CN114058823A - 大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具，其中大功率柴油机气缸垫热处理回火用夹具包括底板、压板和多个拉紧螺栓，底板上侧竖直设置有多个拉紧螺栓，多个拉紧螺栓上共同连接有一个压板，且多个拉紧螺栓穿出压板的一端均连接有能与压板上表面相抵接的锁紧螺母，压板上表面中间处设有压圈。本发明有益效果：在使用时将多个气缸垫叠摞放置在底板和压板之间，通过压力机对压圈施压使压板向下压紧气缸垫，然后在各拉紧螺栓上拧紧对应的锁紧螺母即可对气缸垫进行压紧；该夹具装夹气缸垫方便易操作，且能确保气缸垫压紧受力均匀，并大大减小了回火后气缸垫变形的概率，有效提高气缸垫热处理的生产效率。

Description

大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具

技术领域

本发明属于气缸垫热处理技术领域，尤其是涉及一种大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具。

背景技术

气缸垫是柴油机机体和气缸盖结合面之间的关键密封件，工况要求在高温高压高腐蚀燃气条件下具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点，其主要起保护燃烧室不漏气、漏水和漏油等作用，对其材料、性能、加工精度等有着十分严格的要求，尤其是多缸大功率柴油机用的气缸垫，因其单台基数大、尺寸精度要求更高，如一台16缸的柴油机需要16个气缸垫，单台基数就是16，在批量生产过程中对气缸垫热处理过程的变形控制的效率问题显得尤为重要。气缸垫虽然为柴油机上的小零件，但其技术性能和质量水平的高低对柴油机运行有着至关重要的作用。目前多缸大功率柴油机用的气缸垫基本上为单层钢制气缸垫，所用材料多为耐腐蚀、耐高压、耐高温的合金结构钢，其热处理阶段的工艺控制过程主要为：对一定厚度的原材料钢板经过模具冲制或其他加工手段形成具有一定精度内外形尺寸的半成品零件；对半成品零件根据材料性能要求在规定热处理参数条件下批量进行淬火处理；对淬火处理后的零件再经过批量除油处理；对除油后的零件在规定热处理参数条件下通过回火压紧工装约束后进行回火处理，一般在两块厚钢板之间任意叠落一定数量的气缸垫，再进行压紧；对回火后零件表面的氧化皮通过批量喷砂清理，之后便转入下道工序进行厚度尺寸精度的磨削等其他工艺要求。

现有热处理工艺变形控制方法存在的缺点有：

采用的回火工装较为简易，对两块压紧板之间叠摞的气缸垫零件内部的回火性能受限，装夹不方便、压紧受力不均匀，且变形程度不可控；

热处理后转入厚度磨削前的零件产生较大变形，零件平面度很容易超出磨削工序可接受的最大允许范围，很多零件在磨削工序中无法正常磨削，造成后续工序出现气缸垫厚度不均匀、表面粗糙度不均、局部烧蚀现象，甚至在磨削过程中出现直接被报废的现象，即热处理变形的控制效率低下使得对后工序造成较大成本的支出。因此解决大功率柴油机气缸垫的批量热处理效率低的问题具有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中上述问题的不足之处，提出一种大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

回火用夹具，用于大功率柴油机气缸垫热处理，包括底板、压板和多个拉紧螺栓，底板上侧竖直设置有多个拉紧螺栓，多个拉紧螺栓上共同连接有一个压板，且多个拉紧螺栓穿出压板的一端均连接有能与压板上表面相抵接的锁紧螺母，压板上表面中间处设有压圈。

