CN106244778B - 钢板弹簧的数字化淬火设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板弹簧的数字化淬火设备，属于钢板弹簧的热处理淬火冷却设备领域。申请人设计的整套淬火及其冷却专用设备，淬火冷却温度通过数字化终端获得控制，达到与设计工艺接近的冷却曲线，能够获得理想的材料组织及性能，大大提升钢板弹簧的成品质量。本发明能够适合小批量、多品种的钢板弹簧热处理，生产节奏快，设备节奏紧凑，能耗损失小。智能温控系统，严格控制加热质量，淬火池的温度均匀性及产品表面脱碳控制指标都有明显提升。

Description

钢板弹簧的数字化淬火设备

技术领域

本发明属于钢板弹簧的热处理淬火设备领域，具体涉及一种钢板弹簧的数字化淬火设备。

背景技术

目前，钢板弹簧的淬火设备无法做到数字化监控，并且在淬火之后的冷却曲线也无法实现精确控制，令其与预期的设计工艺冷却曲线相符合，最终无法得到期望的材料组织及性能，令实际得到的钢板弹簧的各项性能与设计预期有一定的落差。此外，现有步进式淬火加热炉适合大批量单一品种规模化生产，小批量、多品种、试制产品等组织生产时就会出现模具换型占用大量时间、生产节拍变慢、能耗损失明显增长等诸多弊端，。

鉴于此，申请人设计了一整套淬火及其余温冷却设备，不但适宜小批量、多品种的钢板弹簧热处理，此外，淬火冷却温度通过数字化终端获得控制，达到与设计工艺接近的冷却曲线，能够获得理想的材料组织及性能，大大提升钢板弹簧的成品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢板弹簧的数字化淬火设备，淬火冷却温度通过数字化终端获得控制，达到与设计工艺接近的冷却曲线，能够获得理想的材料组织及性能，大大提升钢板弹簧的成品质量。本发明解决的第二个技术问题是能够适合小批量、多品种的钢板弹簧热处理，生产节奏快，设备节奏紧凑，能耗损失小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于包括淬火箱、淬火池、电动转轮、吊装设备、机械手、冷却仓、恒温防冻设备和尾气处理设备；所述淬火池设置在淬火箱的下部；所述电动转轮安装在淬火箱的顶壁上，在电动转轮上通过吊装设备安装三个以上的机械手，所述电动转轮能够带动吊装设备和机械手在淬火池上方转动，吊装设备能够带动机械手做上下运动，机械手能够自动松开或夹紧钢板弹簧，并在吊装设备的带动下将钢板弹簧浸入和提出淬火池；所述恒温防冻设备安装在淬火池中；所述尾气处理设备包括抽风机、抽风管和过滤器，所述抽风管分别安装在淬火箱和冷却仓上，抽风管连接抽风机，抽风机连接过滤器；

所述机械手上设置红外线测温仪；所述冷却仓包括风冷仓和空冷仓；在冷却仓中设置红外线测温仪；还包括数字化终端控制器，机械手和冷却仓上的红外线测温仪连接数字化终端控制器，数字化终端控制器连接并控制淬火池中淬火液的温度，冷却仓中空气的温度和风速。

优选的，所述恒温防冻设备包括保温防冻控制器、加热器和恒温循环设备，所述加热器能够给淬火池内的淬火液加热；所述恒温循环设备能够令淬火池中的淬火液循环流动起来；所述保温防冻控制器连接控制加热器和恒温循环设备。

优选的，所述加热器包括螺旋金属搅拌棒，所述螺旋金属搅拌棒的下部安装电动滚轮，在淬火池的底部设置滑轨，电动滚轮设置在滑轨中并能沿滑轨移动；在淬火池的下方安装感应线圈，所述感应线圈连接高频电源。

优选的，所述恒温循环设备包括热交换器、淬火液循环管路、地下水循环管路、淬火液循环泵和地下水循环泵；在淬火池上开设进水口和出水口，淬火液循环管路的一端联通进水口，另一端联通出水口，所述淬火液循环泵安装在淬火液循环管路上；地下水循环管路的两端均插入地下水中，所述地下水循环泵安装在地下水循环管路上；淬火液循环管路和地下水循环管路在热交换器中交换热量；还包括温度传感器，所述温度传感器安装在淬火池中，当温度传感器检测到淬火池中的淬火液低于零度或者高于预设温度时，淬火液循环泵和地下水循环泵能够自动启动，令淬火液和地下水循环起来交互换热。

