CN115386709B - 一种薄壁件的热处理加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄壁件孔的热处理加工方法，包括装炉工序、淬火工序、淬火冷却工序、防变形工装使用方法、回火及回火冷却工序、检测工序。本发明通过改变淬火方式、淬火冷却介质等热处理工艺方法，将盐浴淬火改变为FN水基液淬火，并严格控制水基液使用温度，将已奥氏体化的工件快速浸入到FN水基液中冷却，获得理想的硬度要求。为防止工件在回火过程中由于应力释放而产生很大的变形，需在淬火工序后、回火工序前，将工件叠放在防变形工装上，并装配好后整体进炉回火的热处理方法。本发明的工艺及防变形工装处理后的性能指标达到了设计图纸要求，变形量也满足后序磨削加工要求，解决了现有生成成本高及生产周期得不到保障的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种材质为65Mn薄壁件孔用挡圈的热处理工艺开发和设计防变形简易工装及其使用方法，具体涉及一种淬火冷却和回火方式的热处理工艺及防变形工装的设计及装卸方法，属于热处理工艺技术及工装领域。
背景技术
65Mn孔用挡圈主要应用在公司锚绞机上，其性能要求具有一定弹性和耐磨性，硬度较高，一般为HRC44-51,厚度一般为3-6mm。这种零件的加工工艺路线一般为：下料（线切割）、热、线切割、磨、表。由于孔用挡圈属于薄壁件，其热处理难度是零件太薄，操作不当，不易获得马氏体组织，且很容易变形，不易控制变形量，变形量大了后续磨削加工不出来。为获得高硬度和很小的变形量，常规热处理工艺为盐浴淬火处理。公司目前没有该种盐炉设备，由于量少，且没有批量，一般为外协盐浴热处理。盐浴热处理委外生产成本很高，且生产周期也得不到保障。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有生产条件存在的不足，充分利用公司热处理现有的资源，提出一种采用FN水基液淬火代替盐浴淬火的操作方法，在回火前采取防变形工装辅助，解决公司生产能力不足的问题。
为了达到以上目的，本发明提供一种薄壁件的热处理加工方法，包括如下步骤：
步骤1、装炉工艺，将待处理的孔用挡圈放在淬火吊框上，并均匀分散水平摆放在其内，各孔用挡圈之间保持间隙；将淬火吊框吊上备料台，其中，备料台为生产线的一部分，其结构为多排纵向水平支柱，各支柱间距230mm，起放置待热处理件及区域限制，有助于料车叉头从支柱间隙穿过后再向上运动抬起淬火吊框转移至炉内。设定好淬火工艺参数，包括淬火温度，保温时间，淬火介质及冷却时间，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的有效加热区，即电阻炉内经炉温均匀性检测为合格的可使用区域内，自动开炉；
步骤2、淬火工序，孔用挡圈入炉后随加热炉升温至淬火温度，在淬火温度保温一段时间，然后用打开炉门，通过料车将放置有孔用挡圈的淬火吊框转运至冷却槽中进行淬火冷却。其中，淬火温度为800℃，淬火保温时间一般为30min，冷却介质为FN水基液，在介质中冷却时间一般为1min。
淬火冷却工序，淬火保温后打开炉门用料车将放置孔用挡圈的淬火吊框转运至冷却槽中淬火冷却；在冷却介质中冷却时间为1min；
步骤4、防变形工序，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在防变形工装上，并将装配好后的孔用挡圈和防变形工装整体吊放于淬火吊框上，淬火吊框上备料台，准备回火。
步骤5、回火、回火冷却工序，孔用挡圈淬火冷却后应及时进行回火工序。通过料车将淬火吊框自动转运到箱式电阻炉的有效加热区内，设定好回火工艺参数，包括回火温度410℃，保温时间240min，冷却介质FN水基液，回火冷却时间为1min，自动开炉，将入炉后的孔用挡圈随加热炉升温至回火温度保温。回火加热完毕后，对孔用挡圈进行回火冷却。打开炉门，用料车将淬火吊框转运至冷却槽中进行冷却处理。
步骤6、检测工序，回火工序完毕后，对所述孔用挡圈进行硬度检测。将孔用挡圈表面用手式抛光轮抛光，抛光后用台式硬度计检测抛光位置的硬度。
进一步的，所述步骤1中，孔用挡圈的作用为用于锚绞机上阻止齿轮或轴承向轴向滑动，所述孔用挡圈热处理前呈闭环状，壁厚薄，厚度为3-6mm；通过热处理后线切割后形成一侧开口的C形结构，所述c形结构的两侧对称设有向内折弯的卡口，两卡口中均开有卡孔，用于专用工具穿孔后收缩或展开孔用挡圈。
