一种棒料感应加热设备的制作方法

1.本实用新型涉及感应加热技术领域，特别是涉及一种棒料感应加热设备。


背景技术：

2.铝型材是由挤压机挤压成型而来。在进入挤压机挤压之前，需要对原料铝锭进行加热，等铝锭加热到工艺规定的温度后才能进行挤压工序。
3.铝锭加热的传统方式是用燃气炉加热，然而铝锭在挤压过程中，会产生大量的畸变热，导致铝锭的温度越挤越高，最终超出挤压工艺规定的温度，影响了铝型材成品的质量。目前国内很多中小型企业还停留在这种加热方式，只能应用在一些对铝型材性能要求不高的领域。
4.为了补偿挤压中产生畸变热量的问题，就有了对铝锭进行梯度加热的需求，即加热后的铝锭的头部温度较高而尾部较低，这样铝锭在挤压过程中能保持温度一致，成品的质量就有了保证。传统的燃气炉实现不了这个需求，而可以分区控制的感应加热炉就能分别控制每个加热区的功率，从而实现铝锭的梯度加热。但是由于铝的不导磁性，对铝锭来说，感应加热的能耗要比燃气炉加热能耗要高。因此前几年比较流行的方式为先用燃气炉把铝锭预热到一定温度，后续送到感应炉加热。既实现了梯度加热，也使加热的能效相对更低。
5.而目前企业使用最多的方式还是单独使用感应加热炉加热，虽然加热能耗相对会高一些，但考虑到燃气炉巨大的占地面积以及环保问题，单独使用感应加热炉还是成为了最优的选择。所以降低感应加热炉的能耗成为了企业的重中之重。
6.目前，感应加热炉一般都是采用单层结构的感应加热线圈作为加热元件，其加热效率较低。
7.同时，铝锭的加热需要将铝锭送入到加热线圈中，等到铝锭加热完成后将其取出，然后再进行下一道工序。传统的进出料过程是用天车将铝锭送至线圈入口，然后从线圈入口将铝锭推入到加热装置中的支撑部件上加热，待加热完成后再将其推出。但这种方式存在一些问题：
8.(1)铝锭每次被推进加热线圈时的位置不够精确，不利于梯度加热的温度控制。
9.(2)在铝锭的推入和推出过程中，由于存在相互摩擦，容易对铝锭表面造成划伤，无法满足一些高性能铝型材的要求。
10.(3)由于铝锭是被放置在加热装置中的支撑部件上加热，与支撑部件有一定的接触面积，容易造成接触部分的温度偏高或者偏低，从而造成整个铝锭温度的不均匀，导致产品不良率高。
11.(4)由于铝锭长时间的滑动摩擦，会影响到线圈的使用寿命，使得维护成本增高。


技术实现要素：

12.本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种棒料感应加热设备。
13.本实用新型实现上述目的的一种技术方案是：
14.一种棒料感应加热设备，包括：
15.线圈箱体；
16.设于线圈箱体中的感应加热线圈，其包括多个线圈盘，所述线圈盘包括两个同轴并列设置的半线圈盘，所述半线圈盘具有沿径向的多层螺旋绕制线圈结构，每个所述线圈盘的两个所述半线圈盘之间以各自的线圈内端相连，各所述线圈盘之间以相同的线圈螺旋方向同轴并列设置，任意两个相邻的所述线圈盘之间通过各自一个相邻的所述半线圈盘的线圈外端相连，位于最外侧的两个所述线圈盘以各自一个位于外侧的所述半线圈盘的线圈外端作为所述感应加热线圈的两个电源接线端；
17.上下料模组，设于所述线圈箱体前端侧，用于将加热前棒料由上料位输送到进出料位上，以及将加热后棒料由所述进出料位输送到下料位上；
18.进出料模组，设于所述线圈箱体的前后两端侧，用于对位于所述进出料位的所述上下料模组上的加热前棒料的前后两端进行夹持，并平移至所述感应加热线圈中，以及将加热后棒料原路返回至所述进出料位，并放落在所述上下料模组上。
