CN115533451A - 引导轮制备方法以及引导轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引导轮制备方法以及引导轮，涉及工程机械领域，用以提高得到硬化层厚度更加均匀的引导轮。该引导轮制备方法包括以下步骤：将带有冲孔的胚件进行碾环加工得到轮圈毛坯；其中，碾环加工后轮圈毛坯的温度为850℃～900℃；对轮圈毛坯进行整体淬火，在整体淬火结束时，控制轮圈毛坯的温度为60℃～100℃。上述技术方案是对轮圈进行整体淬火，不需要分部位多次淬火，轮圈外圆整体获得了高硬度、高耐磨的马氏体组织，此工艺获得硬化层深度较已有的感应淬火工艺更深。相较于现有技术，硬化层更深，产品耐磨性更好。

Description

引导轮制备方法以及引导轮

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种引导轮制备方法以及引导轮。

背景技术

引导轮是履带式工程机械行走机构的重要零部件，主要用来引导履带正确绕转，防止其跑偏和越轨，缓和履带前进时受到的冲击。引导轮承受重载，在履带表面滑动，因此要求引导轮的轮体有较高的强度和耐冲击性，其表面还应具有很高的硬度和耐磨性。

传统制备引导轮的方法：下料、碾环、粗加工、焊接、感应淬火、回火、校正、精加工、装配。感应淬火借助专门的设备实现，感应淬火一次对引导轮的一个踏面淬火。引导轮包括两个踏面，要进行两次感应淬火。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：在引导轮制备的过程中，左右踏面两次感应淬火时，容易产生轮毂与轮圈不对中，内圆角位置感应加热时升温困难，淬火时硬化层深度偏浅，轮圈圆周方向存在10～30mm长无法进行表面淬火区域，硬度、强度及耐磨性不足等问题，且整体感应淬火需配置专用生产设备，热处理成本高。

发明内容

本发明提出一种引导轮制备方法以及引导轮，用以提高得到硬化层厚度更加均匀的引导轮。

本发明实施例提供了一种引导轮制备方法，包括以下步骤：

将带有冲孔的胚件进行碾环加工得到轮圈毛坯；其中，碾环加工后所述轮圈毛坯的温度为850℃～900℃；

对所述轮圈毛坯进行整体淬火，在整体淬火结束时，控制所述轮圈毛坯的温度为60℃～100℃。

在一些实施例中，采用以下步骤进行整体淬火：

将所述轮圈毛坯安装至旋转定位装置，所述旋转定位装置被构造为带动所述轮圈毛坯回转；

采用喷水部件对所述轮圈毛坯的外表面喷水。

在一些实施例中，对所述轮圈毛坯的外表面喷水的时长为2～2.5分钟。

在一些实施例中，对所述轮圈毛坯的外表面喷水的水流量为：30～40立方米/小时。

在一些实施例中，所喷的水的温度为15～40℃。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：

对整体淬火后的所述轮圈进行校正，以使得所述轮圈的圆度达到设定要求。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：

对校正后的所述轮圈进行回火：将所述轮圈加热至190℃～210℃，并保温2.5～3.5小时。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：

对回火后的所述轮圈进行抛丸处理，以清除所述轮圈表面的氧化层。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：

对所述轮圈的焊接坡口进行机加工；

通过所述焊接坡口将所述轮圈与轮毂、腹板焊接固定得到轮体；

对所述轮体进行精加工，以实现所述轮体与轮轴、轮座的装配，以得到引导轮半成品。

在一些实施例中，在将所述轮圈与轮毂、腹板焊接过程中，焊枪的位置是静止的，所述轮圈按照设定速度匀速转动。

在一些实施例中，在将所述轮圈与轮毂、腹板焊接过程中，对焊接位置喷水以冷却保护所述轮圈、所述轮毂和所述腹板。

在一些实施例中，所述轮毂采用以下方法得到：采用闭式锻造、锻造后雾冷处理得到所述轮毂。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：对所述引导轮半成品进行涂装，以得到引导轮。

