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一种薄壁管状零件局部热处理的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁管状零件局部热处理的方法及装置，本发明采用高频感应加热装置作为加热源，其高频感应圈的内径比薄壁管状零件需加热区的外径大5～30mm，且高频感应圈的加热功率为使薄壁管状零件被加热区在10～60秒内达到所需的加热温度；在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，采用辅助加热工装套套住其需进行热处理的局部加热区的部位，其加热工装套的内表面与套住的薄壁管状零件部位之间的间隙应大于0.1毫米而小于1毫米，其加热工装套的套壁厚度为2～10毫米；并使薄壁管状零件绕高频感应圈的中心线转动。本发明具有能精确控制加热区域、加热均匀、产品质量好、质量稳定、操作简单、制作和使用成本低、适合于大批量生产等优点。

Description

一种薄壁管状零件局部热处理的方法及装置
技术领域
 本发明涉及一种薄壁管状零件局部热处理的方法及装置，属于薄壁零件局部热处理技术领域。
背景技术
目前，大多热处理装置只适合于对工件进行整体处理，而对工件进行局部热处理的方法和装置较少。特别是针对小型薄壁零件的局部热处理，目前还是一项未突破的技术难题。在对薄壁零件进行热处理时，由于其有效加热面积和体积较小，在现有技术中还存在如下一些问题：a)加热过程中热传导过快，加热区域不易控制，特别是在局部退火处理时，往往很容易超出设定的退火区域；b)加热不均匀，容易引起局部温差过大，常常是部分区域低于热处理设定温度，而另外区域温度偏高，甚至造成零件开裂，达不到局部热处理的要求；c)热处理过程控制不精确，重复性差，操作过程常常仅凭工人经验，批量生产时产品质量稳定性差，成品率低。所以现有的薄壁零件的局部热处理方式还是不够理想，不能满足生产和使用的需要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能精确控制加热区域、并且加热均匀、操作简单、热处理质量稳定、适合于批量生产的薄壁管状零件局部热处理的方法及装置，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：本发明的一种薄壁管状零件局部热处理的方法为，该方法包括采用高频感应加热装置对作为被加工零件的薄壁管状零件进行加热，在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，按以下工艺方法进行热处理：
a、采用高频感应加热装置作为加热源，并根据薄壁管状零件需局部热处理加热区的外径尺寸来确定高频感应加热装置的高频感应圈内径和加热功率，即高频感应圈的内径应比薄壁管状零件需加热区的外径大5～30mm，且高频感应圈的加热功率应使薄壁管状零件被加热区在10～60秒内达到所需的加热温度；
b、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，采用辅助加热工装套套住其需进行热处理的局部加热区的部位，其加热工装套的内表面与套住的薄壁管状零件部位之间的间隙应大于0.1毫米而小于1毫米，其加热工装套的套壁厚度为2～10毫米；
c、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，将薄壁管状零件的一端夹持在一个可随传动主轴一起转动的零件夹头上，并使薄壁管状零件的轴心线与传动主轴中心线和高频感应圈的中心线重合，同时使薄壁管状零件随传动主轴一起转动。
上述的对薄壁管状零件的局部进行热处理时，其热处理为对薄壁管状零件的局部进行退火热处理或淬火热处理；在对薄壁管状零件的局部进行退火热处理时，应待薄壁管状零件被热处理的局部完全冷却到退火温度以下后才能停止其转动；在对薄壁管状零件的局部进行淬火热处理时，当其局部达到淬火温度时，应切断高频感应圈的电源并同时采用向该局部喷水或喷其它淬火介质的方式进行淬火处理。
上述的辅助加热工装套为采用具有耐高温和具有较好的热传导性能及良好的机加工性能的铁磁性材料制作而成。
