CN113736958A - 利用喷冷提高淬透性的方法及其加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用喷冷提高淬透性的方法及其加工设备，其属于轴类产品热处理领域。它主要包括以下步骤：将待加工工件放入电磁感应加热炉的炉膛中加热；将加热后的工件送入冷却装置以喷淋冷却水的方式进行逐步冷却；工件冷却至要求温度后，将工件再次放入电磁感应加热炉的炉膛中进行回火加热；回火加热后的工件通过自然冷却或喷淋冷却的方式，使工件温度降至常温。本发明采用单件工件通过式冷却的方式进行调质淬火，避免了产品集中下水冷却造成淬硬层不稳定的现象，并通过改进热处理设备，在产品不出现调质裂纹的情况下，将产品淬透性由10‑11mm提高到15‑16mm，使产品淬透性得到最大的提高。本发明主要用于工件淬火。

Description

利用喷冷提高淬透性的方法及其加工设备
技术领域
本发明属于轴类产品热处理领域，具体地说，尤其涉及一种利用喷冷提高淬透性的方法及其加工设备。
背景技术
目前，在多数机械制造生产企业，对42CrMo材质产品的调质处理普遍采用的工艺是：1、调质淬火：采用箱式电炉将工件升温到810-830℃，保温1个小时出炉，水淬，油冷；2、高温回火：回火温度480-520℃之间，根据调质硬度要求进行调整，回火后进行水冷，降低回火脆性。调质淬火时，要使的工件得到细针状马氏体为主的显微组织，主要取决于加热温度、保温时间、淬火介质冷却能力。现有的调质处理淬硬层过浅，其淬透性在10-11mm之间，且当环境发生变化时，淬透性就会发生变化，导致淬透性得不到保证，稳定性较差。
目前，42CrMo材质产品的调质处理普遍采用淬火剂等淬火介质，来提高产品的淬透性。但是淬火剂成本较高，每吨消耗淬火介质大约200元，且过程控制难度较大，随时会因为控制过程的波动，引起产品质量不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用喷冷提高淬透性的方法及其加工设备，其采用单件工件通过式冷却的方式进行调质淬火，避免了产品集中下水冷却造成淬硬层不稳定的现象，并通过改进热处理设备，在产品不出现调质裂纹的情况下，将产品淬透性由10-11mm提高到15-16mm，使产品淬透性得到最大的提高。
所述的利用喷冷提高淬透性的方法，包括以下步骤：
步骤1，将待加工工件放入电磁感应加热炉的炉膛中，工件在炉膛内以均匀前进的方式加热；
步骤2，将步骤1中加热后的工件送入冷却装置进行冷却，冷却装置通过多个调制淬火圈对工件以喷淋冷却水的方式进行逐步冷却；
步骤3，待步骤2中的工件冷却至要求温度后，将工件再次放入电磁感应加热炉的炉膛中进行回火加热；
步骤4，将步骤3中回火加热后的工件通过自然冷却或喷淋冷却的方式，使工件温度降至常温。
优选地，所述电磁感应加热炉的炉膛长6-10m，工件在炉膛内以9-15mm/s的速度均匀前进加热，淬火加热温度为750-840℃，回火加热温度570-660℃。
优选地，所述步骤2中冷却装置长4-6m，冷却装置内设有5个以上的均匀分布的调制淬火圈，加热后的工件以9-15mm/s的速度均匀前进依次穿过调制淬火圈进行喷淋冷却，工件冷却至100-150℃。
优选地，所述相邻两个调制淬火圈之间的间距为40-50mm之间。
优选地，所述调制淬火圈上设有喷淋孔，喷淋孔与垂直方向的夹角为18—28°，喷淋压力在1.2-1.5Mpa。
优选地，所述待加工工件为圆棒形结构。
所述的利用喷冷提高淬透性的加工设备，包括进料装置、电磁感应加热炉和冷却装置，进料装置包括工件夹紧机构和传送装置，传送装置与电磁感应加热炉的炉膛入口连接，炉膛出口与冷却装置连接。
优选地，所述工件夹紧机构包括机架，机架与传送装置连接，传送装置上设有多个传送轴，机架上设有固定连接的支撑架，支撑架上固定连接有升降机构，支撑架上转动连接有从动轴，升降机构的伸出端与从动轴连接，机架上转动连接有主动轴，主动轴和从动轴上分别设有相互配合的传送辊。
优选地，所述冷却装置包括支架和多个调制淬火圈，支架上设有多个传动滚轴，调制淬火圈设置于两传动滚轴之间，调制淬火圈与进水管连接，调制淬火圈上设有多个喷淋孔，喷淋孔的轴线与垂直方向的夹角为18—28°。
优选地，所述传动滚轴上设有限位环槽，限位环槽与调制淬火圈中心处相对应。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明调质淬火采用电磁感应加热炉代替传统电炉丝加热，电磁感应加热炉通过铜管线圈加热，通电后产生磁场效应，且炉膛内部长流水，实现工件内部先加热再逐步扩散至周围，充分利用了热量，基本实现无热流失情况的发生；同时其内部具有水循环散热，使得周围环境与正常情况无异，改善了生产现场的工作环境，有利于提高工人的积极性，降低夏季降温补贴；