优选的，所述淬火箱上开设进料口和三个以上的出料口，所述进料口通过进料输送带衔接料仓，所述出料口连接不同的冷却仓；在进料口上安装进料输送带，所述进料输送带能够将钢板弹簧输送到淬火池旁；在出料口上安装出料输送带，所述出料输送带能够将钢板弹簧从淬火池旁输送到冷却仓中；在所述进料口和出料口上安装电动门；所述进料输送带通过支撑架安装在旋转动力装置上，所述旋转动力装置能够带动进料输送带做旋转运动，令其与不同的料仓相衔接。

优选的，所述机械手包括固定架，在固定架的两侧通过铰接轴铰接卡钳，所述卡钳上开设弧形槽；在弧形槽内设置滑块，所述滑块能够沿弧形槽往复移动；在固定架上安装滑轨，在滑轨内设置电动滚轮；还包括拉条，拉条的一端连接滑块，拉条的另一端连接电动滚轮；所述电动滚轮能够沿滑轨往复运动，同时通过拉条带动两侧的卡钳对钢板弹簧的收放运动。

优选的，所述机械手还包括夹紧装置，所述夹紧装置包括第一和第二拉紧条、第一和第二拉紧轮、第一和第二拉紧电机；两个拉紧轮同轴安装在中轴上，所述中轴吊装在固定架上；第一和第二拉紧轮分别连接第一和第二拉紧电机；第一拉紧条的一端铰接在一侧卡钳上，第一拉紧条的另一端铰接在第一拉紧轮上；第二拉紧条的一端铰接在另一侧的卡钳上，第二拉紧条的另一端铰接在第二拉紧轮上；第一和第二拉紧电机的旋转方向相反；当第一拉紧电机正向旋转，第二拉紧电机反向旋转时，第一和第二拉紧条带动两侧卡钳进一步收紧，能够将钢板弹簧夹持牢固；当需要松开钢板弹簧时，第一拉紧电机反向旋转，第二拉紧电机正向旋转，第一和第二拉紧条与两侧卡钳同时向两侧移动。

优选的，所述机械手还包括滑移稳定装置；所述滑移稳定装置包括滑移架，在滑移架上开设滑移孔；在固定架上开设吊装孔，所述中轴穿过吊装孔连接栓头，在吊装孔和栓头之间的中轴上串装上弹簧、滑移架和下弹簧；在滑移架两侧的固定架上分别设置钢丝轮，所述钢丝轮上盘绕钢丝，两侧钢丝通过涨紧装置连接滑移架的两侧；

优选的，所述涨紧装置包括穿线孔，所述穿线孔的上下两端通过悬吊弹簧安装在固定架上，钢丝穿过穿线孔；

优选的，涨紧装置还包括穿线器、立杆、横杆和平衡复位弹簧，所述立杆的上端固定在固定架上，立杆的下端铰接横杆的中部，横杆的一端通过平衡复位弹簧连接固定架，穿线器安装在横杆的另一端；所述穿线器内设置钢丝滑轮，钢丝滑轮滑动承托钢丝。

本发明的有益效果是：

1、申请人设计的整套淬火专用设备，淬火冷却温度通过数字化终端获得控制，达到与设计工艺接近的冷却曲线，能够获得理想的材料组织及性能，大大提升钢板弹簧的成品质量。本发明能够适合小批量、多品种的钢板弹簧热处理，生产节奏快，设备节奏紧凑，能耗损失小。

