CN101503756A - 金属杆件热处理方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
金属杆件热处理方法，由辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成一定角度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置，使金属杆件产生旋转进给运动，随后被感应淬火加热装置加热和淬火冷却，以及经过必要的回火工序。选择适当的金属杆件的旋转速度和轴向进给速度、以及辊轮的形状，可以得到最好的热处理结果。热处理设备包括多个单辊辊轮组成的送料装置、感应淬火加热装置、感应淬火功率发生装置、淬火冷却装置、以及必要的感应回火加热装置、感应回火功率发生装置。辊轮的两个圆锥体的圆锥面的弧所对应的弦与辊轮的轴线之间的夹角为一定角度。设备结构简单，调整和操作简单、灵活、方便，易于控制，可进行连续生产操作，大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及到金属零部件热处理技术领域，特别涉及到金属杆件的热处理方法及其设备。
背景技术
在金属杆件热处理当中，由于金属杆件的热处理只是表面热处理工艺，把零件的表面加热到指定的温度，就可进行淬火、回火、或者退火等必须的热处理工艺步骤。利用高频电流在零部件的趋表效应，对金属杆件以工频、中频或者高频电流加热，是最有效、迅速和节省能源的办法。而在使用工频、中频或者高频电流加热工件来进行热处理的情况下，工件的传送是一个关键的工艺步骤。为了使高频率电流加热时，金属杆件能被均匀地加热，金属杆件在通过高频输出装置的时候，应当不但沿着送料方向轴向进给，而且要使金属杆件自身旋转。因此，如何实现热处理的金属杆件的有效旋转进给，以及调整旋转和轴向进给的速度，往往成为决定热处理质量的关键之处。
一般情况下，实现旋转进给的方式是采用三辊旋转进给或者两辊旋转进给的方式，这些装置的夹辊把金属杆件夹在当中，并且夹辊之间互相成一定的角度，夹辊旋转时会产生使金属杆件一边轴向进给、一边旋转的力，使得金属杆件能够按照工艺要求的旋转进给速度进行热处理。这些装置有效地解决了工件的热处理需求，但也存在一些问题。
由于三辊或者两辊旋转进给装置会在金属杆件上形成一定的压力，对于工件表面会产生一些破坏，这在金属杆件是螺纹杆件或者表面精度要求较高的情况下，往往会造成一些工件的损坏。而且这些装置因为比较复杂，必然会带来制造成本的提高。在热处理过程当中，特别是靠近加热部分的进给装置，因为高温，很容易被损坏，进一步增大了维护的成本。而且，这些装置安装和调整比较麻烦，一般的技工不易胜任有关的调整工作。
发明内容
本发明目的在于提供一种新的金属杆件热处理方法及其设备。
根据本发明的方法和设备，可以有效地解决上述存在的问题，得到一种简单而有效的工艺方法和设备，同样能够完成金属杆件的旋转进给的技术要求，而且调整使用非常容易，制造和维护成本大大降低。在很多情况下，本发明的方法和设备使热处理的金属杆件的损坏降低。对于螺纹杆件或者表面精度要求较高的情况下更为有效。
根据本发明的金属杆件热处理方法，包括以下步骤：
(1)在供料的位置，由辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置，使金属杆件产生旋转进给运动；
(2)所述的旋转进给运动的金属杆件通过感应淬火加热装置并被加热到780-950℃；
(3)所述的被加热的金属杆件通过淬火冷却装置冷却；
(4)在上述的(2)、(3)步骤当中，金属杆件由辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置继续形成旋转进给运动，并送至卸料的位置，所有的辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向所成的角度在热处理同一种工件时都相同。
组成送料装置的辊轮的轴线和金属杆件轴向进给方向成30-60度。
金属杆件的旋转速度为1-20转/分，轴向进给速度为2-35毫米/秒。
