一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制方法及裝置，屬于氣體碳氮共滲技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮碳共滲是W滲氮為主同時(shí)滲入碳的化學(xué)熱處理工藝，也稱為軟氮化，主要目的 是提高鋼的耐磨性和抗咬合性W滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。在軟氮化行業(yè)，企業(yè)不斷追求具有 更優(yōu)的生產(chǎn)工藝、更高質(zhì)量的氮化產(chǎn)品及自動(dòng)化程度更加完善的生產(chǎn)控制方法和裝置W減 少人工成本、減少人為誤差W及增加工藝穩(wěn)定性，增加產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率等。
[0003] 現(xiàn)有氮碳共滲技術(shù)主要分為液體法和氣體法即鹽浴軟氮化和氣體軟氮化，因目前 液體法的鹽浴氮化具有氮化過程繁瑣，反應(yīng)產(chǎn)物有毒、企業(yè)對(duì)廢液處理成本高、廢料環(huán)境污 染大、氮化效率低等缺點(diǎn)所W行業(yè)正逐步淘汰液體法鹽浴氮化，氣體軟氮化實(shí)質(zhì)上就是在 低溫條件下，W滲氮為主的低溫氮碳共滲，使碳和氮同時(shí)滲入鋼表面的一種化學(xué)熱處理。其 中滲氮使用氨氣提供氮原子，滲碳使用C0或者乙醇等提供碳元素，滲氮過程中利用氯離子 破壞不誘鋼純化膜，它的特點(diǎn)是處理溫度低、不受鋼種的限制及處理時(shí)間短，工件變形小， 質(zhì)量穩(wěn)定，能顯著提高零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合、抗擦傷等性能。
[0004] 目前在氣體軟氮化方面，國內(nèi)主要用于高速鋼的軟氮化，不誘鋼氣體軟氮化尚未 普及，主要由于技術(shù)不成熟、氮化穩(wěn)定性差W及常規(guī)氣體軟氮化時(shí)間久、效率低和大批量 不誘鋼氣體軟氮化不均勻、合格率低等缺點(diǎn)。綜合行業(yè)情況，氣體軟氮化在國內(nèi)外主要分 有高中低Ξ層次。分別為低層次：采用人工全程手動(dòng)控制，根據(jù)時(shí)間控制及經(jīng)驗(yàn)來完成氣 體氮碳共滲，造成氮化效率低、氨氣消耗量大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不足，只針對(duì)高速鋼的軟氮 化，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不誘鋼的軟氮化，廢品率高，操作麻煩工人培養(yǎng)難等缺點(diǎn)；中層次：國內(nèi)較 普遍采用的低自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制方案，W爐外傳感器檢測取樣氣達(dá)到對(duì)乙醇及氨氣的 半閉環(huán)控制，缺點(diǎn)是控制精度低，實(shí)時(shí)信號(hào)滯后較難得出穩(wěn)定氮化工藝參數(shù)和氨氣消耗量 大，可實(shí)現(xiàn)高速鋼軟氮化難W實(shí)現(xiàn)大批量不誘鋼的均勻軟氮化。其中如：中國專利公開號(hào) CN102517541A所使用的即為手動(dòng)或半自動(dòng)控制系統(tǒng)的工藝設(shè)備，該工藝設(shè)備人工控制穩(wěn)定 性差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，手動(dòng)控制效率低且氮化時(shí)間長，氮化氨氣用量大。高層次：即全自動(dòng)控制 軟氮化，分國內(nèi)和國外兩種，采用國外高精檢測傳感器及全套控制體系的設(shè)備，缺點(diǎn)是成本 太高，系統(tǒng)繁瑣，維護(hù)難、維護(hù)成本高，目前國內(nèi)廠家對(duì)運(yùn)一層次為剛起步階段，技術(shù)不大成 熟，有生產(chǎn)出W-氧化碳為提供碳原子的邸式爐完整閉環(huán)控制軟氮化，但采用進(jìn)口氨氧探 頭，成本高，且氨氣消耗量大，氮化時(shí)間久和無法解決多層密集小零件巧日空調(diào)壓縮機(jī)零件 滑片）的氮化滲層均勻性問題，所W現(xiàn)有氣體軟氮化自動(dòng)化控制方法及裝置還是不夠完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、節(jié)能高效、易維護(hù)，無污染， 