19.进一步地，所述上下料模组包括并列分设于所述线圈箱体前端两侧的冷料入料台和热料出料台，以及设于所述冷料入料台和所述热料出料台之间并位于下方的线圈送料台，所述冷料入料台用于受驱动侧向平移，将加热前棒料由所述上料位输送至待命位，所述热料出料台用于受驱动侧向平移，将加热后棒料由所述待命位输送至下料位，所述线圈送料台用于受驱动垂直上升，将处于所述待命位的加热前棒料自所述冷料入料台上顶起至所述进出料位，以及受驱动垂直下降，将处于所述进出料位的加热后棒料放落至位于所述待命位的所述热料出料台上。
20.进一步地，所述进出料模组包括分设于所述线圈箱体前后两端侧的第一夹持机构和第二夹持机构，所述第二夹持机构用于受驱动轴向平移穿过所述感应加热线圈，与受驱动相向平移的所述第一夹持机构一起对所述线圈送料台上处于所述进出料位的加热前棒料进行夹持，并通过同步轴向平移输送至所述感应加热线圈内，以及与所述第一夹持机构一起将夹持的加热后棒料由所述感应加热线圈内送出至所述进出料位，并通过反向平移松开放至升起的所述线圈送料台上。
21.进一步地，所述第一夹持机构设有第一夹持臂，所述第一夹持臂位于所述感应加热线圈前端侧，并连接第一滑块，所述第一滑块滑动设于第一导轨上，所述第一滑块耦合第一伺服电机；所述第二夹持机构设有第二夹持臂，所述第二夹持臂位于所述感应加热线圈后端侧，并连接第二滑块，所述第二滑块滑动设于第二导轨上，所述第二滑块耦合第二伺服电机，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂用于对棒料的两端进行夹持。
22.进一步地，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机耦合伺服驱动器，所述伺服驱动器耦合plc控制系统。
23.进一步地，所述冷料入料台、所述热料出料台和所述线圈送料台通过气缸驱动。
24.进一步地，所述冷料入料台和所述热料出料台水平设有梳齿形载料架，所述线圈送料台竖直设有叉齿形载料架，所述叉齿形载料架被配置为能够通过升降穿过所述梳齿形载料架。
25.进一步地，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂上设有接触检出元件。
26.进一步地，任意两个相邻的所述线圈盘的相邻的所述半线圈盘的线圈外端之间通过线圈盘连接件相连。
27.进一步地，所述线圈盘连接件上设有温度保护开关。
28.由上述技术方案可以看出，本实用新型采用螺旋绕制的多层结构的感应加热线圈作为加热机构，加热能耗可比普通单层线圈降低10-15％，在经济上、环保上都为用户带来了优势。并且，整个线圈由一片片线圈盘拼接而成，线圈如有破损，破损点的线圈盘可单独更换维修，无需更换整个线圈，这对于后期的维修保养提供了便利。另外，每片线圈盘都连接有单独的进回水管路来提供冷却，并接有高性能的温度保护开关来实时监测加热线圈铜管的温度，确保线圈在合适的温度下工作。同时，本实用新型通过设置上下料模组和进出料模组，不仅可实现对棒料的精确定位，还可保证将棒料以无滑动摩擦方式悬空送入线圈，并在加热过程中也保持悬浮状态，以减少表面损伤及提高加热均匀性，从而避免了在棒料表面产生划痕，并实现棒料的均匀加热，因而不仅可以大大提高棒料在不同工位间的传输效率，实现最大化生产，而且还能够大大降低设备维护时间及费用。
附图说明
29.图1为本实用新型一较佳实施例的一种棒料感应加热设备的结构示意图。
30.图2为本实用新型一较佳实施例的一种棒料在感应加热线圈中的夹持状态示意图。
31.图3为本实用新型一较佳实施例的一种上下料模组的结构示意图。
