應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的製作方法
2023-06-02 14:09:56
專利名稱：應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種真空滲碳熱處理技術的控制系統，尤指一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統。
背景技術：
真空滲碳亦稱作低壓滲碳；由於無火焰簾的設計，徹底解決了油煙及高熱對工作環境的影響，加上近年來逐漸克服技術的困難，滲碳的品質與再現性明顯的優於傳統氣體滲碳熱處理，因此本技術已受到汽車工業，精密組件工業與航天工業的重視，並且逐步用來取代傳統氣體滲碳熱處理工藝，甚至與機械加工製程整合在同一廠區。
1.真空滲碳熱處理的技術於1960年代已開始進行研究，利用最普遍的滲碳材料如甲烷CH4或丙烷C3H8直接導入加熱狀態之真空爐，直接進行表面滲碳，其原始之用意是克服一般氣體滲碳時，對盲孔或深孔滲碳不均的現象，然而初期產生嚴重積碳及滲碳品質仍然不能達到理想，所以此技術僅在實驗室階段，無法進入量產。
2.於1970年代，採用其它參數進行更多的實驗，例如將氣體流量加大，的確可改善滲碳深度，但爐內產生嚴重積炭，仍然無法達成量產。
3.1980年代，採用PLASMA裝置加速甲烷CH4或丙烷C3H8氣體的滲碳作用，可大幅降低氣體導入量，改善積炭現象，但仍然有維護上的困擾，並且設備太過昂貴。
4.1990年代，因乙炔C2H2、乙烯C2H4、己烷C6H12及各種混合氣體等非飽和之滲碳材料陸續被發現，可應用在真空滲碳製程，如此可將氣體導入量降至很低，而且可得到良好的滲碳效果，因為導入量低所以積炭的情況已大幅度的改善至可進行量產的階段。
5.然而目前之低壓滲碳熱處理爐，採取階段式之固定爐壓設定值，借著管路出口之真空計來控制滲碳材料的注入量。
目前之低壓滲碳熱處理爐均配置有一套真空泵系統，為了能快速將爐內之空氣排出以便進行熱處理及滲碳的工藝，該真空泵系統均配備有極大容量，當進行低壓滲碳時，其設定的滲碳壓力約在10Torr甚至更低，此時大容量的真空泵的抽量常導致滲碳之碳氫化物必須大量注入，而且泵抽取口的實際壓力小於遠處的壓力，易導致滲碳不均，所以現有設備均限定最大面積之裝載量，才能均勻滲碳，另外真空系統的汙染情況仍然無法免除。此外，真空計安置在管線出口或其它部位，除了無法正確反應真實的爐內壓力，尤其是滲碳區內之壓力，並且無法確實反應滲碳化學反應後產生之多種氣體如氫氣及甲烷等，所以常導致製程不穩定及不確定。
例如以低壓滲碳製程以乙炔為滲碳材料的主反應如下
在滲碳溫度(900度-1050度C)時，被滲工件具觸媒的作用，使C2H2裂解，產生2個活性碳及2個氫氣，該2個活性碳便直接滲入工件表面，此時氫氣在爐內，作為還原性氣體。
已知技術之配置主要是由派拉尼真空計安置在管路的出口或其它部位，然後將測得的數據送入真空控制器，再指揮控制閞控制C2H2的注入量。其主要缺失如下1)、派拉尼真空計無法在滲碳進行中測得實際爐內壓力，派拉尼真空計是採用氣體冷卻FILAMENT時，產生惠斯登電路不平衡，而測出氣體量之多少，即真空度之數值。因氣體之重量及冷卻率不同，所以必須以已知的一種氣體，預設真空表的參數，以計算真空度。
在滲碳開始之初期，全部是C2H2氣體，所以派拉尼真空計可測得真實的真空度，隨著滲碳進行，產生H2氣，此時派拉尼真空計精確度下降，所以此時控制之C2H2注入量便非正確量。
2)、大排氣量的真空泵系統造成爐內壓力不均常知技術之真空泵容量的配置，以加熱室容量7.8m3(有效工作區1.2m×0.76m×0.76m)為例，真空泵的每小時之抽氣量約為450m3或以上。主要是顧及大型的泵可縮短開始加熱前的排氣時間。然而，泵的抽氣太大，在施放滲碳材料時，造成爐內的壓力不均。一般低壓滲碳之壓力設定在0.1TORR-10TORR，此時由於泵之抽氣能力太大，抽氣口真空計位置與爐內最遠處之壓力差可達30％-50％，所以已知技術將滲碳材料的注入口分布在爐的四周，雖有改善，但在裝載量較大時，仍有滲碳不均勻的情形。