產(chǎn)品質(zhì)量性能高，采用PLC控制系統(tǒng)針對(duì)相應(yīng)零件的數(shù)量與材料的工藝參數(shù)快速確立，控 制零件的白亮層、網(wǎng)狀層深度穩(wěn)定，不誘鋼批量生產(chǎn)均勻性穩(wěn)定，氨氣消耗量小耗能低，氮 化時(shí)間少效率高的一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制方法及裝置，W克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006] 本發(fā)明是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制裝置，包括氮化爐、PLC控制 器、加熱溫控裝置、氨氣干燥設(shè)備和觸摸屏，所述氮化爐上設(shè)置有壓力傳感器、氨探頭、熱電 偶和電爐絲，在氮化爐頂部設(shè)置有葉片，葉片和風(fēng)機(jī)相連接，所述加熱溫控裝置與熱電偶和 電爐絲相連接，所述氮化爐通過真空管道與真空累相連接，所述氮化爐通過排氣管道與排 氣裝置相連接，所述風(fēng)機(jī)、壓力傳感器、氨探頭、加熱溫控裝置、排氣裝置W及真空累分別與 PLC控制器相連接；所述氮化爐底部分別連接有氮?dú)夤艿馈⒁掖脊艿篮桶睔夤艿?；所述排?裝置與液化氣管相連接。
[0007] 所述氨探頭與PLC控制器之間設(shè)置有氨分析儀；所述真空管道上設(shè)置有真空管道 閥口，所述排氣管道上設(shè)置有排氣閥口和排氣電磁閥。
[0008] 所述氮?dú)夤艿郎显O(shè)置有氮?dú)怆姶砰y，所述乙醇管道上設(shè)置有乙醇電磁閥和Ξ針滴 度計(jì)，所述氨氣管道上設(shè)置有常量調(diào)節(jié)閥和控制量調(diào)節(jié)閥和氨氣流量計(jì)。
[0009] 所述氨氣管道上設(shè)置有氨氣干燥設(shè)備，在氨氣干燥設(shè)備上設(shè)置有露點(diǎn)儀。
[0010] 所述排氣裝置上設(shè)置有點(diǎn)火裝置。
[0011] 在氨氣管道上設(shè)置有氨氣流量計(jì)。
[0012] 在液化氣管上設(shè)置有液化氣電磁閥。
[0013] 一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制裝置的控制方法，該控制方法按W下步驟進(jìn)行： 1) 預(yù)抽真空：打開氮化爐爐口，裝進(jìn)零件后關(guān)閉爐口，關(guān)閉排氣閥口后，打開真空累，開 啟風(fēng)機(jī)W及加熱溫控裝置，抽真空至設(shè)定的真空度20~35pa時(shí)真空累關(guān)閉； 2) 保護(hù)氣填充：氮?dú)怆姶砰y打開后通入氮?dú)庵翣t內(nèi)達(dá)到正壓，壓力值為5~20厘米水 柱時(shí)打開排氣電磁閥，調(diào)節(jié)排氣電磁閥排氣量持續(xù)通氮?dú)庵翣t壓為15~45厘米水柱，保持 3~8分鐘后逐步增大排氣閥開度降低壓力至0~15厘米水柱； 3) 原料添加：啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片的電機(jī)，氮化爐的爐溫升至120°C~250°C時(shí)，打開乙醇電 磁閥，通入除純化膜乙醇溶液至Ξ針滴度計(jì)后進(jìn)入爐內(nèi)，按氮化工藝要求調(diào)節(jié)Ξ針滴度計(jì) 控制滴速，保持通氮至爐溫達(dá)250°C~400°C后關(guān)閉氮?dú)怆姶砰y，停止通入氮?dú)馔瑫r(shí)氨氣干 燥設(shè)備啟動(dòng)，露點(diǎn)儀檢測氨氣干燥值，提供干燥氨氣，常量調(diào)節(jié)閥和控制量調(diào)節(jié)閥同時(shí)打 開，調(diào)節(jié)排氣電磁閥或排氣閥口使?fàn)t壓控制在設(shè)定值，氨分析儀監(jiān)測氨分解率，當(dāng)實(shí)際氨分 解率達(dá)到PLC控制器設(shè)置的氨分解率設(shè)定值時(shí)，控制量調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)入高頻通斷控制，流 量計(jì)監(jiān)測氨氣的總流量； 4) 廢氣處理：氮化爐的爐溫達(dá)到400°C~500°C時(shí)，打開液化氣電磁閥，通入液化氣至 排氣裝置，點(diǎn)火裝置點(diǎn)火，利用液化氣持續(xù)燃燒助燃廢氣，至爐內(nèi)達(dá)到15%~45%區(qū)間設(shè)定 的氨分解率即廢氣燃燒穩(wěn)定的氨分解率時(shí)液化氣電磁閥關(guān)閉，停止助燃； 