2015锻造加热设备第一章：请在此处输入您的标题第二章：请在此处输入您的标题第三章：请在此处输入您的标题Contents目录第一章：锻造加热设备简介第二章：锻造加热设备技术第三章：锻造加热设备案例2锻造加热设备简述Click here to add your title3锻造加热设备主要由变频电源和电磁感应器组成。和其它加热炉比较，优势明显。如升温速度快，加热时间短，能成倍提高生产率；能与其它工艺设备组成连续的生产线；加热效率高达6075%，较火焰加热效率20%、电阻炉加热效率40%高出许多；感应加热过程不产生烟气和烟尘，节能与环保；自动化程度高，特别适合毛坯形状简单，品种少，产量大的产品零件生产。因其诸多的优势，正在快速的淘汰利用火焰加热和电阻加热的装置，大量用于热成型，毛坯锻造、热冲压、热挤压轧制等热加工行业。它充分利用的是许多产品通过金属加热到一定温度，具有可塑性的特点，然后再利用各种方式使金属轧制成希望的形状。锻造加热设备简介4感应加热基于两个基本物理现象：法拉第电磁感应、焦耳效应。当线圈中通过交变电流I1，则在线圈周围空间建立交变磁场。处于该交变磁场中的金属坯料内产生出感应电动势E。电源电源 涡流涡流 金属坯料金属坯料 感应线圈感应线圈5法拉第电磁感应定律确定：式中：E感应电动势、n感应线圈匝数磁通量、t时间式中的负号表示感应电动势的方向与磁通量变化率的方向相反。对于=msint，角频率为=2f，则感应电动势的有效值为：E=4.44fnm（1-2）式中：f电流频率6将坯料视为只有一匝的闭合回路，当感应电动势产生时，该回路中产生交变的自成环路的环流涡流I2。感应加热中就是利用涡流产生的热能来加热金属坯料。焦耳效应可用下式表述：Q=I22Rt（J）（1-3）它反映了涡流在金属坯料中所产生热的速率与坯料的电阻和涡流的平方成正比这样一种现象。消耗于金属坯料中的功率为：P=EI2COS=4.44fnmI2cos（1-4）7当其它参数不变时，功率P与频率f成正比，因此，提高频率，在相同体积中释放的能量增大，这就是感应加热中采用中、高频率的原因。感应加热的电磁效应（1）趋肤效应线圈导体中的交变电流和金属坯料内的涡流在其横截面上的电流密度不均匀分布，最大电流密度出现在该横截面的表层，并以指数函数规律向心部衰减，这种现象称之为趋肤效应。8趋肤效应产生的原因：当金属坯料两端施以交流电压U时，则在金属坯料中建立起交变电场。由于电磁感应，坯料中电流所形成的交变磁场又产生一个方向相反的感应电势e。由于坯料心部穿透的磁通比表面多，心部的感应电动势e1大于表面的感应电动势e2，即U-e1U-e2，故表面电流密度i2心部电流密度i1。9（2）邻近效应通以交流电流的相邻两金属导体的电流密度要重新分布。当两导体的电流方向相反时，最大值出现在导体内侧，反之，最大值出现在导体外侧。这种现象称为邻近效应。邻近效应产生的原因：设在任何瞬间，两平行导体中的电流方向相反（图1-5a），在导体之间由两电流所建立的磁场方向相同，两导体间的总磁场增大，而两导体外侧的磁场减弱。位于导体外侧的电流“线”比内侧电流“线”交链较多的磁通，因而沿外侧的电流线比内侧感应的反电势大，外侧的电源电势与反电势之和较内侧低，因此，导体外侧电流密度较内侧小。如两平行导体的电流在任何瞬间方向相同（图1-5b）导体外侧电流密度较内侧大。10（3）圆环效应当交变电流通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象即是圆环效应。磁力线在环内较密集，环外分散，因此，外侧电流线较内侧穿透较多的磁通，反电势大，所以，外侧的总电势和电流密度较内侧小。圆环效应对圆柱体坯料外表面加热时起有利作用。这也是为什么坯料在螺线管感应器内加热不必加导磁体的原因。而对于内孔加热或平面加热时，圆环效应对加热是不利的，这时可利用导磁体改变磁力线状态，把电流由内侧驱赶到外侧。11（4）端部效应分为坯料的端部效应和感应线圈的端部效应。趋肤效应描述了金属坯料横截面上的磁场分布，而端部效应却显示了坯料和感应线圈端部的磁场分布。它将影响沿坯料轴向的功率分布及坯料加热温度的分布情况。