CN103421935A - 连续回火处理装置 - Google Patents

Abstract

一种连续回火处理方法及装置，包括：台车，用于传输需要回火处理的工件；台车轨道，规定台车的路径；多个结构完全相同的回火炉，等间距依次分布在台车轨道上，每个回火炉具有能够使台车经过其中并分布在回火炉两个端部的炉门、被设于回火炉的炉膛顶部的至少一个热循环系统、能够预设炉膛的回火温度的温度预设部、对炉膛内的工件进行恒温加热的电热元件、控制电热元件的发热温度为预设温度的温度控制部、检测炉膛温度的温度测定部，根据回火工艺的温度要求依次预先设定每个回火炉的恒定回火温度，接着将安装有工件的台车根据回火工艺的时间及温度要求依次沿着台车轨道推入相对应的回火炉中；冷却炉，冷却被台车输送过来的完成连续加热的工件。

Description

连续回火处理装置

技术领域

本发明涉及回火处理领域，尤其是涉及一种用于对工件进行连续回火处理的连续回火处理装置。

背景技术

生产中需要回火处理的工件中，大直径锯片是比较典型的。在大直径锯片的生产过程中，热处理是一道非常重要的工序，而锯片的回火处理更是一个重中之重的工序，锯片的回火处理方法与装置决定了锯片的硬度、塑性、冲击韧性以及其它机械性能的优劣。相比较于锯片生产过程中的其它工序，回火处理是耗时最长、能耗最大、废品率最高的一道工序，对锯片的质量、生产成本、生产周期都有着非常重要的影响。

对于大直径锯片，为了尽量避免其在回火过程中变形，通常采用回火夹具把多片锯片装夹，通过螺栓将其压紧为一体进行回火处理。由于锯片体的直径和重量非常大，完成整个回火过程耗时很长，能耗巨大。目前，锯片的回火炉通常采用钟罩式电阻炉，这种电阻炉操作比较方便，制造成本也较低，但是其加热方式主要是沿锯片的径向方向加热，锯片体的受热面主要是其外圆侧面，热传导主要是沿着工件的径向进行，而沿其轴线方向的两个端面接受热量很少且散发热量大，导致大直径锯片的中心温度很难达到回火所要求的温度，导致大直径锯片沿径向方向温度不均，回火处理后的大直径锯片中心部的金相组织和边缘部的金相组织有较大的差异，沿锯片径向内外硬度不同、冲击韧性等其它机械性能也存在着差别，锯片的淬火热应力不能得到有效释放等结果，最终大直径锯片产生宏观变形，达不到回火要求。由于工件的热传导主要是沿着锯片的径向进行，对于大直径锯片来说，热传递的效率较低，进一步加剧了锯片温度的不均匀性，并延长了加热时间。

另一方面，大直径锯片采用钟罩式电阻炉进行回火处理，电炉的保温性能下降，密封性较差，有非常大的热泄露，整个回火工序耗时长，能耗增加的同时降低了生产效率和回火质量。另外，在钟罩式电炉温度测试和控制方面，电炉炉膛内测温点过少或分布不合理，致使炉内实测温度并不能真实地反映炉膛内的温度，并且通常不对电热元件进行分区控制，造成了电炉炉膛内温度均匀性较差，炉内的温度不均匀性较大，同样也导致大直径锯片受热不均匀，对工件的回火质量存在很大的负面影响。

以上问题，最终导致的结果是大直径锯片回火后热变形较大，锯片片体硬度不均匀，达不到回火工艺的要求。

发明内容

针对目前大直径锯片回火处理方法与装置所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于对工件进行连续回火处理的连续回火处理装置，使回火炉炉膛内部温度均匀性好，对锯片加热更为充分和均匀，减小了由于受热不均所产生的热应力，有效地提高了工件的回火质量与回火效率。