32.图4为本实用新型一较佳实施例的一种感应加热线圈的结构示意图。
33.图5为图4的a-a向剖视结构示意图。
34.图6为本实用新型一较佳实施例的一种感应加热线圈的安装结构示意图。
具体实施方式
35.为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体的实施方式对本实用新型进行详细的说明。
36.参考图1。本实用新型的一种棒料感应加热设备，包括线圈箱体20，设于线圈箱体中的感应加热线圈60，设于线圈箱体外的上下料模组40和进出料模组10等几个主要结构组成部分。
37.线圈箱体20可安装在底座50上。线圈箱体20中沿轴向水平设有感应加热线圈60(参考图2)。
38.上下料模组40设于线圈箱体20的前端侧(图示为右端侧)，用于将加热前棒料30(冷料)由上料位输送到进出料位，使棒料30处于与感应加热线圈60同轴的位置上，等待进出料模组10将加热前棒料30进一步移动至感应加热线圈60中进行感应加热；以及在进出料模组10将加热后棒料30(热料)移出感应加热线圈60后，对被放落的处于进出料位的加热后棒料30进行承接，并移出至下料位进行下料。
39.进出料模组10分设于线圈箱体20的前后两端侧，用于通过对上下料模组40上位于进出料位的加热前棒料30的前后两端进行夹持方式，将加热前棒料30悬空平移至感应加热线圈60中进行加热，并在加热完成后，将加热后棒料30原路移出感应加热线圈60，放落在上
下料模组40上。
40.参考图1。在一较佳实施例中，进出料模组10可包括分设于感应加热线圈60(线圈箱体20)前后两端侧的第一夹持机构和第二夹持机构。其中，第二夹持机构用于通过轴向平移由后端侧穿过感应加热线圈60，与通过相向平移的第一夹持机构一起对线圈送料台上处于进出料位的加热前棒料30进行夹持，并通过同步轴向平移，以与感应加热线圈60全程无摩擦方式，将加热前棒料30夹持输送至感应加热线圈60内处于悬空状态进行加热。第二夹持机构还用于在加热完成后，与第一夹持机构一起通过同步轴向平移，以与感应加热线圈60全程无摩擦方式，将夹持的加热后棒料30由感应加热线圈60内原路送出至进出料位，并通过第一夹持机构和第二夹持机构的反向平移，将加热后棒料30松开放至升起的线圈送料台上。
41.在一较佳实施例中，第一夹持机构可设有第一夹持臂16；第一夹持臂16水平位于感应加热线圈60前端侧，并与感应加热线圈60同轴设置。第一夹持臂16可通过第一支架17连接在下方的第一滑块18上；第一滑块18滑动设于下方的第一导轨(未显示)上，第一导轨设于底座50上。第一导轨和第一滑块18沿感应加热线圈60的轴向设于感应加热线圈60的下方，且第一导轨和第一滑块18可一起由线圈箱体20的前端侧穿入线圈箱体20。第一滑块18耦合第一伺服电机11，通过第一伺服电机11可控制第一滑块18沿第一导轨移动，带动第一滑块18上的第一夹持臂16水平移动，并相对于感应加热线圈60得到精确定位。
42.第二夹持机构可设有第二夹持臂15(图1显示第二夹持臂15前端伸入感应加热线圈60中时的状态)；第二夹持臂15水平位于感应加热线圈60后端侧，并与感应加热线圈60同轴设置。第二夹持臂15可通过第二支架14连接在下方的第二滑块13上；第二滑块13滑动设于下方的第二导轨(未显示)上，第二导轨设于底座50上，且第二导轨与第一导轨平行。第二滑块13耦合第二伺服电机12，通过第二伺服电机12可控制第二滑块13沿第二导轨移动，带动第二滑块13上的第二夹持臂15水平移动，并相对于感应加热线圈60得到精确定位。
