热处理质量控制

自动控制原理大作业热处理质量控制自动化091童文杰3090433026孙军梁3090433023一、意义背景：热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。目前国际知名厂家的许多连续式和周期式热处理生产线都采取了用可编程控制器（ProgramableController）或微处理机的单控或群控，使整个生产工艺过程、炉气碳势、氮势以及其浓度沿深度的分布规律都能实现按预定的要求严格控制。我国的科研院所、大专院校、汽车行业的一些大厂在消化吸收引进技术和自行开发的基础上已基本掌握了这些先进技术。当前，在热处理界已开创了一个广泛利用计算机实现质量控制的新时代。二、应用领域：单晶炉、多晶炉、真空炉、中高频感应加热、高频焊接、锻造、热处理、冶金、窑炉、平板玻璃、耐火材料、加热炉。三、研究方向：热处理质量控制的目的是保证被处理零件的内在质量指标符合设计所规定的范围。热处理质量控制的主要应用及其研究方向包括以下几个方面：1）产品设计中的热处理质量控制；2）热处理设备及热处理仪表的质量控制；3）热处理工艺设计中的质量控制；4）热处理加工工序的质量控制；5）零件材料及热处理工艺材料质量控制；6）热处理质量检验的质量控制；7）操作者技能和责任控制等建立在热处理质量控制体系上的全过程质量控制。生产过程的自动化、工艺参数的在线控制、生产工艺参数对工艺效果的模拟优化来实现，而且还必须尽可能控制过程的智能化，这是当前质量控制技术发展的主要方向。四、研究现状：运用计算机控制策略通常分为精确数学模型控制和通用型控制两类。精确数学模型控制是利用计算机的快速计算和判断能力，依据被控对象例如热处理过程的物理化学特性所建立的物理模型为基础的由于生产的多样化所处理零件材料，批量等的不规则性，工艺制度的变化程度等难以确定的实际因素，很难提出准确而又较简捷的数学模型，这就需要提出另一种通用的带调整因子的控制策略，目前最盛行的是该井型的PID控制算法和模糊控制算法，并正在发展专家系统4.1数字PID的改进算法在计算机控制系统中，PID控制规律是用计算机程序来实现的，因此他的灵活性很大(1)积分分离PID算法主要为了消除静差，提高精度(2)不完全微分的PID算法:在控制系统中引入微分环节改善了系统的动态特性，但对干扰特别敏感，有时反而会降低控制效果(3)微分先行PID算法(4)动态补偿法大林控制算法，smith预估控制算法，前馈控制算法五、应用热点5.1热处理集散控制系统系统主要完成热处理车间生产过程自动化控制，通过发挥集散控制系统和组态软件有点，完成以下主要功能：（1）无扰东闭锁控制所有控制都具有手动、自动转换方式，互为备用，互为闭锁，并在闭环控制中，实现无扰动转换（2）系统控制AI仪表相当于现场总线系统中的各个控制单元，采用简洁可靠的自有的通讯协议，可在上位机实现100%仪表功能操作，实现了系统对每台加热炉及每个控温区的集中监控（3）程序控温每台加热炉，根据其控温区的多少配置A1仪表，歌曲实行单独控制，一次性输入温宿工艺曲线参数，自动计时，连续控制。开机预置程序进入运行后，功能键的程序便如功能闭锁，防止误操作，保证程序的有效执行（4）具有多幅画面显示管理层大屏幕彩显，用来显示生产设备工矿动态流程图，实时趋势图，仪表图。操作站彩显，用来显示生产设备工作状态，工艺流程，仪表图标等。