2、淬火箱的密闭性更佳，减少热量损失，出料方式由传统的步进落料，经过设计变为侧出料，出口面积仅为原来的7%。

3、设备结构紧凑，适合小批量产品生产，可实现2到20架次小批量生产。

4、智能温控系统，严格控制加热质量，淬火池的温度均匀性及产品表面脱碳控制指标都有明显提升。在夏季，恒温循环设备能够令淬火液与地下水进行热能交换，令其保持预设温度，方便多批次钢板弹簧循环淬火，而不会因为温度因素影响淬火质量。在冬季，不进行淬火作业时，淬火液会在寒冷的夜晚结冰或者析出有效成分，影响淬火液的使用效果；在需要进行淬火作业时，也需要保持在预设的温度范围内才能达到理想的淬火效果，避免上一批次处理的残余温度影响到下一批次弹簧的淬火环境。因此，通过恒温循环设备能够防止淬火液在夜间结冰或者变质，在使用时也能够提供有效的加热、降温或保温措施，增进淬火液的使用效果。

5、本发明所述的淬火设备在操作实施中实现全程自动化，减少人工消耗，工人无需近距离接触淬火环境，只需远程操作即可，安全和健康系数高。此外，全自动设备降低了生产成本，适合小样试件也可大规模量产。

6、本发明经过小试，中试、批量试制和生产，取得商业化成功，实施投产成本低，实用性能良好，适宜在业界推广普及。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是机械手的结构示意图；

图3是机械手的涨紧装置的结构示意图；

图4是第一和第二拉紧轮以及第一和第二拉紧电机的安装结构示意图；

图中：1、机械手；1.1、固定架；1.2、铰接轴；1.3、弧形槽；1.4、第一拉紧条；1.5、卡钳；1.6、第二拉紧条；1.7、中轴；1.8、第一拉紧轮；1.9、第二拉紧轮；1.10、滑块；1.11、拉条；1.12、电动滚轮；1.13、横杆；1.14、立杆；1.15、吊装孔；1.16、下弹簧；1.17、滑移架；1.18、上弹簧；1.19、栓头；1.20、穿线器；1.21、平衡复位弹簧；1.22、吊装弹簧；1.23、穿线孔；1.24、钢丝轮；1.25、第一拉紧电机；1.26、第二拉紧电机；

2、淬火池；3、旋转动力装置；4、支撑架；5、进料输送带；6、吊装设备；7、电动转轮；8、淬火箱。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述一种钢板弹簧的数字化淬火设备，包括淬火箱、淬火池、电动转轮、吊装设备、机械手、冷却仓、恒温防冻设备和尾气处理设备；所述淬火池设置在淬火箱的下部；所述电动转轮安装在淬火箱的顶壁上，在电动转轮上通过吊装设备安装三个以上的机械手，所述电动转轮能够带动吊装设备和机械手在淬火池上方转动，吊装设备能够带动机械手做上下运动，机械手能够自动松开或夹紧钢板弹簧，并在吊装设备的带动下将钢板弹簧浸入和提出淬火池；所述恒温防冻设备安装在淬火池中；所述尾气处理设备包括抽风机、抽风管和过滤器，所述抽风管分别安装在淬火箱和冷却仓上，抽风管连接抽风机，抽风机连接过滤器；

所述机械手上设置红外线测温仪；所述冷却仓包括风冷仓和空冷仓；在冷却仓中设置红外线测温仪；还包括数字化终端控制器，机械手和冷却仓上的红外线测温仪连接数字化终端控制器，数字化终端控制器连接并控制淬火池中淬火液的温度，冷却仓中空气的温度和风速。

所述恒温防冻设备包括保温防冻控制器、加热器和恒温循环设备，所述加热器能够给淬火池内的淬火液加热；所述恒温循环设备能够令淬火池中的淬火液循环流动起来；所述保温防冻控制器连接控制加热器和恒温循环设备。

所述加热器包括螺旋金属搅拌棒，所述螺旋金属搅拌棒的下部安装电动滚轮，在淬火池的底部设置滑轨，电动滚轮设置在滑轨中并能沿滑轨移动；在淬火池的下方安装感应线圈，所述感应线圈连接高频电源。此设计能够令螺旋金属搅拌棒边加热边搅拌，令淬火池内的淬火液溶质分布均匀，同步升温。

