CN109055944A - 锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线及其生产工艺，在淬火压床和压淬保温炉之间设置能360°旋转的机器人进行转运，转运时间短，控制在13s以内，避免了工件长时间在空气中暴露而氧化，保证了工件的高表面硬度，提高使用寿命；在一条生产线中设计双排热处理线，采用带有两个油槽的淬火油槽和一个压淬保温炉，结合提高推料速度或温度控制，使其可以生产两种性能指标的锥齿轮，节省了一条生产线，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮加工技术领域，具体涉及一种锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线及其生产工艺。
背景技术
由于锥齿轮在实际工作条件下需要高速运转，那么就要求其具有一定强度、耐磨性和芯部强韧性。对齿轮进行表面渗碳的淬火处理，可提高齿轮表面强度和耐磨性，同时增加其芯部强韧性。
现有的渗碳生产线中，在对锥齿轮进行渗碳后，当需要将其转运至淬火压床进行热处理时，目前是通过机械手转运的，转运时间在25s-30s之间，转运时间长，工件表面会被氧化，导致其容易脱碳，进而使工件表面硬度低，使用寿命短；当工件渗碳后不需要压淬时，为了避免由于距离长、工件表面温度降低而影响表面硬度，现有的渗碳生产线会只选用一个油槽，油槽内的油只能为冷却速度慢的油或冷却速度快的油，这样会造成生产线只能生产一种性能指标的锥齿轮，如果需要制作两种不同性能指标的锥齿轮，就必须用两条生产线，耗费了大量物资，生产效率低。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线及其生产工艺，机器人转运时间短，控制在13s以内，保证了工件的高表面硬度，提高使用寿命，而且利用双排热处理线，可以生产两种性能指标的锥齿轮，节省了一条生产线，提高了生产效率。
本发明的目的是以下述方式实现的：
锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，包括进料输送带，进料输送带连接预氧化炉，预氧化炉的尾端连接带有双排输送线的加热渗碳炉，加热渗碳炉另一端侧面连通低温扩散炉，低温扩散炉的另一端侧面连通压淬保温炉，压淬保温炉的另一面连通淬火油槽，淬火油槽的另一面连接传送带中部，传送带尾部连接清洗机，清洗机连接回火炉，回火炉连接风冷台，风冷台连接进料输送带；所述压淬保温炉的外侧面设有出料门，出料门下方承接支撑板，支撑板的尾端设有用于将工件拉出的机械手Ⅰ，机械手Ⅰ的侧面设有能360°旋转的机器人，机器人的外侧面设有淬火压床，机器人的远离机械手Ⅰ的一侧设有托盘回收架，托盘回收架的内侧面为传送带端头；所述淬火油槽内设有两个油槽，加热渗碳炉内依次为依次为渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区，渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区、低温扩散炉和压淬保温炉内分别装有检测碳势用的氧探头，一个碳势检测用的氧探头对应连接一个碳势控制器。
所述机器人包括转盘底座、连杆旋转臂和机械手Ⅱ，转盘底座上连接连杆旋转臂，连杆旋转臂的头部连接机械手Ⅱ，机械手Ⅱ包括工件夹板和托盘夹板，托盘夹板位于工件夹板上方的外侧。
所述预氧化炉、加热渗碳炉、低温扩散炉、压淬保温炉和淬火油槽均为推杆式的，均设置有推链机构。
所述氧探头的探头材料为氧化锆。
所述氧探头为五个。
所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线的生产工艺，包括以下步骤：
1）预氧化、渗碳：先将工件放入预氧化炉内进行预氧化，再进入加热渗碳炉进行渗碳，接着依次进入低温扩散炉、压淬保温炉；
2）淬火、清洗：工件经降温扩散、保温后，直接进入淬火油槽淬火、再进入清洗机进行清洗，或者通过机器人在13s内转运至淬火压床进行高压淬火，淬火完成后机器人将工件转运至传送带上，再被输送至清洗机进行清洗；
3）回火、风冷：工件经清洗后，进入回火炉回火，接着进入风冷台进行风冷，然后人工卸料。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