进一步的，所述步骤1中，由于零件重量轻，装炉时需用铁丝进行连接，防止淬火、回火搅拌时掉落在冷却槽中，再自由摆放在平整的淬火吊框上，然后将淬火吊框吊上备料台，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的均匀温区内。
进一步的，所述步骤3中，所述冷却介质为FN水基液，淬火时通过料车将吊框插入到FN液槽液中进行冷却，同时将搅拌器打开；工件冷却至液温前取出，以进一步减少淬火应力，防止产生开裂。
进一步的，所述步骤3中，FN水基液的使用温度≤45℃，浓度控制在8%～10%，PH值控制在8～10。
进一步的，所述步骤4中，防变形工装包括底板、顶板及吊杆，所述底板与顶板的形状相同，均呈圆形，二者通过垂直螺杆固定连接后形成用于放置孔用挡圈的空间，所述吊杆焊接于顶板的上表面中心位置，其端部具有用于起吊的吊钩。
进一步的，沿所述底板上表面的内缘均匀设置有三个具有螺纹的垂直螺杆，所述垂直螺杆与底板焊接为一体；所述顶板与垂直螺杆相对位置开有三个通孔，且通孔的孔径大于垂直螺杆的直径，所述垂直螺杆穿过通孔后通过螺栓紧固。
进一步的，所述步骤4的具体内容如下：
步骤4.1，拆卸防变形工装，扳手拧开螺母后，用行车吊起吊杆，让顶板与底板分开；
步骤4.2，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在底板中间部位；
步骤4.3，用行车吊起吊杆，让顶板置于底板正上方；
步骤4.4，在底板上的螺杆与顶板孔对准后，行车下行，顶板下落，使垂直螺杆穿过顶板上的通孔，直至顶板压在孔用挡圈上；
步骤4.5，将螺母套在垂直螺杆上，并通过扳手旋紧螺母直至顶板上，使顶板与底板夹紧孔用挡圈；
步骤4.6，再用行车吊起吊杆，将防变形工装吊至平整的吊框上，吊框上备料台，准备进入回火及回火冷却工序；
步骤4.7，回火冷却工序结束后，用行车吊起吊杆至平整地面上，再通过扳手旋开螺母，行车吊离吊杆及顶板，取出孔用挡圈；
步骤4.8，行车吊起吊杆和顶板，置于底板正上方，在底板上的垂直螺杆与顶板孔对准后，行车下行，让顶板落在底板上，再次旋紧螺母，通过行车吊离生产现场，以备下次生产使用，并再次使用时重复上述操作。
进一步的，所述步骤5中，回火温度根据孔用挡圈硬度要求确定, 一般采用中温回火；当孔用挡圈硬度要求为HRC44-51时，回火温度为400-430℃；回火保温时间一般不低于2小时；回火加热、保温完成后进入回火冷却工序，65Mn材质具有回火脆性，所述回火冷却介质为FN水基液。
进一步的，所述步骤6中，用手式抛光轮将工件表面抛光，用台式洛式硬度计检测工件表面硬度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
此种热处理工艺及防变形工装现已成功应用在生产上，满足了生产需求，工艺取得了突破，防变形工装制作简单，成本低，操作流程简单、方便。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的孔用挡圈热处理前的结构示意图。
图2为本发明的孔用挡圈热处理后的结构示意图。
图3为本发明热处理工艺中加热温度与时间的关系图。
图4为本发明的防变形工装结构示意图
图5为图4的侧视图。
图6为本发明的淬火吊框结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供的一种薄壁件的热处理加工方法，该薄壁件为用于锚绞机上阻止齿轮或轴承向轴向滑动的孔用挡圈，材质为65Mn，热处理硬度较高，一般要求为HRC44-51。其进行热处理加工前结构如图1所示，呈闭环状，壁厚薄，厚度为3-6mm。通过热处理加工后的结构如图2所示，进行线切割后形成一侧开口的C形结构，该C形结构的两侧对称设有向内折弯的卡口，两卡口中均开有卡孔，用于专用工具穿孔后收缩或展开孔用挡圈。
本实施例的热加工处理方法，包括如下步骤：
第一步、装炉工序，将需要处理的孔用挡圈摆放在淬火吊框上，分散摆放，如图6所示，再将淬火吊框吊上备料台，设定好淬火工艺参数后，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的有效加热区内，自动开炉。同时，由于零件重量轻，装炉时需用铁丝串连，防止淬火搅拌时掉落在淬火槽中，再自由摆放在平整的淬火吊框上，然后将淬火吊框吊上备料台，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的均匀温区内。