所述恒温循环设备包括热交换器、淬火液循环管路、地下水循环管路、淬火液循环泵和地下水循环泵；在淬火池上开设进水口和出水口，淬火液循环管路的一端联通进水口，另一端联通出水口，所述淬火液循环泵安装在淬火液循环管路上；地下水循环管路的两端均插入地下水中，所述地下水循环泵安装在地下水循环管路上；淬火液循环管路和地下水循环管路在热交换器中交换热量；还包括温度传感器，所述温度传感器安装在淬火池中，当温度传感器检测到淬火池中的淬火液低于零度或者高于预设温度时，淬火液循环泵和地下水循环泵能够自动启动，令淬火液和地下水循环起来交互换热。

所述淬火箱上开设进料口和三个以上的出料口，所述进料口通过进料输送带衔接料仓，所述出料口连接不同的冷却仓；在进料口上安装进料输送带，所述进料输送带能够将钢板弹簧输送到淬火池旁；在出料口上安装出料输送带，所述出料输送带能够将钢板弹簧从淬火池旁输送到冷却仓中；在所述进料口和出料口上安装电动门；所述进料输送带通过支撑架安装在旋转动力装置上，所述旋转动力装置能够带动进料输送带做旋转运动，令其与不同的料仓相衔接。

如图2所示，所述机械手包括固定架，在固定架的两侧通过铰接轴铰接卡钳，所述卡钳上开设弧形槽；在弧形槽内设置滑块，所述滑块能够沿弧形槽往复移动；在固定架上安装滑轨，在滑轨内设置电动滚轮；还包括拉条，拉条的一端连接滑块，拉条的另一端连接电动滚轮；所述电动滚轮能够沿滑轨往复运动，同时通过拉条带动两侧的卡钳对钢板弹簧的收放运动。

如图2和4所示，所述机械手还包括夹紧装置，所述夹紧装置包括第一和第二拉紧条、第一和第二拉紧轮、第一和第二拉紧电机；两个拉紧轮同轴安装在中轴上，所述中轴吊装在固定架上；第一和第二拉紧轮分别连接第一和第二拉紧电机；第一拉紧条的一端铰接在一侧卡钳上，第一拉紧条的另一端铰接在第一拉紧轮上；第二拉紧条的一端铰接在另一侧的卡钳上，第二拉紧条的另一端铰接在第二拉紧轮上；第一和第二拉紧电机的旋转方向相反；当第一拉紧电机正向旋转，第二拉紧电机反向旋转时，第一和第二拉紧条带动两侧卡钳进一步收紧，能够将钢板弹簧夹持牢固；当需要松开钢板弹簧时，第一拉紧电机反向旋转，第二拉紧电机正向旋转，第一和第二拉紧条与两侧卡钳同时向两侧移动。

如图3所示，所述机械手还包括滑移稳定装置；所述滑移稳定装置包括滑移架，在滑移架上开设滑移孔；在固定架上开设吊装孔，所述中轴穿过吊装孔连接栓头，在吊装孔和栓头之间的中轴上串装上弹簧、滑移架和下弹簧；在滑移架两侧的固定架上分别设置钢丝轮，所述钢丝轮上盘绕钢丝，两侧钢丝通过涨紧装置连接滑移架的两侧；

所述涨紧装置包括穿线孔，所述穿线孔的上下两端通过悬吊弹簧安装在固定架上，钢丝穿过穿线孔；涨紧装置还包括穿线器、立杆、横杆和平衡复位弹簧，所述立杆的上端固定在固定架上，立杆的下端铰接横杆的中部，横杆的一端通过平衡复位弹簧连接固定架，穿线器安装在横杆的另一端；所述穿线器内设置钢丝滑轮，钢丝滑轮滑动承托钢丝。

所述淬火设备在使用时，待处理的不同型号的钢板弹簧，分别放置在不同的料仓中，需要处理哪种型号的钢板弹簧，只需通过旋转动力装置带动支撑架和进料输送带旋转对接相对应的料仓。进料输送带将钢板弹簧从料仓取出，并输送到淬火箱中。