进一步的，底板底部对应每个拉紧螺栓处均向上设有贯穿底板厚度的沉孔，每个拉紧螺栓均穿过对应的沉孔。

进一步的，每个沉孔的下部均设置为条形孔结构，每个拉紧螺栓底部的螺帽均为条形结构，且宽度与沉孔下部的宽度相配。

进一步的，拉紧螺栓包括中间螺栓和沿中间螺栓周围均匀分布的多个边缘螺栓。

进一步的，在底板上表面还插接有多个位于压板外侧的定位销。

进一步的，底板上表面对应定位销处均开设有插孔，每个定位销均插接在对应的插孔内。

进一步的，底板上表面竖直开设有多个贯穿底板的第一过气孔。

进一步的，压板上表面竖直开设有多个贯穿压板的第二过气孔。

进一步的，每个锁紧螺母和压板之间均设有垫圈。

进一步的，压圈底部与压板上表面中间处相抵接。

进一步的，压板厚度为30-35mm，底板厚度为30-35mm。

进一步的，底板的两个相对的侧壁上均固接有第一把手。

进一步的，压板的两个相对的侧壁上均固接有第二把手。

本发明还提供了另一实施例,大功率柴油机气缸垫热处理方法，具体如下：

大功率柴油机气缸垫热处理方法，使用上述回火用夹具，包括以下步骤：

A.气缸垫进行批量淬火；

B.对淬火后的气缸垫进行除油；

C.对除油后的气缸垫进行喷砂；

D.将除油后的气缸垫通过回火用夹具夹紧，进行回火。

进一步的，步骤D中将20-40片气缸垫为一摞在回火用夹具上进行装夹，装夹时，根据气缸垫的变形情况，将气缸垫采用“背靠背、面对面”的形式整理定位并叠摞在一起。

进一步的，步骤D中气缸垫在回火用夹具的底板上叠摞在一起后，将压板压在最上侧的气缸垫上侧，压圈放置在压板上侧中间处，通过压力机对压圈向下施加保持力，带动压板向下压紧，再将各锁紧螺母拧紧在对应的拉紧螺栓上，使压板压紧气缸垫，移开压力机，取下压圈和定位销，完成气缸垫的夹紧。

进一步的，回火后检查各气缸垫的平面度，对热处理变形超差后的气缸垫进行标记，并重新进行热处理。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的大功率柴油机气缸垫热处理方法及回火用夹具，其中回火用夹具在使用时将多个气缸垫叠摞放置在底板和压板之间，通过压力机对压圈施压使压板向下压紧气缸垫，然后在各拉紧螺栓上拧紧对应的锁紧螺母即可对气缸垫进行压紧；该夹具装夹气缸垫方便易操作，且能确保气缸垫压紧受力均匀，并大大减小了回火后气缸垫变形的概率，有效提高气缸垫热处理的生产效率。

附图说明

构成本发明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为本发明实施例所述的大功率柴油机气缸垫热处理回火用夹具使用状态的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的大功率柴油机气缸垫热处理回火用夹具底侧视角的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的气缸垫结构示意图；

图4为本发明实施例所述的气缸垫在回火用夹具内叠摞的结构示意图。

附图标记说明：

1、底板；11、第一过气孔；12、沉孔；121、条形孔；2、拉紧螺栓；21、螺帽；22、第一把手；3、压板；31、第二过气孔；32、第二把手；4、锁紧螺母；5、垫圈；6、定位销；7、压圈；8、气缸垫。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图所示，回火用夹具，用于大功率柴油机气缸垫热处理，包括底板1、压板3和多个拉紧螺栓2，底板1上侧竖直设置有多个拉紧螺栓2，多个拉紧螺栓2上共同连接有一个压板3，且多个拉紧螺栓2穿出压板3的一端均连接有能与压板3上表面相抵接的锁紧螺母4，压板3上表面中间处设有压圈7。本实施例中，使用时，将气缸垫8置于底板1和压板3之间，通过压力机对压圈7施加向下的压力，使压板3向下压紧气缸垫8，然后在拉紧螺栓2上拧紧锁紧螺母4。

底板1底部对应每个拉紧螺栓2处均向上设有贯穿底板1厚度的沉孔12，每个拉紧螺栓2均穿过对应的沉孔12。

每个沉孔12的下部均设置为条形孔121结构，每个拉紧螺栓2底部的螺帽21均为条形结构，且宽度与沉孔12下部的宽度相配。本实施例中，拉紧螺栓2从沉孔12底部向上穿过沉孔12，且拉紧螺栓2的螺帽21卡在沉孔12下部的条形孔121内，当在拉紧螺栓2上拧紧锁紧螺母4时，能够防止拉紧螺栓2发生转动的情况。