另外由於泵之抽氣能力太大，為了維持爐內壓力，所以滲碳材料之流量必須遠超過所須。
6.FIG1歐洲專利EP0818555A1，使用C2H2作為滲碳材料，於滲碳時，將C2H2導入並且控制在壓力1~7.5Torr的範圍，擴散階段，則爐內保低真空狀況，本方式無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，而且不斷的導入C2H2，消耗較多C2H2，並造成爐內及真空系統的汙染。
7.美國US6187111在類似於FIG1裝置上，於滲碳時，將C2H4導入並且控制在一定的壓力範圍，擴散階段，則爐內保低真空狀況，本方式無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，而且不斷的導入C2H4，消耗較多C2H4，並造成爐內及真空系統的汙染。
8.FIG2，JP2003-71756在類似於FIG1裝置上，採用C2H2做為滲碳壓力維持在1.5~3.5KPA並且使用二段擴散，第一段CO2壓力在0.3~15KPA，第二段擴散是真空進行，其優點是可以在可控情況下，進行CO2的表面脫碳，但是C2H2的滲碳仍只是定壓進行，不但表面較難控制，而且氣體耗量大，造成真空系統嚴重的汙染。
9.FIG3，WO03/048405-A1，在似FIG3裝置上，採用C2H4+H2做為滲碳壓，利用C2H4及H2的檢測裝置，檢測出C2H4及H2的分壓，然後計算出滲碳的碳勢再利用材料種類，滲碳規格得到之設定值，去實際做控制，本裝置之缺點C2H4及H2的檢知測定設備不但昂貴而且實際運作時穩定性不佳，另為其利用旁路閥來控制爐壓的方式亦比較不穩定。
10.FIG4 US2003-020214-A1在本裝置上是採用C6H12做為滲碳材料，C6H12在注入爐內後，立刻揮發為氣體，利用排氣真空泵來控制其爐壓，其缺點仍是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
11.FIG5，JP2003-119558在類似FIG1的裝置上進行真空滲碳熱處理，其製程主要是分為二段滲碳。
第一段採用C2H2，壓力設定在11.3Torr~26.3Torr第二段採用13A都市瓦斯，壓力設定在3.76Torr~60Torr，擴散仍採用真空狀態下進行，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
12.FIG6，JP2002-173759在真空滲碳熱處理時，利用壓力計測得的爐壓與氫檢測儀測得的氫分壓，然後計算碳勢以便控制滲碳材料的進入量，本技術採用氫檢測儀之主要結構是利用一支陶瓷管，在端點真空焊接一片(proton)作為氫氣探測頭，陶瓷管中間通標準氫氣，外面則接觸爐氣，利用二側氫分壓的砧不同，產生一個電位差，藉由這個電位差的大小，換算出氫氣的含量，這個結構及原理和以氧化鋯做成之氧探頭極為相似。但在實際滲碳熱處理時，滲碳材料容易堆積在探頭上，形成一層媒灰，嚴重的影響檢測的精確度，所以氧化鋯探頭在滲碳熱處理應用時必須搭配一套燒碳機構，利用氣體滲碳爐氣及額外導入之空氣將積存的媒灰燒掉，然而在真空滲碳時，並不存在這些條件，也就是沒有足夠的爐氣去進行燒掉媒灰之動作，所以本結構之設計並不適合在真空滲碳熱處理之量產使用。
13.FIG7，JP2002-2167658在真空滲碳熱處理時，採用C2H2或C2H2與H2的混合氣，做為滲碳的材料，設定一個滲碳的上限值及下限值，於爐壓上限時打開真空泵，於下限時關閉真空泵，以便節省滲碳材料消耗量，然而以爐壓設定無法真實反應爐內滲碳反應的進行，所以容易產生滲碳不均勻的狀況。
14.JP2001-262313在類似FIG1的裝置上進行真空滲碳熱處理，採用C2H4及H2的混合氣做為滲碳材料，其混合比例氫氣在15％~50％，爐內壓力設定在40~65Torr，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