1.通过机器人进行转运，转运时间短，控制在13s以内，避免了工件长时间在空气中暴露而氧化，保证了工件的高表面硬度，提高使用寿命；
2.在一条生产线中设计双排热处理线，采用带有两个油槽的淬火油槽和一个压淬保温炉，结合提高推料速度或温度控制，使其可以生产两种性能指标的锥齿轮，节省了一条生产线，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是机器人的结构示意图。
其中，1是进料输送带；2是预氧化炉；3是加热渗碳炉，31是氧探头，32是双排输送线；4是低温扩散炉；5是压淬保温炉，51是支撑板；6是机械手Ⅰ；7是机器人，71是转盘底座，72是连杆旋转臂，73是机械手Ⅱ，74是气缸Ⅰ，75是工件夹板，76是托盘夹板，77是支撑臂Ⅰ，78是支撑臂Ⅱ，79是滑块；8是淬火压床；9是托盘回收架；10是传送带；11是淬火油槽；12是清洗机；13是回火炉；14是风冷台。
具体实施方式
本发明以工件进入端为首，以工件出口端为尾。
如图1所示，图1中箭头方向为工件的输送方向，一种锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，包括进料输送带1，进料输送带1连接预氧化炉2，预氧化炉2的尾端连接带有双排输送线32的加热渗碳3，加热渗碳3另一端侧面连通低温扩散炉4，低温扩散炉4的侧面连通压淬保温炉5，压淬保温炉5的另一面连通淬火油槽11，淬火油槽11的另一面连接传送带10中部，传送带10尾部连接清洗机12，清洗机12连接回火炉13，回火炉13连接风冷台14，风冷台14连接进料输送带1；所述压淬保温炉5的外侧面设有出料门，出料门下方承接支撑板51，支撑板51的尾端设有用于将工件拉出的机械手Ⅰ6，机械手Ⅰ6的侧面设有能360°旋转的机器人7，机器人7的外侧面设有淬火压床8，机器人7的远离机械手Ⅰ6的一侧设有托盘回收架9，托盘回收架9的内侧面为传送带10端头；所述淬火油槽11内设有两个油槽，加热渗碳炉3内依次为渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区，渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区、低温扩散炉4和压淬保温炉5内分别装有检测碳势用的氧探头31，一个碳势检测用的氧探头31对应连接一个碳势控制器。
上述进料输送带1既为加料处，也为卸料处。所述淬火压床8用于控制变形要求严格的零件，淬火油槽11是装有淬火介质的容器，当工件浸入槽内冷却时，需能保证工件以合理的冷却速度均匀地完成淬火操作，使工件达到技术要求。上述预氧化炉2、加热渗碳炉3、低温扩散炉4、压淬保温炉5、淬火油槽11、清洗机12、回火炉13、淬火压床8均为本领域的常见设备，均为现有技术，在此不再赘述。机械手Ⅰ6上含有钩拉料盘的链传动机构，能够将工件从压淬保温炉5中拉出，为现有技术，便于后续机器人7对工件进行转运。
如图2所示，所述机器人7包括转盘底座71、连杆旋转臂72和机械手Ⅱ73，转盘底座71上连接连杆旋转臂72，连杆旋转臂72的头部连接机械手Ⅱ73，机器人7还包括控制机械手Ⅱ73工作的控制器，机械手Ⅱ73包括工件夹板75和托盘夹板76，托盘夹板76位于工件夹板75上方的外侧。连杆旋转臂72能够带动机械手Ⅱ73进行360°旋转。机器人7的生产厂家为FANUC Robot R-2000iC/210F；其型号为A05B-1333-B205。
如图2所示，所述工件夹板75固接L型的支撑臂Ⅰ77，支撑臂Ⅰ77的顶端连接气缸Ⅱ（图中未画出），气缸Ⅱ的活塞杆朝上，托盘夹板76固接L型支撑臂Ⅱ78，支撑臂Ⅱ78的顶端固接竖直设置的气缸Ⅰ74的活塞杆，气缸Ⅰ74固接在机械手Ⅱ73的机架（图中未标出）上，机架上竖直设有轨道（图中未画出），支撑臂Ⅱ78的内侧固接滑块79，滑块79连接在机架的轨道上，也可以是其他驱动连接机构。
优选地，所述预氧化炉2、加热渗碳炉3、低温扩散炉4、压淬保温炉5和淬火油槽11、清洗机12、回火炉13均为推杆式的，均设置有推链机构，风冷台14也设有推链机构，以便于将工件推送至下一工序。
优选地，所述氧探头31的探头材料为氧化锆。
为了测得不同区域的碳原子的数量，所述氧探头31为五个，以便于更好地控制渗碳过程。