供给感应淬火加热装置的功率为20-300KW，工作频率为1-50KHZ。
步骤(3)采用喷水冷却。
在步骤(3)以后进而使金属杆件进入工作频率为1-50KHZ的感应回火加热装置，回火加热温度为180-750℃，并随后在空气中或者用液体冷却。
根据本发明的金属杆件热处理设备，包括在供料位置安置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置、在供料位置之后设置的感应淬火加热装置、向所述感应淬火加热装置供能的感应淬火功率发生装置、在所述感应淬火加热装置之后设置的淬火冷却装置、在供料位置之后直到所述感应冷却装置之后到卸料位置之间设置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度的多个单辊辊轮组成的送料装置。
它还包括在所述的淬火冷却装置之后设置的感应回火加热装置、向所述回火加热装置供能的感应回火功率发生装置、以及在所述的感应回火加热装置之后到卸料位置之间设置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度的多个单辊辊轮组成的送料装置。
在所述的感应回火加热装置之后设置回火冷却装置。
所述的送料装置的辊轮的轴线和金属杆件轴向进给方向成30-60度。
所述的送料装置的辊轮的两端和中间之间形成的两个圆锥体的圆锥面的弧所对应的弦与辊轮的轴线之间的夹角为5-80度，最好为25-65度。
附图说明
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明并给出其实施例。
图1为金属杆件热处理设备结构示意图。
图2为本发明的送料单辊辊轮的结构示意图。
具体实施方式
图1当中的11是用作为送料进给装置的、使金属杆件产生旋转和轴向进给两种运动的多个单辊辊轮。它设置在热处理工艺线的一开始的供料部分，也设置在随后的淬火、回火以及冷却、卸料部分。辊轮11输送金属杆件一边沿着送料方向轴向进给，一边旋转进入感应淬火加热装置12加热，装置12由感应淬火功率发生装置13供能，装置13的感应输出功率为20-300KW，工作频率为1-50KHZ。淬火加热温度为780-950℃。金属杆件随后进入淬火冷却装置14。经过处理以后的金属杆件被送到卸料部分等待卸料。
如图2所示，辊轮11是做成图示的形状，即辊轮的中间直径要小于两端直径。辊轮的两端和中间之间形成两个圆锥体，圆锥体的锥面21、22呈近似圆弧形。使得圆锥体的圆锥面和工件外径有较好的接触，以驱动金属杆件。
图1中的辊轮11的轴线安置得和金属杆件轴向进给方向为30-60度，角度大小取决于金属杆件的直径和材料。由于辊轮的轴线不是垂直于工件的轴向进给方向，当辊轮旋转时，辊轮圆锥体的圆锥面21、22就不但会产生一个沿轴向进给方向驱动金属杆件前进的力，还会产生一个驱使金属杆件旋转的力。辊轮的轴线和轴向进给方向之间的角度越大，也就是说，辊轮更加倾向于是一个平轮辊轮驱动的方式，金属杆件就轴向进给较快，而产生的旋转力矩较小。反之，金属杆件的轴向进给较慢，而产生的旋转力矩较大。
在整个热处理过程当中使用的多个单辊辊轮11由一个马达13，通过完全相同的减速系统19驱动。因此，所有的辊轮11有着相同的旋转速度。这样做的好处是，由于所有的辊轮11的辊轮形状相同，而且所有的辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向所成的角度在热处理同一种工件时也相同，在旋转速度相同的情况下，由辊轮的圆锥面21、22所驱动的金属杆件的旋转速度以及轴向进给速度相同。使得在整个热处理过程当中，工件的旋转进给速度完全相同，不会引起后面的工件追击前面的工件的情况。
马达13的转速可以调节，马达13的转速越高，辊轮11的旋转速度越高，金属杆件的旋转及轴向进给速度越高。
通过调节马达13的转速来改变辊轮11的旋转速度，从而改变金属杆件的旋转及轴向进给速度。而且，改变辊轮11的轴线和金属杆件轴向进给方向之间的角度，也会在相同的辊轮11的旋转速度下产生不同的金属杆件轴向进给速度，和不同大小的使金属杆件旋转的力矩。