对于纵向磁场中的非磁性坯料，坯料的端部效应使坯料端部吸收的功率增加，对于磁性坯料，端部效应使其吸收的功率增加还是降低，取决于坯料的半径、材料特性、频率和磁场强度。感应加热是上述四种效应的综合应用，感应器线圈系统的作用表现为圆环效应，坯料系统表现为趋肤效应，两者之间是邻近效应和端部效应。12金属坯料锻造前的加热必须配备加热设备。而加热设备的配置主要取决于金属本身对加热温度的工艺要求，满足这些工艺要求的热源有多种。原则上，凡是能使金属温度升高至锻造工艺要求的热源都可以利用，但选择加热设备仍然要考虑能源的经济性，加热设备建造的投入成本，加热温度控制的可能性、稳定性，以及满足环保所提出的要求。今日所称的锻造概念，包含自由锻、模锻、挤压、轧制、冷镦、冷冲和辗扩等诸多工艺方法，除冷镦、冷冲在常温下进行外，不论采用何种锻造方法，都要将欲进行锻造的金属坯料进行预先加热，以使金属具有良好的塑性，较低的变形抗力。经过锻造的金属，组织更为致密，具有更高的力学性能。13一般金属锻造坯料的加热温度，取决于金属的再结晶温度。锻造的温度与金属的性质密切相关。钢的再结晶温度约在460C左右。300800C一般称为温锻；钢的热锻依据合金的差异一般界于8001200C。而对于铝及铝合金，一般的锻造温度在400C左右；铜与铜合金的锻造温度在750900；钛及钛合金的锻造温度，通常都要高于IO00C。感应加热的现状及其发展的趋势(1)感应加热炉的设计、制造，从技术方面讲，可以说已经完全成熟。用于小规格钢坯锻压坯料加热，因其便于实现自动化、连续化已经被普遍采用；用于有色金属挤压坯料的加热，即使是大规格的锭坯，也有趋于采用工频感应加热的明显趋势。14(2)低(工频)、中、高频的感应加热炉的适用范围不会发生重大的改变。中、高频的感应加热设备主要用于金属的热处理(如表面淬火)领域，以及金属的熔炼、合金生产过程。未见中、高频用于钢及有色金属锻造坯料的加热领域的报导。主要是中、高频加热瞬时能量释放过快，而向坯料中心热量传导缓慢。将依靠变频元件的进步，进一步降低中、高频变频电源设备成本，提高运行的可靠性。(3)感应加热设备电源部分的发展，中、高频感应炉，主要涉及变流环节的结构和固体化元件的进步；工频感应炉的设计将更注意三相的平衡技术(尤其是单相的感应加热炉)，并要致力于将功率因数控制在电网允许范围之内(08509)，以达到减少电网损失，节约能源的目的。(4)在锻压领域，不论任何感应加热设备，加热设备与主设备计算机集中控制、集中显示、故障警报、协调运行的能力将会有进一步提高。通过计算机将主机(如模锻、挤压设备)和加热设备，当然也包括机组的其他辅助设备，将运行控制在最佳状态，无疑是工业技术发展的重要目标。15锻造加热锻造加热生产生产线线工艺流程工艺流程16锻造加热毛坯生产工艺流程锻造加热毛坯生产工艺流程 钢棒剪切钢棒剪切下料下料* *: :端面角度端面角度/ /毛刺毛刺中频感应棒料加热中频感应棒料加热* *: :温度温度四工步锻压成型四工步锻压成型* *: :尺寸尺寸/ /表面质量表面质量正火热处理正火热处理*:温度曲线温度曲线/金相组织金相组织抛丸处理抛丸处理*:表面氧化皮残留物表面氧化皮残留物质量检验质量检验*:尺寸尺寸/表面质量表面质量17锻造加热设备组成部分：一、电源部分频率在超音频频段（2030）KHZ之间加热电源可用全固态IGBT超音频感应加热电源，全固态电源由于其设备占地小节水性能好，整机效率高，输出电压安全系数高等诸多优点。二、机械部分机械控制采用可编程序控制器（PLC）控制，控制度高，动作准确，加热方式采用旋转行进增加了杆身温度的均匀性。18锻造加热设备优点：1、与传统加热手段相比较（油、煤、气），具有环保、节能、操作方便、劳动强度低的显著优点；2、与可控硅中频相比较节能10%30%，对电网没有谐波干扰；3、与电阻炉相比较节能50%60%；4、对客户产品具有加热快、受热均匀、无氧化层、产品质量好等优点；5、感应器由变压器隔离，非常安全。6、环保：没有污染、噪声和粉尘。7、适应性强：能加热各种形状不同的工件。8、设备占地小，不足两平方米，方便客户最大限度利用生产空间。19我国工业取得了快速发展，它的发展极大地促进了锻压行业的发展和技术进步。中国的锻件总产量排名世界第三,成为一个锻件生产大国。