本发明提供的一种用于对工件进行连续回火处理的连续回火处理装置，其特征在于：包括台车，具有固定工件的固定部，用于传输工件；台车轨道，规定台车的路径；多个结构完全相同的回火炉，等间距依次分布在台车轨道上，每个回火炉具有能够使台车经过其中并分布在回火炉两个端部的炉门、被设于回火炉的炉膛顶部的至少一个热循环系统、能够预设炉膛的回火温度的温度预设部、对被传输至炉膛的工件进行恒温回火的电热元件、控制电热元件的发热温度为预设温度的温度控制部、检测炉膛温度的温度测定部，根据回火工艺的温度要求依次预先设定每个回火炉的恒定回火温度，接着将安装有工件的台车根据回火工艺的时间及温度要求依次沿着台车轨道推入相对应的回火炉中；冷却炉，冷却被所述台车输送过来的完成连续加热的工件。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：热循环系统安装在炉膛顶部的几何中心处，使得炉膛内部热空气有效对流，从而提高炉膛内的热均匀性。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：回火夹具通过固定部固定在台车的用于承载工件的承重面上，工件上设有中心孔，工件固定时，把工件的中心孔穿过该工件的轴线后再将其固定，从而台车进入相对应的回火炉后工件的轴线平行于台车的承重面，即该工件的装炉方式为立式装炉。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：回火夹具为圆盘铸件，该圆盘铸件的直径大于工件的长度。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：炉膛为长方体炉膛，该炉膛沿台车轨道延伸方向上的两个侧壁上都安装有电热元件，台车以及炉膛的两个设有炉门的侧壁上都不设电热元件，保证沿上述整体的轴线方向上分布均匀的温度场，从而对工件沿工件的轴向进行均匀加热。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：温度测定部由至少一个热电偶构成。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：炉膛的两个沿轨道延伸的侧壁上分别设置了四个热电偶，每个侧壁上的四个热电偶沿该侧壁的中心线对称分布，从而将炉膛分为八个相同的温度检测区域来对炉膛的温度进行细致检测，方便温度控制部调整相对应的热电偶的发热使得炉膛中的工件在每个方向上都能被恒温回火。

进一步，本发明提供的连续回火处理装置还可以具有这样的特征：工件为大直径锯片。

发明作用与效果

本发明提供的一种用于对工件进行连续回火处理的连续回火处理装置，改变了工件回火处理时传统的装炉方式，工件的受热面是工件的轴线方向的两个端面，热传导沿着工件的轴向进行，可大量减少回火时间和降低能耗，并且能够保证每个工件受热均匀，减小因受热不均造成的工件边缘和心部硬度不同，减小回火变形，有效释放工件的淬火应力。对回火炉炉温进行多点检测，并对其加热方式进行分区控制，可以有效地提高回火炉炉膛内的温度均匀性，减小工件在回火过程中由于受热不均匀而产生的热应力，提高回火和工件的质量，降低废品率。本发明包括沿同一台车轨道等间距布置的多个回火炉，可以对工件进行连续回火处理，回火炉的设定温度不随时间改变，回火炉利用率高、操作方便、实用价值高。

附图说明

图1为本发明在实施例中的回火炉的结构示意图；

图2为本发明在实施例中的回火处理装置的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本发明在实施例中的工件装炉方式主视图；

图5为本发明在实施例中的工件装炉方式左视图；

图6为本发明在实施例中的工艺曲线图；

图7为本发明在实施例中的理论计算过程中加热时的温度测量点分布图；

图8为本发明在实施例中的的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的温度随时间变化的曲线图；

图9为本发明在实施例中的的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的温度场分布图；

图10为本发明在实施例中的的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的等效应力场分布图；

图11为本发明在实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的温度随时间变化曲线图；

图12为本发明在实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的温度场分布图；

图13为本发明在实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的等效应力场分布图。

其中：1-台车，2-台车驱动装置，3a-炉门a，3b-炉门b，4a-炉门升降机构a，4b-炉门升降机构b，5-炉壳，6-保温层，7-炉腿，8-电热元件，9-热循环系统，10-热电偶，11-热电偶座，12-大直径锯片，13-回火夹具，14-螺栓，15-压紧螺母1，16-压紧螺母2,17-中心轴，18-固定挡铁。

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说明，但不因此限制本发明的保护范围。

图1为本实施例中的回火炉的结构示意图；图2为本实施例中的回火处理装置的结构示意图；图3为图2的A-A剖视图；如图1、图2、图3所示，本实施例中的工件为大直径锯片12，一种用于对大直径锯片进行连续回火处理的连续回火装置，具有：台车1，规定台车1的移动路径的台车轨道，多个结构完全相同的台车式回火炉，以及一个冷却炉。

其中，台车上设有用于驱动台车移动的台车驱动装置2、固定大直径锯片12到台车上的固定挡铁、能够承载大直径锯片的承重面，该承重面上有一个直径大于大直径锯片并用于装夹大直径锯片的圆盘铸件，该圆盘铸件沿其直径方向竖直放置在承重面上，沿其圆周边缘加工有四个均匀分布的通孔。

