CN1012624B - 长型金属件的淬火方法 - Google Patents

Abstract

一种对具有圆形断面的长型金属件进行淬火的方法，按此方法，所述零件(2)借助递进和支承装置(17)而通过一加热站(7)和一淬火站(8)，各支承和送进装置都能分别进行调节以使每个零件(2)的轴线总是与规定的前移方向轴线(72)重合，并使零件(2)上的各个点沿圆柱形螺旋线的移动速度是可控的。螺旋线的螺距可从零变至无限大。

Description

本发明涉及长型金属件的淬火方法，特别是涉及实心的和空心的圆形长直棒（其中包括截面变化的和不变）的淬火方法。

通常，上述类型的，就是说，长度/直径的比率较大的金属棒在加热过程和包括淬火过程本身在内的冷却过程都产生一系列问题。事实上很明显，这种金属棒在加热和冷却时的不均匀性导致了内应力的产生。其结果是金属棒在轴线上产生了变形。

通常，人们是用立式炉加热上述类型的金属棒的。当达到淬火温度时，可用一支架构件将金属棒从炉端部取出，并浸入到冷却水箱中。

人们知道，对长金属棒进行淬火是困难的，因为在立式炉中进行加热很难保证温度沿整个棒长的分布是均匀的。另外，当浸入水中淬火时，通常将在零件四周形成由汽膜构成的绝热层，从而使金属棒中的应力分布也是不均匀的。

由于存在上述缺点，因而淬火后，金属棒将产生变形。特别是，原来的直棒会扭曲和弯曲，因而必须进行昂贵的“校正”处理。使零件产生塑性变形以恢复原来的直线形状。淬火后的金属棒的“校正”工序可以部分地减免，如果在淬火后金属棒还须进行机械加工的话。因为在这种情况下，切下一厚层金属是可以补偿变形的，但是浪费了许多金属。

本发明的目的是提出一种长型金属件的淬火方法，此方法可避免产生上述的各种缺点。

上述目的通过本发明已经达到。本发明是针对长型金属件，特别是实心的和管形的。截面是变化的或不变的长型圆棒提出一种淬火方法，其特点在于它包括下述步骤：

-将所述待淬火的各个零件放置于一传送装置上，该装置延伸穿过一加热站和一淬火、冷却站，其中包括多个顺序排列的可旋转的支承送进装置，各个装置都可单独地进行操作和控制，以使零件上的各点沿各自的圆柱形螺旋线运动，而其移动速度是可控的。通过对所述的可转动的支承送进装置沿垂直于所述零件的方向进行所述的控制，即可使所述的零件的所述移动方向总是基本上与零件沿所述的传送装置前移的轴线是重合的，则可对所述的螺旋线节距沿所述传送装置各点进行调整，节距值在零和无限大之间;

-借助于所述的传送装置，可在所述的加热站中送进所述的各零件;

-可使所述的各零件在所述的加热站中停留一规定的时间，在此期间，借助于所述的可旋转的支承送进装置，至少可使零件绕其所述的前移轴线转一圈;

-在所述的冷却站中，至少有一股热交换液流，它基本上是横向地喷过所述的前移轴线;

-在所述零件通过所述的液流的同时，还使零件上各点沿所述的圆柱形螺旋线移动。当通过所述的液流时，须按以零件本身的质量分布作为一个函数，以所述的前移速度和所述的螺旋的螺距作为变数所确定的法则，改变变数中的至少一个。

上面所述的淬火方法，可使各个待淬火的零件得到尽可能地均匀地加热，这是由于，所述的支承送进装置的操作可使得留在所述加热站中的、进行加热的零件，不仅可绕其纵向轴线转动，而且可沿轴线往复移动，其结果是使零件的各单位长度上吸收的热量正比于它的体积。