因此，当金属杆件直径比较大，需要选择较小的辊轮轴线和轴向进给方向之间的角度，以得到较大的使金属杆件旋转的力矩。而由于金属杆件直径比较大，需要的加热时间也较长，就要降低马达13的转速，使工件轴向进给速度降低。
反之，当金属杆件直径比较小时，工件不能在感应淬火加热装置中停留时间过长而造成过热，就要提高马达13的转速，提高工件轴向进给的速度。而因为金属杆件直径比较小时，不需要较大的旋转力矩，辊轮轴线和轴向进给方向之间的角度可以较小，也可进一步提高工件轴向进给的速度。
根据金属杆件的直径和材料可以确定辊轮11的轴线和金属杆件轴向进给方向之间的角度，而且要确定最佳的金属杆件的旋转进给速度，而得到最适宜的淬火加热温度、最适宜的冷却速度，得到最好的热处理结果。不同金属杆件，旋转速度可以为1-20转/分，轴向进给速度为2-35毫米/秒。
辊轮11的两端和中间之间形成的两个圆锥体的圆锥角度要视金属杆件的直径来确定。金属杆件的直径越大，圆锥面21、22所形成的圆弧半径越大，圆锥面21或22的弧所对应的弦和辊轮的轴线夹角越小。视金属杆件的直径不同，这个角度为5-80度，通常为25-65度。因此，金属杆件的直径不同，使用辊轮的形状也不同。
在淬火冷却以后，如果没有回火工序或者其它工序，金属杆件就送到卸料位置。这一部分的传送辊轮11是仍然使辊轮轴线和轴向进给方向之间成一定的角度，还是使辊轮轴线和轴向进给方向之间成90度，而采用平轮辊轮方式驱动，都是可以的。
根据工件的要求，经过淬火处理的金属杆件也可以被进行回火热处理。在金属杆件淬火冷却装置14之后要设置感应回火加热装置15，而由感应回火功率发生装置16供能给装置15。回火加热温度为180-750℃。如果需要以液体来冷却回火加热后的金属杆件，还需要设置回火冷却装置。在金属杆件淬火冷却装置14之后，直到回火冷却装置以后，这当中的进给装置仍然要和淬火过程当中所用的进给装置相同，而且要有相同的辊轮轴线和工件轴向进给方向之间的角度，有着相同的轴向进给、旋转速度，以保证和淬火过程的旋转进给同步。至于在回火冷却以后，金属杆件应当送到卸料位置，这一部分的传送辊轮是否也要使辊轮轴线和轴向进给方向之间成一定的角度，还是采用平轮辊轮方式驱动，都是可以的。
作为本发明的一个实施例，选用了直径为8毫米的45号钢杆件。使用上述的热处理设备，感应淬火功率发生装置13供给感应淬火加热装置12用的功率为20-25KW，工作频率为20KHZ，淬火加热温度为830℃，淬火冷却是用水冷却、感应回火功率发生装置16供给感应回火加热装置15的功率为10—15KW，回火加热温度为530℃，回火冷却采用空气冷却。
采用的辊轮11的圆锥面21或22的弧所对应的弦和辊轮的轴线夹角为45-75度。
辊轮轴线和轴向进给方向之间成45-80度，通过调节马达13的转速来改变辊轮11的旋转速度为18-20转/分钟，杆件轴向进给速度为25-30毫米/秒。
作为本发明的另一个实施例，选用了直径为20毫米的45号钢杆件。使用上述的热处理设备，功率发生装置13供给淬火加热装置12用的功率为40-55KW，工作频率为15KHZ，淬火加热温度为850℃，淬火冷却是用水冷却、功率发生装置16供给回火加热装置15的功率为20-30KW，回火加热温度为550℃，回火冷却采用空气冷却。
采用的辊轮11的圆锥面21或22的弧所对应的弦和辊轮的轴线夹角为35-65度。
辊轮轴线和轴向进给方向之间成35-65度，通过调节马达13的转速来改变辊轮11的旋转速度为7-9转/分钟，轴向进给速度为12-16毫米/秒。
作为本发明的再一个实施例，选用了直径为68毫米的45号钢杆件。使用上述的热处理设备，功率发生装置13供给淬火加热装置12用的功率为90-110KW，工作频率为10KHZ，淬火加热温度为860℃，淬火冷却是用水冷却、功率发生装置16供给回火加热装置15的功率为65-100KW，回火加热温度为550℃，回火冷却采用空气冷却。
采用的辊轮11的圆锥面21或22的弧所对应的弦和辊轮的轴线夹角为15-45度。
辊轮轴线和轴向进给方向之间成20-40度，通过调节马达13的转速来改变辊轮11的旋转速度为1-2转/分钟，轴向进给速度为3-4毫米/秒。
