CN115125384B - 一种高精度变截面管类零件热处理自校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度变截面管类零件热处理自校正方法，属于机械工程技术领域；以刚性框架固定装置夹持工件后放入加热炉中进行如下热处理：低保温使工件内应力缓慢释放；高保温使工件内应力完全释放；中高温对工件进行稳定化处理；随炉冷却至100℃后出炉空冷。对比现有技术，本发明方法简单，方便实用，使用本发明方法进行深孔类工件热处理，消应后的工件能够直接满足深孔类直线度在0.15～0.35mm范围内的加工要求，无需反复机加校正及热处理消应过程，提高了加工效率，降低了对工人的要求，降低了生产成本。进一步通过设置刚性框架固定装置可同时夹持多根工件，使多根工件可以同时进行热处理，进一步提高了工件的加工效率。

Description

一种高精度变截面管类零件热处理自校正方法

技术领域

本发明涉及一种校正方法，特别涉及一种高精度变截面管类零件热处理自校正方法，属于机械工程技术领域。

背景技术

变截面长管类零件内孔的加工属于深孔加工类型，对于这类管子的加工，在保证同轴度的同时还要保证壁厚差，就需要通过多工序分步加工。通常先通过粗加工去除毛坯余量，然后进行零件半精加工，此时存在大量机械加工产生的内应力，必需在零件精加工前去除，防止精加工后零件变形。根据生产技术经验，需要在去应力处理后保障管子直线度小于等于0.35mm范围内，才能在精加工时保证零件各部尺寸精度。

现有去应力处理为热处理去应力退火方式，工艺为：将工件加热至预设温度保温一定时长后随炉冷却，然后空冷至常温；采用的设备为井式炉，零件为大头朝下，垂直悬挂。经检测，采用这种方法去应力后，管子直线度在1～3mm之间，必须通过机械校正的方法修正直线度。由于机械校正引起材料局部形变，便会产生新的应力，因此还需要进行二次去应力退火。同样，去应力退火后再次测量直线度，如不满足要求还需继续校正、继续去应力退火，如此往复直至满足精加工前的要求。

上述深孔制造加工流程复杂，耗时长，加工效率低，生产成本高，严重影响生产进度。

发明内容

本发明的目的是为了部分克服或全部克服已有技术的缺陷，提出一种管类零件热处理自校正方法，应用于现有加热炉对工件的热处理去应力，可以确保工件经热处理后直线度不高于0.35mm。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种管类零件热处理自校正方法，包括：

以刚性框架固定装置夹持工件后放入加热炉中进行如下热处理：

低保温使工件内应力缓慢释放；

高保温使工件内应力完全释放；

中高温对工件进行稳定化处理；

随炉冷却至100℃后出炉空冷。

有益效果

与现有技术相比，本发明方法简单，方便实用，使用本发明方法进行深孔类工件热处理，消应后的工件能够直接满足深孔类直线度不高于0.35mm的加工要求，无需反复机加校正及热处理消应过程，提高了加工效率，降低了对工人的要求，降低了生产成本。进一步通过设置刚性框架固定装置可同时夹持多根工件，使多根工件可以同时进行热处理，进一步提高了工件的加工效率。

附图说明

图1是本发明一种刚性框架固定装置结构示意图；

图2是卡圈结构示意图；

图3是框架本体平面半剖视图；(a)为主视图，(b)为俯视图；

图4是去应力退火热处理参数示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

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。

为对本发明实施例的目的、技术方案和优点进行说明，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。

对于变截面管类零件的深孔加工，如长径比超过50：1，尤其在高精度要求下，如直线度不高于0.025mm、同轴度不高于0.02mm、壁厚差不高于0.2mm，需要保证同轴度的同时保证壁厚差，这就需要通过多工序分步加工。在经过半精加工工序后，需要进行热处理去应力，现有热处理方法需要经历反复修正过程才能满足工件半精加工后的精度要求，即直线度不高于0.35mm，该过程流程复杂，耗时长，对操作人员的要求高，人工生产效率低，成本高，且影响公司产品的整体生产进度。为解决该问题，本发明提出一种管类零件热处理自校正方法，半精加工的工件使用该方法处理后无需反复校正过程，大幅提高了工件的生产效率，降低了对操作人员的要求。

