金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法
【專利摘要】本發明涉及金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐，公開了一種金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法，先設定好降溫曲線，PID控制器根據降溫曲線上的溫度設定值SV和監測到的爐體內的實時溫度值PV進行自動計算，再將計算出的數值輸送到變頻器，變頻器根據該數值改變輸出頻率，以此來改變冷卻風機的轉速，從而使爐體內溫度按設定好的降溫曲線進行冷卻。本發明利用變頻器與PID控制器，對冷卻風機的轉速進行控制，實現無級可控變速，解決了從冷卻開始溫度降到可開始實施強制冷卻而又對產品無影響溫度冷卻速度不可過快，而自然冷卻又太慢的缺陷。
【專利說明】金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐，尤其涉及了 一種金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法。
【背景技術】
[0002]產品在金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐中，經脫脂、燒結后進入冷卻工藝。冷卻分自然冷卻、強制冷卻和封入冷卻。自然冷卻和封入冷卻不啟動風機。自然冷卻是進入冷卻工藝后，加熱停止，讓產品自然冷卻下來，沒有任何氣流經過；封入冷卻是進入冷卻工藝后，加熱停止，充入一定壓力的保護氣體，讓產品在一定壓力的氣氛中慢慢冷卻下來。這兩種冷卻方式的冷卻速度很慢，導致生產效率低。客戶為了生產效率，通常會選擇強制冷卻。強制冷卻是進入冷卻工藝后，爐體內壓力達到風機啟動壓力，風機啟動，爐體內產生定向氣流循環，如圖1所示，其為強制冷卻時的定向氣流循環圖，圖中箭頭表示氣體的流向。
[0003]爐體I上設有夾套4，爐體I內還設有隔熱材筒2和發熱體3，夾套4與隔熱材筒2間的通道為氣流通道5，燒結爐上的料箱6置于爐體I中部，燒結爐前后兩邊均設有隔熱材門7，隔熱材筒2兩邊靠近隔熱材門7的地方設有擋風罩15，在進入冷卻工藝后，隔熱材門7均為打開，冷卻風機14啟動形成風量，氣流從葉輪9兩邊排出流經氣流通道5，再進入設置有料箱6的爐體I內部，到達冷卻器8后由葉輪9中間吸入，葉輪9為軸流葉輪，它能使氣流由葉輪9中間吸入再從葉輪9兩邊排出。夾套4內通有循環冷卻水，其可把氣流經過氣流通道5時留在爐體I內壁上的熱量帶走，冷卻器8中也通有循環冷卻水，其可把經過設置有料箱6的爐體I內部的較熱的氣流熱量帶走，如此循環，爐體I內溫度會快速冷卻下來。強制冷卻也稱急速冷卻，一旦啟動冷卻風機14，其轉速是不變的。
[0004]燒結工藝結束后，產品12溫度降到冷卻開始溫度。冷卻開始溫度一般設定在(12000C，但是如果冷卻開始溫度設定太高，在實施強制冷卻時，其冷卻速度太快，對產品12性能參數等都會有影響，如變形，開裂，尺寸偏差，硬度影響等問題，另外對陶瓷板11會造成開裂影響。如圖3所示，料箱6內設有料板10，料板10上設有陶瓷板11，產品12放置在陶瓷板11上，陶瓷板11的作用是防止高溫時產品12與料板10粘在一起。如果從高溫(例:1200°C)就開始強制冷卻，其冷卻速度太快，會使陶瓷板11開裂。所以需要將產品12溫度降至比較低的溫度(例:600°C?900°C)后再開始強制冷卻。但是從較高的溫度降到開始實施強制冷卻而不會影響產品12性能和陶瓷板11開裂情況的溫度所用的時間很長。例如在爐型VM48/48/200燒結爐上燒結完成后，產品12溫度從1200°C降到900°C，自然冷卻所用的時間是105min，而強制冷卻所用的時間是30min，自然冷卻比強制冷卻的所用時間要多75min。
[0005]對于客戶而言，冷卻速度越快，生產效率越高，但前提是必須保證對產品和陶瓷板無影響。
[0006]另外，從高溫直接開始強制冷卻對產品的硬度也有影響，例:沉淀型馬氏體不銹鋼17-4PH，在金屬粉末注射成形行業內，不銹鋼17-4PH開始強制冷卻的溫度一般設定為600°C左右，因為從高溫(例1000°C)就開始直接強制冷卻會使不銹鋼17-4PH的硬度提高。在爐型為VM48/48/200的燒結爐上測量的在不同溫度下開始強制冷卻后對17-4PH硬度的影響情況見表1。
[0007]表1:設定不同溫度下開始強制冷卻后測得17-4PH的HV硬度
[0008]
【權利要求】
1.金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法，其特征在于:包括以下步驟: a.爐體(I)上設有熱電偶(13)，熱電偶(13)監測爐體(I)內的實時溫度值PV，將實時溫度值PV輸送到控制器； b.根據工藝要求將冷卻開始溫度Ttl至從冷卻開始溫度Ttl下降到可開始實施強制冷卻的溫度T1這一溫度范圍從高到低分為若干個溫度區間，根據工藝要求設定好每個溫度區間所對應的冷卻速率，根據設定好的冷卻速率在時間-溫度坐標軸上做降溫曲線，定義降溫曲線上與任一時間點對應的溫度為溫度設定值SV，將降溫曲線上任一時間點所對應的溫度設定值SV輸送到控制器； c.控制器根據實時溫度值PV及溫度設定值SV控制變頻器改變自身頻率，變頻器再調整冷卻風機(14)的轉速，使每一時間點的實時溫度值PV接近所對應的溫度設定值SV，從而使爐體(I)內的溫度按設定好的降溫曲線進行冷卻。
2.根據權利要求1所述的金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法，其特征在于:控制器為PID控制器。
3.根據權利要求2所述的金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法，其特征在于:PID控制器將任一時間點監測到的實時溫度值PV和同一時間點所對應的溫度設定值SV進行比較，利用比例-積分-微分控制規律進行運算，把運算結果傳輸給變頻器，變頻器改變頻率控制冷卻風機的轉速，使爐體(I)內的實時溫度值PV與溫度設定值SV接近，使爐體(I)內的溫度按設定好的降溫曲線進行冷卻。
4.根據權利要求1或2或3所述的金屬粉末注射成形真空脫脂燒結爐的可控冷卻方法，其特征在于:冷卻開始溫度Ttl為1200°C，可開始實施強制冷卻的溫度！\為6001:，將1200°C下降至600°C這一溫度范圍從高到低分為五個溫度區間，第一個溫度區間為1200?>1100°C，所對應的冷卻速率為4°C /min，第二個溫度區間為1100?> 1000°C，所對應的冷卻速率為4.50C /min，第三個溫度區間為1000?> 900°C，所對應的冷卻速率為5°C /min，第四個溫度區間為900?> 800°C，所對應的冷卻速率為6°C /min，第五個溫度區間為800?600°C，所對應的冷卻速率為7V /min，根據設定好的冷卻速率在時間-溫度坐標軸上做降溫曲線，定義降溫曲線上與任一時間點對應的溫度為溫度設定值SV，將降溫曲線上任一時間點所對應的溫度設定值SV輸送到控制器。
【文檔編號】B22F3/10GK103658657SQ201310606122
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】劉鵬, 徐文立, 胡芳 申請人:寧波恒普真空技術有限公司