本发明实施例还提供一种引导轮，采用本发明任一技术方案所提供的引导轮制备方法得到，所述引导轮的轮圈的表面具有厚度不小于4mm的硬化层，且所述硬化层的表面硬度为50～60HRC。

在一些实施例中，所述引导轮的各个部位的所述硬化层的厚度均匀。

上述技术方案提供的引导轮制备方法，碾环加工得到轮圈毛坯后，直接利用轮圈毛坯的高温进行整体淬火，轮圈连续冷却，直至温度降为60℃～100℃。该方法中，整体淬火利用的是碾环加工的余热，无需再加热轮圈。通过对轮圈整体喷淋处理，通过形变强化和相变强化，获得全部硬化处理的轮圈，热处理工艺简单，省去传统感应淬火工艺。由于该方法是同时对轮圈毛坯的轴向的各个位置的表面进行整体淬火，不需要分部位多次淬火，轮圈外圆整体获得高硬度、高耐磨的马氏体组织，此工艺获得硬化层深度较已有的感应淬火工艺更深。相较于现有技术，硬化层更深，产品耐磨性更好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明实施例提供的引导轮制备方法对轮圈进行整体淬火的示意图。

图2为本发明实施例提供的引导轮制备方法对轮圈进行焊接剖口加工的示意图。

图3为本发明实施例提供的引导轮制备方法的轮圈、轮毂、腹板焊接的示意图。

图4为本发明实施例提供的引导轮制备方法的流程示意图。

图5为本发明实施例提供的引导轮制备方法中整体淬火的流程示意图。

附图标记：

1、轮圈；2、旋转定位装置；3、喷水部件；4、轮毂；5、腹板；6、焊枪；7、喷水器；

11、硬化层；12、焊接坡口。

具体实施方式

下面结合图1～图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

引导轮是履带式工程机械行走机构的重要零部件，主要用来引导履带正确绕转，防止履带跑偏和越轨，引导轮还起到缓和履带前进时受到的冲击的作用。引导轮包括轮体、轮轴和轮座，三者装配在一起。轮体包括环形的轮圈1以及与轮圈1焊接固定的轮毂4、腹板5。轮圈1是环形的，其表面的硬度直接决定了引导轮的表面硬度，所以，提高轮圈1的表面硬度对引导轮的性能有直接的影响。

参见图1至图4，本发明一些实施例提供一种引导轮制备方法，包括以下步骤：

步骤S100、将带有冲孔的胚件进行碾环加工得到环形的轮圈1毛坯；其中，碾环加工后的轮圈1毛坯的温度为850℃～900℃。

在上述的步骤S100中，采用连铸坯下料。连铸坯是炼钢炉炼成的钢水经过连铸机铸造后得到的产品。然后将连铸坯加热至1200±20℃，随后进行墩粗、冲孔。冲孔后得到带有冲孔的胚件。

碾环机是一种已有设备，用于对带有冲孔的胚件进行碾环，以得到环形的轮圈1毛坯。在碾环加工过程中，被加工的零件温度高。碾环加工完成后，轮圈1毛坯的温度为850℃～900℃。本发明实施例的技术方案，利用轮圈1毛坯的高温，直接进行步骤S200。将轮圈1毛坯保持在850℃～900℃，使得轮圈1毛坯晶粒度更加满足要求，有利于进行步骤S200的整体淬火时获得均匀一致的硬化层11和金相组织。

步骤S200、对轮圈1毛坯进行整体淬火，在整体淬火结束时，控制轮圈1毛坯的温度为60℃～100℃。

在整体淬火过程中，轮圈1连续冷却，直至温度降为60℃～100℃。步骤S200利用的是步骤S100的余热，无需再加热轮圈1。通过对轮圈1整体喷淋处理，通过锻造形变和相变强化，获得全部硬化处理的轮圈1，热处理工艺简单，省去传统感应淬火工艺。

轮圈1的材质为35钢或35Mn等低淬透性材料。整体淬火过程中所喷的淬火介质比如为自来水。同时为保证热处理工艺稳定性，控制水温范围为15～40℃，具体比如为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃。

