CN103205549B - 高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法，将材料60Si2MnA、厚度为3mm的阅读臂圆弧状工作区域，先采取高频感应正火，然后采用高频淬火感应器进行高频感应淬火后低温回火。高频感应正火的工艺参数：电机正火频率为150KHZ，电流为0.1KA，冷却方式为空冷。高频感应淬火的工艺参数：感应淬火频率150KHZ，电流为0.1KA，淬火区域宽度为4mm，淬火介质为油淬，冷却方式为喷液冷却，冷却时间为3s。低温回火的工艺参数：180~200℃保温3h。本发明保证阅读臂在感应淬火后硬度要求和变形量控制的前提下，更能获得良好的硬度梯度分布，阅读臂工作区域从硬度区到基体，硬度呈明显梯度分布，强韧比约为4：6，保证阅读臂零件较长的寿命。
Description
技术领域
本发明设计一种高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法，属于纺织机械中电子多臂开口装置中关键零部件的热加工工艺技术领域。
背景技术
中国是一个纺织业大国，特别是21世纪以来，中国的纺织机械业发展较为迅速，无论是纺织工业的规模还是纺织品的产量均居世界首位。随着近年来我国纺织机械面向高速化的发展，对零件的机械性能的要求也越来越高，尤其是高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的使用寿命要求更高。阅读臂零件是纺机用电子多臂开口装置中典型传动结构件，厚度为3mm，属于薄板型零件。如图1所示，其中阴影部分为阅读臂零件的工作区域，又称淬硬区，与材质为GCr15的偏心轮相配合，硬度要求为59~61HRC；空白区域为基体，无技术要求。阅读臂过去常用的热处理方法一般为常规淬火和等温淬火来满足其机械性能要求。而对于阅读臂这种薄壁件而言（厚度仅为3mm），使用过程中要求严格控制脱碳层（不超过0.1mm），机械性能要求高（最大力Fmax≥7.6KN）。然而常规淬火后所带来的变形量大、韧性不足、脱碳严重的现象难以满足高速织机的要求。阅读臂热处理的技术难点淬硬区与基体区域硬度差别较大，两个区域之间无明显过渡区，工况载荷下产生的应力无法释放，这会对阅读臂的使用寿命造成一定的影响。因此，需要寻求一种新的热处理工艺来满足阅读臂零件机械性能的同时，延长使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法，该方法可以保证阅读臂在感应淬火后硬度要求和变形量控制的前提下，更能获得良好的硬度梯度分布。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法，将材料60Si2MnA、厚度为3mm的阅读臂的圆弧状工作区域，先进行高频感应正火，然后采用高频淬火感应器进行高频感应淬火后低温回火。
所述高频感应正火的工艺参数：电机正火频率为150KHZ，电流为0.1KA，冷却方式为空冷。
所述高频感应淬火的工艺参数：感应淬火频率150KHZ，电流为0.1KA，淬火区域即淬硬区宽度为4mm，淬火介质为油淬，冷却方式为喷液冷却，冷却时间为3s。
所述低温回火的工艺参数：180~200℃保温3h。
所述高频淬火感应器包括导电板、汇流管和感应圈；汇流管表面设有绝缘胶木，汇流管一端通过螺栓与所述导电板固定连接，汇流管另一端设置所述感应圈；所述感应圈上设有喷嘴。
所述感应圈沿阅读臂工作区域轮廓方向。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，采取高频感应正火的方法来消除应力和细化晶粒。增加高频感应正火的工序是因为感应淬火因为加热速度快，扩散难以充分进行，往往会造成奥氏体成分不均造成感应淬火后组织的不均匀。因此在快速加热前进行预先热处理，如调质处理或者正火使碳化物或自由铁素体呈细小、均匀的分布，将有利于快速加热时奥氏体成分的均匀化。第二，感应淬火工序是决定阅读臂零件质量好坏的决定性因素之一，也是该项新型工艺的核心，其主要内容分为三部分：感应淬火方式、淬火区域、冷却介质。
（1）感应淬火方式
阅读臂热处理的技术难点淬硬区与基体区域硬度差别较大，两个区域之间无明显过渡区，工况载荷下产生的应力无法释放，这会对阅读臂的使用寿命造成一定的影响。因此设计感应线圈沿阅读臂淬硬区轮廓方向，加热后喷液冷却3s，使得阅读臂表面完全冷却后芯部余温采取空冷的方式，但由于热传导的作用，芯部的冷却速度显然远远快于正常的空冷速度。这样的冷却方式保证了阅读臂淬硬区自表面到芯部获得不同的冷却速度，以最终保证良好的硬度梯度分布感应加热方式不仅能使阅读臂的硬度分布呈梯度分布，而且在淬硬区跟基体还能保证一定的过渡区。
（2）淬火区域