5) 保溫氮化：氮化爐繼續(xù)升溫，氮化爐的爐溫達(dá)到560°C~580°C時(shí)進(jìn)入氮化保溫階 段，保溫計(jì)時(shí)開始，保溫時(shí)間180~300min，壓力進(jìn)入閉環(huán)控制，控制在10~28厘米水柱， 設(shè)定單段或Ξ段氨分解率，實(shí)現(xiàn)不誘鋼滑片軟氮化的總時(shí)間低于300min; 6) 降溫出爐：保溫時(shí)間結(jié)束后，常量調(diào)節(jié)閥和控制量調(diào)節(jié)閥同時(shí)關(guān)閉，乙醇電磁閥關(guān) 閉、風(fēng)機(jī)關(guān)閉、加熱關(guān)閉，氮?dú)怆姶砰y打開使氮化爐的爐溫冷卻至280°CW下，爐口開啟，產(chǎn) 品出爐。
[0014] 所述常量調(diào)節(jié)閥和控制量調(diào)節(jié)閥總流量為2~4m3A,PLC控制器記錄氨分解率 和氨流量時(shí)間曲線。
[0015] 利用本一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制方法及裝置對(duì)11化17不誘鋼11化17不 誘鋼為例)進(jìn)行5個(gè)批次氣體氮碳共滲處理，各實(shí)驗(yàn)批次零件數(shù)量為5040件，5次實(shí)驗(yàn)總共 實(shí)驗(yàn)零件總數(shù)為25200件，W下為五批次零件的實(shí)施例測量結(jié)果。
[0016] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明工作時(shí)，通過上述方法其可完成不誘鋼滑片 llCrl7不誘鋼滑片為例）單次裝爐量大于5000件，氨氣流量小于4m3A，氮化用時(shí)小于 SOOmin，產(chǎn)品30um處硬度大于900HV，60um處硬度大于600HV，白亮層大于5um，網(wǎng)狀層大 于80um，合格率大于99. 5%，同國內(nèi)外相比系統(tǒng)設(shè)備重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了多層密集不誘鋼薄片零件 的氮化滲層均勻，氣體原料消耗量低，單次裝爐量大氮化效率高，氮化用時(shí)少的四大問題。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)控制過程框圖； 附圖標(biāo)記說明：1-氮化爐，2-PLC控制器，3-氨探頭，4-熱電偶，5-葉片，6-風(fēng)機(jī)， 7-加熱溫控裝置，8-壓力傳感器，9-排氣裝置，10-真空累，11-真空管道，12-氨分析儀， 13-排氣閥口，14-排氣管道，15-真空管道閥口，16-氮?dú)夤艿溃?7-乙醇管道，18-氨氣管 道，19-氮?dú)怆姶砰y，20-乙醇電磁閥，21-常量調(diào)節(jié)閥，22-控制量調(diào)節(jié)閥，23-Ξ針滴度計(jì)， 24-氨氣干燥設(shè)備，25-露點(diǎn)儀，26-液化氣管，27-點(diǎn)火裝置，28-氨氣流量計(jì)，29-液化氣電 磁閥，30-排氣電磁閥，31-電爐絲，32-觸摸屏。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限 制。
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例：一種氣體碳氮共滲自動(dòng)化控制裝置，包括氮化爐1、PLC控制器 2、加熱溫控裝置7、氨氣干燥設(shè)備24和觸摸屏32,所述氮化爐1上設(shè)置有壓力傳感器8、氨 探頭3、熱電偶4和電爐絲31，在氮化爐1頂部設(shè)置有葉片5,葉片5和風(fēng)機(jī)6相連接，所述 加熱溫控裝置7與熱電偶4和電爐絲31相連接，所述氮化爐1通過真空管道11與真空累 10相連接，所述氮化爐1通過排氣管道14與排氣裝置9相連接，所述風(fēng)機(jī)6、壓力傳感器8、 氨探頭3、加熱溫控裝置7、排氣裝置9W及真空累10分別與PLC控制器2相連接；所述氮 化爐1底部分別連接有氮?dú)夤艿?6、乙醇管道17和氨氣管道18 ;所述排氣裝置9與液化氣 管26相連接。
[0020] 所述氨探頭3與PLC控制器2之間設(shè)置有氨分析儀12 ;所述真空管道11上設(shè)置 有真空管道閥口 15,所述排氣管道14上設(shè)置有排氣閥口 13和排氣電磁閥30。
[0021] 所述氮?dú)夤艿?6上設(shè)置有氮?dú)怆姶砰y19,所述乙醇管道17上設(shè)置有乙醇電磁閥 20和Ξ針滴度計(jì)23,所