整体淬火是指同时对轮圈1毛坯的整个外表面进行淬火，而不是采用感应淬火的方式。感应淬火一次只能对轮圈1的轴向一端进行淬火，整个轮圈1要进行两次淬火才能完成整个轮圈1的淬火。

而本发明步骤S200所采用的方式，可以同时对轮圈1毛坯的轴向的各个位置的表面进行淬火，不需要分部位多次淬火，轮圈1外圆整体获得高硬度、高耐磨的马氏体组织，此工艺获得硬化层11深度较已有的感应淬火工艺更深。硬化层11越深，产品耐磨性越好。

再一方面，相较于传统的感应淬火工艺，本发明的上述技术方案，工艺流程紧凑，无需投入感应加热设备，热处理工艺简单，生产效率高成本低，获得硬化层深度和均匀性更优，同时可以克服感应热处理导致的轮体变形问题。

另一方面，如果采用感应淬火工艺，轮圈1的内圆角位置，受工件结构影响，加热升温速度慢，加热深度浅，硬化层11控制困难，波动较大。所以如果采用感应淬火工艺，轮圈1的两个外圆均需热处理，一次感应淬火无法完成，需分别进行两侧外圆感应淬火，感应淬火应力容易导致轮体中心处的轮毂4受力，产生偏移，需冷校正处理。而本申请的技术方案则一次性对轮圈1外表面的各个位置进行淬火，即便是轮圈1的两个外圆处A、B，参见图1所示，也能有效淬火，最终得到的硬化层11厚度均匀，且均匀覆盖于轮圈1表面。

参见图1和图5，在一些实施例中，采用以下步骤进行整体淬火。

步骤S201、将轮圈1毛坯安装至旋转定位装置2，旋转定位装置2被构造为带动轮圈1毛坯回转。将步骤S100得到的轮圈1毛坯安装至旋转定位装置2，旋转定位装置2带动轮圈1毛坯绕着轮圈1毛坯的中轴线回转、升降，以使得轮圈1毛坯的位置和步骤S202中喷水部件3的喷水位置对应。旋转定位装置2比如包括升降架以及安装于升降架的夹具。轮圈1毛坯由夹具固定，由升降架实现自动升降。升降架比如采用伸缩机构实现夹具的升降，或者采用直线电机等部件实现夹具的升降。升降架自身可以升降、不可以升降均可，只要夹具的高度可以改变，那么安装于夹具的轮圈1毛坯亦可随之升降。

步骤S202、采用喷水部件3对轮圈1毛坯的外表面喷水。喷水部件3被构造为环形的，待淬火的轮圈1毛坯位于喷水部件3的内部。喷水部件3的周向一圈设置有多个喷水孔，冷却水经由喷水孔喷出至位于喷水部件3的环形圈内的轮圈1毛坯。图1中示意了喷水部件3的喷水孔喷出的多组水流，从图1可以看出，喷水孔喷出的水作用于轮圈1毛坯的外表面轴向的各个位置的外表面，所以实现了对轮圈1毛坯的整体淬火。

以轮圈1的中轴线沿着竖直方向为例，沿着喷水部件3的轴向方向，喷水孔分为三组，顶部孔组、中间孔组以及底部孔组。中间孔组的孔中轴线沿着水平方向，顶部孔组和底部孔组的各个孔的孔中轴线均倾斜布置，具体地，顶部孔组的孔中轴线和底部孔组的孔中轴线相对于中间孔组的孔中轴线对称布置，且均与中间孔组的孔中轴线有8°～12°的夹角α，夹角α具体比如8°、9°、10°、11°、12°，保证轮圈1的内圆角充分冷却。

在一些实施例中，对轮圈1毛坯的外表面喷水的时长为2～2.5分钟，具体比如为2分钟、2.1分钟、2.2分钟、2.4分钟、2.5分钟。采用上述喷水时长对轮圈1毛坯进行热处理，可以使得轮圈1毛坯的温度快速达到所要求的温度值。并且，大大缩短了淬火时间，使得引导轮的淬火效率大大提高，大大提高了引导轮的制备效率。

