CN105274468B - 用于装夹长轴类零件的氮化架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于装夹长轴类零件的氮化架，该氮化架包括底盘、中心杆、托盘和多根支撑杆。底盘为网格状结构，多根支撑杆沿底盘外周均匀分布并与底盘垂直固定连接，中心杆垂直固定连接在底盘中心，托盘设于支撑杆及中心杆上并由支撑杆及中心杆定位支撑。托盘与底盘间隔且平行，托盘为平板结构且设有多个用于悬挂长轴类零件的零件孔和用于氮气炉内气氛上下交换的通气孔。上述用于装夹长轴类零件的氮化架，适用于长轴类零件的氮化，并且氮化架整体结构合理，刚性强，可经大量重复的长时间热处理加工，使用寿命长，节省了大量氮化架更换费用。

Description

用于装夹长轴类零件的氮化架
技术领域
本发明涉及氮化架领域，特别地，涉及一种用于装夹长轴类零件的氮化架。
背景技术
氮化是把氮原子渗入制件表面，以获得高氮表层的化学热处理工艺，氮化后零件表面具有高硬度、优良的耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性。航空发动机零件广泛采用氮化工艺，特别是销钉类、轴承类、轴类零件大量使用氮化工艺作为强化方式。
现阶段的氮化加工领域中工装夹具不可或缺，氮化过程中均需氮化架以固定支撑零件、保护零件，保证氮化质量及控制零件的变形状态。
氮化是钢铁热处理工艺中最有效的表面硬化技术之一。其最大的优点是强化效果显著、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳，从而获得了广泛的应用，氮化是一种有效的强化手段。但是由于氮化温度低，氮化速度比其他化学热处理如渗碳处理速度低得多，氮化生产周期长，所以生产效率低、加工成本高一直是氮化领域的瓶颈。
需要注意的是，氮化后零件表面形成了高硬而脆型的氮化层，氮化面无法再进行机械加工。若零件氮化面出现变形等情况，无法校正挽救，极易造成零件报废。氮化装炉时吊挂和放置的位置有巨大影响，对于细长的轴类零件，零件在氮化时装炉是否正确，对氮化后的变形有相当大的影响。但是现阶段，长轴类零件的氮化一直缺乏专用的工装，氮化过程无法有效控制零件装炉状态，造成零件扭曲变形。而且在氮化过程中，由于工装夹具随零件热循环，同样会热胀冷缩变形，而且反复随炉热处理，工装夹具的变形不断叠加。在数次的氮化后，工装夹具常变形量过大，各个组合机构扭曲变形且密合变差，长轴类零件要靠工装夹具的稳定性保证其轴心垂直度，工装扭曲塌陷将导致轴类零件倾斜。实际生产中变形的工装夹具只能报废。氮化工装夹具使用昂贵的不锈钢材料制作，材料成本为30元/Kg,更换一个成本6000元，一个工装夹具使用10次就失去使用价值。
发明内容
本发明提供了一种长轴类零件的氮化架，以解决现有的氮化架不适用于长轴类零件，并且更换成本高的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于装夹长轴类零件的氮化架，用于将长轴类零件置于氮化炉内氮化，氮化架包括底盘、中心杆、托盘和多根支撑杆。
底盘为网格状结构，多根支撑杆沿底盘外周均匀分布并与底盘垂直固定连接，中心杆垂直固定连接在底盘中心，托盘设于支撑杆及中心杆上并由支撑杆及中心杆定位支撑。
托盘与底盘间隔且平行，托盘为平板结构且设有多个用于悬挂长轴类零件的零件孔和用于氮气炉内气氛上下交换的通气孔。
进一步地，中心杆上和支撑杆上均设有用于托起托盘的突起，托盘套设在支撑杆和中心杆上，并通过固定件压紧在突起上。
进一步地，支撑杆的杆体和中心杆的杆体膨大呈台阶状，形成突起。
进一步地，中心杆的上端设有螺纹以及与螺纹配合的压紧螺母，压紧螺母形成固定件。
进一步地，底盘由多个同心设置的金属圆环焊接形成。
进一步地，托盘由一体浇注成型磨平形成，托盘的平面度≤0.01mm，托盘的材质为不锈钢材料0Cr18Ni9。
进一步地，支撑杆的上部设有用于吊挂用于装夹长轴类零件的氮化架的悬挂部。
