感应加热在弹簧钢丝生产线上的应用.doc

感应加热在弹簧钢丝生产线上的应用带技术交流工业加热第37卷2008年第3期感应加热在弹簧钢丝生产线上的应用裘鑫龙(浙江大学三伊电气电子工程公司,浙江杭州310027)摘要:介绍r油回火弹簧钢丝的力学性能,弹簧钢丝生产线感应加热的构成及其运行原理,并以堪7.7nlln(60Si2MnA)的钢丝为例,给出系统运行的电气参数.关键词:感应加热;弹簧钢丝;闭环控制中图分类号:TM924.5文献标志码:B文章编号:1002-1639(2008)030059?02TheApplicationofInductionHeatingtotheSpringSteelWireProudctionLineQIUXinlong弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件.弹簧在弹性范围内使用,卸载后应回复到原来位置,塑性变形越小越好,因此钢丝应具有高的弹性极限,屈服强度和抗拉强度.屈强比越高,弹性极限就越接近抗拉强度,因而越能提高强度利用率,制成的弹簧弹力越强.弹簧钢丝按生产工艺可分为冷拉弹簧钢丝和油回火弹簧钢丝两种,以晶闸管中频感应加热和IGBT超音频感应加热电源为核心,采用淬火回火温度闭环,钢丝的张力闭环方式,通过PLC集中控制,完成系统的工艺控制,从而达到系统的高效率,产品的高质量,性能的高一致性.我们新近开发投产了速率为3045m/min的油回火弹簧钢丝生产线.1油回火弹簧钢丝生产线系统的组成油回火弹簧钢丝的生产过程是将钢丝冷拉到所需尺寸后,通过加热到淬火温度,获得奥氏体组织,然后淬火为马氏体,再回火获得屈氏体组织.油回火钢丝具有极好的弹性和非常高的力学性能,并且其疲劳强度及较高工作温度下的抗应力,松驰性能也要比冷拉钢丝好得多.在重要用途弹簧钢丝领域,合金钢介入油回火生产也占有很大比例,弹簧制造厂可以直接用油回火钢丝制造弹簧省去淬火一回火工序,有较高的经济效益和社会效益.本生产线系统由控制部分,机械传动部分和感应加热部分组成.加热生产线工作原理流程示意图见图1.I苎竺H墨竺H堑皇l!皇H.坚童皇J一匝巫卜亟一匦一匝圈匝回火喷冷(水)l_I牵引lJ涂油I4剪切IJ导向IJ收线图1油回火弹簧钢丝生产线的工作流程1.1加热电源本生产线采用了晶闸管(SCR)中频电源和固态模.块化(IGBT)超音频感应加热电源的组合来实现效率的最大化.对于感应加热电源,由于圆棒料加热电源所需频率与棒料直径,电阻率及导磁率有关,同样直径的棒料,在居里点(=723)前后导磁率将发生剧变,因此在居里点前与居里点后,加热电源要采用不同的频率.此生产线共有4台加热电源组成,淬火加热采用KGPS一250kW/46kHz晶闸管中频电源(居里点前升温)和IPS一160kW/30kHzIGBT超音频电源(居里点后升温),回火加热采用KGPS一100kW/46kHz两台晶闸管中频感应加热电源.电源主回路结构为晶闸管三相工频六脉全控整流,节能高效平波电抗器,SCR或IGBT并联逆变,将三相工频转化成单相中频,超音频输出.电源的控制系统由整流触发,调节控制,逆变控制及保护等组成.整流触发采用数字电路提供整流桥晶闸管的6路触发脉冲.调节控制完成电源的调功,限流,限压,电流负反馈,并设有过电流,过电压,低水压,缺相,过温等保护.逆变控制采用定时锁相功能及为SCR,IGBT模块提供可靠的触发驱动脉冲,保证设备具有极强的抗干扰能力及稳定性.电源采用电压,电流双闭环控制,具有恒电压运行功能.