一种管类零件热处理自校正方法，以刚性框架固定装置夹持工件后放入加热炉中进行如下热处理：

低保温使工件内应力缓慢释放；

高保温使工件内应力完全释放；

中高温对工件进行稳定化处理；

随炉冷却至100℃后出炉空冷。

对于半精加工的深孔类零件，通过直线度满足误差要求的刚性框架固定装置固定，使工件热处理前即被固定，连同固定装置一起再经过分阶段释放应力的热处理过程，使工件热处理后直接满足直线度要求，无需反复校正。

进一步的，设置：

高保温的温度为低于工件调质回火温度50～100℃，时间不低于2小时；低保温的温度为低于高保温的温度150～200℃，时间不低于4小时；中高温的温度为高于工件二次回火脆性温度50～80℃，时间不低于2小时。在该温度设置下，可以使工件形变更小，热处理效率更高。

进一步的，设置：低保温的升温时速为100℃/h，高保温的升温时速为50℃/h，中高温的降温时速为50℃/h，其中h表示小时。在此时速设定下，可以使工件性能更好。

进一步的，管类零件为高精度变截面管类零件。高精度变截面管类零件的深孔加工属于高难度加工，上述热处理方法可在消应的同时保证机加的直线度。

进一步的，上述热处理过程中使用的刚性框架固定装置可以采用如下一种刚性框架固定装置，该装置包括分别与框架本体1固定连接的吊钩2和卡圈5；吊钩2用于提起固定装置，卡圈5与工件0间隙配合，用于固定工件0于框架本体1，框架本体1与卡圈5共同提供工件0的直线夹持。

通过装置的刚性确保沿轴向使用卡圈5固位于框架本体1的工件受热后，在卡圈5的约束下，应力无法沿径向方向释放，逐渐沿轴向移动，通过卡圈5还可以降低刚性框架固定装置的加工难度及成本，框架本体1与卡圈5共同保证工件受热前后的直线度。当然，本领域技术人员知道，刚性框架固定装置不限于上述结构，

较优的，如图2所示，卡圈5包括内圈5-1、上卡箍5-2、下卡箍5-3和紧固件5-4，下卡箍5-3与框架本体1固定连接，上卡箍5-2与下卡箍5-3通过紧固件5-4活动连接，内圈5-1置于由上卡箍5-2和下卡箍5-3合围构成的中空孔内，并与其过渡配合，内圈5-1中心孔与工件0固位部位间隙配合。

通过将卡圈5设为分体结构，便于拆装固定工件0，同时，内圈5-1使上卡箍5-2和下卡箍5-3可以通用的夹持不同型号尺寸的管件，只要二者合围的内径大于长管外径；通过变更具有合适内径的内圈5-1实现不同型号管件的固定。通过内圈5-1与上卡箍5-2、下卡箍5-3之间的过渡配合，与内圈5-1与工件0的间隙配合可以确保工件0被紧固于刚性框架固定装置，并且热处理过程不变形。

较优的，用于夹持工件0的若干个卡圈5的上卡箍5-2和下卡箍5-3之间设一体加工的同轴通孔，每个卡圈5箍住工件0的一个自校正点位。

设置箍住工件0的多个卡圈5的上卡箍5-2和下卡箍5-3构成的整体中心孔一体加工，在保证多个卡圈同轴性的前提下降低了装配难度。举个例子，实现时，可采用先将下卡箍5-3焊接于框架本体1，再将上卡箍5-2通过紧固件5-4锁紧安装于下卡箍5-3，然后对一条轴线上的多个卡箍一起开同样大小的通孔；既保证了同一轴线上多个卡圈5的同轴性，又降低了卡圈5安装对正的装配难度。工件0在热处理时容易变形的点位可作为自校正点位，对每一个自校正点位用一个卡圈5固定，可以更好的确保工件0在热处理过程不变形，且减少卡圈5的使用个数。对于简单上下直通的管件，可以每间隔固定距离设一个自校正点位，如对于本例3500mm的管件，设有6个卡圈5，将距离上端面125mm处设为第一个自校正点位，从该点位向下每间隔650mm设一个自校正点位，每个点位使用一个卡圈5箍住。