拉紧螺栓2包括中间螺栓和沿中间螺栓周围均匀分布的多个边缘螺栓，本实施例中，边缘螺栓数量为四个，夹具在使用时，将多个气缸垫8叠摞在一起放置在底板1和压板3之间，并通过底板1和压板3夹紧，中间螺栓位于与气缸垫8内圆中心重合位置处，边缘螺栓均匀分布在气缸垫8的外侧四角处，且每个边缘螺栓到中间螺栓的距离均一致，也就是说，四个边缘螺栓的分布在考虑气缸垫8形状的同时还要考虑五个拉紧螺栓2整体相互间受力中心的均衡。

在底板1上表面还插接有多个位于压板3外侧的定位销6，用于在放置气缸垫8时进行限位，确保多个气缸垫8叠摞在一起后保持对齐状态。本实施例中，定位销6数量为3个，其中两个定位销6并排设置在底板1上表面一侧的两端，该侧记为a侧，第三个定位销6单独设置在底板1上表面与a侧相邻的一侧中间处，该侧记为b侧，一摞气缸垫8相互叠摞在一起时，通过面(位于a侧的两个定位销6限制一个面)和线(单独位于b侧的定位销6)结合的方式对气缸垫8相对于底板1上的位置的自由度进行了限制，使气缸垫8完全被定位住。

底板1上表面对应定位销6处均开设有插孔，每个定位销6均插接在对应的插孔内。本实施例中，定位销6可以直接与插孔插接使二者侧壁之间相抵，也可以设置插孔带有内螺纹结构，定位销6底部带有外螺纹，定位销6可以通过螺纹连接在插孔内；使用时当气缸垫8叠摞在底板1上并在最上侧的气缸垫8上侧表面压接压板3后，此时可以取下定位销6，再放置好压圈7通过压力机对压圈7施压使压板3向下压紧气缸垫8，最后拧紧锁紧螺母4即可。

底板1上表面竖直开设有多个贯穿底板1的第一过气孔11，压板3上表面竖直开设有多个贯穿压板3的第二过气孔31。本实施例中，通过第一过气孔11和第二过气孔31确保回火过程中气流温度的稳定性，满足气缸垫8内圆部位的性能要求。

每个锁紧螺母4和压板3之间均设有垫圈5，有助于锁紧螺母4和压板3之间的紧固。

压圈7底部与压板3上表面中间处相抵接，将压圈7放置在压板3中间处，确保压力机对压圈7施加一定的保持力时压板3能够受力均衡。在压板3上侧中间处设置压圈7能够有效避免锁紧螺母4在旋紧过程中受到较大的扭矩、摩擦力等，防止对螺纹的损坏，以及提高锁紧螺母4旋紧过程中的扭力均匀可控性。压圈7为厚壁钢管切制而成，长度为100mm，方便压力机主轴施压，使回火用夹具受压时尽可能在压力机主轴行程的中间范围内。

压板3厚度为30-35mm，底板1厚度为30-35mm。

底板1的两个相对的侧壁上均固接有第一把手22，方便移动底板1。

压板3的两个相对的侧壁上均固接有第二把手32，方便移动底板1。

本实施例的工作过程如下：

在底板1上表面安装好五个拉紧螺栓和三个定位销，将多个气缸垫8叠摞放置在底板1上表面，通过定位销6使气缸垫8位置相互对齐，然后在最上侧的气缸垫8上表面压接压板3后取下定位销6，再放置好压圈7通过压力机对压圈7施压使压板3向下压紧气缸垫8，最后在各拉紧螺栓2上套上对应的垫圈5并拧紧对应的锁紧螺母4即可对气缸垫8进行压紧，确保气缸垫8压紧受力均匀。

本发明还提供了另一实施例,大功率柴油机气缸垫热处理方法，具体如下：

大功率柴油机气缸垫热处理方法，包括以下步骤：

A.气缸垫8进行批量淬火；具体过程为，在淬火炉内放置四个及以下的加热框，每个加热框内装载不超过40片气缸垫8，控制淬火炉炉温为860±10℃的温度下，保温不低于10分钟，然后在30-90℃的油液槽中进行浸蘸冷却，整个淬火过程总时间控制在1-1.5小时内；