锻造加热是整个锻造过程中的重要环节，其主要目的是提高坯料塑性，降低变形抗力，使之易于成形并获得良好的锻后组织。加热设备的正确选择对提高锻造生产效率，降低能源消耗，减少环境污染，都有着直接的关系。目前，通常使用的感应加热设备。感应透热炉是一项新技术。加热时导体具有集肤效应，圆环效应，邻近效应，端部效应等电流分布不均匀现象。增加了设计难度。为充分发挥装置的效能，工程设计中必须注意用于感应加热的频率从几赫兹(Hz)到几十兆赫兹(MHz)，依据工艺要求选择不同的频率，一般而言，直径小的毛坯选择频率高，直径大的毛坯选择频率低。20低压桥起动条件全控半控高压桥低压桥逆变器负载电路IMFUMFTA656VACS300S300S300来自S300来自S300来自S300S300AAL300PROFIBUSP.L.C.CABUETTF300JP24P1P2J22J1J2J3J4J5J6J7J8JP23 用于普通工件的感应加热电源控制系统示意图用于普通工件的感应加热电源控制系统示意图21锻造加热设备技术Click here to add your title22锻造是一种借助工具或模具在中级或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。与其他的几种加工方法相比，如铸造、机械切割加工等等，锻造的优点是显而易见的。它主要表现在锻造加工的生产率最高；锻件的形状、尺寸稳定性好，并且具有最佳的综合力学性能；而且锻件韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小；锻件的内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超越。感应加热没有诞生前，火焰炉是锻压工业加热的唯一选择。其实，如果单纯从经济性来说，火焰炉要优于任何电加热包括感应加热设备。这是因为，从电的发生到坯料被感应加热，经过了多次的能量转换过程。而每次转换都伴随着损耗。23以火力发电为例，从燃料燃烧获得的热能转换为机械能和电能会损耗一部分能量；电能从发电厂出来到达感应加热设备的途中，一部分电能在升、降压变压器、高、低压传输线中转变为热能而消耗掉；剩下的电能在感应加热设备转变磁场能，磁场能转化为热能使坯料加热，又带来新的损耗。但是，在锻压工业中，坯料的加热采用感应加热相对于火焰炉加热具有以下两个特点：特点一：感应加热具有高达500-1000kW/m2的单位功率（由于坯料中可建立起高的磁通密度和一定量的有效加热层深）和短的透热时间（由于热发自坯料自身）。这一特点给锻造坯料加热带来的好处是：24加热速度快，即使在空气中加热坯料表面的氧化、脱碳也非常少。锻后的零件有合理的流线分布，它可以使坯料获得较高的疲劳性能。用火焰炉加热，其氧化皮量为3%-4%，而用感应加热可控制在0.05%-0.5%；感应加热在加热区没有燃料生成物，因而可以获得比较洁净的坯料，这对坯料高品质制造是一个非常有益的因素。短的加热时间有利于局部加热。加热区温度可以迅速建立，温度过渡区比较窄，这既减少了电能的损耗，又有利于有些局部加热工件的锻压成形。25节能、节材。短的加热时间，使感应加热便于提高生产率，降低生产成本。加热速度快，加热时间短，所获得的奥氏体晶粒细。感应加热的工件具有非常好的金相组织。设备启动快。而火焰炉中有许多耐火材料，启动时吸收大量热能，即装置的热损耗大。不工作时，也必须维持一定的温度。加热速度快，氧化皮生成极少，使模具寿命延长（有资料表明，仅由于感应加热氧化皮减少一项，可以使模具寿命提高30%）。26特点二：感应加热具有可重现性，即对给定的坯料规格、材质、始锻温度、节拍，感应加热所需功率基本恒定。因此，可以用节拍来确定精确的加热温度，工艺重复性好，产品品质稳定。这一特点给锻造坯料加热带来的好处是：由于设备紧凑，功率可调，感应加热设备可以同锻压设备组成生产线，做到同步生产。采用感应加热方式在特定的功率、节拍条件下可以有效地防止坯料加热温度不够或过烧，从根本上保证锻件质量。27便于同计算机、测温装置（如红外测温仪）、PID控温装置、半导体变频器（如SCR、IGBT、MOSFET变频器）等组成一个闭环的温度控制系统，以实现温度的精确控制，并实现自动化，确保产品品质稳定。