较优的，紧固件5-4为螺栓螺母组合。通过在上卡箍5-2和下卡箍5-3两侧使用螺栓螺母固定连接，可使二者接触面紧密贴合，降低工件固位带来的直线度误差。

较优的，框架本体1为多棱柱状中空焊接结构，每个棱面用于固定一个工件0。

框架本体1可以为任意形状，如刚性较好的钢板，因其在热处理过程不变形，可以确保固定于其上的工件0热处理过程不变形。采用多棱柱状中空焊接结构，一方面可以每个棱面固定一个工件，提供工件的热处理效率，另一方面，通过多棱柱结构可提高框架本体1的刚性，降低对材质的要求，从而降低固定装置的加工成本。

进一步的，如图3所示，设置框架本体1截面为

形结构，框架本体1内沿轴向设有若干层支撑板。

通过

形结构和支撑板的设计，可以进一步提高框架本体1刚性，降低对材质的要求。

进一步的，设置支撑板1-2与卡圈5一一对应，并处于其轴向中心位置。

在框架本体1对应于卡圈5内部设置支撑板1-2，可进一步提高框架本体1刚性，降低对材质的要求。

进一步的，设置支撑板1-2外边缘凸出于框架本体1外缘，并插入下卡箍5-3中心凹槽。

将支撑板1-2外边缘从框架本体1伸出后插入下卡箍5-3中心凹槽后，再将下卡箍5-3与框架本体1固定连接，可以进一步提高卡圈5与框架本体1之间连接的稳固性，从而提高卡圈5与框架本体1整体的刚性，延长其使用寿命，确保反复使用情况下依然能够确保工件0在热处理过程中不发生形变。

具体的，框架本体1由8片槽钢两两相对焊接为方管1-3，再通过在方管1-3间焊接立板1-1以及支撑板1-2制成。

框架本体1通过在方管1-3之间焊接立板1-1，在内部径向上焊接支撑板1-2成为高强度的焊接框架结构，利于提高框架本体1刚性。

进一步的，在立板1-1与支撑板1-2上开设通孔。

通过在立板1-1与支撑板1-2上开设通孔，达到框架本体1的通气减重。

较优的，本发明刚性框架固定装置还包括与框架本体1固定连接的圆形底座4，其上开设通孔。

通过在框架本体1上设置截面积更大的底座4，可以提供框架本体1和工件0的稳定支撑，方便工件0在卡圈5上固定。开设通孔起到通气减重作用。

较优的，本发明刚性框架固定装置还包括与框架本体1固定连接的上盖板3，其上开设通孔。

上盖板3从框架本体1上端部盖住框架本体1，一方面比较美观，另一方面也提高了框架本体1刚性。开设通孔起到通气减重作用。

较优的，槽钢采用低合金高强度结构钢，如Q460。可降低固定装置成本，具有高性价比。

较优的，立板1-1以及支撑板1-2采用回火温度不低于600℃，屈服强度不低于450MPa的调质低合金钢，如42CrMo。可降低固定装置成本，具有高性价比。

较优的，吊钩2采用高强度耐热钢，如20钢。可降低固定装置成本，具有高性价比。

较优的，底座4、上盖板5采用普通碳素结构钢，如Q235。可降低固定装置成本，具有高性价比。

下面以材质为35CrNi3MoV，长度为3500mm，内孔为50mm的高精度变截面长管(长径比70：1，从上到下截面逐渐变大)工件为例说明本发明热处理过程：

使用如图1所示固定装置大头冲下小头朝上用6个卡圈5固定工件：每个卡圈5上卡箍5-2和下卡箍5-3通过紧固件5-4紧固连接后的中心孔同轴，孔径D与内圈外径Do形成过渡配合，内圈内径dn与对应工件自校正点形成间隙配合；自校正点为工件需要固定锁紧的点位。

工件的固定过程：

先将工件不同自校正点位对应的内圈5-1套于工件上相应位置，然后打开紧固件5-4取下上卡箍5-2，将套好内圈的工件放于下卡箍5-3半弧处，然后将上卡箍5-2用紧固件与下卡箍5-3联接固紧，确保上、下卡箍间无缝隙。