上述的铁磁性材料为中碳钢、铁基高温合金、高Mn钢或Cr钢。
上述在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护。
上述在对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护时，可采用冷却液对该吸水性耐火材料进行冷却。
根据上述方法构建的本发明的一种薄壁管状零件局部热处理的装置为：该装置包括高频感应加热装置，在高频感应加热装置的高频感应圈的下方设有工作台，在工作台的两端分别设有支座，在其中一个支座上装有通过电机带动转动的传动主轴，在传动主轴上装有用于夹持被加工的薄壁管状零件的零件夹头，在另一个支座上通过螺纹连接装有移动丝杆，在移动丝杆的一端设有用于夹持冷却保护套的夹头，在冷却保护套内设有一层吸水性耐火材料层。
上述工作台为可移动式工作台，在工作台的下方设有机座，在机座上设有轨道和传动螺杆，工作台放置在轨道上，并且工作台通过固定在其下部的螺母与传动螺杆连接。
在上述工作台上设有能向冷却保护套中的吸水性耐火材料层滴灌冷却液的冷却液容器。
在上述夹持在零件夹头上的薄壁管状零件上套有辅助加热工装套，并且辅助加热工装套通过分别顶在其两端的冷却保护套和顶套顶固在工作台两端的支座之间。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下的优点和特点：
1、由于引入了辅助加热工装套，避免了对零件的直接感应加热，通过热传导将热量传递给零件，可有效地精确控制热处理区域，并且在提高可控性的同时、又能保证薄壁零件局部热处理区能达到热处理温度和效果；
2、在进行热处理时，使被加工的零件转动，这样就有效地克服了零件受热不均匀的问题；
3、无论对局部退火或局部淬火处理的零件，都可根据局部区域需要的硬度来设计辅助加热工装套厚度及尺寸，控制不同区域加热退火及淬火温度，最终实现设计的硬度分布曲线；
4、引入了冷却保护套接触冷却系统，可有效保护如端部等非热处理部位不被加热，在传统的薄壁零件热处理中，由于零件热传导速度快，很难保证非热处理区域不被加热，而本发明的接触冷却系统可根据保护区尺寸、体积的大小来设计接触部位和冷却介质通量，达到保护目的；
5、本发明的高频线圈、辅助加热工装套、冷却保护套等都是方便拆卸和可重复利用的，在批量生产过程中可根据不同规格零件更换不同辅助工装，不但节约生产成本，也能提高生产效率。
所以本发明与现有技术相比，本发明不仅具有能精确控制加热区域、并且加热均匀、产品质量好和质量稳定的优点，而且还具有操作简单、制作和使用成本低、适合于大批量生产等优点。
附图说明。
图1为本发明的装置的结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图。
附图标记说明：1-高频感应加热装置，2-高频感应圈，3-薄壁管状零件，4-冷却保护套，5-辅助加热工装套，6-工作台，7-传动主轴，8-零件夹头，9-丝杆，10-夹头，11-机座，12-轨道，13-传动螺杆，14-螺母，15-顶套，16-冷却液容器。
具体实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施例：在实施本发明的一种薄壁管状零件局部热处理的方法时，可直接采用现有技术中的高频感应加热装置对作为被加工零件的薄壁管状零件进行加热，在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，按以下工艺方法进行热处理：
a、采用高频感应加热装置作为加热源，并根据薄壁管状零件需局部热处理加热区的外径尺寸来确定高频感应加热装置的高频感应圈内径和加热功率，即高频感应圈的内径应比薄壁管状零件需加热区的外径大5～30mm，且高频感应圈的加热功率应使薄壁管状零件被加热区在10～60秒内达到所需的加热温度；
b、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，采用辅助加热工装套套住其需进行热处理的局部加热区的部位，其加热工装套的内表面与套住的薄壁管状零件部位之间的间隙应大于0.1毫米而小于1毫米，其加热工装套的套壁厚度为2～10毫米；