进一步地，支撑杆的上部设有卡槽形成悬挂部，支撑杆的数量为3个。
进一步地，通气孔和零件孔均在托盘表面均匀分布，零件孔的数量为12个，通气孔的数量为12个。
进一步地，支撑杆和中心杆均通过焊接连接的方式与底盘连接。
本发明具有以下有益效果：上述用于装夹长轴类零件的氮化架，底盘上设有中心杆和支撑杆，托盘套设在支撑杆和中心杆上和底盘间隔，长轴类零件可伸入托盘零件孔中悬挂。长轴类零件的长度较长，底盘为网格状结构，托盘开设有通气孔，气氛交换顺畅，可避免长轴类零件在氮化时变形。而且可减轻托盘自重和底盘的质量，减轻托盘的负载。托盘为平板结构，其中部和外周存在突起支撑，因而强度较大，不容易变形。上述用于装夹长轴类零件的氮化架，适用于长轴类零件的氮化，并且氮化架整体结构合理，刚性强，可经大量重复的长时间热处理加工，使用寿命长，节省了大量氮化架更换费用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的用于装夹长轴类零件的氮化架的结构示意图。
附图标记说明：100、底盘；200、中心杆；300、托盘；400、支撑杆；500、固定件；600、突起；110、零件孔；120、通气孔；310、悬挂部。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种用于装夹长轴类零件的氮化架，用于将长轴类零件置于氮化炉内氮化，氮化架包括底盘100、中心杆200、托盘300和多根支撑杆400。底盘100为网格状结构，多根支撑杆400沿底盘100外周均匀分布并与底盘100垂直固定连接，中心杆200垂直固定连接在底盘100中心。托盘300设于支撑杆400及中心杆200上并由支撑杆400及中心杆200定位支撑。托盘300与底盘100间隔且平行，托盘300为平板结构且设有多个用于悬挂长轴类零件的零件孔110和用于氮气炉内气氛上下交换的通气孔120。
底盘100为网格状结构为多根金属条交错设置组成的网状结构。由于长轴类零件主要是通过夹具夹持后悬挂在托盘300的零件孔110中，托盘300为主要承重部件。底盘100承重较少，因而可将其设置为网格状即可保持底盘100的承重不变形。同时不会对氮化炉的气氛流动形成阻碍，流动方便。还可大大减轻夹具底部的质量，减少底部的蓄热量，避免炉内热场区不均匀导致长轴类零件的变形。托盘300的通气孔120和底盘100的网格形成气体流动的通道，使得气氛交换顺畅。托盘300和底盘100的设计不会影响炉内温度均匀性，可减少对流与辐射传热屏蔽、降低氮化架对温度的干扰影响，保证长轴类零件在氮化时受热均匀。可减少氮化架对炉内各个方位氮化气氛的影响，尽量提高炉内的气氛均匀性。由于长轴类零件较长，因而保证炉内的气氛均匀性，保证长轴类零件受热均匀极为重要，以免长轴类零件变形。托盘300和底盘100的设计可减轻托盘300自重和底盘100的质量，减轻托盘300的负载，在一定程度减轻了其变形的可能性。
支撑杆400和中心杆200均与底盘100垂直连接，并且托盘300和底盘100平行，可保证长轴类零件放置在氮化架上时垂直放置。多根支撑杆400均匀分布，使得托盘300边缘受力均匀。中心杆200设置托盘300的中心，接触托盘300下端面的部位台阶顶住托盘300。中心杆200的作用是为避免多次热循环后，托盘300的中心变形塌陷。
由于托盘300是装载长轴类零件及保证长轴类零件垂直的关键机构，需保证在高温状态下有足够强度支撑零件，因而设计成平板的结构而非类似底盘100的网格结构。托盘300上设有通气孔120用于氮化炉内气氛上下交换，且极大减轻托盘300自重。
氮化架整体结构合理，刚性强，可经大量重复的长时间热处理加工，使用寿命长，无需频繁更换，节省了大量氮化架更换费用。
氮化架使用方法为将长轴类零件用专用夹块固定后在托盘300上，长轴类零件穿过零件孔110，长轴类零件装夹靠局部面接触，将长轴类零件悬挂依靠自身重力作用保持垂直悬挂在架子上，吊入氮化炉中渗氮。