所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线的生产工艺，具体如下：
1.上料：操作人员先将底盘放在进料输送带1上，再将待处理的工件按装料要求装入堆垛料架上，一个工件对应一个托盘，然后叠放几层后，将其放在底盘上，形成工件组合，如此循环，将待处理的工件一叠一叠置于进料输送带1上，工件随进料输送带1进入预氧化炉2；
2.预氧化：推杆式的预氧化炉2内部设有四个料盘工位，工件组合在预氧化炉2内进行预氧化，温度范围为一区温度为390-401℃；二区温度为420-430℃，总预氧化时间为100-120min。
3.加热渗碳及扩散：预氧化加热完成后，工件组合由推链机构将料盘转移到加热渗碳炉3中，通过设置不同的推料周期（渗碳时间），完成相同炉气下的不同层深的渗碳要求，加热渗碳炉3内设有三个检测碳势的氧探头31、三个区共设置有12个温度传感器（图中未画出），且在每个碳势检测的区域各设有一个用于炉气循环的搅拌风扇（图中未画出），以监测炉内碳原子的量和温度，同时也能保证整个炉膛内的各个空间炉气均匀，即保证了碳原子均匀。当超过预设值时，控制器会发出警报，以便于操作人员及时处理，加热渗碳炉3内设有双排输送线32，以便于同时处理多个工件，当加热渗碳炉3的尾端推出一个工件组合时，加热渗碳炉3的首端会进入一个工件组合，双排输送线32交替推出或进料，一个工件组合中共有3-7个工件。
4.降温扩散：当到达工件设定的渗碳工艺时间后，推杆会将工件组合推至低温扩散炉4内，进行工件扩散流程，低温扩散炉4内设有七个料盘工位；低温扩散炉4内设有一个碳势检测用的氧探头31和一个温度传感器，同时还有一个用于炉气循环的搅拌风扇，以监测炉内碳原子的量和温度，同时也能保证整个炉膛内的各个空间炉气均匀，即保证了碳原子均匀，当超过预设值时，控制器会发出警报，以便于操作人员及时处理。其中，低温扩散炉4内的温度为820-850℃，总时间为170-210min。
5.保温、淬火：当工件渗碳、高温扩散、低温扩散流程结束后，根据工件加工工艺要求，经压淬保温炉5进入淬火压床8或淬火油槽11，所有不进行压淬的工件进入淬火油槽11，压淬保温炉5内横向设有两个用于淬火的油槽，当工件需要进入淬火油槽11时，推链机构将工件组合推入压淬保温炉5内的图1中右边的油槽后，紧接着径直推入淬火油槽11的油槽中，根据工件工艺要求所需的冷却速度选择油槽，完成淬火操作，然后将工件组合推入传送带10上，以进行后续处理；当工件需要进入淬火压床8时，推拉料机构将工件组合推入压淬保温室5内的图1中右边的工位后，再将其推入压淬保温炉5内左边的工位内进行保温和渗碳热处理，热处理完成后，压淬保温炉5的出料门打开，机械手Ⅰ6将工件组合中的最上层的1件工件拉出置于支撑板51上，其它工件组合下降到压淬保温炉5内左边的工位下面的保温室内保温。其中，压淬保温炉5内温度为860-900℃，时间为3-5min/件。然后机器人7将工件组合中的最上层工件夹持、转移至淬火压床8内进行淬火处理，再将托盘夹持、转移至托盘回收架9内，传送带10上靠近机器人7的一端预先放有底盘，待最上层工件淬火处理完成后机器人7将其转移到传送带10上靠近机器人7的一端的底盘上。此时，压淬保温炉5内左边的工位下面的保温室内剩余的工件上升，机械手Ⅰ6再次将工件组合中的最上层的1件工件拉出置于支撑板51上，然后重复上述操作，依次转移工件、托盘，当到工件组合的最底层时，传送带10上的叠加的工件随传送带10输送走，机器人7将最底层底盘转移至传送带10端头，以备下次叠加工件用。
6.后清洗：淬火完成后的工件随传送带10转移到清洗机12中，清洗机12内设有对工件鼓泡-碱水喷淋室和一道烘干工序室，依次通过清洗机12的工件鼓泡-碱水喷淋、烘干工序，工件在每一个工序室内均停留一个周期的时间，料盘等距离的移动由推链机构来完成；
7.回火：清洗完成后的工件再通过推链机构将料盘推送至回火炉13内，推杆式回火炉13内设有12个料盘位，分为三区加热和控制，三区的温度可依次为160-200℃、165-200℃、160-200℃；回火总时间为300-360min。
8.风冷：完成回火流程后工件出料有推链机构推出，并置于风冷台14上，通过冷风机对工件进行风冷；
