CN110512197A - 柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备和局部热处理的方法，利用安装夹具，将柔性细长轴类易变形零件的待热处理部段置于烘箱的有效加热区域，柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段置于烘箱外部，整个热处理过程中，柔性细长轴类易变形零件始终处于自然竖直下垂的状态。本发明的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备和局部热处理的方法适用于长轴类零件例如测扭基准轴的局部化学镀镍后的热处理除氢，既确保了热处理时柔性细长轴类零件整体不变形，又能保护不能加热的部件不受高温的影响。

Description

柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备和方法

技术领域

本发明涉及零部件局部热处理的技术领域，特别地，涉及一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，另外，本发明还涉及利用上述柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备对柔性细长轴类易变形零件进行局部热处理的方法。

背景技术

化学镀镍是利用次磷酸钠为还原剂，在一定条件下将镍离子还原成金属镍而沉积在零件基体表面上的一个化学反应过程。化学镀镍工艺具有很好的均镀能力，同时，镀层厚度均匀。在形成的沉积层中，含有一定的磷，因此实际上，化学镀镍层是一种镍磷合金层，用次磷酸钠作为还原剂的化学镀镍过程，伴随着镍与磷的共沉积和析氢，其主要反应如下：

溶液中的次磷酸根离子在固体催化表面(新沉积的镍)上脱氢，并形成亚磷酸：

[H₂PO₂]^-→PO₂ ^-+2[H] (1)

PO₂ ^-+H₂O→H[HPO₃]^- (2)

反应(1)中的原子态氢极具还原性，将镍离子还原成金属，而其本身则氧化成氢离子：

Ni²⁺+2[H]→Ni+2H⁺ (3)

另一部分原子态的氢将次磷酸根离子还原成单质磷：

[H₂PO₂]^-+[H]→P+OH^-+H₂O (4)

这种镍磷合金层经过一定温度的除氢热处理后，既能消除氢脆影响，又能达到一定的硬度要求，加热到相应的温度后，其硬度接近电镀硬铬层的硬度，从而使其具备一般镍层的良好的化学稳定性和高温抗氧化性能外，还具备一定的耐磨性能。从而具备一定的耐磨性。

图4是某型号测扭基准轴，其是由多种材料焊接组成的结构复杂的薄壁细长轴零件。零件总长为993.5mm，最小轴径为φ15mm，长轴壁厚平均为1.5mm，化学镀镍前并已组合装配了橡胶材料的密封环，为柔性细长易变形零件。因零件结构复杂，零件化学镀镍后热处理过程存在如下问题：A.零件薄壁、细长，易变形；B.化学镀镍后热处理温度高(300℃±10℃)，整体进行热处理，组合的橡胶密封环在高温下会加速老化，影响使用性能。

因此，亟需提出一种适用于类似上述这种柔性薄壁细长轴类零件局部加热除氢的加热设备和局部热处理的方法。

发明内容

本发明提供了一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备及方法，以解决柔性细长轴易变形零件进行热处理除氢时零件易变形、不需进行热处理的零件部分易受高温影响老化变形的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，所述柔性细长轴类易变形零件的一端为不能加热的非耐温部段，另一端为待热处理部段，所述柔性细长轴类易变形零件上沿轴向间隔排布有多个环形凸台，

所述加热设备包括用于容纳待热处理部段以对待热处理部段进行加热的烘箱以及用于夹持在所述环形凸台位置以确保待热处理部段悬停在烘箱内的有效加热区域的安装夹具，所述烘箱顶壁开设有竖向布设的装配孔，所述柔性细长轴类易变形零件通过所述安装夹具夹持并共同装配于所述装配孔内，所述安装夹具与所述装配孔之间采用锥形配合，以使装夹的柔性细长轴类易变形零件呈沿轴向的自然下垂状态，利用柔性细长轴类易变形零件的自身重力，使环形凸台的下侧面压紧于安装夹具上表面，且安装夹具的外锥面压紧在装配孔的内锥面上，构成自密闭式双密封隔热机构。

进一步地，所述安装夹具由两个半边件相对扣合构成。

进一步地，所述安装夹具上与所述环形凸台相接触的位置开设有用于环形凸台沉入的沉槽。

进一步地，所述安装夹具的上部沿径向开设有用于对所述柔性细长轴类易变形零件进行冷却的冷却组件，以避免烘箱内的热量沿柔性细长轴类易变形零件传递。

进一步地，所述加热设备还包括用于临时封堵所述装配孔的堵塞，所述堵塞的外形与所述安装夹具的外形相同，为实心整体结构。

进一步地，所述烘箱顶部工作平台设有对所述柔性细长轴类易变形零件的上部进行定位支撑的上部支架。

进一步地，所述烘箱顶部工作平台设有用于对所述柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段进行冷却的辅助冷却装置。