电源具有内控,外控功能,内控时手动启停及调功,外控时可由PLC进行操作.59技术交流工业加热第37卷2008年第3期1.2控制部分和机械传动部分整条生产线采用连线方式工作,由PLC中央控制台进行集中统一协调控制.由于弹簧钢丝生产线为连续不间断运行,故电机与电源的自动控制显得尤为重要,并且将直接影响到产品的质量.电机传动部分采用ABB变频调速电源来控制传送线的运行速度.利用集控台,通过PLC及人机界面等控制系统,使生产线启动时,能自动完成传动机构及各电源的启动,并自动实现速度与功率上升的合理匹配,自动调节加热电源的功率.温度闭环调节可保证淬火,回火的温度稳定,确保生产线按最佳工艺参数运行,保证产品质量不受人工及环境因素的影响.同时系统具有20套工艺参数的设定,存储,调节,修改,统计等功能.人机界面中文图形文本(触摸屏)可设定及实时显示电源功率,频率,钢丝速度,长度,直径,质量及有关信息.放线机构采用立式放线加气动翻转1045.角放线,2只放线机分时交替工作,保证连续放线不停车.矫直机由压送机构(配4kW减速机1台),前牵引机(配7.5kW减速机1台,压送轮直径/i220i/lnl4对,液压压紧装置),矫直机构(配有水平矫直7辊,垂直矫直7辊,1.1kW减速机2台,自动压紧)3部分组成.其中压送及牵引通过变频器进行控制,牵引机配11kW减速机,压送轮采用液压压紧装置.带随动的液压剪切机(配30kw电机油泵),保证剪切力及剪切速度,并能手动/自动剪切及分料.淬火冷却为带喷头油箱,外型尺寸为3.5m0.5m1.3m.回火冷却为带喷头水箱,外型尺寸为2.5m0.5mx1.3m.收线采用卧式结构,收线机线盘直径2.8m,配5.5kW电机,2只收线机分时交替工作,能实现不问断连续收线,单盘收线重量可达2.5t.清洗机选用行星3轮清洗机构,配0.75kW电机.涂油机采用浸油,刮油形式,保证油层均匀度.2系统的主要特点1)性能高且稳定(1)采用交流变频调速传动系统,完全满足调节要求,成本低,结构简单,运行可靠,易于维护.(2)采用双IGBT超音频感应加热电源,用30kHz在居里点附近进行提温,并达到工艺淬火温度,提高系统的可靠性和稳定性.(3)所有感应加热系统和传动系统均由PLC控制,感应加热系统采用输出电压闭环控制,传动系统实行速度闭环控制,确保机械部分的传动速度和感应加热部分的输出功率保持恒定.(4)采用工艺参数分类存储技术,确保每种规格产品在同种工艺条件下生产.(5)采用温度补偿技术,消除气温波动对产品质量的影响.602)系统电效率高合理地选择了感应加热电源,在低温段使用晶闸管中频感应加热电源,在居里点后选择IGBT超音频感应加热,可以确保加热效率在80%以上.3)生产高度自动化(1)实行全电脑控制,所有工艺参数存储在PLC中,操作者只要调出对应工艺参数,启动系统即可.(2)友好的人机接口,操作人员基本不需培训,即可方便操作.3系统运行参数以某弹簧厂7.71/lnl为例,传动速度45m/rain,淬火温度860,回火温度480.各台感应加热电源运行的参数见表1.表1感应加热电源运行的电气参数4产品质量和冶金行业标准的对比GB/T18983-2003对=7.7mm(60Si2MnA)的中疲劳级弹簧钢丝力学性能的规定要求见表2.表27.008.00mnl中疲劳级弹簧钢丝力学性能标准(60Si2MnA)本生产线产出的=7.7mm(60Si2MnA)的中疲劳级弹簧钢丝力学性能测试结果见表3.表3生产产品的力学性能结果由表2和表3可看出本生产线产品性能明显优于冶金部的行业标准.5结语自2006年以来,陆续投产了10余条同类的生产线,采用合理的感应加热系统,保证弹簧钢丝的热处理效果,完全