器4和電流檢測器3檢測出，并同時(shí)送入高頻放大器5進(jìn)行放大，通過高頻放大器5放大后的信號(hào)幅值與輸入的電壓、電流及其相位角有關(guān)，關(guān)系如圖2所示，電壓U、電流I、高頻放大器放大后的信號(hào)S之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中AB表示電壓U，AC表示電流I，夾角∠CAB是電流和電壓間的相位角。AD表示電流和電壓經(jīng)過放大器5放大后的信號(hào)S。圖2是平行四邊形，通過測量I、U、S的幅值，可以方便的計(jì)算出加熱壓電流的功率因數(shù)，功率、能量。電壓U、電流I和相位信號(hào)S都送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器6進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。單片機(jī)控制器7分別檢出電壓U、電流I和相位信號(hào)S幅值。利用余弦定理可以很快計(jì)算出功率因數(shù)及其有效功率。并根據(jù)工藝設(shè)定控制高頻淬火電源的輸出電壓值。以便用最佳的加熱功率曲線加熱淬火零件。適時(shí)檢測感應(yīng)器的淬火電壓、電流及其相位角，即功率因數(shù)，計(jì)算其瞬時(shí)有效功率，并根據(jù)其相位角調(diào)整輸出電壓，控制有效輸出功率，即控制零件淬火溫度上升的速率和最高淬火溫度。當(dāng)淬火的能量達(dá)到規(guī)定值時(shí)停止加熱。也就是在整個(gè)加熱過程中，高頻感應(yīng)淬火的電壓、電流和淬火的能量是可以受工藝控制的，可由工藝控制淬火零件表面溫度上升的速率、表面溫度最高值和最高溫度區(qū)保有時(shí)間，從而達(dá)到工藝上要求的淬火層深和淬火硬度，減少由于零件表面的細(xì)微變化所造成的影響。
權(quán)利要求
1.一種中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置，其特征在于所述裝置由單片機(jī)控制器、感應(yīng)加熱器、加熱電流檢測器、加熱電壓檢測器、高頻放大器、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器組成，所述各部分通過電路連接，單片機(jī)通過接口電路控制中高頻淬火電源的輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置，其特征在于所述控制裝置的電路為交流輸入電壓經(jīng)電阻R1輸入，經(jīng)過電阻R1、R2、R3和比較器U2組成的比較器監(jiān)視輸入電源相位電路，比較器U2的8口接系統(tǒng)電源B的Vcc，U2的7口進(jìn)入單片機(jī)U1；單片機(jī)U1經(jīng)輸出緩沖器U3輸出信號(hào)到高頻電源；高頻電壓經(jīng)電壓傳感器后分兩路，一路經(jīng)電阻R6、二極管D2后、電容C7、電阻R7濾波整流進(jìn)入轉(zhuǎn)換器U4另一路經(jīng)電阻AR2進(jìn)入高頻放大器；電流經(jīng)電流傳感器后分為兩路一路經(jīng)電阻R3，二極管D1，電容C6，電阻R4進(jìn)入轉(zhuǎn)換器U4；一路送入高頻放大器AU對(duì)信號(hào)進(jìn)行加法放大后經(jīng)二極管D3、電容AC2、電阻AR4送入轉(zhuǎn)換器U4；高頻放大器AU的4口、7口分別接系統(tǒng)電源B的-12V、+12V電源；2、6口間電阻AR3是放大倍率調(diào)整電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中高頻感應(yīng)淬火的能量控制裝置，其特征在于所述裝置由單片機(jī)控制器、感應(yīng)加熱器、加熱電流檢測器、加熱電壓檢測器、高頻放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成，所述各部分通過電路連接，單片機(jī)通過接口電路控制中高頻淬火電源的輸出電壓。采用該控制裝置，在淬火過程中，可適時(shí)檢測感應(yīng)器的淬火電壓、電流及其相位角，計(jì)算其瞬時(shí)有效功率，并根據(jù)其相位角調(diào)整輸出電壓，由工藝控制淬火零件表面溫度上升的速率、表面溫度最高值和最高溫度區(qū)保有時(shí)間。從而達(dá)到工藝上要求的淬火層深和淬火硬度。減少由于零件表面的細(xì)微變化所造成的影響。
文檔編號(hào)C21D1/10GK1514027SQ0312839
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者吳成忠 申請人:東風(fēng)汽車公司