15.JP2001-240954 FIG8，裝置上進行真空滲碳熱處理採用C2H4及H2的混合氣做為滲碳材料，利用C2H4檢測器檢測C2H4之含量，以便控制真空抽氣系統的閥門，本技術採用C2H4之檢測設備昂貴而且可靠度差，另外使用閥門才控制真空抽氣系統，其精度亦不佳。
16.JP2001-81543 FIG9裝置上進行真空滲碳熱處理，利用雷射檢測碳氫化物的注入量，然後控制其需要量，本技術採用雷射檢測之可靠度在有爐內積炭時，可靠度下降，然而產生煤灰在真空滲碳熱處理之量產製程是很難避免的，所以本結構之設計並不適合在真空滲碳熱處理之量產使用。
17.US6187111類似FIG1的裝置上進行真空滲碳熱處理，使用乙烯為滲碳原料其滲碳的爐壓為1-10KPA，擴散階段，則爐內保低真空狀況，本方式無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，而且不斷的導入C2H4，消耗較多C2H4，並造成爐內及真空系統的汙染，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
18.US PAT NO.5.702.540使用乙烯作為滲碳原料，並將爐壓降至1KPA以下，但是乙烯的價格非常昂貴，並且不易大量儲存處理，由於將壓力設定在1KPA，所以使用大容量的真空泵，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
19.US PAT NO.5.205.873使乙烯及氫氣做為滲碳原料，將爐壓控制在1~10KPA，但是氫氣有爆炸性，安全性必須考慮，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化，並且耗費大量滲碳材料。
20.US PAT 6.187.111採用較小容量原，擬降低氣體的耗量，但是它會影響初期真空抽吸的時間，本方法的缺點是控制較差，無法精確掌握滲碳過程氣體反應的變化。
以上為已有技術。
發明內容
為了克服上述不足之處，本發明的主要目的旨在提供一種採用多參數輸入計算機為控制基礎，使用兩種以上的真空計，可以真實反應爐內滲碳氣體的化學變化，並通過控制馬達變頻器來達成指揮真空泵系統的必要抽吸量。
本發明要解決的技術問題是要解決多參數輸入計算機的控制問題；如何使用兩種以上的真空計；如何安裝控制馬達變頻器的位置，控制及達成指揮真空泵系統的必要抽吸量等問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該系統的裝置主要由計算機及控制軟體、可編程控制器、熱電偶、真空計、電源、工件及淬火室等組成，其可編程控制器、計算機及控制軟體模塊相互連接，可控矽整流器的一端與可編程控制器的輸入端相連接，可編程控制器與加熱室之間由主控爐溫熱電偶及過溫控制熱電偶相互連接，可編程控制器的一輸出端通過數位訊號輸出線與加熱室的輸入端相連接，PIRANI真空計顯示器的一端與加熱室相連接，其輸出端與可編程控制器的輸入端相連接，薄膜式真空計顯示器的一端與加熱室相連接，其輸出端與可編程控制器的輸入端相連接，加熱室內安置有熱處理工件，加熱室與淬火室連為一體，但中間有門隔離。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的真空計至少有兩種以上組成。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的加熱室的外部依次與真空計、真空閥、真空泵、真空泵馬達與真空泵馬達的變頻控制器相互串接。
一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的具體工作步驟是步驟1.工件送入加熱室工件備妥後，淬火室前門及加熱室前門打開，直接送入加熱室；步驟2.抽真空真空系統的真空閥及淬火室真空系統打開，開始抽真空，真空泵馬達的變頻器設定在正常供電頻率，例如中國地區50HZ，美國為60HZ；步驟3.加熱運行當真空度達1torr或小於1torr後，開始加熱，並且真空泵持續運行；步驟4.持續均熱溫度抵達滲碳溫度後，持續運行均熱程序直到工件溫度均勻；