进一步地，所述安装夹具包括轴肩，所述轴肩与所述烘箱的工作平台水平贴合。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的方法，采用上述柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，包括以下步骤：

S1、采用所述安装夹具装夹所述柔性细长轴类易变形零件；

S2、将与所述安装夹具装夹好的所述柔性细长轴类易变形零件从所述烘箱顶部的装配孔插入并固定好，确保待热处理部段悬停在烘箱内的有效加热区域，封堵所述烘箱顶部的多余的所述装配孔；

S3、设置所述烘箱的工作参数；

S4、开启所述烘箱加热功能对所述柔性细长轴类易变形零件进行局部热处理；

S5、所述柔性细长轴类易变形零件局部热处理结束后，关闭所述烘箱，随炉冷却至室温。

进一步地，设置好所述烘箱的工作参数后或所述烘箱加热升温至所述柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段的耐受温度前，开启所述冷却组件或所述辅助冷却装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，针对柔性细长轴类易变形零件，用水平放置的加热方式，零件会发生严重的挠性弯曲变形，本发明利用安装夹具将柔性细长轴类易变形零件固定到烘箱，能保证零件始终处于自然竖直下垂状态，不需外力夹持，不会受到外力的约束，能够避免重力影响所导致的挠性弯曲变形；并且柔性细长轴类易变形零件只有待热处理部段置于烘箱的有效加热区域被加热处理，柔性细长轴类易变形零件的非耐温部件位于烘箱的外部，不会直接受到热辐射的影响，避免了非耐温部件受高温影响而老化变形。本发明的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备适用于长轴类零件例如测扭基准轴的局部化学镀镍后的热处理除氢，既确保了热处理时柔性细长轴类零件整体不变形，又能保护不能加热的部件不受高温的影响。

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柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备的结构及工作状态的示意图；

图2是图1中安装夹具的一种结构示意图；

图3是安装夹具装夹动态示意图；

图4是某型号测扭基准轴的结构示意图。

图例说明：

1、烘箱；2、有效加热区域；3、加热元件；4、循环风机；5、保温材料；6、安装夹具；61、定位销；62、定位孔；63、沉槽；7、辅助冷却装置；8、柔性细长轴类易变形零件；81、待热处理部段；82、非耐温部段；83、环形凸台；84、橡胶密封环。

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，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的烘箱基本结构及零件工作状态的示意图；图2是图1中安装夹具的一种结构示意图；图3是安装夹具装夹动态示意图；图4是某型号测扭基准轴的结构示意图。

如图1，本实施例的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，柔性细长轴类易变形零件8的一端为不能加热的非耐温部段82，另一端为待热处理部段81，柔性细长轴类易变形零件8上沿轴向间隔排布有多个环形凸台83，加热设备包括用于容纳待热处理部段81以对待热处理部段81进行加热的烘箱1以及用于夹持在环形凸台83位置以确保待热处理部段81悬停在烘箱内的有效加热区域2的安装夹具6，烘箱1顶壁开设有竖向布设的装配孔，柔性细长轴类易变形零件8通过安装夹具6夹持并共同装配于装配孔内，安装夹具6与装配孔之间采用锥形配合，以使装夹的柔性细长轴类易变形零件8呈沿轴向的自然下垂状态，利用柔性细长轴类易变形零件8的自身重力，使环形凸台83的下侧面压紧于安装夹具6上表面，且安装夹具6的外锥面压紧在装配孔的内锥面上，构成自密闭式双密封隔热机构。

本实施例的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，针对柔性细长轴类易变形零件，用水平放置的加热方式，零件会发生严重的挠性弯曲变形，本实施例利用安装夹具将柔性细长轴类易变形零件固定到烘箱，能保证零件始终处于自然竖直下垂状态，不需外力夹持，不会受到外力的约束，能够避免重力影响所导致的挠性弯曲变形；并且柔性细长轴类易变形零件只有待热处理部段置于烘箱的有效加热区域被加热处理，柔性细长轴类易变形零件的非耐温部件位于烘箱的外部，不会直接受到热辐射的影响，避免了非耐温部件受高温影响而老化变形。本发明的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备适用于长轴类零件例如测扭基准轴的局部化学镀镍后的热处理除氢，既确保了热处理时柔性细长轴类零件整体不变形，又能保护不能加热的部件不受高温的影响。