B.对淬火后的气缸垫8进行除油；具体过程为，采用除油加热炉在炉温为170±10℃温度下，在炉内保温6-7小时，确保气缸垫8表层氧化皮中残留的淬火油被燃烧处理掉；

C.对除油后的气缸垫8进行喷砂；具体地，在喷砂过程中采用钢丸喷砂，在喷砂室将气缸垫8逐个挂于喷砂室的吊具上，对气缸垫8两面均匀喷砂，去除淬火和除油过程中产生的氧化皮等杂质；

D.将除油后的气缸垫8通过回火用夹具夹紧，进行回火。具体地，在回火炉内同时放置不超过160片气缸垫8，且气缸垫8设置在四个及以下数量的回火用夹具内，每个回火用夹具内装载不超过40片气缸垫8，在炉温为620±10℃温度下保温不低于2小时，并且再加上保温前进行的将气缸垫8放入回火炉开始加热升温的时间总计时控制在不低于2.5小时内，然后在空气中自然冷却即可。

步骤D中将20-40片气缸垫8为一摞在回火用夹具上进行装夹，装夹时，根据气缸垫8的变形情况，将气缸垫8采用“背靠背、面对面”的形式整理定位并叠摞在一起。气缸垫8采用“背靠背、面对面”的形式叠摞，提高气缸垫8的紧压效果。

步骤D中气缸垫8在回火用夹具的底板1上叠摞在一起并通过多个定位销6进行定位对齐后，将压板3压在最上侧的气缸垫8上侧，压圈7放置在压板3上侧中间处，通过压力机对压圈7向下施加保持力，带动压板3向下压紧，再将各锁紧螺母4拧紧在对应的拉紧螺栓2上，使压板3压紧气缸垫8，移开压力机，取下压圈7和定位销6，完成气缸垫8的夹紧。这里，为了压紧效果更均匀，采用压力机先将气缸垫8叠摞装夹后的夹具压至极点，再用约100公斤扭力扳手紧固各锁紧螺母4，并检验压紧后气缸垫8之间的间隙，确保0.1mm规格的塞尺不能通过气缸垫8之间的间隙。

回火后检查各气缸垫8的平面度，对热处理变形超差后的气缸垫8进行标记，并重新进行热处理。

从气缸垫8投料加工至成品入库，在磨削前气缸垫8的平面度大小对气缸垫8加工效率及质量起着关键性作用。根据实际试验情况的不完全统计，若磨削前气缸垫8平面度超过0.3mm，即热处理后气缸垫8的平面度超过0.3mm，气缸垫8磨削废品率便开始急剧增加。

在热处理前，气缸垫8的冲压加工主要分为落料冲孔和冲小孔两道工序，两道工序均采用冲压模具进行气缸垫8的加工，虽然落料冲孔模采用了复合结构，已经降低了先落料再冲孔所带来的二次定位变形的影响，但气缸垫8原材料厚范围在3～3.5mm之间，属于偏厚范围，形状为内圆外方，且多拐角的异形结构，落料冲裁过程中产生了一致性很强的变形规律，且为碟形变形。因此热处理前气缸垫8本身已经产生了具有一定规律但程度不同的变形。因此，在热处理过程中还要调整气缸垫8的形状使其变形复位，即通过回火用夹具将多个气缸垫8以“背靠背、面对面”的形式整理定位并叠摞在一起夹紧。

本实施例对气缸垫8热处理过程进行了改进，并且在回火时将气缸垫8叠摞装夹方式也进行了改进，使气缸垫8在磨削加工前，自然状态下的平面度控制在小于或等于0.2mm，即气缸垫8在热处理后的平面度控制在不高于0.2mm范围内。采用该热处理方法通过对近2000余件气缸垫8的热处理验证及后续磨削工序的跟踪，热处理变形控制的一次合格率达到97％以上，气缸垫8批量热处理变形控制得到了有效的控制，相比原工艺方案，加工效率有了明显地提高，为类似气缸垫8的高效批量热处理技术提供了坚实的技术支持。

