CN115029522B - 一种喷射式缸套热处理自动化平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷射式缸套热处理自动化平台，采用气液混合喷雾的方式控制热处理过程中工件的冷却速度；最终达到避免工件表面出现裂纹，提高工件材料力学性能的目的；包括底座，所述底座的平台上布置有冷却器、机械臂和电磁加热器，所述冷却器和电磁加热器间隔布置，电磁加热器用于将缸套加热至设定温度，所述冷却器采用热空气及水的混合热蒸汽对缸套进行降温热处理，所述机械臂设置在冷却器和电磁加热器之间的位置，以方便地被驱动用于抓取缸套在冷却器和电磁加热器之间移动；机械臂的端部设置有抓取装置，所述抓取装置用于抓取缸套。

Description

一种喷射式缸套热处理自动化平台

技术领域

本发明属于机械工程，机械制造技术领域，具体涉及一种喷射式缸套热处理自动化平台。

背景技术

缸套在热处理淬火冷却过程中，淬火产生裂纹是一种十分常见的情况，为了避免这一现象，提高材料的力学性能，现有的技术主要是选择冷却更快的介质，或者选择水淬油冷的分步淬火方式。选用的冷却速度较快的淬火介质，性能能满足要求，但开裂的概率高，选用慢的淬火介质可以避免开裂，但是热处理后的组织性能低，这样的现实一直是困扰热处理的难题。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种喷射式缸套热处理自动化平台，采用气液混合喷雾的方式控制热处理过程中工件的冷却速度；最终达到避免工件表面出现裂纹，提高工件材料力学性能的目的。

本发明采用的技术方案如下：一种喷射式缸套热处理自动化平台，包括底座，所述底座的平台上布置有冷却器、机械臂和电磁加热器，所述冷却器和电磁加热器间隔布置，电磁加热器用于将缸套加热至设定温度，所述冷却器采用热空气及水的混合热蒸汽对缸套进行降温热处理，所述机械臂设置在冷却器和电磁加热器之间的位置，以方便地被驱动用于抓取缸套在冷却器和电磁加热器之间移动；机械臂的端部设置有抓取装置，所述抓取装置用于抓取缸套。

所述冷却器包括冷却筒、输入管道和气液混合器，所述气液混合器通过输入管道将气液混合后的冷却介质输送入冷却筒内；所述气液混合器包括电磁阀一、供水管、供气管、电磁阀和雾化器，所述供气管连通雾化器，所述供气管输送热空气至冷却器内部以对缸套进行降温，所述电磁阀二控制供气管的通断且用以进行流量调节；所述供水管接通所述供气管，所述电磁阀一控制供水管的通断且用以调节供水管内水流的流量，供水管输入的水进入供气管中气液混合后输送进雾化器内部，所述雾化器内设置有螺旋叶片，所述雾化器为长筒形结构，所述螺旋叶片由与雾化器同轴的中心轴及均匀布置在中心轴的周侧的多个螺旋导流叶片组成。气液混合物在雾化器内部经螺旋叶片的强制扰流混合作用下，气液充分混合且分散破碎较大的液滴，均化气液混合物中液体颗粒度大小。

所述冷却器的冷却筒包括上导流器、筒壁、下导流器和喷雾转心，所述筒壁为圆筒形结构，其上下两端分别固定连接上导流器和下导流器，所述喷雾转心由上导流器、筒壁、下导流器三者组成的壳体包覆在内部；所述上导流器的下端内部临近筒壁处形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐缩的锥环面；所述下导流器的上端内部临近筒壁处也形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐扩的锥环面，所述上导流器的侧壁上设置有进风口，所述下导流器的侧壁上也设置有进风口，两个进风口分别与上导流器及下导流器内部中空的环形带的内部空间连通，且两个进风口均与所述输入管道连通。雾化后的气液混合物经输入管道后从上下两侧的进风口输送进冷却筒内部的喷雾转心外表面，然后再冷却筒内部经进一步引流及导流后吹送至缸套表面。所述喷雾转心主体为筒壳式结构，在筒壳式结构的上下两端分别形成为渐缩的锥环面，所述喷雾转心安装在上导流器、筒壁、下导流器三者组成的壳体内部时，喷雾转心上下两端的锥环面分别与上导流器及下导流器内部的锥环面留有间隙的对应配合，即喷雾转心上端的锥环面与上导流器内部的锥环面之间留有间隙，且喷雾转心下端的锥环面与下导流器内部的锥环面之间也留有间隙；所述喷雾转心的外侧壁与所述筒壁的内壁面之间也留有间隙余量，该间隙余量形成环绕喷雾转心的环形布气带，气液混合物从上下导流器的中空环形带内吹送至该环形布气带内，为此，所述上导流器和下导流器的锥环面上均圆周阵列分布有多个进气孔，气流从所述进风口经由进气孔后进入喷雾转心与筒壁之间的环形布气带；所述喷雾转心的筒壳式结构侧壁上还设置有多排多列旋流喷口，所述旋流喷口为所述喷雾转心的筒壳式结构的侧壁向内倾斜凹陷形成的弧线式朝向喷雾转心内部的喷口，气液混合物（热空气与蒸汽的混合物）可以从旋流喷口喷射入所述喷雾转心内部。