2、采用自内而外的加热方式相较于传统工艺中自外而内加热方式，热启动快，启动电磁感应加热炉后可立刻加热，大大提高了生产效率，实现加热温度实时监控，且设备带有循环冷却装置，不易损坏，消除了漏电、烧坏现象的发生，基本无需维修；
3、本发明采用单个工件逐一进行喷淋冷却，喷淋压力在1.2-1.5兆帕，使工件在通过多个调制淬火圈时，逐步冷却至要求温度，实现了冷却水的循环利用，有效控制冷却水的温度；同时，通过调整喷淋孔的角度，在产品不出现调质裂纹的情况下，将产品淬透性（金相组织以半马氏体为界，硬度以45HRC为界测量）由10-11mm提高到15-16mm，使产品淬透性得到最大的提高，即达到淬硬层最大化，大大提高了产品性能。
附图说明
图1为进料装置的结构示意图；
图2为进料装置的主视图；
图3为冷却装置的结构示意图；
图4为工件夹紧机构的结构示意图；
图5为调制淬火圈的剖面示意图。
图中，1、进料装置；11、机架；12、主动轴；13、主动链轮；14、从动轴；15、升降机构；16、提升架；17、传送辊；18、支撑架；2、冷却装置；21、支架；22、传动滚轴；23、调制淬火圈；24、进水管；25、喷淋孔；26、限位环槽；3、传送装置；31、传送轴；32、限位槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例一：利用喷冷提高淬透性的加工设备，包括进料装置1、电磁感应加热炉和冷却装置2，进料装置1包括工件夹紧机构和传送装置3，传送装置3与电磁感应加热炉的炉膛入口连接，炉膛出口与冷却装置2连接。
如图1和图2所示，工件夹紧机构包括机架11，机架11与传送装置3固定连接，传送装置3上设有多个传送轴31，传送轴31上设有限位槽32，传送轴31上分别安装链轮，相邻两链轮通过链条连接，机架11上设有固定连接的支撑架18，支撑架18上固定连接有升降机构15，升降机构15可以选用气缸或液压油缸，支撑架18上转动连接有从动轴14，从动轴14通过轴承与轴承座连接，轴承座与支撑架18滑动连接，轴承座上固定有提升架16，升降机构15的伸出端通过提升架16带动从动轴14上下移动，机架11上转动连接有主动轴12，主动轴12和从动轴14上分别设有相互配合的传送辊17，上下两传送辊17上设有与待加工工件配合的凹槽。
安装时，主动轴12一端固定连接有主动链轮，主动链轮与动力机构连接，主动链轮与传送轴31上的链轮通过链条连接。
如图3和图4所示，冷却装置2包括支架21和多个调制淬火圈23，支架21上设有多个传动滚轴22，传动滚轴22一端设有链轮，相邻两链轮通过链条连接，靠近支架21一侧的链轮与电机连接，传动滚轴22上设有限位环槽26，限位环槽26与调制淬火圈23中心处相对应，调制淬火圈23设置于两传动滚轴22之间，调制淬火圈23与进水管24连接，如图5所示，调制淬火圈23上设有多个喷淋孔25，喷淋孔25的轴线与垂直方向的夹角为18—28°。
使用时，待加工工件放置于主动轴12上的传送辊17上，升降机构15启动，升降机构15伸出端带动从动轴14下移，通过从动轴14上的传送辊17夹紧待加工工件；此时，启动动力装置，动力装置带动主动轴12转动，实现待加工工件的输送，待加工工件进入传送装置3上的限位槽32进行限位并传送，直到电磁感应加热炉的炉膛内。
如下图所示，利用喷冷提高淬透性的方法，包括以下步骤：
步骤1，将待加工工件通过进料装置1送入电磁感应加热炉的炉膛中，工件在炉膛内通过炉排以均匀前进的方式进行淬火加热，电磁感应加热炉的炉膛长9-10m，工件在炉膛内以9-15mm/s的速度均匀前进加热，淬火加热温度为820-840℃；本实施例中，待加工工件为直径90mm的棒料类45#钢，电磁感应加热炉的的直流电压为420V，中频电压为600V。
步骤2，将步骤1中加热后的工件送入冷却装置2进行冷却，进水管24通过水泵与供水装置连接，工件通过传动滚轴22均匀穿过多个调制淬火圈23，且工件通过限位环槽26限位，使单个工件逐一穿过调制淬火圈23并始终沿一条直线前进，在通过多个调制淬火圈23时，工件逐步冷却至要求温度。
冷却装置2长4-6m，冷却装置2内设有5个以上的均匀分布的调制淬火圈23，加热后的工件以9-15mm/s的速度均匀前进依次穿过调制淬火圈23进行喷淋冷却，喷淋压力在1.2-1.5Mpa，直到将工件冷却至100-150℃之间。