步驟5.變頻器工作進入滲碳製程後，根據工藝，變頻器將頻率降至正常頻率之5％--60％，真空泵維持小抽吸量；步驟6.注入滲碳材料滲碳劑控制閥打開，開始注入一定量的滲碳材料；步驟7.設定值當爐內壓力至設定值時，利用變頻器控制真空泵的抽吸量，並將爐壓維持在設定值；步驟8.真空計顯示器工作當爐內氣體進行滲碳反應時，PIRANI真空計顯示器(V1)及薄膜式真空計顯示器(V2)開始出現不同的讀數，當PIRANI真空計顯示器(V1)/薄膜式真空計顯示器(V2)比值為一定時，變頻器將頻率調整為正常供電頻率，以最快時間將真空度抽至最高；步驟9.重複執行停留一段時間進行擴散後，重複步驟5、6、7、8的製程；步驟10.自動控制步驟9重複的次數及每次停留擴散時間，皆由計算機根據滲碳要求，自動控制其次數及時間長短；步驟11.降溫當滲碳及擴散的階段完成，便開始進行降溫；步驟12.工件搬入當溫度降至淬火溫度時，加熱室前門打開，工件搬入淬火窒；步驟13.規定壓力工件送至淬火升降臺，關上加熱室前門，前室注入N2，直到規定壓力；步驟14.淬火行程淬火升降臺浸入油槽內，進行淬火行程。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，在操作之前，預先輸入以下的參數為a)、工件的材料；b)、工件之總表面積；c)、滲碳層深度要求；d)、表面含碳量要求；e)、最高工作溫度限制；f)、滲碳材料的種類；g)、電源的頻率；採用多參數輸入計算機做為控制基礎，使用兩種以上的真空計，以真實反應爐內滲碳氣體的化學變化。製程中，計算機根據已輸入的各項參數，含有工件總表面積，層深要求，材料種類，最高設定溫度等參數，並接受時時輸入的溫度值及兩種以上的真空度值，立刻演算並作時時的動態控制，其控制機制，除了通過控制馬達變頻器來達成指揮真空泵系統的必要抽吸量外，並由上述的多種參數，控制滲碳材料的注入量，注入時間及行程，反覆多次直到滲碳層深。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，其計算機利用輸入的參數決定以下控制條件a)、滲碳的壓力；b)、滲碳與擴散的時間。
滲碳初期，工件的表面立刻建立很高炭量，表面以下含碳很低，所以碳迅速擴散，第一次之後的擴散速度，因層深增加，所以擴散速度逐漸遞減，至於完成每一段小滲碳的時間，由PIRANI真空計顯示器(V1)與薄膜式真空計顯示器(V2)的差值，決定滲碳材料已完成滲碳作用。
本發明的有益效果是可以節省滲碳材料量；增加爐裝載量；增加滲碳之均勻性；減少真空系統之積碳；能以動態控制方式，自動產生複雜之製程；並可以完成計算機自動控制，免除人為操作可能的錯誤。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
附圖1是本發明的系統架構示意圖；附圖2是本發明的實施方式示意圖；附圖3是本發明實施例的第一次測試示意圖；附圖4是本發明實施例的第二次測試示意圖；附圖中標號說明1-計算機及控制軟體； 17-真空泵馬達的變頻控制器；2-可編程控制器； 18-加熱組件；3-PIRANI真空計顯示器(V1)； 19-滲劑控制閥；4-薄膜式真空計顯示器(V2)； 20-調壓閥；5-可控矽整流器； 21-滲劑儲存鋼瓶；6-電源供應器； 22-PIRANI真空計；7-工件； 23-薄膜式真空計；8-主控爐溫熱電偶； 24-加熱室前門；9-過溫控制熱電偶； 25-充壓管線；10-輸入(D1)； 26-淬火室真空系統；12-輸出(D2)； 27-淬火室；13-加熱室；28-淬火室前門；14-真空閥；29-淬火升降臺；15-真空泵；30-油槽攪拌；16-真空泵馬達；
具體實施例方式