进一步地，所述上导流器的环形带的内径处形成有竖直向下的筒面，所述喷雾转心的上端的内径处也形成有竖直向下的筒面，所述上导流器的筒面与喷雾转心上端的筒面限位配合；所述下导流器的环形带的内径处形成有竖直向上的筒面，所述喷雾转心的下端的内径处也形成有竖直向上的筒面，所述下导流器的筒面与喷雾转心下端的筒面限位配合；所述的限位配合表示留有微小间隙的配合，使得所述喷雾转心相对于上下导流器可相对转动，而在相对于中轴线的偏移量为限位在微小幅度内。

本发明的喷射式缸套热处理自动化平台的抓取装置由法兰、连接杆、接口和抱紧器组成，所述连接杆的一端通过法兰与机械臂连接，连接杆的另一端通过接口固定连接抱紧器；所述抱紧器包括位于中心轴线处的气缸，所述气缸的前端具有可伸缩以改变长度的气缸伸缩杆，位于气缸的外周侧均布有多根压紧杆，优选的，所述压紧杆的数量为三根，所述压紧杆的一端通过连杆一与气缸的末端铰接，所述压紧杆的另一端通过连杆一与气缸的前端铰接，所述气缸伸缩杆的前端部通过连接器铰接有多根连杆二，每一根连杆二分别铰接于与气缸前端铰接的连杆一的中部。每一根压紧杆均通过前后两端的连杆一与气缸组成平行四边形结构，而气缸伸缩杆伸长及缩短时，可通过连杆二带动平行四边形结构内缩或外扩，从而使得压紧杆可向外或向内运动，实现对缸套的抓取功能。

进一步地，所述气缸的外壁面上还设置有多个红外温度传感器，所述红外温度传感器对降温的缸套的温度进行测温，从而基于缸套实际温度调整水和热空气的流量比，实现缸套降温幅度的控制，以满足缸套热处理的温度要求。

本发明技术方案具备如下优点：

1、通过电磁阀一和电磁阀二的流量调节，可以在冷却缸套用的热空气中适量添加水以形成水蒸气，从而可调节缸套的降温速度，而且抓取装置上附带的红外温度传感器可以实施监测缸套温度，然后基于温度数据形成反馈调节空气和水的流量配比，使得温降效果控制更精细；

2、混有水蒸气的热空气从上下导流器的锥环面上进气孔喷流至喷雾转心的上下两端的锥环面上，气流冲击作用与喷雾转心的自重最终达到平衡，从而使得喷雾转心处于悬浮状态，而喷雾转心外壁面上倾斜向内喷射的旋流喷口的作用使得悬浮的喷雾转心处于转动状态，从而使得热空气从旋流喷口喷射到喷雾转心内部的缸套表面的分布情况更加均衡，缸套热处理效果更好。

附图说明

图1是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的整体结构示意图；

图2是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的冷却器结构示意图；

图3是本发明冷却器中气液混合器结构示意图；

图4是本发明冷却器内部结构爆炸示意图；

图5是本发明冷却器内部结构剖视图；

图6是本发明冷却器内部结构剖视图局部辅助视图；

图7是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的抓取装置结构示意图；

图8是本发明抓取装置头部抱紧器机构结构示意图；

图中：1、冷却器，1-1、冷却筒，1-1-1、螺栓，1-1-2、上导流器，1-1-2-1、进风口，1-1-2-2、进气孔，1-1-3、喷雾转心，1-1-4、筒壁，1-1-5、下导流器，1-1-6、旋流喷口，1-1-7、环形布气带；