43.第一夹持机构(第一夹持臂16)由第一伺服电机11独立驱动。第二夹持机构(第二夹持臂15)由第二伺服电机12独立驱动。当第一夹持臂16和第二夹持臂15相向或反向运动时，可以将棒料30夹取、释放；同向运动时，可将棒料30向感应加热线圈60内外移动。
44.参考图2，其显示一实施例中，第一夹持臂16和第二夹持臂15自感应加热线圈60的两端，对悬空位于感应加热线圈60加热区中的棒料30的两端进行夹持，并进行加热工艺。
45.在将棒料30移入感应加热线圈60前，第二夹持臂15前端需要穿过感应加热线圈60，并与第一夹持臂16一起对棒料30的两端进行夹持，然后通过第一伺服电机11和第二伺服电机12的同向驱动，使第一夹持臂16和第二夹持臂15同步移动，将棒料30移入感应加热线圈60。
46.第一夹持臂16在对棒料30进行夹持前，将位于上下料模组40以外的初始位置上。当需要对上下料模组40上的棒料30进行夹持时，第一夹持臂16将朝向上下料模组40平移，并与由感应加热线圈60的前端口22中穿出的第二夹持臂15配合，对棒料30的前后两端进行夹持。
47.在一较佳实施例中，第一伺服电机11和第二伺服电机12耦合伺服驱动器，伺服驱动器耦合plc控制系统。
48.参考图3。在一较佳实施例中，上下料模组40可包括设于线圈箱体20前端外侧，即
设于感应加热线圈60前端口22外侧的冷料入料台42、热料出料台44和线圈送料台45。
49.其中，冷料入料台42和热料出料台44可并列分设于线圈箱体20前端的两侧，线圈送料台45可设于冷料入料台42和热料出料台44之间，并位于冷料入料台42和热料出料台44的下方。冷料入料台42可沿侧向在上料位与待命位之间平移，将冷料入料台42上装载的加热前棒料30由上料位输送至待命位。
50.热料出料台44可沿侧向在待命位与下料位之间平移，将热料出料台44上装载的加热后棒料30由待命位输送至下料位。
51.线圈送料台45可沿竖直方向由位于待命位的冷料入料台42的下方升起，并穿过冷料入料台42上升至进出料位，以便通过垂直上升，将处于待命位的加热前棒料30自冷料入料台42上顶起，并托举至进出料位，或者通过垂直下降，由进出料位下降至穿出热料出料台44，以便将处于进出料位的加热后棒料30承载并放落至位于待命位的热料出料台44上。
52.在一较佳实施例中，冷料入料台42、热料出料台44和线圈送料台45可分别通过气缸驱动(图3一实例显示冷料入料台42、热料出料台44上的气缸41设置结构)。
53.在其他实施例中，冷料入料台42、热料出料台44和线圈送料台45也可分别通过电缸或油缸驱动。
54.进一步地，冷料入料台42和热料出料台44之间可形成联动关系。即当冷料入料台42由上料位向待命位移动时，热料出料台44同步由待命位向下料位移动，反之亦然。
55.在一较佳实施例中，冷料入料台42和热料出料台44上可沿平移方向设有具有多个梳齿的梳齿形载料架43；同时，线圈送料台45上可沿竖直方向设有具有叉齿且可与梳齿形载料架43的梳齿形成相互穿插的叉齿形载料架，即叉齿形载料架能够通过升降穿过梳齿形载料架43。叉齿形载料架沿轴向具有多排叉齿。梳齿形载料架43和叉齿形载料架可用于在进行相互穿插时交替承载棒料30。
56.上下料模组40可设于底座50上。例如，冷料入料台42和热料出料台44可通过安装架设于第一滑块18两侧的底座50上，线圈送料台45可通过安装架设于冷料入料台42同侧的底座50上，并可位于冷料入料台42的内侧。
57.冷料入料台42的梳齿形载料架43可作为冷料入料台42的运动部件，并可受冷料入料台42的气缸41的驱动，在冷料入料台42的台面上沿滑轨进行侧向平移。