c、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，将薄壁管状零件的一端夹持在一个可随传动主轴一起转动的零件夹头上，并使薄壁管状零件的轴心线与传动主轴中心线和高频感应圈的中心线重合，同时使薄壁管状零件随传动主轴一起转动，在使薄壁管状零件转动时，其转速可控制在每分钟1000～2000转。
上述的对薄壁管状零件的局部进行热处理时，其热处理为对薄壁管状零件的局部进行退火热处理或淬火热处理；在对薄壁管状零件的局部进行退火热处理时，应待薄壁管状零件被热处理的局部完全冷却到退火温度以下后才能停止其转动，其退火时的高频感应圈的加热功率的工作电流可根据需要控制在300A～340A左右；在对薄壁管状零件的局部进行淬火热处理时，当其局部达到常规的淬火温度时，应切断高频感应圈的电源并同时采用向该局部喷水或喷其它常规淬火介质的方式进行淬火处理，其淬火时的高频感应圈的加热功率的工作电流可根据需要控制在340A～380A左右；。
上述的辅助加热工装套为采用具有耐高温和具有较好的热传导性能及良好的机加工性能的铁磁性材料制作而成；该铁磁性材料可采用现有技术中的中碳钢、铁基高温合金材料、高Mn钢或Cr钢。
上述在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护。
在对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护时，可采用冷却液对该吸水性耐火材料进行冷却，其吸水性耐火材料可采用现有技术中的硅酸铝纤维材料，其冷却液可采用水或其他不可燃液体介质。
    根据上述方法构建的本发明的一种薄壁管状零件局部热处理的装置的结构示意图如图1和图2所示，该装置包括高频感应加热装置1，其高频感应加热装置1直接采用现有技术中的高频感应加热装置成品，制作时，在高频感应加热装置1的高频感应圈2的下方设置一个工作台6，在工作台6的两端分别固定一个支座，在其中一个支座上装上能通过电机17带动其转动的传动主轴7，电机17可采用现有的可调速式电机，也可采用现有的定速电机，但采用定速电机时，最好按传统的机械调速方式，使电机17通过一个变速装置传动传动主轴7；在传动主轴7上装一个用于夹持被加工的薄壁管状零件3的常规夹头结构的零件夹头8，然后在另一个支座上通过螺纹连接的方式装一根移动丝杆9，在移动丝杆9的一端安装一个用于夹持冷却保护套4的夹头10，在制作冷却保护套4时，在其内同时制作出一层采用现有技术中的硅酸铝纤维材料制作的吸水性耐火材料层，同时在冷却保护套4的圆柱面上制作出1～5个通孔，这样在工作时，有利于冷却液通过该通孔流进或流出吸水性耐火材料层；然后在移动丝杆9的另一端装一个手柄，这样在装拆工件时，操作者可通过转动该手柄使移动丝杆9转动、并带着夹持有冷却保护套4的夹头10沿着移动丝杆9的轴线方向前进或后退；制作时，将工作台6制作成可移动式工作台，即在工作台6的下方设置一个机座11，在机座11上制作出轨道12和安装一个传动螺杆13，并在传动螺杆13的一端安装一个能带动传动螺杆13转动的手动式转动手柄，然后将工作台6放置在轨道12上，并且在工作台6的下方固定一个螺母14，同时使该螺母14与传动螺杆13连接，这样操作者即可通过转动手柄使传动螺杆13转动，从而通过传动螺杆13带动工作台6在轨道12上前后移动，使被加工的薄壁管状零件3处于所需的最佳位置；为了在工作时使被加工的薄壁管状零件3未被夹持一端的非热处理区达到更好的冷却效果，可在工作台6上设置一个能向冷却保护套4中的吸水性耐火材料层滴灌冷却液的冷却液容器16；在工作时，操作者可根据使用的需要调节冷却液容器16上的出水口阀门开关来控制向冷却保护套4喷淋的冷却液量；当将被加工的薄壁管状零件3夹持在零件夹头8上时，先在薄壁管状零件3上套上一个辅助加热工装套5，使套在主轴7上的顶套15的一端顶在支座上，顶套15的另一端顶在辅助加热工装套5上，然后在夹头10上夹持一个冷却保护套4，使该冷却保护套4的前端顶在辅助加热工装套5的另一端上，这样即可使辅助加热工装套5通过分别顶在其两端的顶套15和冷却保护套4顶固在工作台6两端的支座之间，其冷却保护套4和顶套15可采用非铁磁性材料制成。