便于锻压工厂实行现代管理体系。上述这些好处以及由此带来的环境和劳动条件极大改善，人力节省，生产占地减少等，使感应加热完全符合现代化生产的3S标准（SURE可靠、SAFE安全、SAVING节约）及3C标准（COOL低温、CLEAN清洁、CALM安静。）完全有理由这样说：感应加热，特别是品种相对单一，批量特别大的坯料的感应加热，是当今坯料锻造加热的最理想的手段。28发电厂输出功率；输配电损失；变频器损失；电容器损失；感应器线圈的损失功率P1；通过感应器隔热层的热损失功率PT；坯料加热的平均有效功率PT29在串联谐振电路中，感应线圈上中频电压的高低与变频功率器件的耐压无关，只要感应线圈的绝缘允许，提高中频电压就可以进一步降低感应线圈的损耗，整机效率就会进一步提高，这和输电为什么要用高压输送是一个道理。IGBT是一种全控型功率器件，它的开通与关闭是由其栅极直接控制，与振荡回路的功率因素无关，与振荡回路的Q值无关，所以，无论负载的轻重均可成功启动，因此，只要在设计中选择合适的Q值，就可既保证设备的可靠性又能使设备具有很高的效率，从而达到节电的目的。由IGBT变频的串联谐振型中频感应加热炉，具有功率因素高0.95，若采用12脉冲整流功率因素可0.97；节电显著（比传统可控硅中频炉节电10%30%），在任何负载下均可成功启动等优点，是锻造厂家节能改造替代传统可控硅中频炉的最佳选择。30在这个竞争异常激烈的世界，所有成功的制造业者比以往任何时候更专注于采用更高效和更经济的方法进行生产。锻造这个行业，在感应加热方面扮演着重要的角色。感应加热不仅在加热的热效益和时间比传统的加热设备大大提高了，也减少对环境的污染，相信在以后或更多的行业会得到更大的应用和发展空间。随着现代工业设备的自动化越来越来多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。31锻造加热设备可以改善工作环境、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能。感应加热炉与煤炉相比，工人不会再受炎炎烈日下煤炉的烘烤与烟熏，更可达到环保部门的各项指标要求，同时树立公司外在形象与锻造业未来的发展趋势。利用中频感应加热的方法，对碳结钢和低合金结构钢热轧标准件进行，与20世纪71年代已在美，法，饿等多个国家冶金工厂应用，建设了多条中频感应加热生产线，这些钢号大多用于制造汽车，拖拉机，机床用零部件。标准件感应加热，因受到冷却条件的限制，加热的标准件直径限定在60mm，大于60mm直径的标准件后，发现存在芯部硬度不足的现象。中频感应加热不仅能对圆棒，而且还能对方形，多边形条材进行。32自控型可调节加热时间、加热功率、保温时间、保温功率和冷却时间；大大提高了加热产品的质量和加热的重复性，简化工人的操作技术。特别安全，输出电压低于36V，免除高压触电危险。33成熟的锻造加热设备技术，设计的生产线中分别对淬火和回火工艺配备进口红外线测温装置，实现了加热温度自动控制，(并且可以通过调节功率来实现温度调节)，而机械传动部分则是采用了调速电机带动，可以随意调节运行速度及功率，而这些操作均由中心控制系统来实现，工人只需启动、停止操作系统中的按钮就可实现所有的运行动作。 随着科学技术的发展，锻造加热设备得到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。34锻造加热设备案例Click here to add your title3536锻造加热设备技术优势加热效率高(速度快慢可调节控制)加热范围广可加热各式各样的金属工件安装方便连接电源，感应圈和进出水管即可，启动速度快通水通电后即可启动加热，操作简便加热效果好被加热物芯表温差均匀，升温快保护措施布置齐全设有过压、过流、过热等报警指示37选用感应加热设备性能高且稳定 、系统电效率高、生产高度自动化。综合性能打造智能化恒远品牌。自动化强自动电效率高性能稳定性能高效38锻造加热设备发展是伴随工业技术的发展同步进行的。趋势就是从最初的原始化、简单化，发展到具有先进高新技术加入的高效化、快速化、成套化、数控化和联动化。