第二步、淬火工序，淬火温度和保温时间加热的关系如图2所示，一般淬火温度为800℃，淬火保温时间一般为20-30分；
第三步、淬火冷却工序，采用FN水基液对淬火后的零件进行快速冷却，转移时间不超过1分钟。淬火加热保温完成后进入淬火冷却工序，所述冷却介质为FN水基液，淬火时用料车将吊框（连同弹簧挡圈）插入到FN液槽液中进行冷却，同时将搅拌器打开；工件冷却至液温之前提出，以进一步减少淬火应力，防止产生开裂。
进一步的，所述第三步中，所述FN水基液的使用温度不超过45℃，浓度控制在8%～10%，PH值控制在8～10。
第四步、防变形工装使用，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在防变形工装上，装配好后零件和工装整体吊放在平整的吊框上，吊框上备料台，准备回火。其中，用于孔用挡圈的防变形工装，结构如图4-图5所示，包括底板、顶板及吊杆。底板与顶板的形状相同，均呈圆形。且在底板上表面的内缘均匀设置有三个具有螺纹的垂直螺杆，垂直螺杆与底板焊接为一体。同时，在顶板上的相同位置也开有三个通孔，且通孔的孔径大于垂直螺杆的直径，垂直螺杆穿过通孔后通过螺栓紧固，使底板与顶板固定连接，并形成用于放置孔用挡圈的空间。吊杆焊接于顶板的上表面中心位置，其端部具有用于起吊的吊钩。
该防变形工装的使用，包括如下步骤：
步骤1，拆卸防变形工装，扳手拧开螺母后，用行车吊起吊杆及顶板，让顶板与底板分开。
步骤2，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在底板中间部位。
步骤3，用行车吊起吊杆，让顶板置于底板正上方。
步骤4，在底板上的螺杆与顶板孔对准后，行车下行，顶板下落，让螺杆穿过顶板孔，直至顶板压在孔用挡圈上。
步骤5，螺母套在螺杆上，用扳手旋螺母至顶板上，使顶板与底板夹紧孔用挡圈。
步骤6，再用行车吊起吊杆，将防变形工装吊至平整的吊框上，吊框上备料台，准备回火。
步骤7，回火冷却工序结束后，用行车吊起吊杆至平整地面上，扳手旋开螺母，行车吊离吊杆及顶板，取出工件。
步骤8，行车吊起吊杆和顶板，置于底板正上方，在底板上的螺杆与顶板孔对准后，行车下行，让顶板落在底板上，再次旋紧螺母，用行车吊离生产现场，备下次生产使用，再次使用时重复上述操作。
第五步、回火、回火冷却工序，回火温度和保温时间见图3，回火工艺见热处理工艺简图3，淬火冷却后零件及时进行回火工序；设定好回火工艺参数后，用料车自动将吊框转运到箱式电阻炉的有效加热区内，自动开炉；回火加热完毕后，对所述零件进行回火冷却。回火温度一般根据图纸硬度要求来确定, 一般采用中温回火。常见图纸硬度要求为HRC44-51时，回火温度为400-430℃。回火加热时间为同种加热介质中，一般不低于2小时。回火加热保温完成后进入回火冷却工序，65Mn材质具有回火脆性，所述回火冷却介质为FN水基液。
第六步、检测工序，回火工序完毕后，通过手式抛光轮将工件表面抛光，用台式洛式硬度计检测工件表面硬度。
本实施例热处理工艺及防变形工装现已成功应用在生产上，满足了生产需求，工艺取得了突破，防变形工装制作简单，成本低，操作流程简单、方便。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种薄壁件的热处理加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、装炉工艺，将待处理的孔用挡圈放在淬火吊框上，并均匀分散水平摆放在其内，各孔用挡圈之间保持间隙；将淬火吊框吊上备料台，设定好淬火工艺参数后，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的有效加热区内，自动开炉；所述孔用挡圈的作用为用于锚绞机上阻止齿轮或轴承向轴向滑动，所述孔用挡圈热处理前呈闭环状，壁厚度3-6mm；通过热处理后线切割后形成一侧开口的C形结构，所述C形结构的两侧对称设有向内折弯的卡口，两卡口中均开有卡孔，用于专用工具穿孔后收缩或展开孔用挡圈；