上述的处理过程还可使得淬火的各个零件连续冷却。在冷却过程中，零件的各断面将顺序地与热交换液流接触。接触的时间，通过调整所述的支承送进装置，可基本上正比于断面本身的面积。此方式之所以能基本上均匀地使零件冷却，是由于下述两个原因，一是因为，在穿过热交换液流时，零件 可绕其轴线旋转，从而可使其表面上的所有点均能以同样方式进行热交换;另一个是因为，当液流喷向零件时，可自动地将零件表面上形成的汽膜带走。

所以，上述的处理过程可获得基本上是均匀的加热和冷却的淬火效果，因此，淬过火的零件基本上仍是直的。

除了上述的以外，还可看到，由于零件沿所述的传送装置前移时进行不断地转动，这样便可使原来不直的零件，在进行过处理之后，变成基本上是直的。

下面结合附图对本发明进行说明，附图所示不限于某一实施方案，其中有：

图1示意地表示出，根据本发明提出的处理过程而设计的长型件淬火系统的轴向断面;

图2所示为沿图1的Ⅱ-Ⅱ线所取的断面;

图3所示为一部分放大断面图，它表示出图2的细节;

图4所示为一轴向断面放大图，表示出图1经过改动后以适应管件淬火情况的细节。

图1中的参考数码1代表长型件的淬火系统，在所示的实例中，长直棒2具有一可变圆形断面，具体地说，部位3的直径较大，而部位4的直径较小，二部位由一截头圆锥形的中间连接段5连接起来。

系统1包括有一进料站6，中间加热站7和一冷却或淬火出料站8。以9标明的传送装置可使棒2前进并通过站6、7和8。9跨过站6、7和8，它包括一系列的支承和送进部件，每一个部件都以10标明。

如图2所示，部件10由框架11支承，11包括有二边柱12，它们由连接板13和多个倒V形的支架14连接起来，每一个支架14上都装有一部件10。各支架14都有一底座15，从其两端向上伸展出两个相互靠拢的斜梁16。它们可在一个本面上或如图所示的那样，沿传送装置9上的棒2行进方向彼此错开。

各部件10都有两个支承和送进装置17。17由各自的导向梁16所支承。如图3所示，装置17有一个安装有轮子19的支承滑动架18。轮子19可使滑动架18沿斜梁16滑动。滑动架18在其底部有一凸块20，其上装有一减震器21，减震器轴向与梁16的轴向平行。减震器21中装有一可滑动的活塞23，它顶在弹簧22上。活塞22与活塞杆24为刚性连接，活塞杆向上伸出并突出于减震器21之外。伸出于减震器21之外的活塞杆24的端部与由链条25构成的柔性传动件（见图）的端部相连接，此链条绕过一带齿的链轮26，后者可转动地安装于柱体27的端部，而柱体27垂直地安装于斜梁16之间的底座15上。链条25的另一端刚性地连接于第二个链轮28的轮缘上。链轮28则以键固定于一减速齿轮箱30的输出轴29上。减速齿轮箱30的输入轴连接在电动机31的轴上。电动机改变其旋转方向，即可使滑动架18沿所在的斜梁16向上或向下移动。

在与有凸块20的一面相对的滑动架18的另一面上，刚性地连接一环形体32。滑动架18与环形体32一起可沿所在的导向梁16滑动。环形体32的轴线与所在的梁16平行，上装有（装在它的内侧表面34上）两圈锥形滚35。它们可各自绕其径向轴36转动。它们的转动轨迹是由环形凸缘38的外缘的两个呈相对截头圆锥体形表面37决定的。凸缘从一套筒或中间圆柱体39处径向地向外伸展，其轴线与轴线33重合。从套筒39外向上和向下伸展出圆柱形衬套40，它有一轴向的通孔41，其轴线与轴线33不重合，但与后者构成一角度A。在凸缘38的下表面上，刚性地装有一锥形齿圈43，其轴线与轴线33重合，与一伞齿轮44啮合。44以键固定在轴45上。轴45位于一套筒46之中并径向穿过环形体32。轴45是减速齿轮箱47的输出轴。减速齿轮箱与套筒46为刚性连接，由电动机48驱动。位于通孔41中的轴50，由轴承49支承并可旋转。轴50的下端51向外伸展，并超出圆柱形衬套40，其上以键固定有一齿轮52。后者与齿轮53啮合。53以键固定在减速齿轮箱55的输出轴上。此轴连接在电动机56的轴上。该减速齿轮箱通过支架57固定在衬套40上。

