摘要：本文涉及一种薄壁圆筒工件热套装置，采用均布在炉壁外的激光位移传感器对加热炉内的热套工件进行位置测量，激光可透过加热炉上的透明观察窗口投射到热套工件表面，实现非接触高精度测量，并可通过调节螺杆调整热套工件位置，实现加热前后热套工件与工件间相对位置不变的目的
关键词：薄壁圆筒；热套装置；
大型薄壁圆筒工件热套加工是比较常用的一种工艺方法，广泛应用于各个领域的生产制造过程，小尺寸及壁厚较大的工件热套相对较为简单，大尺寸的薄壁圆筒工件热套，由于薄壁工件散热快，通常采用在加热炉中进行热套的方法，由于薄壁件在加热炉中的定位比较困难，在打开炉盖后如果不在短时间内完成热套操作，依然会造成工件温度降低，导致热套失败；还用一种方法是利用中频感应加热的方法，将感应线圈缠绕在被加热工件外圆表面，用保温毯对工件进行包裹，利用定位工装对工件进行限位，从而保证了热套精度，但此种方法用于大型薄壁工件加热时容易造成工件温度不均匀的问题，局部热膨胀尺寸难以保证，导致热套失败的风险依然较大。现有薄壁圆筒工件热套通过以下几种方式实现：1、通过加热炉加热，在工件达到热套温度后打开炉盖，进行对准操作，但薄壁工件散热较快，而且在炉内进行对准操作难度大，操作不方便；2、通过中频感应加热配以辅助导向工装的方式进行热套，但由于尺寸较大的薄壁圆筒件，中频感应加热的均匀性较差，被加热工件各部分存在温度差，热膨胀尺寸很难控制，易导致热套失败。
1、装置结构
本文所述装置整体上包括：加热炉、高精度激光位移传感器及控制台三部分（如图1），其中加热炉包括：加热炉体、加热炉盖、传感器固定支架、内螺纹套管、调节螺杆以及观察窗等几部分组成，加热炉体侧壁安装高精度激光位移传感，激光位移传感器安装固定在支架上，传感器固定支架固定在地面支柱上，保证入射光线与观察窗口垂直，激光位移传感器与观察窗口靠近加热炉侧壁一侧保留间隙，四个激光位移传感器的位置在加热炉圆周方向均匀分布，激光位移传感器与观察窗口靠近加热炉侧壁一侧保留间隙为：1mm~2mm距离，加热炉四周均布调节螺杆以及内螺纹套管，内螺纹套管贯穿加热炉体侧壁并且与加热炉体固定，调节螺杆配装在内螺纹套管上调整热套工件位置。
图1
1、加热炉体2、加热炉盖3、激光位移传感器4、传感器固定支架5、内螺纹套管6、调节螺杆7、观察窗8、工作台9、工件10、热套工件
2、工作原理
如图２所示，本装置利用高精度激光位移传感器进行非接触定位，激光位移传感器通过半导体激光器透过镜片和传感器玻璃窗发射一道激光垂直穿过观察窗口玻璃后投射在热套工件表面上，产生的漫反射的光线以一定角度穿过观察窗口玻璃，透过传感器玻璃窗和镜片将光线投射到线性（电荷耦合元件）CCD阵列上，通过信号处理器将信号发至工作台，从而得到实测数值。整个过程中由于漫反射的光线需要以一定角度穿过观察窗口，观察窗口为8mm~10mm厚度的石英玻璃，所以会导致漫反射光线发生折射，导致实际测量数据发生偏差，激光位移传感器得到的数值并不是实际的尺寸。加热炉四周均布的激光位移传感器都是透过相同厚度的石英玻璃采集从加热炉内工件表面反射的光线，均布在加热炉四周的激光位移传感器所测得数值与实际距离尺寸的偏差是相同的，当热套工件在加热炉的位置发生偏差时，处于对点位置的两个激光位移传感器所得到的数值差也能准确反映工件在这个方向上产生的偏移量，通过这个原理，我们可以在加热过程中对热套工件位置进行调整，保证在加热后热套工件位置与加热前保持一致。
3a、传感器玻璃窗3b、CCD阵列3c、信号处理器3d、半导体激光器3e、镜片3f、镜片3g、入射光线7、观察窗口10、热套工件
3、具体实施方式
首先将加热炉盖打开，将热套工件落至加热炉内，利用激光位移传感器将热套工件调整至加热炉中心位置，将工件吊至热套工件上方，两工件进行对准操作后，将工件吊起至加热炉盖上方，此时关闭炉盖进行加热，将激光位移传感器的数值归零，热套工件达到热套温度后，通过调节螺杆调整热套工件位置，将四个激光位移传感器的数值调整至一致，然后打开炉盖，将工件迅速落下完成热套操作。
4、结论
本装置通过在加热炉外安置的激光位移传感器，可准确的测量加热炉内热套工件的位置变化。加热的同时可对热套工件的位置进行调整，打开加热炉盖后即可快速完成热套操作，避免了薄壁圆筒件的温度下降，大大提高了热套的成功率。
参考文献：
[1]机械加工手册[M].北京：机械加工出版社，2003.
[2]赵志修，等.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，1984.
[3]成大先.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2007.
论文作者:尚书鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：工件论文; 加热炉论文; 薄壁论文; 激光论文; 位移传感器论文; 圆筒论文; 位置论文; 《电力设备》2018年第24期论文;