1-2、输入管道；

1-3气液混合器，1-3-1、电磁阀一，1-3-2、供水管，1-3-3、供气管，1-3-4、电磁阀二，1-3-5、雾化器，1-3-6、螺旋叶片；

2、机械臂，3、电磁加热器，4、底座，

5、抓取装置；5-1、法兰，5-2、连接杆，5-3、接口，5-4、抱紧器，5-4-1、压紧杆，5-4-2、红外温度传感器，5-4-3、气缸，5-4-4、连杆一，5-4-5、连杆二，5-4-6、气缸伸缩杆，5-4-7、连接器。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的整体结构示意图，其包括底座4，所述底座4的平台上布置有冷却器1、机械臂2和电磁加热器3，所述机械臂2被驱动用于抓取缸套在冷却器1和电磁加热器3之间移动；机械臂2的端部设置有抓取装置5，所述抓取装置5用于抓取缸套。

所述冷却器1外部连接有向冷却器1内部输送冷却介质的输送组件，具体如图2所示，是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的冷却器结构示意图，所述冷却器1包括冷却筒1-1、输入管道1-2和气液混合器1-3，所述气液混合器1-3通过输入管道1-2将气液混合后的冷却介质输送入冷却筒1-1内。

图3是本发明冷却器中气液混合器结构示意图，如图所示，所述气液混合器包括电磁阀一1-3-1、供水管1-3-2、供气管1-3-3、电磁阀1-3-4和雾化器1-3-5，所述供气管1-3-3连通雾化器1-3-5，所述电磁阀二1-3-4控制供气管1-3-3的通断，所述供水管1-3-2接通所述供气管1-3-3，所述电磁阀一1-3-1控制供水管1-3-2的通断，供气管1-3-3与供水管1-3-2中气液混合后输送进雾化器1-3-5内部，所述雾化器1-3-5内设置有螺旋叶片1-3-6，具体的，所述雾化器1-3-5为长筒形结构，所述螺旋叶片1-3-6由与雾化器1-3-5同轴的中心轴上均匀布置的多个螺旋导流叶片组成，气液混合物在雾化器1-3-5内部经螺旋叶片1-3-6的强制扰流混合作用下，气液充分混合且分散破碎较大的液滴，均化气液混合物中液体颗粒度大小。雾化后的气液混合物经输入管道1-2从上下两侧输送进冷却筒1-1内部。

图4是本发明冷却器内部结构爆炸示意图，图5是本发明冷却器内部结构剖视图，如图所示，所述冷却器的冷却筒1包括上导流器1-1-2、筒壁1-1-4、下导流器1-1-5和喷雾转心1-1-3，所述筒壁1-1-4为圆筒形结构，其上下两端分别固定连接上导流器1-1-2和下导流器1-1-5，所述喷雾转心1-1-3由上导流器1-1-2、筒壁1-1-4、下导流器1-1-5三者组成的壳体包覆在内部，具体的，结合图5所示，所述上导流器1-1-3的下端内部临近筒壁1-1-4处形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐缩的锥环面；所述下导流器1-1-5的上端内部临近筒壁1-1-4处也形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐扩的锥环面，即所述上导流器1-1-3和下导流器1-1-5上下呈对称结构。所述上导流器1-1-2的侧壁上设置有进风口1-1-2-1，所述下导流器1-1-5的侧壁上也设置有进风口1-1-2-1，且两个进风口分别与上导流器及下导流器内部中空的环形带的内部空间连通。

所述喷雾转心1-1-3主体为筒壳式结构，在筒壳式结构的上下两端分别形成为渐缩的锥环面，所述喷雾转心1-1-3安装在上导流器1-1-2、筒壁1-1-4、下导流器1-1-5三者组成的壳体内部时，喷雾转心1-1-3上下两端的锥环面分别与上导流器1-1-2及下导流器1-1-5内部的锥环面留有间隙的对应配合，且所述喷雾转心1-1-3的外侧壁与所述筒壁1-1-4的内壁面之间也留有间隙余量，该间隙余量形成环绕喷雾转心1-1-3的环形布气带1-1-7；所述喷雾转心1-1-3的筒壳式结构侧壁上还设置有多排多列旋流喷口1-1-6，所述旋流喷口1-1-6为所述喷雾转心1-1-3的筒壳式结构的侧壁向内倾斜凹陷形成，以形成沿喷雾转心1-1-3内壁面弧线式朝向其内部的喷口。