依次将其余三根工件采用前述方式固定安装于刚性框架固定装置上。

然后将装置连同工件一起放入井式炉进行下述过程热处理：

从室温开始以100℃/h的升温速度快速升至300±20℃保温2h，，在此温度下使机加产生的内应力缓慢释放，此阶段由于有刚性框架固定装置的约束，应力无法沿径向方向释放，逐渐沿轴向移动；

经过低保温后，继续以50℃/h速度升温至500±20℃，保温4～5h，不会影响零件的机械性能，经过这个阶段的保温在不影响工件的机械性能前提下应力完全释放，且释放方向绝大数沿轴向进行；

以50℃/h速度降至350℃保温2h对工件进行稳定化处理；

随炉冷却至100℃后出炉空冷。

实验结果证明，经上述热处理后，工件直线度满足不高于0.35mm要求。

本公司使用上述方法，有效解决了高精度深孔加工过程的校正问题，减少了加工工序，缩短了加工时间，节约了成本，提高了生产效率。

为了说明本发明的内容及实施方式，本说明书给出了具体实施例。在实施例中引入细节的目的不是限制权利要求书的范围，而是帮助理解本发明所述内容。本领域的技术人员应理解：虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。并且在不脱离本发明及其所附权利要求的精神和范围内，对最佳实施例步骤的各种修改、变化或替换都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例及附图所公开的内容。

Claims (8)

1.一种管类零件热处理自校正方法，其特征在于：以刚性框架固定装置夹持工件后放入加热炉中进行如下热处理：

低保温使工件内应力缓慢释放；

高保温使工件内应力完全释放；

中高温对工件进行稳定化处理；

随炉冷却至100℃后出炉空冷；

所述高保温的温度为低于所述工件调质回火温度50～100℃，时间不低于2小时；所述低保温的温度为低于所述高保温的温度150～200℃，时间不低于4小时；所述中高温的温度为高于所述工件二次回火脆性温度50～80℃，时间不低于2小时；

所述低保温的升温时速为100℃/h，所述高保温的升温时速为50℃/h，所述中高温的降温时速为50℃/h，其中h表示小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述管类零件为高精度变截面管类零件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述工件材质为35CrNi3MoV，热处理过程为：

从室温开始以100℃/h的升温速度快速升至300±20℃保温2h；

以50℃/h速度升温至500±20℃，保温4～5h；

以50℃/h速度降至350℃保温2h；

随炉冷却至100℃后出炉空冷。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述刚性框架固定装置包括分别与框架本体(1)固定连接的吊钩(2)和卡圈(5)；吊钩(2)用于提起所述固定装置，卡圈(5)与工件(0)间隙配合，用于固定工件(0)于框架本体(1)，框架本体(1)与卡圈(5)共同提供工件(0)的直线夹持。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述卡圈(5)包括内圈(5-1)、上卡箍(5-2)、下卡箍(5-3)和紧固件(5-4)，下卡箍(5-3)与所述框架本体(1)固定连接，上卡箍(5-2)与下卡箍(5-3)通过紧固件(5-4)活动连接，内圈(5-1)置于由上卡箍(5-2)和下卡箍(5-3)合围构成的中空孔内，并与其过渡配合，内圈(5-1)中心孔与所述工件(0)固位部位间隙配合；用于夹持所述工件(0)的若干个卡圈(5)的上卡箍(5-2)和下卡箍(5-3)之间设一体加工的同轴通孔，每个卡圈(5)箍住所述工件(0)的一个自校正点位。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述框架本体(1)为多棱柱状中空焊接结构，每个棱面用于固定一个所述工件(0)，截面为

形结构，所述框架本体(1)内沿轴向设有若干层支撑板(1-2)；所述支撑板(1-2)与所述卡圈(5)一一对应，并处于其轴向中心位置；所述支撑板(1-2)外边缘凸出于所述框架本体(1)外缘，并插入所述下卡箍(5-3)中心凹槽。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述框架本体(1)由8片槽钢两两相对焊接为方管(1-3)，再通过在方管间焊接立板(1-1)以及支撑板(1-2)制成；所述立板(1-1)与支撑板(1-2)上设有通气孔。

8.根据权利要求4-7任一所述的方法，其特征在于：所述刚性框架固定装置还包括分别与所述框架本体(1)固定连接的圆形底座(4)和上盖板(3)，底座(4)和上盖板(3)上分别设有通气孔。

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