本实施例中，烘箱1可由传统的烘箱改造而来，烘箱1内部设置有加热元件3，烘箱1的壳体包覆有保温材料5，减少热量向烘箱外散失，烘箱1还布设有循环风机4，用于使烘箱1的有效加热区域2温度均匀。安装夹具6包括轴肩，轴肩与烘箱1的工作平台水平贴合，安装夹具6与装配孔之间采用锥形配合，即装配孔为锥形孔，安装夹具6插入装配孔的部位与装配孔形状适配，也为锥形，方便安装夹具6的插入与取出。安装夹具6包括轴肩，通过轴肩与烘箱1的顶部的工作平台水平贴合，从而将安装夹具6固定在烘箱1上，同时，安装夹具6通过轴肩与烘箱1顶部接触，接触面增大，密封隔热效果更好；轴肩上还设置有适于手握的凹槽部，方便安装夹具6的装取。

本实施例中，安装夹具6由两个半边件相对扣合构成。两个半边件6相对扣合后的内部结构与柔性细长轴类易变形零件8适配，安装夹具6与柔性细长轴类易变形零件8之间为小间隙配合，保证柔性细长轴类易变形零件8不会受到外力约束，防止零件的接触部位受到挤压力而发生挠曲变形，两个半边件组合后的外部结构与装配孔适配，确保组装后柔性细长轴类易变形零件8处于自然垂直状态，而不会晃动。安装夹具6采用两个半边件相对扣合构成，方便柔性细长轴类易变形零件8与烘箱1的组装和拆卸，优选地，如图2所示，在其中一个半边件上设置定位销61，另一个半边件上设置定位孔62，通过定位销61与定位孔62之间的定位配合夹持固定住柔性细长轴类易变形零件8，当然，两个半边件的扣合也可以采用其他紧固配合方式，例如卡扣或嵌固的方式。

本实施例中，安装夹具6上与环形凸台83相接触的位置开设有用于环形凸台83沉入的沉槽63。环形凸台83与沉槽63自然贴合保证零件自然下垂，同时沉槽63受到柔性细长轴类易变形零件的重力挤压向内收紧并包覆在环形凸台外，构成包覆式密封隔热结构，防止热量向外传递。

本实施例中，安装夹具6的上部沿径向开设有用于对柔性细长轴类易变形零件8进行冷却的冷却组件(未图示)，以避免烘箱1内的热量沿柔性细长轴类易变形零件8传递。冷却组件可以是冷风管或者是冷却介质盘管，其设置有外接外部冷却介质的接头，待安装夹具6与柔性细长轴类易变形零件8整体装夹到烘箱1的装配孔后，接头与外部冷却介质源连接。冷却组件选择为冷风管时，冷风管接头外接冷风气泵，冷风管出口正对着柔性细长轴类易变形零件8；冷却组件选择为冷却介质盘管时，冷却介质盘管接头接外部冷却介质供给装置并形成冷却介质的循环回路，冷却介质与柔性细长轴类易变形零件8间接换热，以降低非耐温部段的温度。

本实施例中，加热设备还包括用于临时封堵装配孔的堵塞，堵塞的外形与安装夹具6的外形相同，为实心整体结构。烘箱1的顶壁开设的装配孔可以为多个，当零件单次热处理的数量不足烘箱1的装配孔数量时，多余的装配孔即用堵塞进行封堵。

本实施例中，烘箱1顶部工作平台设有对柔性细长轴类易变形零件8的上部进行定位支撑的上部支架。当柔性细长轴类易变形零件8的长度过长时，仅用安装夹具6不足以支撑固定住柔性细长轴类易变形零件8，尤其是当风冷装置对着非耐温段吹送冷风时，为了防止柔性细长轴类易变形零件8摆动而发生挠曲变形，在烘箱1顶部工作平台上设置上部支架用于对柔性细长轴类易变形零件8进行定位支撑。