台车式回火炉包括两个结构相同端部开盖的炉门：炉门3a、炉门3b、分别控制炉门打开和闭合的炉门升降机构4a和4b、炉壳5、保温层6、炉腿7、电热元件8、设置在炉膛顶部的几何中心处从而使得该台车式回火炉内的热空气有效对流的热循环系统9、八个热电偶座，安装于热电偶座的中心上的热电偶10、温度预设部、以及温度控制部。每个台车式回火炉的炉膛都为长方体结构，炉膛的两个沿轨道延伸的侧壁上分别设置了四个热电偶座，热电偶座的中心处都装有热电偶，每个该侧壁上的四个热电偶沿该侧壁的中心线对称分布，从而将炉膛分为八个相同的温度检测区域来对炉膛的温度进行细致检测，反映出炉膛内的真实温度，方便温度控制部实现炉温的精确控制使得炉膛中的工件在每个方向上都能被恒温回火。电热元件8安装在沿台车轨道延伸方向上的两个侧壁上，而台车以及炉膛的两个设有炉门的侧壁上都不设电热元件。每个炉膛内的电热元件8都将该炉膛分为八个区域布置，即在炉膛内布置有电热元件8的每个侧壁划分为等面积的1区、2区、3区、4区，对应的八个热电偶检测八个区域内部热空气的温度，有效地提高回火炉炉膛内部温度的均匀性，同时使热量主要沿着工件的轴向进行传导，减少热传导所需的时间，提高回火效率。根据回火工艺的温度要求依次通过温度预设部预先设定每个回火炉的恒定回火温度，接着将安装有大直径锯片的台车根据回火工艺的时间及温度要求依次沿着台车轨道推入相对应的台车式回火炉中。

冷却炉与上述两个台车式回火炉等间距分布在台车轨道上方，用于对完成连续加热处理的大直径锯片进行冷却。

图4为本实施例中的工件装炉方式主视图；图5为本实施例中的工件装炉方式左视图。如图4、图5所示，大直径锯片12的装炉与加热方式，因为大直径锯片12及其圆盘铸件13均加工有中心孔，多片锯片通过圆盘铸件13装夹时，把大直径锯片12与圆盘铸件13作为一个整体，将大直径锯片12与圆盘铸件13的中心孔穿过该整体的轴线17，中心轴17所穿过的台车式回火炉的两端外部分别设有外螺纹，两个压紧螺母16分别旋进外螺纹中，从而来实现对大直径锯片12中心部位的固定。四个通孔在同一圆周上相互之间的间隔为90度，螺栓14穿过通孔，压紧螺母15旋进螺栓14，实现对大直径锯片12边缘部位的固定。对工件加热时，加热面主要是大直径锯片及其圆盘铸件形成的这一整体的轴线方向的两个端面，台车进入相对应的回火炉后该整体的轴线平行于台车的承重面，热传导主要沿着工件的轴向进行。

装炉时，首先根据回火工艺的温度要求依次通过温度预设部来预先设定一号炉的恒定回火温度为T₁，二号炉的恒定回火温度为T₂，通过八个热电偶来监测不同区域的温度，通过温度控制部来调整控制使得一号炉中的炉膛温度恒定为T₁，二号炉中的炉膛温度恒定为T₂，接着启动一号台车炉的炉门升降机构4a打开炉门3a，启动台车驱动装置2将台车1移出一号炉炉膛，将装夹完成后的大直径锯片安装在台车1的承重面上，使大直径锯片12与圆盘铸件13两者形成的整体的轴线17平行于台车承重面，圆盘铸件13的边缘直接与台车承重面接触，即采用立式装炉方式，最后用固定挡铁18将其定位，防止大直径锯片及其回火夹具在台车1的承重面上滚动。再把台车1移进一号炉炉膛，关闭炉门3a。