58.热料出料台44的梳齿形载料架43可作为热料出料台44的运动部件，并可受热料出料台44的气缸41的驱动，在热料出料台44的台面上沿滑轨进行侧向平移。
59.线圈送料台45的叉齿形载料架可作为线圈送料台45的运动部件，并可受线圈送料台45的气缸的驱动，在线圈送料台45的侧面上沿滑轨进行垂直升降。
60.冷料入料台42的梳齿形载料架43和热料出料台44的梳齿形载料架43可分别在气缸41的驱动下，在第一滑块18的上方与第一夹持臂16的下方之间的空间中进行侧向平移，线圈送料台45的叉齿形载料架可在气缸的驱动下，在第一滑块18的上方与第一夹持臂16的下方之间的空间中进行垂直升降。
61.第一支架17竖直设于第一滑块18上，并位于能够在向感应加热线圈60移动过程中，与冷料入料台42的梳齿形载料架43和线圈送料台45的叉齿形载料架不相干涉(不相接触)的安装位置上。例如，第一支架17可竖直安装在第一滑块18的侧边部位置上，第一夹持臂16可安装在第一支架17面向线圈送料台45的侧面上端上。这样，在第一支架17以外的第
一滑块18表面区域的上方与第一夹持臂16的下方之间就形成一个侧向开口的避让空间，可用于容纳运动时的冷料入料台42的梳齿形载料架43和线圈送料台45的叉齿形载料架。第一夹持臂16和第一支架17随第一滑块18向感应加热线圈60中移动过程中，热料出料台44的梳齿形载料架43处于上料位上，与第一支架17之间不会发生干涉。
62.参考图1。在一较佳实施例中，线圈送料台45的叉齿形载料架上可设有多排滚轮46结构，滚轮46可设置在每对叉齿的两个叉齿之间，用于承载棒料30，滚轮46可在叉齿形载料架升降过程中与梳齿形载料架43形成相互穿插。设置滚轮46可保证棒料30在被夹紧过程中仅与线圈送料台45之间产生滚动摩擦，以避免表面损伤。
63.在一较佳实施例中，第一夹持臂16和第二夹持臂15上可设有接触检出元件19，例如接触式传感器，用于检测第一夹持臂16和第二夹持臂15是否接触到棒料30。
64.加热前，可通过机械手将冷料移到冷料入料台42上。加热完成后，由伺服电机驱动的夹持机构将热料推出感应加热线圈60，并推至线圈送料台45上。热料出料台44会移动至线圈送料台45的正下方待命，线圈送料台45往下降，热料会放置到正下方的热料出料台44上。热料出料台44和冷料入料台42同时移动，冷料入料台42移动到线圈送料台45的正上方，热料出料台44移动到机械手夹取热料的位置，机械手下降夹住热料把热料输送到压机。同时，线圈送料台45上升，把冷料托离冷料入料台42，送至与感应加热线圈60中心对准位置，伺服电机驱动夹持机构将冷料两端夹住，悬空送入感应加热线圈60，并在加热过程中始终保持悬浮以减少表面损伤及提高加热均匀性。
65.采用本实用新型这样一套上下料模组和进出料模组系统后，可实现棒料(例如铝锭)的精确定位，整个过程中无滑动摩擦，棒料表面无明显划痕，棒料加热均匀，具有最终产品质量优良、同时大大降低设备维护时间及费用等优点。
66.参考图4。感应加热线圈60包括同轴并列设置的多个线圈盘61。
67.每个线圈盘61包括两个半线圈盘66；两个半线圈盘66之间以同轴并列方式相邻设置。每个半线圈盘66都具有沿径向的多层螺旋绕制线圈结构(类似螺旋状蚊香盘结构)；多层螺旋绕制线圈具有内端67和外端62，即半线圈盘66的内端67和外端62。
68.其中，每个线圈盘61的两个半线圈盘66之间以各自的多层螺旋绕制线圈的内端67相连。各线圈盘61之间以相同的线圈螺旋方向同轴并列设置，即由任意一个轴端方向看，各线圈盘61的半线圈盘66的多层螺旋绕制线圈的螺旋方向都一致。
