红外测温技术在汽车轮毂铸旋工艺中的应用

红外测温技术在汽车轮毂铸旋工艺中的应用铝合金轮毂的成形方法有很多，目前国内外采用的主要有低压铸造、重力铸造和挤压铸造等铸造工艺，或液态模锻成形、热模锻和半固态锻造等锻造工艺以及旋压成形工艺。铸造法经过反复研究改进，达到了在使用上没有任何问题的水平，但其轻量化及可靠性方面不及锻造轮毂。目前，锻造轮毂已被部份高级车采用，但由于成本方面的考虑，大部份制造厂还是采用铸造成形轮毂，在此背景下，为了实现“质量接近锻造轮毂，成本价格接近铸造轮毂”的产品，热旋压工艺用于铸造轮毂坯料的成形加工，开发了铝合金轮毂的铸旋新工艺，其工艺原理，是用旋辊将回转体铸坯进行局部连续旋转压缩以成形其内外截面形状的成形方法，该过程综合了普旋和强旋，在旋压过程中，只有轮辋部分发生变形，轮辐与外轮缘在旋压时起固定作用，将毛坯同心地适当装夹在合适的芯模上，当主轴带动毛坯旋转后，数控系统根据预先编制的程序自动控制各旋轮运动轨迹，按规定的形状轨迹作运动，挤压毛坯，逐步地使毛坯紧贴模具形面，从而得到要求截面尺寸的工件，铸造铝合金，其室温塑性较差，因此需热态下成形，因此旋压温度的选择对其成形性和轮毂成形质量有很大影响。采用高温拉伸实验测定合金在不同温度下的力学性能，如图4所示：由此图可以看出，精准的控制旋压温度，对产品的质量及产品合格率有决定性意义。温度随着温度升高，合金的强度下降，塑性提高，特别是在350℃时，其塑性随温度的升高急剧增加，而强度也快速降低，因此旋压温度一般选择在350℃以上，同时若温度过高，则金属强度太低，也容易引起轮辐处的变形且旋压时的金属流动不容易控制，因此旋压成形温度一般控制在345～400℃之间。传统的测温方法是用热电偶来测量旋压前毛坯轮毂的温度，热电偶的工作原理决定了它的响应时间漫，严重影响企业的生产效率，并且热电偶属于易耗品，需要不停的更换，增加企业的制造成本，在此前提下，使用了西安鼎诺光电科技有限公司自主研发了的测铝专用红外测温仪，该测温仪具有测温精度高、线性及重复性高的特点，用在中信戴卡铸旋车间，来测量旋压前的毛坯轮毂温度。一、测温仪的安装位置在1号加热炉的车轮出口的地方安装西安鼎诺光电科技有限公司生产的测铝专用红外测温仪一台（型号为D-UTAL），和测温仪光轴平行处安装一个光电开关，当车轮从炉膛出来后，运行到和红外测温仪探头垂直时，红外测温仪快速准确的测量出车轮的温度，同时光电开关检测到车轮的位置后给无纸记录仪一个出发信号，无纸记录仪打开记录模式，记录该车轮的实时温度，这样能有效的剔除掉无用的记录数据。无纸记录仪设计为双通道输入，其中一个通道记录每一个车轮的出炉温度，由于有触发装置，它的数据只保留车轮出炉温度的最大值或平均值。另一通道利用无纸记录仪的变送输出功能，记录车轮出口时每一刻的温度变化曲线。在无纸记录仪加上报警功能，通过设置高低温报警温度，当温度高于或低于所设定的温度时，无纸记录仪输出一个信号给PLC，在通过PLC判断后给机器人，机器人做出甩料动作。例如高温报警温度为375℃，低温报警设置为345℃，当车轮出炉温度大于375℃或低于345℃时，PLC判定为不合格品，机器人就会把该产品甩向指定的生产流程。二、设计简图物体本身的红外辐射,通过光学系统将红外辐射量聚焦到红外感应电子器件上,再通过有关的电子检测系统完成对物体红外辐射能量的测量,再利用相关的数学模型还原成物体的温度达到测量物体温度的目的。红外测温属于非接触式测温方法,弥补了其他测温方法在汽车铸旋生产中测温方法的不足,具有响应速度快,精度高等优点。三、红外测温原理任何物体都产生热辐射,黑体的光谱辐射功率e(λ,T)与绝对温度T之间的关系是由普朗克定律确定的:其中e(λ,T)为黑体的单色辐射强度;C1=2πhc2;h为普朗克常数;c为真空中的光束;k为玻尔兹曼常数。在近似的情况下,普朗克公式可写成:由此可以建立物体的红外辐射功率与物体表面温度的关系,利用上述数学模型,只要知道物体的红外辐射功率,即可求出物体的温度。四、系统构成汽车生产中轮毂加温及检测系统框图，见图1中频电源提供中频率的电源给感应线圈,当锻造金属工件置于感应线圈内部时,由于涡流原因,使被锻造工件产生高温,通过红外测温头将被锻造工件辐射的红外能量检测出来,经过处理后送入中央处理单元,再经过修正、比较输出温度值。红外测温头由光学系统及电子系统组成,光学系统将被测物体表面发射的红外辐射能量聚焦到电子检测器上,变成电信号,再由信号调理电路转换为0～5V的电压信号,经12位串行A/D转换电路MAX1247将模拟信号转化为数字信号以便中央处理单元进行信号处理,中央处理单元取得经A/D转换后的温度数字量后,经预先设定的温度补偿值修正后,与预先设定的温度值比较,输出温度显示及有关的声光报警信号。仪器的测量范围为600～1400℃,分辨率要求为±1℃。仪器硬件电气原理图，如图。五、软件设计软件设计主要包括主程序、中断采样程序、数据处理程序及打印程序。程序的主要流程图见图主程序完成初始化、实时时钟、键盘处理等主要功能;中断采样程序完成A/D转换,将模拟量转换成数据量并保存;数据处理程序主要完成对中断采样数据的处理,将采样数据与修正值相加减,再与设定值比较,达到设定温度值输出报警信号。打印程序完成班组的产量统计,输出产量报表等功能。六、产品应用及现场图红外测温仪无纸记录仪测量现场七、结束语本文所述温度监测仪已用于中信戴卡轮毂铸旋的生产应用,使用结果表明,它能准确地测量零件的表面温度,一致性好,避免人为的离散误差,有效避免不合格产品,确保了产品的合格率。应用红外非接触式测温具有非接触测量、灵敏度高、测温范围广、测温反映速度快等特点,可以广泛应用于冶金、钢铁等行业。