图6为本发明在实施例中的工艺曲线图。如图6所示，一号台车炉的炉膛的恒定温度为T₁，对工件加热到要求的时间以后，启动一号台车炉的炉门升降机构4b打开炉门3b，同时启动二号台车炉的炉门升降机构打开炉门，推动台车1连同大直径锯片移至二号炉炉膛，二号台车炉的炉膛的恒定温度为T₂，对大直径锯片加热，，二号炉对大直径锯片的加热时间到，启动二号炉的图中左侧的炉门升降级机构打开相对应的炉门及第三台电炉的炉门升降机构打开炉门，将二号炉中的台车通过台车驱动装置移位至第三台电炉的炉膛内，第三台电炉的炉膛温度设定为T₃，对工件进行加热保温，以此类推直至执行完全部工艺曲线。最后将台车1移动至冷却炉进行随炉冷却，完成工件的回火。使用时还可以根据本发明回火炉的布局，调整回火工艺使工件在每一台加热炉的加热时间相同，提高回火效率。

图7为本发明在实施例中的理论计算过程中加热时的温度测量点分布图。如图7所示，下面通过应用有限元软件ANSYS对本发明所设计的轴向加热方式进行了模拟计算，得出大直径锯片到达热平衡时需要的时间，以及在加热过程中工件温度场和等效应力场的分布，并且与采用径向加热方式进行了比较分析，进一步验证本发明提出采用轴向加热方式对工件进行加热的有效性。模拟计算时为了简化模型，大直径锯片和圆盘铸件的直径同为2500mm，每片锯片的厚度为9mm，圆盘铸件的厚度为150mm，采用图6中的回火工艺曲线进行参数设定，根据装炉量的不同分两次计算。采用轴向加热的方式加热锯片，理论计算模型的温度测量点分布如图7a所示，由工件轴线的中心点到一侧端面取a、b、c、d、e、f六个等间距的温度测点；采用径向加热的方式加热锯片，理论计算模型的温度测量点分布如图7b所示，在过工件轴线中心点的横切面上，由大直径锯片的轴线中心点到大直径锯片的回转面取A、B、C、D、E、F六个等间距的温度测点，通过分析温度测点在理论计算过程中的温度变化曲线，可以反映出锯片及其回火夹具的温升情况。

图8为本实施例中的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的温度随时间变化的曲线图；图9为本实施例中的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的温度场分布图；图10为本实施例中的加炉量为25片大直径锯片时，大直径锯片的等效应力场分布图；如图8、图9、图10所示，装炉量为25片大直径锯片时，采用轴向加热方式设定边界条件对大直径锯片及圆盘铸件进行理论计算，温度测点处的温度随时间变化曲线如图8a所示，同种情况下采用径向加热方式设定边界条件进行理论计算，温度测点处的温度随时间变化曲线如图8b所示。比较图8a、8b可以看出，采用轴向加热方式28小时即可使工件达到热平衡，采用径向加热方式则需要56小时，可以得出采用本发明轴向加热的方式可以有效地缩短回火时间，提高回火效率；再比较图中a、b、c、d、e、f与A、B、C、D、E、F六个温度测点的温差，可以看出：采用轴向加热方式各温度测点温差很小，而采用径向加热方式各温度测点的温差较大，说明采用本发明的加热方式可以有效提高工件在回火过程中的温度均匀性，提高回火质量。图9a、9b分别是采用轴向、径向加热方式下大直径锯片在加热至20小时后的温度场分布情况，可以看出沿轴向加热时温度场在大直径锯片的轴线方向上从端面到心部逐渐降低，但对于每片大直径锯片来说温度场分布是均匀的，并且端面和心部温度差仅为2℃，沿径向加热时大直径锯片的温度场则不能保证每片大直径锯片分布均匀，大直径锯片的表面与心部温差为83℃。图10a、10b分别是采用轴向、径向加热方式下大直径锯片在加热至20小时后的等效应力场分布情况，从图中可以看出，采用轴向加热方式的大直径锯片最大等效应力为3.94MPa，远小于采用的径向加热方式的工件最大等效应力114MPa。

图11为本实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的温度随时间变化曲线图；图12为本实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的温度场分布图；图13为本实施例中的的加炉量为50片大直径锯片时，大直径锯片的等效应力场分布图。如图11、图12、图13所示，装炉量为50片大直径锯片时，参见图11a、11b为大直径锯片的温度随时间变化曲线，图12a、12b为大直径锯片在加热至20小时后的温度场分布，图13a、13b为大直径锯片在加热至20小时后的等效应力场分布，对比采用不同加热方式计算得到的结果，可以得出装炉量为50片与装炉量为25片时大直径锯片的温度随时间变化曲线、加热20小时后的温度场分布与等效应力场分布都有相同的趋势。通过上述实施例表明，本发明提出的采用轴向加热方式对大直径锯片进行加热，可以减少回火时间，缩短产品的生产周期，并且能够保证沿锯片的轴线方向温度场分布均匀，同时很大程度降低由于受热不均匀而产生的热应力，减小回火变形保证锯片的回火质量。