轴50的上端58突出于衬套40之外，其上装有驱动头59，其端面60（见图）为一球形面，此面即与棒2表面接触。下面将对运送棒2的情况做一说明。

如图1所示，进料站6有一底板61，其上有通孔62。支承部件10的支承装置17轴50的上面 部位58，在通孔62中可以滑动，两者之间有间隙。在图示的实例中，仅画出了多个部件10中的两个。

如图2所示，加热站7使用的是一箱式炉，其轴向长度大于棒2的长度。炉子底板64上有通孔65，其中每一个都有衬套66穿过。衬套66的材料是绝热的，可在通孔中转动和沿轴向滑动。它的轴线与套筒39轴线是重合的，其中还装有衬套40，轴50的上面部分58。驱动头59突出于底板64之外，并伸入到炉子63之中。

如图1所示，淬火站8有一隧道式冷却槽67，其底板68上有一些通孔69，其中装有衬套70，它们可如同衬套66那样，在通孔中转动并沿轴向移动，支承装置17的轴50可在其中做往返运动。

如图1所示，在冷却槽67中有一环形喷射器71，其轴线与棒2的移动轴线72重合。如图1所示，传送装置9可使棒2向前移动，并使棒2在任一位置时的纵向轴线，基本上与轴线72是重合的。

实际上，在冷却槽67中安装有一系列喷射器71，为简单起见，图1中只表示了一个。

喷射器71包括有一环形中空件73，其内腔为一环形室74，可向其中注入热交换液体75，例如水。在环形件73的面向炉子63的另一侧装有一连续的环形喷嘴76，它向轴线72倾斜，当在压力下向室74中注入冷却液75时，则喷嘴中即可喷射出呈圆锥形的冷却液流或喷流77。此圆锥形的锥顶位于纵向轴线72的某一点（未示出）。从棒2的移动方向看，此点位于喷射器71的下流处。

在附图所示的实施方案中，在冷却槽中安装有一喷射器78，它可冷却空心的棒2，此棒有一轴向通孔79。在这种情况下，同样地，在实际处理过程中使用了许多个喷射器78。为简便起见，在图4中只表示出了一个。其数目通常与环形件73的数量对应。喷射器78及装有圆锥环形喷嘴76的环形件73，通过喷射器的活塞形件80和杆81与一驱动装置（未示出）连接。该驱动装置可使活塞形件80在通孔79中进出。活塞形件80和杆81是中空的，其内部形成一室82和一管道83，它们与一供给所述的热交换液的装置（未示出）相通。装有连续环形喷嘴84的一侧所面对的冷却槽67端部，位于面对炉子63的端部的另一端。喷嘴84可喷出射向中孔79表面的液流或圆锥形喷液85。

很明显，环形喷嘴76和84可用许多个喷嘴代替。这些喷嘴横对着轴线72，并沿环形分布，它们射出的喷液流与喷液流72和85相同。这些喷嘴（未示出）最好稍微向冷却槽67的出料口方向倾斜些，其目的是消除热交换液沿棒2产生回流的可能性。

在处理过程中，往上述系统1中送进棒料2，棒2依次地放置于进料站6的部件10上。如已说明的那样，须换部件10，使其长棒2的纵轴基本上是水平的，并与棒2向加热站7前移的轴线72重合。