（5）图表打印通过与计算机相连的打印机，可定时或分时打印需要的实时数据，历史数据和各类图表（6）屏幕操作（7）所有操作都在屏幕上已汉子方式显示，并通过计算机键盘或鼠标来操作系统软件集散控制系统软件是由实时仍无操作系统，数据库管理系统，组态软件，通信软件等组成，监控主要功能包括：数据采集和控制，统计过程控制，图像化组态，报警管理等主要接口：图形化用户接口，通信接口，用于报警的DDE接口，实时SQL接口，可编程接口，组态软件采用温度控制方面（1）质量在线控制技术国内外已广泛采用可控硅控温技术，结合PID仪表可使热过程温度控制在相当精确范围炉气控制方面，从传感器角度在国内外都经历了一个露点法――红外仪――氧探头的发展过程。（2）无损检测与评价技术对零件质量和内部缺陷进行100%的无损检测是先进制造技术质量控制的发展趋向之一（3）统计过程控制（SPC）技术统计过程控制（SPC）技术是集生产技术与科学管理于一体的现代质量管理技术，在此方向属于前沿技术的有：渗碳淬火SPC质量控制、精密成形（压铸、精锻等）SPC质量控制和热处理畸变的SPC质量控制等。（4）精密传感技术在机械制造热加工成形和改性技术中使用最普遍的是温度传感器，在温度传感器中当前最突出的是在高温、特种气氛、特别液体中工作的测温元件，在温度控制中常所用到的传感器：低温气体温度计蒸汽压温度计声学温度计顺磁盐温度计量子温度计低温热电阻低温温差电偶。镍铬-镍铝热电偶，在600度到1000度范围内，是精度最高的温度传感器器之一，允许误差只有正负0.75%，单片集成的二端式温度敏感电流源：AD590，具有温度响应速度快，体积小，寿命长，精度高，线性度好，能进行远距离测量等优点，具有较宽的激励电压温度检测电路与放大电路温度见车是利用热电偶的热点效应，吧温度变化转换为电量变化，实现对温度的测量存在问题：对于热处理质量的在线控制技术，目前迫切需要考虑的是直生式可近期气氛渗碳时的碳势精确控制、发展趋势：大力发展多参数热处理和复合热处理工艺1.1多参数热处理(1)真空热处理：这是一种附加压力的多参数热处理。(2)化学热处理：这是一种附加成分的多参数热处理。普通化学热处理，如渗碳、碳氮共渗、碳氮硼共渗等，分别属于附加单成分、双成分和三成分的多参数热处理。(3)真空化学热处理，流态床化学热处理、离子渗金属、离子注入、激光表面合金化(4)形变热处理2.复合热处理2.1复合热处理是将两种或两种以上的热处理工艺复合，或将热处理与其它加工工艺复合，这样就能得到参与组合的几种工艺的综合效果，使工件获得优良的性能，并节约能源，降低成本，提高生产效率。如渗氮与高频淬火的复合、淬火与渗硫的复合、2采用新的加热源和新的加热方式3.新的加热源在新的加热源中，以高能率热源最为引人注目。高能率热源主要有激光束、电子束、等离子体电弧等。4.新的加热方式在热处理时实现少无氧化加热，是减少金属氧化损耗、保证工件表面质量的必备条件，而采用真空和可控气氛则是实现少无氧化加热的主要途径。在表面加热方面，感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点，是一种经济节能的表面加热手段3.采用新的淬火介质和改进淬火方法3.1改进原有的淬火介质，采用新型淬火介质3.2改进老的淬火方法，采用新的淬火方法4.研制开发各种新型热处理设备5.加强新材料与热处理工艺的紧密结合和相互促进5.1低碳马氏体及其应用5.2空冷贝氏体钢5.3无莱氏体高速钢5.4奥氏体-贝氏体球墨铸铁(A-B球铁)6重视热处理节能和环境保护6.1大幅度降低热处理的能耗6.2高度重视热处理生产的环境保护7热处理生产的自动化和专业化7.1计算机和机器人在热处理中的应用产考文献1）潘永湘杨延西，赵跃过程控制与自动化仪表机械工业出版社。20072）张庆玲热电偶传感器测温系统系统的设计应用西北轻工业学院学报2000.18（1）：82-853）谢松云，热处理过程计算机控制系统研究与设计【硕士论文】西北工业大学4）胡晚霞，余玲玲等专家PID