电动转轮带动吊装设备和机械手旋转对准待处理的钢板弹簧，吊装设备带动机械手下移。机械手上的两个电动滚轮向外侧移动，同时通过拉杆带动滑块沿弧形槽移动，令两侧的卡钳张开，机械手的两侧卡钳位于钢板弹簧两侧时，电动滚轮向内侧滚动，同时带动拉杆和滑块回收，机械手的两侧卡钳夹持住钢板弹簧。第一拉紧电机正向旋转，第二拉紧电机反向旋转时，第一和第二拉紧条带动两侧卡钳进一步收紧，能够将钢板弹簧夹持牢固。滑移稳定装置能够令夹紧装置收紧时，提供上下移动的收缩弹性，而涨紧装置能够提拉收紧装置，增加收紧装置的运动稳定性。

机械手夹紧钢板弹簧后将其输送到淬火池的上方，将其放置到淬火池中，进行淬火作业。完成淬火之后，机械手将钢板弹簧夹持提出淬火池。再根据工艺要求，将钢板弹簧放置到对应的出料输送带上，将其输送到对应的冷却仓中，进行冷却。期间实时检测钢板弹簧的温度和冷却速度，数字化终端控制器连接并控制淬火池中淬火液的温度，冷却仓中空气的温度和风速。

钢板弹簧的数字化淬火工艺，包括如下步骤：

（1）配制淬火液，并将淬火液放置到淬火设备的淬火池中；

（2）将钢板弹簧放置到进料输送带上，输送至淬火池旁；

（3）机械手夹持钢板弹簧并将其放置到淬火池中，进行淬火作业；

（4）将钢板弹簧加热到900±10℃，淬火加热保温时间为10～30分钟，将钢板弹簧放入淬火液中，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段后完成淬火；其中蒸汽膜爆裂时间4～10秒；

（5）机械手将完成淬火的钢板弹簧夹持提出淬火池；

（6）待钢板弹簧表面的残余液体蒸发干净后，通过机械手上的红外线测温仪检测钢板弹簧的表面温度；

（7）机械手将钢板弹簧放置到不同的出料输送带上，并通过出料输送带将钢板弹簧输送到风冷仓或者空冷仓中，令钢板弹簧根据冷却温度的工艺设计，按照不同的速度曲线冷却；

（8）通过风冷仓或者空冷仓中的红外线测温仪，实时检测钢板弹簧的实时温度和冷却速度，并通过数字化终端控制器及时调整风冷仓或者空冷仓的空气的温度，配合钢板弹簧的冷却要求。

淬火冷却温度通过数字化终端获得控制，达到与设计工艺接近的冷却曲线，能够获得理想的材料组织及性能，大大提升钢板弹簧的成品质量。

需要指出的是，上述实施方式仅是本发明优选的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在符合本发明工作原理的前提下，任何等同或相似的替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于包括淬火箱、淬火池、电动转轮、吊装设备、机械手、冷却仓、恒温防冻设备和尾气处理设备；所述淬火池设置在淬火箱的下部；所述电动转轮安装在淬火箱的顶壁上，在电动转轮上通过吊装设备安装三个以上的机械手，所述电动转轮能够带动吊装设备和机械手在淬火池上方转动，吊装设备能够带动机械手做上下运动，机械手能够自动松开或夹紧钢板弹簧，并在吊装设备的带动下将钢板弹簧浸入和提出淬火池；所述恒温防冻设备安装在淬火池中；所述尾气处理设备包括抽风机、抽风管和过滤器，所述抽风管分别安装在淬火箱和冷却仓上，抽风管连接抽风机，抽风机连接过滤器；

所述机械手上设置红外线测温仪；所述冷却仓包括风冷仓和空冷仓；在冷却仓中设置红外线测温仪；还包括数字化终端控制器，机械手和冷却仓上的红外线测温仪连接数字化终端控制器，数字化终端控制器连接并控制淬火池中淬火液的温度，冷却仓中空气的温度和风速；

所述恒温防冻设备包括保温防冻控制器、加热器和恒温循环设备，所述加热器能够给淬火池内的淬火液加热；所述恒温循环设备能够令淬火池中的淬火液循环流动起来；所述保温防冻控制器连接控制加热器和恒温循环设备；