当支承装置17运转时，棒2即可顺序移动。装置17可使棒2移动并进入到站7的炉子63中，其方式将在后文中叙述，在炉子中棒2停留一段时间使加热均匀以便达到淬火温度。

在炉子63中，各个棒2支承于装置17的驱动头59上。驱动头自底板64中穿过。必须在基本上横对着棒2的方向上调节装置17，调节的方式使所述的棒2及其轴线基本上能与前移轴线72重合。棒2是这样驱动的，即使棒2上各点按一圆柱体螺旋线移动，而其速度是可控的，螺旋线的螺距可任意改变：从零至无限大。这在下面将预以说明。按这种方式就能使棒2表面上的各点，基本上均匀地受热。另外，最好装置17还能使棒2在炉子中产生一轴向的往复运动，以使棒2在加热过程结束时，各单位体积中所吸收的热量基本上是相同的，因而它们的温度基本上是一致的。

当加热过程完成之后，炉子63中的装置17就可使棒2移动并进入到冷却或淬火站8中。淬火站的隧道式冷却槽67放置于炉子63出料端的近旁处，要使棒2经过空气的路程尽量短。棒2逐步支承于冷却槽67中的装置17上。该装置穿过冷却槽67的底板68，并可使棒2及其轴线基本上与轴线72重合。该装置可使棒2绕轴线72旋转并沿其前移。

当所述的装置17使各个棒2沿冷却槽67做轴向移动时，还使其绕轴线72旋转。棒2须通过环形件73，或者如已说明的，通过多个环形件73，它们从靠近炉子63的冷却槽67一端的附近部位开始，沿冷却槽67分布，各环形件73将其 喷液77射向棒2的外表面，这样即可形成热交换或冷却液的液流或“墙”，此液流横对着轴线72，棒2逐渐穿过此液流。

按此方式进行冷却，不仅棒2是逐渐冷却的，而且可基本上消除产生绝热汽膜的可能性。汽膜是由棒2表面上的冷却液经过汽化形成的。汽膜所以能消除，是因为当棒2绕其轴线旋转时，冷却液不断地流经棒2表面，从而可自动地将不断形成的汽膜冲走。上面所述的过程适用于喷射器73，很明显，也适用于喷射器78。

棒2绕其轴线72的旋转运动，对其均匀冷却也是有利的。

棒2的这种运动方式可使其表面上的各点都受到喷液77的相同的作用。

当棒2通过喷射器71（78）时，棒2上各点按圆柱形螺旋线的螺距法则进行旋转对棒2的均匀冷却是有利的。这如同棒2绕其轴线旋转时，其角速度对均匀冷却是有利的一样。炉子63和冷却槽67中的部件10是可调节的，从而可根据在某一时刻，与所述的横向穿过的液流接触的棒2的体积，改变所述的角速度和所述的螺距。如果进行冷却和棒2断面面积沿其全长不变的话，则角速度和螺距也可不变，其值可以这样选定，即当棒通过喷射器71（78）时可获得预定的冷速。特别是，角速度和螺距最好是不变的;对较小的所述断面面积送取较大的值;当所述的断面面积增大时，可送取较小的数值。

当棒2在如图所示的情况下，则可保持角速度不变，而螺距在棒2的部位4穿过喷射器71（78）的整个时间内，最好选取一个预定的、不变的初始速度。然后，当圆锥形连接段5穿过喷射器71（78）时，则螺距值可基本上按线性关系降下来。当部位3开始穿过喷射器71（78）时，则螺距值应最小，并在穿过喷射器的整个时间内保持不变。

最后，需要强调的是，当棒2开始穿过喷射器71时，最好按下述方式控制它的角速度和（或）螺距，即使棒2的各部分穿过喷液77所用的时间与其断面面积成正比。

下面将结合图3，对棒2的运动方式加以说明：借助于装置17可使棒2基本上处于水平位置并可使其沿轴向移动，一方面可始终使零件沿它的轴向移动，具移动速度是可调的，与此同时，使棒2绕其本身的轴线在转动。

操纵装置17的各个电动机31，即可使零件轴线基本上处于水平位置并与轴线72重合。电动机31通过链条25使滑动架18沿所在的梁16移动，从而可使驱动头59的端面60（其上支承有棒2）产生一向上或向下的移动。这样，启动装置17的电动机31之后，即可使棒2的轴线保持水平并与轴线72重合。