    本发明在工作时，当传动主轴7带动被加工的薄壁管状零件3转动时，由于辅助加热工装套5的内径大于薄壁管状零件3的外径，所以不会影响传动主轴7和薄壁管状零件3的转动，在传动主轴7和薄壁管状零件3转动时，冷却保护套4、顶套15和辅助加热工装套5固定不动。

Claims (9)

1.一种薄壁管状零件局部热处理的方法，包括采用高频感应加热装置对作为被加工零件的薄壁管状零件进行加热，其特征在于：在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，按以下工艺方法进行热处理：
a、采用高频感应加热装置作为加热源，并根据薄壁管状零件需局部热处理加热区的外径尺寸来确定高频感应加热装置的高频感应圈内径和加热功率，即高频感应圈的内径应比薄壁管状零件需加热区的外径大5～30mm，且高频感应圈的加热功率应使薄壁管状零件被加热区在10～60秒内达到所需的加热温度；
b、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，采用辅助加热工装套套住其需进行热处理的局部加热区的部位，其加热工装套的内表面与套住的薄壁管状零件部位之间的间隙应大于0.1毫米而小于1毫米，其加热工装套的套壁厚度为2～10毫米；
c、在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，将薄壁管状零件的一端夹持在一个可随传动主轴一起转动的零件夹头上，并使薄壁管状零件的轴心线与传动主轴中心线和高频感应圈的中心线重合，同时使薄壁管状零件随传动主轴一起转动。
2.根据权利要求1所述的薄壁管状零件局部热处理的方法，其特征在于：所述的对薄壁管状零件的局部进行热处理时，其热处理为对薄壁管状零件的局部进行退火热处理或淬火热处理；在对薄壁管状零件的局部进行退火热处理时，应待薄壁管状零件被热处理的局部完全冷却到退火温度以下后才能停止其转动；在对薄壁管状零件的局部进行淬火热处理时，当其局部达到淬火温度时，应切断高频感应圈的电源并同时采用向该局部喷水或喷其它淬火介质的方式进行淬火处理。
3.根据权利要求1所述的薄壁管状零件局部热处理的方法，其特征在于：所述的辅助加热工装套为采用具有耐高温和具有较好的热传导性能及良好的机加工性能的铁磁性材料制作而成。
4.根据权利要求3所述的薄壁管状零件局部热处理的方法，其特征在于：所述的铁磁性材料为中碳钢、铁基高温合金、高Mn钢或Cr钢。
5.根据权利要求1所述的薄壁管状零件局部热处理的方法，其特征在于：在对薄壁管状零件的局部进行热处理时，对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护。
6.根据权利要求5所述的薄壁管状零件局部热处理的方法，其特征在于：在对薄壁管状零件未被夹持的一端的非热处理裸露部位采用润湿的吸水性耐火材料套住保护时，可采用冷却液对该吸水性耐火材料进行冷却。
7.一种薄壁管状零件局部热处理的装置，包括高频感应加热装置（1），其特征在于：在高频感应加热装置（1）的高频感应圈（2）的下方设有工作台（6），在工作台（6）的两端分别设有支座，在其中一个支座上装有通过电机（17）带动转动的传动主轴（7），在传动主轴（7）上装有用于夹持被加工的薄壁管状零件（3）的零件夹头（8），在另一个支座上通过螺纹连接装有移动丝杆（9），在移动丝杆（9）的一端设有用于夹持冷却保护套（4）的夹头（10），在冷却保护套（4）内设有一层吸水性耐火材料层；在夹持在零件夹头（8）上的薄壁管状零件（3）上套有辅助加热工装套（5），并且辅助加热工装套（5）通过分别顶在其两端的冷却保护套（4）和顶套（15）被顶固在工作台（6）两端的支座之间。
8.根据权利要求7所述的薄壁管状零件局部热处理的装置，其特征在于：工作台（6）为可移动式工作台，在工作台（6）的下方设有机座（11），在机座（11）上设有轨道（12）和传动螺杆（13），工作台（6）放置在轨道（12）上，并且工作台（6）通过固定在其下部的螺母（14）与传动螺杆（13）连接。
9.根据权利要求8所述的薄壁管状零件局部热处理的装置，其特征在于：在工作台（6）上设有能向冷却保护套（4）中的吸水性耐火材料层滴灌冷却液的冷却液容器（16）。
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