請參閱附圖1所示，本發明系統的裝置主要由計算機及控制軟體1、可編程控制器2、熱電偶、真空計、電源6、工件7及淬火室27等組成，其可編程控制器2、計算機及控制軟體1模塊相互連接，可控矽整流器5的一端與可編程控制器2的輸入端相連接，可編程控制器2與加熱室13之間由主控爐溫熱電偶8及過溫控制熱電偶9相互連接，可編程控制器2的一輸出端通過數位訊號輸出(D2)11線與加熱室13的輸入端相連接，加熱室13的輸出端通過數位訊號輸入(D1)10線與可編程控制器2的輸入端相連接，PIRANI真空計顯示器3的一端與加熱室13相連接，其輸出端與可編程控制器2的輸入端相連接，薄膜式真空計顯示器4的一端與加熱室13相連接，其輸出端與可編程控制器2的輸入端相連接，加熱室13內安置有熱處理工件7，加熱室13與淬火室27連為一體，但中間有門隔離。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的真空計至少有兩種以上組成。
請參閱附圖2、3、4所示，所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的加熱室13的外部依次與真空計、真空閥14、真空泵15、真空泵馬達16與真空泵馬達的變頻控制器17相互串接；滲劑儲存鋼瓶21依次與調壓閥20、滲劑控制閥19及加熱組件18相互串接，PIRANI真空計22與加熱組件18相互連接，薄膜式真空計23與加熱組件18相互連接，充壓管線(N2)25與淬火室27相互連接，淬火室真空系統與淬火室27相互連接，在淬火室27的一側為淬火室前門28，淬火室27內壁一側設有油槽攪拌30，其中間設有淬火升降臺29。
一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的具體工作步驟是
步驟1.工件7送入加熱室13工件7備妥後，淬火室前門28及加熱室前門24打開，直接送入加熱室13；步驟2.抽真空真空系統的真空閥14及淬火室真空系統26打開，開始抽真空，真空泵馬達的變頻器17設定在正常供電頻率，例如中國地區50HZ，美國為60HZ；步驟3.加熱運行當真空度達1torr或小於1torr後，開始加熱，並且真空泵15持續運行；步驟4.持續均熱溫度抵達滲碳溫度後，持續運行均熱程序直到工件溫度均勻；步驟5.變頻器工作進入滲碳製程後，根據製程，變頻器將頻率降至正常頻率之5％-60％，真空泵15維持小抽吸量；步驟6.注入滲碳材料滲碳劑控制閥19打開，開始注入一定量的滲碳材料；步驟7.設定值當爐內壓力至設定值時，利用變頻器控制真空泵15的抽吸量，並將爐壓維持在設定值；步驟8.真空計顯示器工作當爐內氣體進行滲碳反映時，PIRANI真空計顯示器(V1)3及薄膜式真空計顯示器(V2)4開始出現不同的讀數，當PIRANI真空計顯示器(V1)3/薄膜式真空計顯示器(V2)4比值為一定時，變頻器將頻率調整為正常供電頻率，以最快時間將真空度抽至最高；步驟9.重複執行停留一段時間進行擴散後，重複步驟5、6、7、8的製程；步驟10.自動控制步驟9重複的次數及每次停留擴散時間，皆由計算機根據滲碳要求，自動控制其次數及時間長短；步驟11.降溫當滲碳及擴散的階段完成，便開始進行降溫；步驟12.工件搬入當溫度降至淬火溫度時，加熱室13前門打開，工件7搬入淬火窒27；步驟13.規定壓力工件7送至淬火升降臺29，關上加熱室前門24，注入充壓管線(N2)25，直到規定壓力；步驟14.淬火行程淬火升降臺29浸入油槽內，進行淬火行程。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，在操作之前，預先輸入以下的參數為a)、工件的材料；b)、工件之總表面積；c)、滲碳層深度要求；d)、表面含碳量要求；e)、最高工作溫度限制；f)、滲碳材料的種類；g)、電源的頻率；採用多參數輸入計算機做為控制基礎，使用兩種以上的真空計，以真實反應爐內滲碳氣體的化學變化。製程中，計算機根據已輸入的各項參數，含有工件總表面積，層深要求，材料種類，最高設定溫度等參數，並接受時時輸入的溫度值及兩種以上的真空度值，立刻演算並作時時的動態控制，其控制機制，除了通過控制馬達變頻器來達成指揮真空泵15系統的必要抽吸量外，並由上述的多種參數，控制滲碳材料的注入量，注入時間及行程，反覆多次直到滲碳層深。