锻造加热设备发展趋势锻造加热设备发展趋势39感应加热的现状国内外技术国内外技术现状现状感应加热技术从诞生至今，经过近百年的发展，取得了令人瞩目的成果，尤其是六十年代以后，固态电力电子器件的出现与发展，使感应加热技术和现代化生产许多方面密切相关，发挥了很大的作用。国内国外国外感应加热装置用于大型工件的透热或数百吨的钢水保温预计短期内，以固态器件构成的低频感应加热电源在功率容量、价格和可靠性方面还难以与简单的工频感应炉竞争，虽然其效率、体积和性能均优于工频炉40恒功率输出零压启动保护全面操作方便节能环保感应加热速度更快，节电效果更明显。零压启动，更能适应频繁启动的要求过流、过压保护，使设备运行可靠。智能操作简单，适用于各种加热工艺。全数字式高效快速谐振，节能环保优势突出锻造加热设备设备优点突出41锻造加热设备三大优势钢管调质炉可达到环保部门的各项指标要求，同时树立公司形象。加热速度快，被加热物的表面氧化少。非常容易实现自动控制，省心省力。感应加热时电加热炉中最节能的加热方式由室温加热到1100的吨锻件耗电小于360度。加热快效率高智能化自动化环保节能省电42随着社会的显著发展，以及社会生活水平大幅度地提高，人们的生活素质也有了明显地提升，最重要是体现在我们环保意识的逐渐增强，同时，这一改变，对于钢丝加热设备今后的发展，也有着很大的影响。锻造加热设备应用感应加热技术绿色节能的优势赢得了用户，也赢得了市场，更重要的是电磁加热技术也应用到了越来越多的领域。最大程度地减少热损失和能量损耗，增加生产效率，提升产品质量。锻造加热设备设备采购前需要跟专业技术员说明加热需求，提供加热工件尺寸，加热工件频率等参数。根据实际需求制定相关设计方案。43锻造加热设备方案设计要找专业团队方案设计要找专业团队44如何选择、选用感应加热设备呢？主要要从几个方面考虑：1、被加热的工件形状和尺寸工件大、棒料、实材，应选用相对功率大，频率低的感应加热设备；工件小、管材、板材、齿轮等，则选用相对功率小，频率高的感应加热设备。2、需要加热的深度和面积加热深度深，面积大，整体加热，应选用功率大，频率低的感应加热设备；加热深度浅，面积小，局部加热，选用相对功率小，频率高的感应加热设备。3、所需的加热速度需要的加热速度快，应选用功率相对较大，频率相对较高的感应加热设备。454、设备的连继工作时间连续工作时间长，相对选用功率略大的感应加热设备。5、感应部件与设备的连线距离连线长，甚至需要使用水冷电缆连接，应相对选用功率较大的感应加热设备。6、工艺要求一般来说，淬火、焊接等工艺，相对可以功率选小一些，频率选高一些；退火、回火等工艺，相对功率选大一些，频率选低一些；红冲、热煅、熔炼等，需要透热效果好的工艺，则功率应选得更大，频率选得更低。7、工件的材料金属材料中熔点高的相对选用功率大一些，熔点低的相对选用功率小一些；电阻率小的选用功率大一些，电阻率大的选用功率小一些。462015图片例案2015图片例案2015图片例案2015图片例案51广泛应用感应加热工艺是感应加热技术水平的主要体现,是技术发展的基础,先进的感应加热工艺技术可以有效地发挥感应加热的特点,实现高效、节能的局部热处理。同时感应加热系统正向智能化控制方向发展，具有计算机智能接口、远程控制和故障自动诊断等控制性能的感应加热电源系统正成为下一代的发展目标。52其中，“顾客导向”的竞争策略，要求企业全面提高质量意识，提供优质服务。企业获得的将是一种长期的效果：永远留住顾客。商品策略技术导向质量导向服务导向顾客导向竞争优势策略53市场分析市场分析542015协作成就梦想“品牌”是一种无形资产；“品牌”就是知名度，有了知名度就具有凝聚力与扩散力，就成为发展的动力。企业品牌是城市经济的细胞，企业品牌是带动城市经济的动力。而企业品牌的建设，首先要以诚信为先，没有诚信的企业，“品牌”就无从谈起。其次，企业品牌的建设，要以诚信为基础，产品质量和产品特色为核心，才能培育消费者的信誉认知度，企业的产品才有市场占有率和经济效益。56品牌品牌铸就铸就辉煌辉煌随着市场经济的发展,我国已成为制造业大国和外贸大国,但是,很多国内企业自主创新、自主品牌建设不足,以致于在激烈的市场竞争中不尽如人意。5758