步骤3，待步骤2中的工件冷却至要求温度后，将工件再次放入电磁感应加热炉的炉膛中进行回火加热，回火加热温度570-580℃，工件在炉膛内以10mm/s的速度均匀前进加热，电磁感应加热炉的直流电压为310V，中频电压为480V。
步骤4，将步骤3中回火加热后的工件再次通过喷淋冷却的方式降温，方法与步骤2相同，使工件温度降至常温，工件硬度可达到220-250HB。
实施例二：待加工工件为直径100mm，材料为40Cr，步骤1淬火加热温度为780-800℃，电磁感应加热炉的的直流电压为380V，中频电压为520V；回火加热温度为610-620℃，电磁感应加热炉的的直流电压为340V，中频电压为510V；回火后通过自然冷却使工件温度降至常温；其它与实施例一相同。工件硬度可达到250-280HB。
实施例三：待加工工件为直径110mm，材料为42CrMo，步骤1淬火加热温度为750-770℃，电磁感应加热炉的的直流电压为350V，中频电压为480V；回火加热温度为650-660℃，电磁感应加热炉的的直流电压为340V，中频电压为490V；其它与实施例一相同。工件硬度可达到230-285HB。

Claims (10)

1.一种利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将待加工工件放入电磁感应加热炉的炉膛中，工件在炉膛内以均匀前进的方式加热；
步骤2，将步骤1中加热后的工件送入冷却装置（2）进行冷却，冷却装置（2）通过多个调制淬火圈（23）对工件以喷淋冷却水的方式进行逐步冷却；
步骤3，待步骤2中的工件冷却至要求温度后，将工件再次放入电磁感应加热炉的炉膛中进行回火加热；
步骤4，将步骤3中回火加热后的工件通过自然冷却或喷淋冷却的方式，使工件温度降至常温。
2.根据权利要求1所述的利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，所述电磁感应加热炉的炉膛长6-10m，工件在炉膛内以9-15mm/s的速度均匀前进加热，淬火加热温度为750-840℃，回火加热温度570-660℃。
3.根据权利要求1所述的利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，所述步骤2中冷却装置（2）长4-6m，冷却装置（2）内设有5个以上的均匀分布的调制淬火圈（23），加热后的工件以9-15mm/s的速度均匀前进依次穿过调制淬火圈（23）进行喷淋冷却，工件冷却至100-150℃。
4.根据权利要求3所述的利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，所述相邻两个调制淬火圈（23）之间的间距为40-50mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，所述调制淬火圈（23）上设有喷淋孔（25），喷淋孔（25）与垂直方向的夹角为18—28°，喷淋压力在1.2-1.5Mpa。
6.根据权利要求5所述的利用喷冷提高淬透性的方法，其特征在于，所述待加工工件为圆棒形结构。
7.一种利用喷冷提高淬透性的加工设备，其特征在于：包括进料装置（1）、电磁感应加热炉和冷却装置（2），进料装置（1）包括工件夹紧机构和传送装置（3），传送装置（3）与电磁感应加热炉的炉膛入口连接，炉膛出口与冷却装置（2）连接。
8.根据权利要求7所述的利用喷冷提高淬透性的加工设备，其特征在于：所述工件夹紧机构包括机架（11），机架（11）与传送装置（3）连接，传送装置（3）上设有多个传送轴（31），机架（11）上设有固定连接的支撑架（18），支撑架（18）上固定连接有升降机构（15），支撑架（18）上转动连接有从动轴（14），升降机构（15）的伸出端与从动轴（14）连接，机架（11）上转动连接有主动轴（12），主动轴（12）和从动轴（14）上分别设有相互配合的传送辊（17）。
9.根据权利要求8所述的利用喷冷提高淬透性的加工设备，其特征在于：所述冷却装置（2）包括支架（21）和多个调制淬火圈（23），支架（21）上设有多个传动滚轴（22），调制淬火圈（23）设置于两传动滚轴（22）之间，调制淬火圈（23）与进水管（24）连接，调制淬火圈（23）上设有多个喷淋孔（25），喷淋孔（25）的轴线与垂直方向的夹角为18—28°。
10.根据权利要求9所述的利用喷冷提高淬透性的加工设备，其特征在于：所述传动滚轴（22）上设有限位环槽（26），限位环槽（26）与调制淬火圈（23）中心处相对应。
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