所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，其計算機利用輸入的參數決定以下控制條件a)、滲碳的壓力；b)、滲碳與擴散的時間。
滲碳初期，表面立刻建立很高炭量，表面以下含碳很低，碳迅速擴散，第一次之後的擴散時間逐漸拉長，至於完成每一段小滲碳的時間，完全根據PIRANI真空計顯示器(V1)3與薄膜式真空計顯示器(V2)4的差值，即滲碳材料已完成滲碳作用，其有非常明顯的優點如下(1)、爐內工件所有面積，時時接受到同樣的碳勢，所以滲碳速度完全相同，深孔尤其明顯；(2)、新鮮的滲碳材料在爐內完成反應後立刻排出，所以不致於在爐內形成積碳；(3)、滲碳可計算機精確的控制，滲層可非常精確且均勻；(4)、裝載量可大幅提高；(5)、全自動控制，沒有人為失誤。
本發明的設備規格(1)、二室式油淬滲碳熱處理爐；(2)、加熱室有效尺寸1200MM×760MM×800MM；(3)、加熱室容積8.0立方米；(4)、真空系統機械真空泵300M3/HR，魯氏真空泵2000M3/HR。
本發明的測試工件尺寸1.S15C鋼板52MM×52MM×3MM 80件2.SCM420鋼棒直徑40MM×65MM 10件本發明的第一次測試結果有效滲碳層0.6~0.68mm，爐內情況良好，沒有積碳。
本發明的第二次測試結果有效滲碳層0.9~0.95mm，爐內情況良好，沒有積碳。
本發明的真空計工作原理說明(1)、PIRANI GAUGE派拉尼真空計是採用氣體冷卻FILAMENT時，產生惠斯登電路不平衡，而測出氣體之多少，即真空度之數值。因氣體之重量及冷卻率不同，所以必須以已知的一種氣體，預設真空表的參數，以計算真空度。
(2)薄膜式真空計薄膜式真空計是利用氣體分子碰撞運動，產生的壓力，其行為近於理想氣體狀態，其壓力與氣體摩耳數有關，與氣體種類無關。
PV＝NRTP氣體壓力V爐體容積N氣體摩耳數R常數T溫度本發明真空計的特點說明(1)、氣氛的均勻性當滲碳開始時，真空泵15抽量降至很小，所以滲碳材料可迅速的建立均勻的滲碳氣氛，由於抽吸量很小所以爐內不會因大力抽吸，產生繞動而不均勻，並且因為間斷性定量注入，所以滲碳材料可以大幅降低。另外，抽氣的時機，完全是根據爐內氣體反應狀況，所以是在可控的狀態下進行真空滲碳。
所以它的優點非常明顯為1)、爐內氣氛更均勻，滲碳均勻度可大幅提升；2)、可增加工件裝載量；3)、在可控的狀態下，滲層深度可以完全掌握；4)、大量減少滲碳材料耗量，並大幅減少爐內及真空系統的積碳及汙染；(2)、計算機產生製造工藝，並且動態全程控制操作之前，工程師已預先輸入以下的參數1)、工件之材料；2)、工件之總面積；3)、滲碳層深要求；4)、表面含碳要求；5)、最高工作溫度限制；6)、滲碳材料之種類；7)、電源之頻率；根據以上的參數，計算機自動產生一個合適的工藝，在實際製程中，計算機根據時時輸入的資料，對製程做修正或補償，所以生產可以完全自動化，而且生產品質可以達到最佳。
權利要求
1.一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統，該系統的裝置有計算機及控制軟體、可編程控制器、熱電偶、真空計、電源、工件及淬火室，其特徵在於可編程控制器、計算機及控制軟體模塊相互連接，可控矽整流器的一端與可編程控制器的輸入端相連接，可編程控制器與加熱室之間由主控爐溫熱電偶及過溫控制熱電偶相互連接，可編程控制器的一輸出端通過數位信號輸出線與加熱室的輸入端相連接，PIRANI真空計顯示器的一端與加熱室相連接，其輸出端與可編程控制器的輸入端相連接，薄膜式真空計顯示器的一端與加熱室相連接，其輸出端與可編程控制器的輸入端相連接，加熱室內安置有熱處理工件，加熱室與淬火室連為一體，中間有門隔離。