氮化架整体组装完成后，考虑到氮化零件温度一般为450～550℃，还可进行600℃的稳定处理，充分消除机加应力及焊接应力。稳定处理后还可进行修正，将水平仪放置托盘300上测量氮化架整体无倾斜翘起后才可验收使用。
本发明具有以下有益效果：上述用于装夹长轴类零件的氮化架，底盘100上设有中心杆200和支撑杆400，托盘300套设在支撑杆400和中心杆200上和底盘100间隔，长轴类零件可伸入托盘300零件孔110中悬挂。长轴类零件的长度较长，底盘100为网格状结构，托盘300开设有通气孔120，气氛交换顺畅，可避免长轴类零件在氮化时变形。而且可减轻托盘300自重和底盘100的质量，减轻托盘300的负载。托盘300为平板结构，其中部和外周存在突起600支撑，因而强度较大，不容易变形。上述用于装夹长轴类零件的氮化架，适用于长轴类零件的氮化，并且氮化架整体结构合理，刚性强，可经大量重复的长时间热处理加工，使用寿命长，节省了大量氮化架更换费用。
可选地，中心杆200上和支撑杆400上均设有用于托起托盘300的突起600，托盘300套设在支撑杆400和中心杆200上，并通过固定件500压紧在突起600上。
托盘300通过固定件500压紧，用于装夹长轴类零件的氮化架为分体式结构。而且氮化架损坏一般发生在托盘300，当其损坏之后，可将其拆卸维修校正或更换，无需更换其他部件，从而节省了氮化架更换费用。而且托盘300通过中心杆200和支撑杆400的突起600托举，并由固定件500固定。该种结构简单，稳定性高，可靠性高，托盘300不易松动。
可选地，支撑杆400的杆体和中心杆200的杆体膨大呈台阶状，形成突起600。台阶状的突起600，突起600与托盘300的接触面积大，托盘300更为稳固。
可选地，中心杆200的上端设有螺纹并设有与螺纹配合的压紧螺母，压紧螺母和螺纹形成固定件500。压紧螺母拆装方便，固定效果好，结构简单。多次热循环后若托盘300平面度不合格，可以取下修整或者更换，拆卸方便。
可选地，底盘100由多个同心设置的金属圆环焊接形成。底盘100可用金属条如不锈钢钢板绕制形成圆环后焊接成，各圆环之间通过直的金属条连接。该种结构的底盘100，强度较大，各金属条之间的距离较大，金属条之间的孔较大，便于气流流动。减少对流与辐射传热屏蔽及降低氮化架本身对温度的干扰影响的效果更好，更好的减少底部的蓄热量，避免炉内热场区不均匀导致零件的变形。
可选地，托盘300由一体浇注成型磨平形成，托盘300的平面度≤0.01mm，托盘300的材质为不锈钢材料0Cr18Ni9。不锈钢材料0Cr18Ni9浇注成型，在500℃时抗拉强度(σb)可达到300MPa，屈服强度(σ0.2)可达185MPa，保证在高温状态下有足够强度支撑零件。氮化温度为500℃时托盘300承重质量可以达1.70×105Kg，在多次重复氮化过程后变形小。磨平后，托盘300的平面度≤0.01mm，
可选地，支撑杆400的上部设有用于吊挂用于装夹长轴类零件的氮化架的悬挂部310。悬挂部310设置在支撑杆400上，氮化架吊挂更为方便。
可选地，支撑杆400的上部设有卡槽形成悬挂部310，支撑杆400的数量为3个。支撑杆400的上部凹陷形成卡槽，用于悬挂，结构简单。并且利用三角支撑原理避免氮化架倾斜，更为稳定。
可选地，通气孔120和零件孔110均在托盘300表面均匀分布，零件孔110的数量为12个，通气孔120的数量为12个。
氮化相对其他化学热处理温度低，渗层形成非常慢，一般只有0.01mm/h，通常氮化都需要60h～120h，不断消耗氨气、水、电等物资能源，每次热处理炉氮化的成本很高。因此每次氮化处理需尽可能多装载一些长轴类零件。但是实际生产中，若长轴类零件装炉量过多，在氮化加热及保温过程中，过大的重力易引起工装坍塌扭曲变形，对零件有巨大质量隐患。出于控制工装及零件变形的考虑，长轴类零件氮化每热处理炉只能装4～6根。长轴类零件氮化生产效率低是急需破解的难题。