进一步地，参见图6，图6是本发明冷却器内部结构剖视图局部辅助视图，即图5中A的局部视图，所述上导流器1-1-2和下导流器1-1-5的锥环面上均圆周阵列分布有多个进气孔1-1-2-2，图6中以上导流器1-1-2为例进行了附图示例，气流从所述进风口1-1-2-1经由进气孔1-1-2-2后进入喷雾转心1-1-3与筒壁1-1-4之间的环形布气带1-1-7，并可以从旋流喷口1-1-6喷射入所述喷雾转心1-1-3内部。

进一步地，所述上导流器1-1-2的环形带的内径处形成有竖直向下的筒面，所述喷雾转心1-1-3的上端的内径处也形成有竖直向下的筒面，所述上导流器1-1-2的筒面与喷雾转心1-1-3的筒面限位配合，以大体定位喷雾转心1-1-3的位置；所述下导流器1-1-5及喷雾转心1-1-3下端也通过相同的结构限位配合，不过其筒面是从相关部件的内径竖直向上。

图7是本发明喷射式缸套热处理自动化平台的抓取装置结构示意图，如图所示，所述抓取装置由法兰5-1、连接杆5-2、接口5-3和抱紧器5-4组成，所述连接杆5-2的一端通过法兰5-1与机械臂连接，连接杆5-2的另一端通过接口5-3固定连接抱紧器5-4。

图8是本发明抓取装置头部抱紧器机构结构示意图，如图所示，所述抱紧器5-4包括位于中心轴线处的气缸5-4-3，所述气缸5-4-3的前端具有可伸缩以改变长度的气缸伸缩杆5-4-6，位于气缸5-4-3的外周侧均布有多根压紧杆5-4-1，本实施例中，压紧杆5-4-1的数量为三根，所述压紧杆5-4-3的一端通过连杆一与气缸5-4-3的末端铰接，所述压紧杆5-4-3的另一端通过连杆一5-4-4与气缸5-4-3的前端铰接，所述气缸伸缩杆5-4-6的前端部通过连接器5-4-7铰接有多根连杆二5-4-5，每一根连杆二5-4-5分别铰接于与气缸5-4-3前端铰接的连杆一5-4-4的中部。每一根压紧杆5-4-1均通过前后两端的连杆一5-4-4与气缸5-4-3组成平行四边形结构，而气缸伸缩杆5-4-6伸长及缩短时，可通过连杆二5-4-5带动平行四边形结构内缩或外扩，从而使得压紧杆5-4-1可向外或向内运动，实现对缸套的抓取功能。

进一步地，所述气缸5-4-3的外壁面上还设置有多个红外温度传感器5-4-2，所述红外温度传感器5-4-2对降温的缸套的温度进行测温，从而基于缸套实际温度调整水和热空气的流量比，实现缸套降温幅度的控制，以满足缸套热处理的温度要求。

下面结合图1-8对本发明的操作方法简单介绍如下：机械臂2带动抓取装置5运动，抓取装置5的压紧杆5-4-1在气缸伸缩杆5-4-6驱动下内缩从而整体伸入缸套内部，然后再气缸伸缩杆5-4-6的驱动下外扩贴近缸套内壁面，完成抓取，步骤相反时则完成释放；首先将缸套放入电磁加热器3内部加热至设定温度，然后通过机械臂2将其抓取移动至冷却器1内部；

所述冷却器1内部通过供气管1-3-3输入热空气，而通过供水管1-3-2输入适量水，在雾化器1-3-5作用下形成含水汽的热蒸汽从进风口1-1-2-1进入冷却器1，热蒸汽从进气孔1-1-2-2喷射入喷雾转心1-1-3与上下导流器之间的空隙时，气流冲击在喷雾转心1-1-3上下两端的锥环面上，气流冲击浮力最终与喷雾转心1-1-3的中心平衡从而使喷雾转心1-1-3处于悬浮状态，而热蒸汽继续从环形布气带1-1-7经由旋流喷口1-1-6喷入喷雾转心1-1-3内部的缸套表面，实现对缸套的降温，旋转的气流使得缸套各部位降温均匀。在此过程中，可以根据红外温度传感器5-4-2的实际监测温度调整对缸套的降温过程，以满足热处理的性能要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种喷射式缸套热处理自动化平台，其特征在于，包括底座，所述底座的平台上布置有冷却器、机械臂和电磁加热器，所述机械臂被驱动用于抓取缸套在冷却器和电磁加热器之间移动；机械臂的端部设置有抓取装置，所述抓取装置用于抓取缸套；