所述加热器包括螺旋金属搅拌棒，所述螺旋金属搅拌棒的下部安装电动滚轮，在淬火池的底部设置滑轨，电动滚轮设置在滑轨中并能沿滑轨移动；在淬火池的下方安装感应线圈，所述感应线圈连接高频电源。

2.根据权利要求1所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述恒温循环设备包括热交换器、淬火液循环管路、地下水循环管路、淬火液循环泵和地下水循环泵；在淬火池上开设进水口和出水口，淬火液循环管路的一端联通进水口，另一端联通出水口，所述淬火液循环泵安装在淬火液循环管路上；地下水循环管路的两端均插入地下水中，所述地下水循环泵安装在地下水循环管路上；淬火液循环管路和地下水循环管路在热交换器中交换热量；还包括温度传感器，所述温度传感器安装在淬火池中，当温度传感器检测到淬火池中的淬火液低于零度或者高于预设温度时，淬火液循环泵和地下水循环泵能够自动启动，令淬火液和地下水循环起来交互换热。

3.根据权利要求2所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述淬火箱上开设进料口和三个以上的出料口，所述进料口通过进料输送带衔接料仓，所述出料口连接不同的冷却仓；在进料口上安装进料输送带，所述进料输送带能够将钢板弹簧输送到淬火池旁；在出料口上安装出料输送带，所述出料输送带能够将钢板弹簧从淬火池旁输送到冷却仓中；在所述进料口和出料口上安装电动门；所述进料输送带通过支撑架安装在旋转动力装置上，所述旋转动力装置能够带动进料输送带做旋转运动，令其与不同的料仓相衔接。

4.根据权利要求3所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述机械手包括固定架，在固定架的两侧通过铰接轴铰接卡钳，所述卡钳上开设弧形槽；在弧形槽内设置滑块，所述滑块能够沿弧形槽往复移动；在固定架上安装滑轨，在滑轨内设置电动滚轮；还包括拉条，拉条的一端连接滑块，拉条的另一端连接电动滚轮；所述电动滚轮能够沿滑轨往复运动，同时通过拉条带动两侧的卡钳对钢板弹簧的收放运动。

5.根据权利要求4所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述机械手还包括夹紧装置，所述夹紧装置包括第一和第二拉紧条、第一和第二拉紧轮、第一和第二拉紧电机；两个拉紧轮同轴安装在中轴上，所述中轴吊装在固定架上；第一和第二拉紧轮分别连接第一和第二拉紧电机；第一拉紧条的一端铰接在一侧卡钳上，第一拉紧条的另一端铰接在第一拉紧轮上；第二拉紧条的一端铰接在另一侧的卡钳上，第二拉紧条的另一端铰接在第二拉紧轮上；第一和第二拉紧电机的旋转方向相反；当第一拉紧电机正向旋转，第二拉紧电机反向旋转时，第一和第二拉紧条带动两侧卡钳进一步收紧，能够将钢板弹簧夹持牢固；当需要松开钢板弹簧时，第一拉紧电机反向旋转，第二拉紧电机正向旋转，第一和第二拉紧条与两侧卡钳同时向两侧移动。

6.根据权利要求5所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述机械手还包括滑移稳定装置；所述滑移稳定装置包括滑移架，在滑移架上开设滑移孔；在固定架上开设吊装孔，所述中轴穿过吊装孔连接栓头，在吊装孔和栓头之间的中轴上串装上弹簧、滑移架和下弹簧；在滑移架两侧的固定架上分别设置钢丝轮，所述钢丝轮上盘绕钢丝，两侧钢丝通过涨紧装置连接滑移架的两侧。

7.根据权利要求6所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于所述涨紧装置包括穿线孔，所述穿线孔的上下两端通过悬吊弹簧安装在固定架上，钢丝穿过穿线孔。

8.根据权利要求7所述的一种钢板弹簧的数字化淬火设备，其特征在于涨紧装置还包括穿线器、立杆、横杆和平衡复位弹簧，所述立杆的上端固定在固定架上，立杆的下端铰接横杆的中部，横杆的一端通过平衡复位弹簧连接固定架，穿线器安装在横杆的另一端；所述穿线器内设置钢丝滑轮，钢丝滑轮滑动承托钢丝。