在这些实施例当中都使用了淬火和回火加热、冷却装置，也可以根据金属杆件的要求，只采用淬火工艺，淬火和回火的冷却方式也可以各有不同。淬火和回火的加热功率要根据工件的规格不同而改变。工件直径越大，所需的功率自然也就越大。由于采用的是单辊辊轮的旋转进给装置，设备的结构非常简单，一般的技工在规定的工艺条件下都能操作，经过热处理后的工件的性能都能够达到要求。所述的设备调整和操作灵活方便，除了调节辊轮轴线和轴向进给方向之间的角度，通常只要调节马达13的转速就可以适应不同直径的工件的要求。易于控制，可进行连续生产操作，大大提高了生产效率。
本发明的金属杆件的热处理方法及其设备同样适用于淬火、回火以外的其它热处理的工艺过程，比如退火等。金属杆件热处理的过程开始送料阶段以及结束时的卸料阶段，可以以手工操作方式实现，也可以加上自动上料和自动卸料装置来改善。在卸料阶段使辊轮轴线和轴向进给方向之间的角度和热处理过程中的辊轮轴线角度相同，还是直接使辊轮轴线和轴向进给方向之间成90度，而采用平轮辊轮方式驱动，加快卸料。这些都是在本发明的基本技术方案的基础上进一步的变化，并没有超出本发明的保护范围。
Claims (10)
1.金属杆件热处理方法，包括以下步骤：
(1)在供料的位置，由辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置，使金属杆件产生旋转进给运动；
(2)所述的旋转进给运动的金属杆件通过感应淬火加热装置并被加热到780-950℃；
(3)所述的被加热的金属杆件通过淬火冷却装置冷却；
(4)在上述的(2)、(3)步骤当中，金属杆件由辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置继续形成旋转进给运动，并送至卸料的位置，所有的辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向所成的角度在热处理同一种工件时都相同。
2、如权利要求1的金属杆件热处理方法，其特征在于，组成送料装置的辊轮的轴线和金属杆件轴向进给方向成30-60度。
3、如权利要求1的金属杆件热处理方法，其特征在于，金属杆件的旋转速度为1-20转/分，轴向进给速度为2-35毫米/秒。
4、如权利要求1的金属杆件热处理方法，其特征在于，供给感应淬火加热装置的功率为20-300KW，工作频率为1-50KHZ。
5、如权利要求1的金属杆件热处理方法，其特征在于，步骤(3)采用喷水冷却。
6、如权利要求1的金属杆件热处理方法，其特征在于，在步骤(3)以后进而使金属杆件进入工作频率为1-50KHZ的感应回火加热装置，回火加热温度为180-750℃，并随后在空气中或者用液体冷却。
7、一种金属杆件热处理设备，包括在供料位置安置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度安置的多个单辊辊轮组成的送料装置、在供料位置之后设置的感应淬火加热装置、向所述感应淬火加热装置供能的感应淬火功率发生装置、在所述感应淬火加热装置之后设置的淬火冷却装置、在供料位置之后直到所述感应冷却装置之后到卸料位置之间设置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度的多个单辊辊轮组成的送料装置。
8、如权利要求7的金属杆件热处理设备，其特征在于，它还包括在所述的淬火冷却装置之后设置的感应回火加热装置、向所述回火加热装置供能的感应回火功率发生装置、以及在所述的感应回火加热装置之后到卸料位置之间设置的、辊轮轴线和金属杆件轴向进给方向成15-80度的多个单辊辊轮组成的送料装置。
9、如权利要求7或8的金属杆件热处理设备，其特征在于，所述的送料装置的辊轮的轴线和金属杆件轴向进给方向成30-60度。
10、如权利要求7或8的金属杆件热处理设备，其特征在于，所述的送料装置的辊轮的两端和中间之间形成的两个圆锥体的圆锥面的弧所对应的弦与辊轮的轴线之间的夹角为5-80度，最好为25-65度。
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