气门电热镦温度全闭环控制

■ 周小伟

1. 气门电热镦简介及存在问题

如图1、图2所示，砧子与夹紧块（两夹紧块电气上并联）之间施加工频低电压。工件在顶杆推动下向砧子前进，砧子根据需要可向后退。工件砧子与夹紧块之间部分被通电加热软化，同时受到顶杆推力作用而被镦粗成所需形状。镦锻时砧子和夹紧块用循环水冷却。

各工件镦锻过程中加热镦粗部分温度应可控一致。由于加热温度受到电网电压稳定性、调节器性能稳定性、液压参数稳定性、工件与砧子和夹紧块接触一致性及冷却一致性等因素影响，开环温度难以控制、难以一致，造成镦出产品产生各种缺陷，如形状尺寸缺陷、锻压成形尺寸形状缺陷和开裂（温度低可能产生热脆、冷裂等）、内部金相组织缺陷（如温度过高易使晶粒粗大）等。

图1 电镦局部照片

图2 电镦原理示意

2. 过往加热温度控制情况

早期，电热镦机的加热功率控制是通过人工改变加热变压器一次侧档位实现的。这种方式存在明显不足：一是加热电压调节太粗不能连续调节；二是电网电压不稳定引起加热电压不稳定；三是加热过程中不能调节加热电压。

后来，在变压器一次侧增加了晶闸管电压调节器。这种调节器有开环控制，也有闭环控制。对于开环控制的，为提高电压稳定性，常在电镦机前加稳压器。这样基本可保证加热电压稳定。但采取这些措施后，由于还存在冷却水流、水温，液压压力、工件与砧子和夹紧块接触情况等一系列不可控因素的存在，还是不能保证工件加热温度的一致性和稳定性，常产生温度过低和超温现象。温度变化一般30℃左右，变化大时可达50℃。因此有必要采取进一步改进措施。

3. 改进方案

改进方案就是对温度进行全闭环控制，如图3所示。在温控仪中设定电热镦过程中允许的最高温度值，当比色红外线测温仪测得电热镦工件温度低于设定温度时，电压调节器的输入信号只取决于PLC或其他电压给定装置给定，电热镦过程中加热不受温控仪影响，当比色红外线测温仪测得电热镦工件温度超过温控仪设定值或电热镦工件温度上升过快时，温控仪就按设定冷却控制方式和设定PID参数进行控制和运算后输出一个电流信号叠加到电压调节器给定输入信号上，这个信号的相位与PLC或其他电压给定装置给定信号的相位是相反的，其抵消一部分由PLC或其他电压给定装置施加在调节器上的输入给定信号，即进行冷却降低加热电压，从而降低电热镦温度或减慢电热镦温度上升速度，以此达到闭环控温限制最高温度的目的。

适当设定电压调节器和温控仪各相关参数，可使工件温度始终处于闭环控制。详细方案和控制过程参见（全闭环控制电热镦温度的方法及装置，专利号：ZL2012100875964）。要真正实现镦锻部分实际温度稳定一致这一设想，测温仪的选择至关重要。我们知道，电热镦时工件温度测量只能选择非接触型测温仪器，也就只能选择红外线测温仪。红外测温仪可分为两大类：一类为单色测温仪，另一类为比色测温仪。环境透明度、背景亮度、被测物体表面形状大小和粗糙度及测温角度等都对测温结果有影响。而这些影响对单色测温仪和比色测温仪是不一样的。总体说来，对单色测温仪的影响大，而对比色测温仪的影响小。采用单色测温仪，测得的温度与实际温度往往相差很大，达不到要求。所以，应选用比色测温仪。

图3 温度全闭环控制示意

4.改进效果

经改进后，从温控仪和测温仪上的温度显示看，温度变化在1℃以内，完全达到工艺要求，产品质量十分稳定，改进成功（本文主体已获发明和实用新型专利：全闭环控制电热镦温度的方法及装置，专利号：ZL2012100875964，ZL2012201251484）。参考文献：

[1] 周小伟. 排气门电镦缺陷成因及防治措施[J].内燃机配件，2004（3）：11-13.

[2] 周小伟. 气门颈部断裂原因及防止措施[J]. 内燃机配件，2007（3）：19.

[3] 周小伟. 电镦机无级调压（流）改造[J].内燃机配件，2006（1）：46.