所述冷却器包括冷却筒、输入管道和气液混合器，所述气液混合器通过输入管道将气液混合后的冷却介质输送入冷却筒内；所述气液混合器包括电磁阀一、供水管、供气管、电磁阀和雾化器，所述供气管连通雾化器，所述电磁阀二控制供气管的通断及流量调节，所述供水管接通所述供气管，所述电磁阀一控制供水管的通断及流量调节，供气管与供水管中气液混合后输送进雾化器内部，所述雾化器内设置有螺旋叶片，所述雾化器为长筒形结构，所述螺旋叶片由与雾化器同轴的中心轴及均匀布置在中心轴的周侧的多个螺旋导流叶片组成；

所述冷却器的冷却筒包括上导流器、筒壁、下导流器和喷雾转心，所述筒壁为圆筒形结构，其上下两端分别固定连接上导流器和下导流器，所述喷雾转心由上导流器、筒壁、下导流器三者组成的壳体包覆在内部；所述上导流器的下端内部临近筒壁处形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐缩的锥环面；所述下导流器的上端内部临近筒壁处也形成有中空的环形带，该环形带的内壁面为从下向上渐扩的锥环面，所述上导流器的侧壁上设置有进风口，所述下导流器的侧壁上也设置有进风口，两个进风口分别与上导流器及下导流器内部中空的环形带的内部空间连通，且两个进风口均与所述输入管道连通，所述供气管输入热空气，所述供水管输入适量水，在雾化器作用下形成含水汽的热蒸汽，两个进风口均用于输入含水汽的热蒸汽；

所述喷雾转心主体为筒壳式结构，在筒壳式结构的上下两端分别形成为渐缩的锥环面，所述喷雾转心安装在上导流器、筒壁、下导流器三者组成的壳体内部时，喷雾转心上端面与上导流器的下端内部环形带的内壁面相互对应且留有间隙的配合，喷雾转心下端面与下导流器的上端内部环形带的内壁面相互对应且留有间隙的配合，喷雾转心的上端面和下端面均为锥环面，且所述喷雾转心的外侧壁与所述筒壁的内壁面之间也留有间隙余量，该间隙余量形成环绕喷雾转心的环形布气带；所述喷雾转心的筒壳式结构侧壁上还设置有多排多列旋流喷口，所述旋流喷口为所述喷雾转心的筒壳式结构的侧壁向内倾斜凹陷形成的弧线式朝向喷雾转心内部的喷口；

所述上导流器和下导流器的锥环面上均圆周阵列分布有多个进气孔，气流从所述进风口经由进气孔后进入喷雾转心与筒壁之间的环形布气带，并可以从旋流喷口喷射入所述喷雾转心内部。

2.根据权利要求1所述的喷射式缸套热处理自动化平台，其特征还在于，所述上导流器的环形带的内径处形成有竖直向下的筒面，所述喷雾转心的上端的内径处也形成有竖直向下的筒面，所述上导流器的筒面与喷雾转心上端的筒面限位配合；所述下导流器的环形带的内径处形成有竖直向上的筒面，所述喷雾转心的下端的内径处也形成有竖直向上的筒面，所述下导流器的筒面与喷雾转心下端的筒面限位配合。

3.根据权利要求1所述的喷射式缸套热处理自动化平台，其特征还在于，所述抓取装置由法兰、连接杆、接口和抱紧器组成，所述连接杆的一端通过法兰与机械臂连接，连接杆的另一端通过接口固定连接抱紧器。

4.根据权利要求3所述的喷射式缸套热处理自动化平台，其特征还在于，所述抱紧器包括位于中心轴线处的气缸，所述气缸的前端具有可伸缩以改变长度的气缸伸缩杆，位于气缸的外周侧均布有多根压紧杆，所述压紧杆的一端通过一个连杆一与气缸的末端铰接，所述压紧杆的另一端通过另一个连杆一与气缸的前端铰接，所述气缸伸缩杆的前端部通过连接器铰接有多根连杆二，每一根连杆二分别铰接于与气缸前端铰接的连杆一的中部。

5.根据权利要求4所述的喷射式缸套热处理自动化平台，其特征还在于，所述压紧杆的数量为三根。

6.根据权利要求4所述的喷射式缸套热处理自动化平台，其特征还在于，所述气缸的外壁面上还设置有多个红外温度传感器，所述红外温度传感器对降温的缸套的温度进行测温。