长期承受疲劳冲击载荷的零件，韧性不足将导致阅读臂基于内部缺陷的情况下发生脆性断裂的可能。因此对阅读臂现有工况下的淬硬区尺寸进行优化计算，在尽可能在满足阅读臂工况强度的条件下，减少淬硬区尺寸，提高阅读臂整体韧性。根据极限理论，忽略掉阅读臂基体区域，假设阅读臂工况下承受的冲击载荷只作用在阅读臂的淬硬区域，且承受的最大载荷不超过材料的屈服强度。根据淬火后60si2mnA的屈服强度为1400N∕mm2， 同时脆性材料安全系数n=2.5~3.0，暂取n=3.0，可以得出阅读臂工况下允许承受的最大冲击载荷为：
[σ] ﹦σ∕n﹦1400∕3.0≈467 N∕mm2。
通过对阅读臂和与之相配合的偏心轮的受力分析，可以得出阅读臂工况条件下的受力方向如图3所示。从图中可以看出阅读臂的受力方向是沿阅读臂的圆弧切线方向，水平夹角α=30°，且每片阅读臂受力大小F=6.35KN。将力分解后，y轴方向为纵向压应力，根据阅读臂的断裂位置和方向，排除掉该方向作用力造成阅读臂的断裂失效的可能；而x轴方向为横向拉应力，显然该方向作用力对于阅读臂的断裂失效起主导作用。根据勾股定理：F =F×cos30°=6.35×≈5.5 KN。
然后可以得出工况条件下阅读臂淬硬区的有效最小面积为：A = F∕[σ] = 5.5∕0.467≈11.75 mm2。
最后求得淬硬区宽度：b=A∕a = 11.75∕3≈4mm。
因此通过理论力学计算可以得出，阅读臂的淬硬区的有效宽度可以减少到4mm，即可承受工况条件下的疲劳冲击载荷。减少淬硬区宽度，增大基体区域宽度，可以在满足阅读臂强度的同时，提高阅读臂的整体韧性，避免过早失效的可能。
（3）淬火介质
阅读臂材料为60Si2MnA，淬透性较好，当淬火液浓度较低时，容易产生淬火裂纹导致阅读臂开裂，因此推荐稳定性较好的油淬。
第三，高频感应淬火后，阅读臂在180-200℃低温回火3h，以消除淬火后的残余应力。但回火温度不能过高，以免降低淬硬区硬度，达不到阅读臂工艺要求。
第四，本发明保证阅读臂工作区域从硬度区到基体，硬度呈明显梯度分布，强韧比约为4﹕6，良好的强韧性配比性从而保证阅读臂零件较长的寿命。
附图说明
图1为高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的结构示意图；
图2为本发明高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法的工艺流程图；
图3为阅读臂淬硬区工况条件下受力示意图；
图4为图1中A-A方向的阅读臂的硬度分布图。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明。
高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法: 将材料60Si2MnA、厚度为3mm的阅读臂的圆弧状工作区域，先进行高频感应正火，然后采用高频淬火感应器进行高频感应淬火后低温回火。
高频感应正火的工艺参数：电机正火频率为150KHZ，电流为0.1KA，冷却方式为空冷。
高频感应淬火的工艺参数：感应淬火频率150KHZ，电流为0.1KA，淬火区域即淬硬区宽度为4mm，淬火介质为油淬，冷却方式为喷液冷却，冷却时间为3s。
低温回火的工艺参数：180~200℃保温3h。
高频淬火感应器包括导电板、汇流管和感应圈。汇流管表面设有绝缘胶木，汇流管一端通过螺栓与导电板固定连接，汇流管另一端设置所述感应圈。感应圈上设有喷嘴。
感应圈沿阅读臂工作区域轮廓方向。
采用本发明进行热处理的阅读臂工作区域的硬度进行测试，最终硬度梯度分布如图4所示。从图4中可以看出，阅读臂工作区域从硬度区到基体，硬度呈明显梯度分布，强韧比约为4﹕6，良好的强韧性配比性从而保证阅读臂零件较长的寿命。
本发明可以广泛应用于各类纺机中薄板型零件的热处理工艺问题，同时可以扩展到其他机械设备中各类薄板型传动件热处理工艺。
Claims (1)
1.高速织机的电子多臂开口装置中阅读臂的热处理方法，其特征是，将材料60Si2MnA、厚度为3mm的阅读臂的圆弧状工作区域，先进行高频感应正火，然后采用高频淬火感应器进行高频感应淬火后低温回火；所述高频感应正火的工艺参数：感应正火频率为150kHZ，电流为0.1kA，冷却方式为空冷；所述高频感应淬火的工艺参数：感应淬火频率150kHZ，电流为0.1KA，淬火区域即淬硬区宽度为4mm，淬火介质为油淬，冷却方式为喷液冷却，冷却时间为3s；所述低温回火的工艺参数：180~200℃保温3h；所述高频淬火感应器包括导电板、汇流管和感应圈；汇流管表面设有绝缘胶木，汇流管一端通过螺栓与所述导电板固定连接，汇流管另一端设置所述感应圈；所述感应圈上设有喷嘴；所述感应圈沿阅读臂工作区域轮廓方向。
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| CN101435013A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-05-20 | 内蒙古北方重工业集团有限公司 | 平铲齿材料的制备工艺 |
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