9.卸料：风冷完成后，风冷台14上的推链机构将工件推至进料输送带1的卸料台上，卸料台下降至与工件装料处水平的位置，然后操作人员将热处理好的工件转移下来，放置在储料区。
其中，加热渗碳炉3内渗碳一区温度为910-930℃，渗碳二区温度为910-925℃，高温扩散区温度为890-900℃，总时间为每轨750-790min，此处每轨是指每排输送线，本发明中有双排输送线；渗碳一区碳势为1.1-1.2C%，渗碳二区碳势为1.05-1.15C%，高温扩散区碳势为0.9-0.95C%。低温扩散炉4碳势为0.75-0.85C%，压淬保温炉5碳势为0.9-1.0C%。
淬火压床8的淬火油温为40-60℃，时间为3.5-5min；内压环压力：35-40bar；外压环压力：40-45bar；扩涨器压力：10-15bar。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，包括进料输送带（1），进料输送带（1）连接预氧化炉（2），其特征在于：预氧化炉（2）的尾端连接带有双排输送线（32）的加热渗碳炉（3），加热渗碳炉（3）另一端侧面连通低温扩散炉（4），低温扩散炉（4）的另一端侧面连通压淬保温炉（5），压淬保温炉（5）的另一面连通淬火油槽（11），淬火油槽（11）的另一面连接传送带（10）中部，传送带（10）尾部连接清洗机（12），清洗机（12）连接回火炉（13），回火炉（13）连接风冷台（14），风冷台（14）连接进料输送带（1）；所述压淬保温炉（5）的外侧面设有出料门，出料门下方承接支撑板（51），支撑板（51）的尾端设有用于将工件拉出的机械手Ⅰ（6），机械手Ⅰ（6）的侧面设有能360°旋转的机器人（7），机器人（7）的外侧面设有淬火压床（8），机器人（7）的远离机械手Ⅰ（6）的一侧设有托盘回收架（9），托盘回收架（9）的内侧面为传送带（10）端头；所述淬火油槽（11）内设有两个油槽，加热渗碳炉（3）内依次为渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区，渗碳一区、渗碳二区、高温扩散区、低温扩散炉（4）和压淬保温炉（5）内分别装有检测碳势用的氧探头（31），一个碳势检测用的氧探头（31）对应连接一个碳势控制器。
2.如权利要求1所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，其特征在于：所述机器人（7）包括转盘底座（71）、连杆旋转臂（72）和机械手Ⅱ（73），转盘底座（71）上连接连杆旋转臂（72），连杆旋转臂（72）的头部连接机械手Ⅱ（73），机械手Ⅱ（73）包括工件夹板（75）和托盘夹板（76），托盘夹板（76）位于工件夹板（75）上方的外侧。
3.如权利要求1所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，其特征在于：所述预氧化炉（2）、加热渗碳炉（3）、低温扩散炉（4）、压淬保温炉（5）和淬火油槽（11）均为推杆式的，均设置有推链机构。
4.如权利要求1所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，其特征在于：所述氧探头（31）的探头材料为氧化锆。
5.如权利要求1所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线，其特征在于：所述氧探头（31）为五个。
6.如权利要求1-5任一项所述的锥齿轮热处理双排连续渗碳、压淬生产线的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）预氧化、渗碳：先将工件放入预氧化炉（2）内进行预氧化，再进入加热渗碳炉（3）进行渗碳，接着依次进入低温扩散炉（4）、压淬保温炉（5）；
2）淬火、清洗：工件经降温扩散、保温后，直接进入淬火油槽（11）淬火、再进入清洗机（12）进行清洗，或者通过机器人（7）在13s内转运至淬火压床（8）进行高压淬火，淬火完成后机器人（7）将工件转运至传送带（10）上，再被输送至清洗机（12）进行清洗；
3）回火、风冷：工件经清洗后，进入回火炉（13）回火，接着进入风冷台（14）进行风冷，然后人工卸料。
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