本实施例中，烘箱顶部工作平台设有用于对柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段进行冷却的辅助冷却装置。当热处理温度超过柔性细长轴类易变形零件8的非耐温部段82的耐受温度时，自然冷却无法满足非耐温部段的降温需求，此时可以采取辅助降温手段，本实施例中，在烘箱1的顶部正对细长轴类易变形零件8的非耐温部段82设置辅助冷却装置7，用于辅助降温，防止非耐温部段82受到高温影响。辅助冷却装置7可以采取风冷或者水冷方式，水冷装置结构要复杂一些，水冷装置包括与零件非耐温部段结构适配的水夹套，对夹套内通循环冷却水以达到对零件非耐温部段降温的目的。本实施例中，为了简化整体结构，辅助冷却装置7优选为风冷装置，风冷装置通过支架固定在烘箱1顶部。风冷装置源源不断地向零件非耐温部段吹送冷风以对其进行降温。风冷装置可以选择为常规使用的风扇。

利用上述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备对柔性细长轴类易变形零件进行局部热处理的方法，包括以下步骤：

S1、采用安装夹具6装夹柔性细长轴类易变形零件8；具体装夹步骤如图3所示，先将两半式活动结构按图中箭头方向将柔性细长轴类易变形零件8“抱”住，柔性细长轴类易变形零件8的凸台部位与安装夹具6的内轴肩面自然贴合，保证零件始终处于自然垂直状态，且无外力约束。

S2、将与安装夹具6装夹好的柔性细长轴类易变形零件8从烘箱1顶部的装配孔插入并固定好，确保待热处理部段81悬停在烘箱1内的有效加热区域2；然后封堵烘箱1顶部的多余的装配孔；封堵烘箱顶部多余的装配孔的目的在于避免热量散出，封堵采用与安装夹具6形状相同的堵塞。

S3、设置烘箱1的工作参数；工作参数包括柔性细长轴类易变形零件8具备热处理所需要的温度、加温速率、保温时间等。

S4、开启烘箱1加热功能对柔性细长轴类易变形零件8进行局部热处理；

S5、柔性细长轴类易变形零件8局部热处理结束后，关闭烘箱1，随炉冷却至室温。热处理完毕后，按照与装夹相反的动作将柔性细长轴类易变形零件8从烘箱1取出，放入专用的转工箱，转工箱中柔性细长轴类易变形零件8也应始终保持自然垂直状态。

本实施例的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理方法，利用安装夹具6，将柔性细长轴类易变形零件8的待热处理部段81置于烘箱1的有效加热区域2，柔性细长轴类易变形零件8的非耐温部段82置于烘箱1外部，整个热处理过程中，柔性细长轴类易变形零件8始终处于自然下垂的状态，且无需外力夹持，不会受到外力的约束，能够避免长轴类零件水平放置时易受重力影响而导致的挠性弯曲变形；并且柔性细长轴类易变形零件只有待热处理部段置于烘箱的有效加热区域被加热处理，柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段位于烘箱的外部，不会直接受到热辐射的影响，避免了非耐温部段的零部件受高温影响而老化变形。

本实施例中，设置好烘箱1的工作参数后或烘箱1加热升温至柔性细长轴类易变形零件8的非耐温部段82的耐受温度前，开启冷却组件和/或辅助冷却装置7。冷却组件和辅助冷却装置7用于对零件的非耐温部段进行辅助降温，因此冷却组件和辅助冷却装置7的开启时机可以是烘箱1加热升温前，也可以是加热升温至柔性细长轴类易变形零件8的非耐温部段82的耐受温度前，可以先开启冷却组件，如果冷却组件的降温效果仍然达不到要求时，再开启辅助冷却装置7。

本实施例中，柔性细长轴类易变形零件8的待热处理部段81包括化学镀镍层。零件化学镀镍后需要进行热处理进行除氢以防止氢脆，对于需要进行局部热处理除氢的柔性细长轴类零件适用本方法。

本实施例中，烘箱的工作温度为200～400℃，加热保温时间为1～3小时。化学镀镍层的热处理除氢的加热温度一般处于上述温度区间，对化学镀镍层加热处理1～3小时基本可以消除氢脆影响。

本实施例中，柔性细长轴类易变形零件8为薄壁零件，壁厚小于3mm。薄壁零件比实心零件更加容易发生挠性弯曲变形，本方法可以适用柔性薄壁细长轴类零件的局部热处理。

实施例

以下以某型号测扭基准轴为例对其进行局部热处理除氢的方法进行具体说明。

如图4所示，测扭基准轴由两种材料(0Cr18Ni9和20A)焊接而成，化学镀镍部位(待热处理部段)材料为20A，化学镀镍部位长度为87mm，其余部位(非耐温部段)材料为0Cr18Ni9，非耐温部段已经预先装配了橡胶密封环84，耐热温度要求不高于100℃，零件非耐温部段均匀设有凸台83，零件总长为993.5mm，最小轴径为φ15mm，壁厚平均为1.5mm，零件为中空结构，重量轻，约850g，该零件若平放或者非垂直摆放，零件会发生弯曲变形导致超差报废。