很明显，如果棒2是变径的，则装置17的电动机31应按下述方式工作：当棒2的直径缩小时，则与其接触的驱动头59应抬高;当所述的直径增大时，则驱动头应降低。

所以，棒2的轴向移动和绕其轴线的旋转，棒2上各点所穿过的圆柱螺旋线螺距的大小和螺旋线本身移动的速度都取决于各个装置17的电动机48和56的运动情况。

如图3所示，棒2的表面支承于某一个装置17的驱动头59端面60B点上。该点与轴线42间有一定距离。在所示的图中，点B位于轴线33上，但它也可是端面60上的任一个点（端面60的曲率中心最好位于点C：轴线33和42的交叉点）。除了端面60和轴线42的相交点之外。

在电动机56运转时，则端面60上的B点将沿以轴线42为中心的圆移动，这将使棒2的表面产生移动。在任何时刻，移动的方向与瞬时接触点B所在的所述圆相切或与通过瞬时接触点的所述圆半径相垂直。在空间中，棒2和端面60是在一固定点B上接触的。在任何情况下，该点都位于由轴线33和42所确定的平面D上。所以，棒2表面上B点的瞬时移动方向总是与棒2的所述表面相切并垂直于平面D。

当电动机48运转时，可使平面D绕轴线33转动，这样就可使棒2表面上的B点的所述瞬时移动方向变化。

需要记住的是，正如所说的那样，如果电动机48不转动，则点B在空间中实际上是固定不动的。所以，上述的B点所述移动，指的是驱动头59和棒2的相等和成对的位移。应该说明的是，如图3所示，平面D与轴线72相互垂直，电动机56转动时将使棒2仅产生轴向移动，在另一种情况下，当电动机转动并使平面D转动至与轴线72 平行的位置时，转动电动机56将使棒2单纯产生一绕其轴线72的转动。当平面D处于中间位置时，棒2将产生轴向移动的转动。与其相应的线性速度和角速度都可改变和控制，其方法是以电动机56改变驱动头59的旋转速度，和以电动机48改变平面D的位置。

应预以说明的是，最佳状态是当端面60上的点B位于轴线33上，而后者与轴线72相交。事实上，如果不达到上述状态，则在电动机48工作时，相应地会使点B在空间产生移动，此移动产生于一以轴线33上的一点为圆心的圆周上，这样就会使端面60在棒2的表面上产生滑动。

很明显，在图示的例子中，在所述的条件得到满足时，则不会产生所述的滑动。

除了上面所述的以外，还应说明，所述的滑移并不是很大的缺点。在淬过火的棒还须进行表面机械加工的情况下，可以允许在上述滑动。

最后，应指出，当使各个零件按规程沿传送装置9前进时，（按前述的方式进行），从理论上讲，是可能手动控制各个装置17的电动机31、48和56的。然而，在实际工作中，最好是以与中央控制计算机（未示出）相连接的位置传感器（未示出），按规定的程序，操纵电动机31、48和56的办法以控制各个棒2的前进运动。

Claims (12)

1、一种长型金属件的淬火方法，特别是实心的和管形的圆形长直棒的，其截面为变截面的和不变截面的长型零件的淬火方法，其特征在于该方法包括有下列步骤：

-将所述待淬火的各个零件(2)放置于传送装置(9)上，该装置延伸经过一加热站(7)和一淬火，或冷却站(8)，其中包括多个顺序排列的支承送进装置(17)，装置的位置和方向(基本上横对着所述的零件(2)可分别调整，其操作也可分别控制，以使所述零件(2)的各点产生位移，而各点沿各自的圆柱形螺旋的运动速度也是可控的，借助于对所述的可转动的支承送进装置(位于横穿所述零件的方向)进行控制，可基本上使零件轴线与零件(2)的前进轴线(72)沿传送装置(9)是重合的，传送装置(9)上各处都可对所述螺旋的螺距进行调整，调整数值在零到无限大之间；