步骤2、淬火保温工序，孔用挡圈入炉后随加热炉升温至淬火温度，在淬火温度保温一段时间，其中，淬火温度为800℃，淬火保温时间为30min，
步骤3、淬火冷却工序，淬火保温后打开炉门用料车将放置孔用挡圈的淬火吊框转运至冷却槽中淬火冷却；在冷却介质中冷却时间为1min；
步骤4、防变形工序，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在防变形工装上，并将装配好后的孔用挡圈和防变形工装整体吊放于淬火吊框上，淬火吊框上备料台，准备回火；所述防变形工装包括底板、顶板及吊杆，所述底板与顶板的形状相同，均呈圆形，二者通过垂直螺杆固定连接后形成用于放置孔用挡圈的空间，所述吊杆焊接于顶板的上表面中心位置，其端部具有用于起吊的吊钩，沿所述底板上表面的内缘均匀设置有三个具有螺纹的垂直螺杆，所述垂直螺杆与底板焊接为一体；所述顶板与垂直螺杆相对位置开有三个通孔，且通孔的孔径大于垂直螺杆的直径，所述垂直螺杆穿过通孔后通过螺栓紧固；
具体如下：
步骤4.1，拆卸防变形工装，扳手拧开螺母后，用行车吊起吊杆，让顶板与底板分开；
步骤4.2，将淬火冷却后的零件整齐叠放起来，摆放在底板中间部位；
步骤4.3，用行车吊起吊杆，让顶板置于底板正上方；
步骤4.4，在底板上的螺杆与顶板孔对准后，行车下行，顶板下落，使垂直螺杆穿过顶板上的通孔，直至顶板压在孔用挡圈上；
步骤4.5，将螺母套在垂直螺杆上，并通过扳手旋紧螺母直至顶板上，使顶板与底板夹紧孔用挡圈；
步骤4.6，再用行车吊起吊杆，将防变形工装吊至平整的吊框上，吊框上备料台，准备进入回火及回火冷却工序；
步骤4.7，回火冷却工序结束后，用行车吊起吊杆至平整地面上，再通过扳手旋开螺母，行车吊离吊杆及顶板，取出孔用挡圈；
步骤4.8，行车吊起吊杆和顶板，置于底板正上方，在底板上的垂直螺杆与顶板孔对准后，行车下行，让顶板落在底板上，再次旋紧螺母，通过行车吊离生产现场，以备下次生产使用，并再次使用时重复上述操作；
步骤5、回火保温、回火冷却工序，孔用挡圈淬火冷却后应及时进行回火工序，采用料车将淬火吊框自动转运到箱式电阻炉的有效加热区内，设定好回火工艺参数，自动开炉，将入炉后的孔用挡圈随加热炉升温至回火温度保温；回火加热完毕后，对所述零件进行回火冷却，打开炉门，通过料车将淬火吊框转运至冷却槽中冷却；其中，回火温度为410℃，保温时间240min，冷却介质为FN水基液，回火冷却时间为1min；
步骤6、检测工序，回火工序完毕后，对所述孔用挡圈进行硬度检测，将孔用挡圈表面用手式抛光轮抛光，抛光后用台式硬度计检测抛光位置的硬度。
2.根据权利要求1所述的薄壁件的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤1中，由于零件重量轻，装炉时需用铁丝进行连接，防止淬火、回火搅拌时掉落在冷却槽中，再自由摆放在平整的淬火吊框上，然后将淬火吊框吊上备料台，用料车自动将淬火吊框转运到箱式电阻炉的均匀温区内。
3.根据权利要求1所述的薄壁件的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤3中，所述冷却介质为FN水基液，淬火时通过料车将吊框插入到FN液槽液中进行冷却，同时将搅拌器打开；工件冷却至液温前取出，以进一步减少淬火应力，防止产生开裂。
4.根据权利要求1所述的薄壁件的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤3中，FN水基液的使用温度≤45℃，浓度控制在8%～10%，pH值控制在8～10。
5.根据权利要求1所述的薄壁件的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤5中，回火温度根据孔用挡圈硬度要求确定, 一般采用中温回火；当孔用挡圈硬度要求为HRC44-51时，回火温度为400-430℃；回火保温时间一般不低于2小时；回火加热、保温完成后进入回火冷却工序，65Mn材质具有回火脆性，所述回火冷却介质为FN水基液。
6.根据权利要求1所述的薄壁件的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤6中，用手式抛光轮将工件表面抛光，用台式洛式硬度计检测工件表面硬度。
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