针对气缸垫8热处理过程中变形的复杂性，通过试验来说明气缸垫8在原热处理过程中的变形情况，以及存在问题的暴露。试验过程为：

a.从热处理前的气缸垫8中随意挑选出40件，按1、2、3、4、……40号进行编号；

b.将40件气缸垫8分为两组，且编号1～20为第一组，编号21～40为第二组，其中对第一组在热处理前先进行手工校平，使气缸垫8在自然状态下的平面度被控制在0.5mm以内，第二组在热处理前不做校平处理；

c.将两组气缸垫8同时按原热处理工序进行热处理，即淬火-除油-回火-喷砂，并记录热处理中气缸垫8在各个阶段的平面度，以观察其变化情况，主要平面度记录情况为淬火前、淬火后、回火后、喷砂后；

d.淬火过程中自由状态下摆放气缸垫8，回火前将气缸垫8约20～40片为一摞用两块压紧板压紧固定后进行回火。

通过以上实验得出：

现有回火用夹具紧压均匀性不可控，气缸垫8在回火过程中内圆部位因成摞叠加影响回火效果，存在应力释放不完全现象，需对回火用夹具进行改进设计；

气缸垫8在淬火后，其变形程度明显加大，最大的变形程度达到10mm以上，两组气缸垫8淬火前的变形控制在淬火后已经体现不出其变形规律，即淬火前平整度好的零件淬火后不一定也好；

气缸垫8在20～40片为一摞随意整理定位时，存在变形同向叠摞现象，同向叠摞会造成气缸垫8无法紧压平整；

通过回火后和喷砂后的比对，喷砂对气缸垫8的变形产生较大的影响，会导致气缸垫8再次发生变形。

因此，对原有热处理工序进行了改进，大大提高了气缸垫8合格品的生产效率，对气缸垫8批量热处理变形控制得到了有效的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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.回火用夹具，用于大功率柴油机气缸垫热处理，其特征在于：包括底板、压板和多个拉紧螺栓，底板上侧竖直设置有多个拉紧螺栓，多个拉紧螺栓上共同连接有一个压板，且多个拉紧螺栓穿出压板的一端均连接有能与压板上表面相抵接的锁紧螺母，压板上表面中间处设有压圈。

2.根据权利要求1所述的回火用夹具，其特征在于：底板底部对应每个拉紧螺栓处均向上设有贯穿底板厚度的沉孔，每个拉紧螺栓均穿过对应的沉孔。

3.根据权利要求2所述的回火用夹具，其特征在于：每个沉孔的下部均设置为条形孔结构，每个拉紧螺栓底部的螺帽均为条形结构，且宽度与沉孔下部的宽度相配。

4.根据权利要求1所述的回火用夹具，其特征在于：在底板上表面还插接有多个位于压板外侧的定位销。

5.根据权利要求1所述的回火用夹具，其特征在于：底板上表面竖直开设有多个贯穿底板的第一过气孔，压板上表面竖直开设有多个贯穿压板的第二过气孔。

6.根据权利要求1所述的回火用夹具，其特征在于：每个锁紧螺母和压板之间均设有垫圈。

7.大功率柴油机气缸垫热处理方法，其特征在于,使用如权利要求1-6中任意一项所述的回火用夹具，包括以下步骤：

A.气缸垫进行批量淬火；

B.对淬火后的气缸垫进行除油；

C.对除油后的气缸垫进行喷砂；

D.将除油后的气缸垫通过回火用夹具夹紧，进行回火。

8.根据权利要求7所述的大功率柴油机气缸垫热处理方法，其特征在于：步骤D中将20-40片气缸垫为一摞在回火用夹具上进行装夹，装夹时，根据气缸垫的变形情况，将气缸垫采用“背靠背、面对面”的形式整理定位并叠摞在一起。

9.根据权利要求8所述的大功率柴油机气缸垫热处理方法，其特征在于：步骤D中气缸垫在回火用夹具的底板上叠摞在一起后，将压板压在最上侧的气缸垫上侧，压圈放置在压板上侧中间处，通过压力机对压圈向下施加保持力，带动压板向下压紧，再将各锁紧螺母拧紧在对应的拉紧螺栓上，使压板压紧气缸垫，移开压力机，取下压圈和定位销，完成气缸垫的夹紧。

10.根据权利要求7所述的大功率柴油机气缸垫热处理方法，其特征在于：回火后检查各气缸垫的平面度，对热处理变形超差后的气缸垫进行标记，并重新进行热处理。

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