对该测扭基准轴进行局部热处理的具体操作步骤如下：

第一步：装夹零件，如图3所示，先将安装夹具6的两个半边件按图示中箭头方向将零件“抱”住，零件与安装夹具6之间为小间隙配合，零件的环形凸台83与安装夹具6的沉槽63自然贴合，保证零件始终处于自然垂直状态，且无外力约束。

第二步：将与安装夹具6装夹好的零件从烘箱1顶部的装配孔插入，密封多余装配孔。

第三步：设置加温参数：按照工艺要求，将烘箱温度设定在300℃。

第四步：开启冷却组件或辅助冷却装置，对测扭基准轴的非耐温部段尤其是橡胶密封环部位进行冷却降温。

第五步：开启烘箱1，升温至设定工作温度300℃后，烘箱1进入保温模式，保温时间为2小时。

第六步：冷却及卸载：待保温时间到后，关闭烘箱1，随炉冷却至室温后，按第二步相反的动作将零件从烘箱1中取出，放入专用的转工箱里。

本实施例中，橡胶密封环84始终置于烘箱1外，伸出烘箱外462mm远，远离加热区域，靠风冷装置，利用空气循环自然散热，使橡胶密封环处的温度始终不高于45℃，能达到不被高温加热老化的保护目的。

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 (10)

1.一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，所述柔性细长轴类易变形零件的一端为不能加热的非耐温部段，另一端为待热处理部段，所述柔性细长轴类易变形零件上沿轴向间隔排布有多个环形凸台，其特征在于，

所述加热设备包括用于容纳待热处理部段以对待热处理部段进行加热的烘箱以及用于夹持在所述环形凸台位置以确保待热处理部段悬停在烘箱内的有效加热区域的安装夹具，所述烘箱顶壁开设有竖向布设的装配孔，所述柔性细长轴类易变形零件通过所述安装夹具夹持并共同装配于所述装配孔内，所述安装夹具与所述装配孔之间采用锥形配合，以使装夹的柔性细长轴类易变形零件呈沿轴向的自然下垂状态，利用柔性细长轴类易变形零件的自身重力，使环形凸台的下侧面压紧于安装夹具上表面，且安装夹具的外锥面压紧在装配孔的内锥面上，构成自密闭式双密封隔热机构。

2.根据权利要求1所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述安装夹具由两个半边件相对扣合构成。

3.根据权利要求1所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述安装夹具上与所述环形凸台相接触的位置开设有用于环形凸台沉入的沉槽。

4.根据权利要求1所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述安装夹具的上部沿径向开设有用于对所述柔性细长轴类易变形零件进行冷却的冷却组件，以避免烘箱内的热量沿柔性细长轴类易变形零件传递。

5.根据权利要求1～4任一项所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述加热设备还包括用于临时封堵所述装配孔的堵塞，所述堵塞的外形与所述安装夹具的外形相同，为实心整体结构。

6.根据权利要求1～4任一项所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述烘箱顶部工作平台设有对所述柔性细长轴类易变形零件的上部进行定位支撑的上部支架。

7.根据权利要求1～4任一项所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述烘箱顶部工作平台设有用于对所述柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段进行冷却的辅助冷却装置。

8.根据权利要求1～4任一项所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，其特征在于，

所述安装夹具包括轴肩，所述轴肩与所述烘箱的工作平台水平贴合。

9.一种柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的加热设备，包括以下步骤：

S1、采用所述安装夹具装夹所述柔性细长轴类易变形零件；

S2、将与所述安装夹具装夹好的所述柔性细长轴类易变形零件从所述烘箱顶部的装配孔插入并固定好，确保待热处理部段悬停在烘箱内的有效加热区域，封堵所述烘箱顶部的多余的所述装配孔；

S3、设置所述烘箱的工作参数；

S4、开启所述烘箱加热功能对所述柔性细长轴类易变形零件进行局部热处理；

S5、所述柔性细长轴类易变形零件局部热处理结束后，关闭所述烘箱，随炉冷却至室温。

10.根据权利要求9所述的柔性细长轴类易变形零件的局部热处理的方法，其特征在于，

设置好所述烘箱的工作参数后或所述烘箱加热升温至所述柔性细长轴类易变形零件的非耐温部段的耐受温度前，开启所述冷却组件和/或所述辅助冷却装置。