实施例作用与效果

一种用于对大直径锯片进行连续回火处理的连续回火处理装置，改变了大直径锯片回火处理时传统的装炉方式，工件的受热面是大直径锯片及其圆盘铸件这一整体轴线方向的两个端面，热传导沿着大直径锯片的轴向进行，可大量减少回火时间和降低能耗，并且能够保证每片大直径锯片受热均匀，减小因受热不均造成的大直径锯片边缘和心部硬度不同，减小回火变形，有效释放大直径锯片的淬火应力。对回火炉炉温进行多点检测，并对其加热方式进行分区控制，可以有效地提高回火炉炉膛内的温度均匀性，减小工件在回火过程中由于受热不均匀而产生的热应力，提高回火和工件的质量，降低废品率。本实施例中包括沿同一台车轨道等间距布置的多个回火炉，可以对工件进行连续回火处理，回火炉的设定温度不随时间改变，回火炉利用率高、操作方便、实用价值高。

本发明中，可以根据炉膛内容积的大小安装不同型号和数量的热循环系统9。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并非用来限定本发明的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的技术范围内，可作各种的更动与润饰，显然该类更动与润饰也属于本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种用于对工件进行连续回火处理的连续回火处理装置，其特征在于，包括：

台车，具有固定所述工件的固定部，用于传输所述工件；

台车轨道，规定所述台车的路径；

多个结构完全相同的回火炉，等间距依次分布在所述台车轨道上，每个回火炉具有能够使所述台车经过其中并分布在回火炉两个端部的炉门、被设于回火炉的炉膛顶部的至少一个热循环系统、能够预设炉膛的回火温度的温度预设部、对被传输至所述炉膛内的所述工件进行恒温回火的电热元件、控制所述电热元件的发热温度为预设温度的温度控制部、检测炉膛温度的温度测定部，根据回火工艺的温度要求依次预先设定每个所述回火炉的恒定回火温度，接着将安装有所述工件的所述台车根据回火工艺的时间及温度要求依次沿着所述台车轨道推入相对应的所述回火炉中；

冷却炉，冷却被所述台车输送过来的完成连续加热的工件。

2.根据权利要求1所述的连续回火处理装置，其特征在于：

其中，所述热循环系统安装在炉膛顶部的几何中心处，使得炉膛内部热空气有效对流，从而提高炉膛内的热均匀性。

3.根据权利要求1所述的连续回火处理装置，其特征在于：

其中，所述回火夹具通过固定部固定在所述台车的用于承载所述工件的承重面上，所述工件上设有中心孔，所述工件装夹在回火夹具上时，把所述工件与所述回火夹具作为一个整体，将所述工件的中心孔穿过所述工件的轴线再将其固定，从而台车进入相对应的所述回火炉后所述工件的轴线平行于台车的承重面，即所述工件的装炉方式为立式装炉。

4.根据权利要求3所述的连续回火处理装置，其特征在于：

其中，所述回火夹具为圆盘铸件，该圆盘铸件的直径大于所述工件的长度。

5.根据权利要求3所述的连续回火处理装置，其特征在于：

所述炉膛为长方体炉膛，该炉膛沿所述台车轨道延伸方向上的两个侧壁上都安装有所述电热元件，所述台车以及所述炉膛的两个设有所述炉门的侧壁上都不设电热元件，保证沿所述工件的轴线方向上分布均匀的温度场，从而对所述工件沿其轴向进行均匀加热。

6.根据权利要求1所述的连续回火处理装置，其特征在于：

所述温度测定部由至少一个热电偶构成。

7.根据权利要求5或6所述的连续回火处理装置，其特征在于：

其中，所述炉膛的两个沿所述轨道延伸的侧壁上分别设置了四个所述热电偶，每个所述侧壁上的四个所述热电偶沿该侧壁的中心线对称分布，从而将所述炉膛分为八个相同的温度检测区域来对所述炉膛的温度进行细致检测，方便所述温度控制部调整相对应的热电偶的发热使得炉膛中的所述工件在每个方向上都能被恒温回火。

8.根据权利要求1所述的连续回火处理装置，其特征在于：

所述工件为大直径锯片。

Images