由于本发明的用于装夹长轴类零件的氮化架结构稳固，强度较大，不容易变形，因而可以相对多设置一些零件孔110，每次氮化时多处理一些长轴类零件。在本实施例中，零件孔110的数量为12个，相比现有的氮化架，装载量大，生产效率提高2～3倍。显然在其他的实施例中，也可以采用其它数量的零件孔110，如10个，9个、8个等或者相比12个更多。零件孔110和通气孔120可分层设置，如托盘300边缘设置一圈，托盘300的中部设置一圈。通气孔120可穿插分布在零件孔110之间。
可选地，支撑杆400和中心杆200均通过焊接连接的方式与底盘100连接。支撑杆400和中心杆200均通过焊接方式连接底盘100。焊接连接，连接稳固，可靠性高。由于氮化架的工作环境较为恶劣，因此采用其它连接方式，如螺母连接，接将影响氮化架的稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于装夹长轴类零件的氮化架，用于将长轴类零件置于氮化炉内氮化，其特征在于，所述氮化架包括底盘(100)、中心杆(200)、托盘(300)和多根支撑杆(400)；
所述底盘(100)为网格状结构，所述多根支撑杆(400)沿所述底盘(100)外周均匀分布并与所述底盘(100)垂直固定连接，所述中心杆(200)垂直固定连接在所述底盘(100)中心，所述托盘(300)设于所述支撑杆(400)及所述中心杆(200)上并由所述支撑杆(400)及所述中心杆(200)定位支撑；
所述托盘(300)与所述底盘(100)间隔且平行，所述托盘(300)为平板结构且设有多个用于悬挂长轴类零件的零件孔(110)和用于氮气炉内气氛上下交换的通气孔(120)；
所述中心杆(200)上和所述支撑杆(400)上均设有用于托起所述托盘(300)的突起(600)，所述托盘(300)套设在所述支撑杆(400)和所述中心杆(200)上，并通过固定件(500)压紧在所述突起(600)上。
2.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述支撑杆(400)的杆体和所述中心杆(200)的杆体膨大呈台阶状，形成所述突起(600)。
3.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述中心杆(200)的上端设有螺纹以及与所述螺纹配合的压紧螺母，所述压紧螺母形成所述固定件(500)。
4.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述底盘(100)由多个同心设置的金属圆环焊接形成。
5.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述托盘(300)由一体浇注成型磨平形成，所述托盘(300)的平面度≤0.01mm，所述托盘(300)的材质为不锈钢材料0Cr18Ni9。
6.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述支撑杆(400)的上部设有用于吊挂所述用于装夹长轴类零件的氮化架的悬挂部(310)。
7.根据权利要求6所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述支撑杆(400)的上部设有卡槽形成所述悬挂部(310)，所述支撑杆(400)的数量为3个。
8.根据权利要求1所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述通气孔(120)和所述零件孔(110)均在所述托盘(300)表面均匀分布，所述零件孔(110)的数量为12个，所述通气孔(120)的数量为12个。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的用于装夹长轴类零件的氮化架，其特征在于，所述支撑杆(400)和所述中心杆(200)均通过焊接连接的方式与所述底盘(100)连接。
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