69.并且，任意两个相邻的线圈盘61之间，通过各自一个相邻的半线圈盘66的外端62相连，使两个相邻的线圈盘61之间形成电性连接。即各线圈盘61之间形成电性串联连接。同时，位于最外侧的两个线圈盘61，以各自一个位于外侧的半线圈盘66的外端62，作为由多个线圈盘61组成的感应加热线圈60的两个电源接线端，用于与感应加热电源进行连接。
70.图5显示一种具有四层线圈的线圈盘61断面结构。其中，半线圈盘66由空心管螺旋绕制而成。
71.在一较佳实施例中，半线圈盘66可采用空心铜管绕制。这样，每个线圈盘61内部即通过两个半线圈盘66的内端67之间的连接得到连通。每个线圈盘61的两个半线圈盘66的线圈外端62独立连接进回水管路64，可通过进回水管路64向每个线圈盘61的铜管中通入冷却水进行冷却。
72.在一较佳实施例中，任意两个相邻的线圈盘61的相邻的两个半线圈盘66的线圈外
端62之间可通过线圈盘连接件相连。例如，线圈盘连接件可包括焊接在半线圈盘66的外端62铜管上的线圈盘连接片65，以及对两个半线圈盘66的外端62铜管上的线圈盘连接片65进行紧固的螺栓。
73.在一较佳实施例中，可将温度保护开关安装在每两个相连接的线圈盘连接片65上。
74.参考图6。感应加热线圈60安装在感应加热设备的线圈箱体20(参考图2)中。
75.在一较佳实施例中，感应加热线圈60结构可支撑固定在线圈箱体20中的安装支架上。
76.在一较佳实施例中，位于感应加热线圈60结构最外侧的两个电源接线端，可通过输入铜排连接电源。
77.在一较佳实施例中，两个电源接线端(线圈外端62)可通过焊接的铜排连接片63连接带连接片的输入铜排水管23。两个电源接线端还可通过焊接的铜排连接片63电性连接输入铜排。
78.每个线圈盘61的两个半线圈盘66的线圈外端62连接的进回水管路64、带连接片的输入铜排水管23分别通过冷却水管24对应连接至线圈箱体20上的冷却水分配器25的输入端(in)和输出端(out)。
79.这样安装后，如后期需要更换任意线圈盘61时，可单独拆卸需要更换的线圈盘61上的线圈盘连接件和冷却水管24，从而将需要更换的带有单独进回水管路64的线圈盘61拆卸出来。这样能为操作人员提供便利，也大大减小了维修的时间。
80.线圈箱体20的侧面上可设有箱盖21，将箱盖21打开后，可以方便地对线圈箱体20内部的线圈盘61等进行检修，如图1、图2所示。
81.半线圈盘66的空心铜管线圈表面可缠绕绝缘带，并喷涂绝缘漆。
82.就感应加热线圈而言，线圈内部的磁场是由在线圈铜管内的电流来形成的。传统单一线圈，就只有外围一圈铜管内的电流来形成磁场；而本实用新型的感应加热线圈，是由外围几圈铜管内的电流来形成磁场，且每圈形成的磁场是一个叠加的效果，那么线圈内部的磁场就比单一线圈要大得多。可根据用户加热工件所需的工艺参数，来确定合适的线圈圈数。
83.线圈箱体中可沿轴向依次设置多个具有多层螺旋结构的感应加热线圈60，用于实现温度梯度控制。
84.作为其他实施方式，感应加热线圈60结构中也可以仅设置一个线圈盘61。此形式下，线圈盘61的两个半线圈盘66的外端62，作为两个电源接线端，用于与感应加热电源进行单独连接。这样可以对独立设置的单个线圈盘61进行独立温度控制。
85.可在线圈箱体中沿轴向设置具有多个相连的线圈盘的感应加热线圈与具有单个线圈盘的感应加热线圈的组合结构。
86.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。