--借助于所述的传送装置(9)，可在所述的加热站(7)中送进所述的零件(2)；

--使所述的零件(2)在所述的加热站(7)中保留到规定的时间，同时借助于所述的可转动的支承送进装置(17)，至少使零件绕其所述的前移轴线(72)转动一周；

-在所述的冷却站(8)中，至少有一股热交换液流，该液流基本上横对着所述的前移轴线(72)；

-当所述的各个零件(2)穿过所述的液流时，液流即喷在零件的各点上，各点按所述的圆柱形螺旋移动；当穿过所述的液流时，由所述的移动速度和所述的螺旋线的螺距组成的变量中。至少有一个可按以沿零件(2)本身的质量分布做为函数的法则进行变化；

2、根据权利要求1所述的方法，其特征为：所述的变量是这样控制的，即所述零件（2）的各个横断面穿过所述的液流所需的时间正比于断面本身的面积。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征为：所述的液流。至少部分是由一环形水源（71）产生的，所述的零件将穿过此水源。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征为：所述的零件是中空的，部分液流将喷在所述零件的内表面上，该液流是由另一环形水源形成的。

5、一种实施权利要求3或4所述方法的装置，其特征为，所述的各环形水源（71，78）是由环形并呈锥形的喷嘴（76、84）组成的，其轴线基本上与所述的前移轴线（72）重合，并指向所述的零件（2），其倾斜的方向为所述零件（2）穿过所述的冷却液流时的前移方向。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征为：可使所述的每一个零件（2）在所述的加热站（7）中产生一轴向的往复运动。

7、一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征为：前述的可转动的支承送进装置（17）有多个，且顺序排列，此装置中的每一个都有一个导向斜梁（16），其位置与横穿过所述的前移轴线（72）的第一个轴线（33）平行;滑动架（18、32）可沿所述的斜梁（16）运动;第一个拖动装置（31、25）可使所述的滑动装置（18、32）沿所述的斜梁移动;在所述的滑动装置（18、32）上装有轴（50），所述的轴（50）可绕第二个轴线（42）转动，该轴线即其纵轴，它与所述的第一个轴线（33）构成一角度（A）;在所述的滑动装置（18、32）上还装有一中间体（39），它可绕所述的第一个轴线（33）转动，由所述的中间体（39）支承住所述的转动轴（50）;由第二个驱动装置（56）和第三个驱动装置（48）使所述的轴（50）及所述的中间体（39）各自绕所述的第二个轴线（42）和第一个轴线（33）旋转。

8、根据权利要求7中所述的装置，其特征为：所述的第一个拖动装置（31、25）包括有一电动机和一柔性传动件（25），后者安装在所述的电动机（31）和所述的滑动装置（18、32）之间;一减震器（21）安装在所述的滑动装置（18、32）和所述的传动件（25）之间。

9、根据权利要求7或8中所述的装置，其特征是：所述的滑动装置（18、32）包括有一环形体（32），它与所述的第一个轴线（33）同心;所述的中间体（39）包括一衬套（40），它与所述的第二个轴线（42）同心，它安装于所述的环形体（32）之中并可在其中转动，在所述的第三个驱动装置（48）的作用下，它可绕所述的第一个轴线（33）转动;所述的轴（50）安装于所述的衬套（40）之中，在所述的第二个驱动装置（56）的作用下，轴（50）可绕所述的第二个轴线（42）在衬套中转动。

10、根据权利要求7所述的装置，其特征为：所述的轴（50）上有一驱动头（59），其作用是支承所述的零件（2），并与零件的外表面在点（B）上接触;位于所述的驱动头（59）上的接触点（B），由所述的轴（50）绕所述的第二个轴线（42）旋转，可形成一圆形轨迹，其圆心位于所述的第二个轴线（42）上。

11、根据权利要求10中所述的装置，其特征为：所述的第一个轴线（33）与所述的前移轴线（72）相交并通过所述的接触点（B）。

12、根据权利要求10或11中所述的装置，其特征为：所述的圆形位于一球面（60）上，球心与所述的第一个轴线（33）和第二个轴线（42）的相交点（C）重合。

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