2.根據權利要求1所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統，其特徵在於所述的真空計至少有兩種以上組成。
3.根據權利要求1所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統，其特徵在於所述的加熱室的外部依次與真空計、真空閥、真空泵、真空泵馬達與真空泵馬達的變頻控制器相互串接。
4.一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法，其特徵在於該方法具體工作步驟是步驟1.工件送入加熱室工件備妥後，淬火室前門及加熱室前門打開，直接送入加熱室；步驟2.抽真空真空系統的真空閥及淬火室真空系統打開，開始抽真空，真空泵馬達變頻器設定在正常供電頻率；步驟3.加熱運行當真空度達1torr或小於1torr後，開始加熱，並且真空泵持續運行；步驟4.持續均熱溫度抵達滲碳溫度後，持續運行均熱程序直到工件溫度均勻；步驟5.變頻器工作進入滲碳製程後，根據製程，變頻器將頻率降至正常頻率之5％--60％，真空泵維持小抽吸量；步驟6.注入滲碳材料滲碳劑控制閥打開，開始注入一定量的滲碳材料；步驟7.設定值當爐內壓力至設定值時，利用變頻器控制真空泵的抽吸量，並將爐壓維持在設定值；步驟8.真空計顯示器工作當爐內氣體進行滲碳反映時，PIRANI真空計顯示器V1及薄膜式真空計顯示器V2開始出現不同的讀數，當PIRANI真空計顯示器V1/薄膜式真空計顯示器V2比值為一定時，變頻器將頻率調整為正常供電頻率，抽真空；步驟9.重複執行停留一段時間進行擴散後，重複步驟5、6、7、8的製程；步驟10.自動控制步驟9重複的次數及每次停留擴散時間，由計算機根據滲碳要求，自動控制其次數及時間長短；步驟11.降溫當滲碳及擴散的階段完成，開始進行降溫；步驟12.工件搬入當溫度降至淬火溫度時，加熱室前門打開，工件搬入淬火窒；步驟13.規定壓力工件送至淬火升降臺，關上加熱室前門，注入充壓管線N2，直到規定壓力；步驟14.淬火行程淬火升降臺浸入油槽內，進行淬火行程。
5.根據權利要求4所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法，其特徵在於所述的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，在操作之前，預先輸入以下的參數為a)、工件的材料；b)、工件之總表面積；c)、滲碳層深度要求；d)、表面含碳量要求；e)、最高工作溫度限制；f)、滲碳材料的種類；g)、電源的頻率；
6.根據權利要求4所述的應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統的熱處理製程方法，其特徵在於所述的計算機及控制軟體利用輸入的參數進行動態全程控制，其計算機利用輸入的參數決定以下控制條件a)、滲碳的壓力；b)、滲碳與擴散的時間。
全文摘要
一種涉及一種真空滲碳熱處理技術的控制系統，尤指一種應用於低壓滲碳熱處理爐的動態控制系統。該發明包括該系統的裝置及熱處理製程方法的具體工作步驟，該裝置主要由計算機及控制軟體、可編程控制器、熱電偶、真空計、電源、工件及淬火室等組成，採用多參數輸入計算機做為控制基礎，使用兩種以上的真空計，計算機根據已輸入的各項參數，演算並作時時的動態控制，並通過控制馬達變頻器來達成指揮真空泵系統的必要抽吸量外，反覆多次直到滲碳層深。本發明的優點是可以節省滲碳材料量；增加爐裝載量；增加滲碳之均勻性；減少真空系統之積碳；能以動態控制方式，自動產生複雜之製程；並可以完成計算機自動控制，免除人為操作可能的錯誤。
文檔編號C23C8/08GK1560317SQ200410016370
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月17日 優先權日2004年2月17日
發明者陳明志, 楊景峰 申請人:上海寶華威熱處理設備有限公司