在一些实施例中，对轮圈1毛坯的外表面喷水的水流量为：30～40立方米/小时。采用上述水流量，对旋转转动的轮圈1毛坯进行喷水淬火，最终得到的硬化层11如图1所示，硬化层11均匀覆盖于轮圈1毛坯的外表面。

上述技术方案，轮圈1采用热成型后余热进行淬火处理，结合形变及相变强化工艺，实现轮圈1外圆表面全部喷淋硬化处理，上下轮圈1面喷水孔角度采用倾斜设计，保证轮圈1的内圆角充分冷却，提升轮圈1表面硬化层11深度和基体硬度，使轮体具有较高的整体强度和耐磨性。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括步骤S300：对整体淬火后的轮圈1进行校正，以使得轮圈1的圆度达到设定要求。整体淬火后，轮圈1可能会变形至椭圆形，对轮圈1进行校正，使得轮圈1的圆度满足产品要求。

由于现有技术中，引导轮采用感应淬火工艺，引导轮的轮体为薄壁焊接件，其轮圈1经过两次感应淬火后，感应淬火的应力会导致轮毂4轴向方向产生偏移，所以需要进行冷挤压校正。本发明实施例的技术方案，不再需要感应淬火工艺，也自然不会产生轮毂4轴向方向产生偏移的问题，所以不再需要进行冷挤压校正。本发明实施例对轮圈1进行的圆度校正工艺不是冷挤压校正，圆度校正工艺简单，校正效率高。

上述技术方案提供的引导轮制备方法，工艺步骤少，且工艺质量可靠，提升了加工得到的引导轮的产品质量，实现对现有工艺的改善，省略了机加工前冷挤压校正的工序，极大地提高了生产效率，降低了生产成本。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤S400：对校正后的轮圈1进行回火：将轮圈1加热至190℃～210℃，并保温2.5～3.5小时。通过回火处理，释放掉轮圈1整体喷淋淬火时组织转变和校正时产生的内应力，起到稳定组织和尺寸的作用，且调整了淬火硬度，使得硬化层11的硬度更优。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括步骤S500、对回火后的轮圈1进行抛丸处理，以清除轮圈1表面的氧化层。进行抛丸处理，清理工件表面氧化层。轮圈1整体喷淋淬火后，表面会产生氧化层，影响轮圈1涂装附着力，因此需要抛丸处理。抛丸处理有效清除了轮圈1表面的氧化层，使得后续步骤中可以更加有效地进行轮圈1涂装。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括以下步骤：

步骤S600、对轮圈1进行机加工，以使得焊接坡口12形状满足焊接要求。焊接坡口12是轮圈1，在后续的步骤中，轮圈1与两个轮毂4、两个腹板5焊接固定，为了使得轮圈1、两个轮毂4、两个腹板5在焊接前能够更加精准地定位，需要对轮圈1的焊缝进行机加工，具体比如采用车削加工，以去除焊接剖口表面的氧化层。

轮毂4采用闭式锻造，锻造后雾冷处理，有效提高轮毂4内孔硬度。轮毂4内孔硬度在200HBW以上。轮毂4通过闭式锻造成型工艺，可以减少加工余量，轮毂4锻造后采用雾冷快速降温处理，提高轮毂4基体硬度，且可以延长轮体使用寿命。

步骤700、通过焊接坡口12将轮圈1与轮毂4、腹板5焊接固定得到轮体。

具体采用环封焊接、气保焊接的方式将轮圈1与轮毂4、腹板5焊接以得到轮体。在焊接过程中，焊枪6的位置不动，轮圈1按设定速度匀速转动，同时采用喷水器7对轮圈1焊接区域外表面进行局部喷水冷却，以防止因焊接热量传递致使轮圈1产生局部退火，避免硬度降低，从而可以将轮圈1热处理工艺调整至焊接工艺前进行，有效保证了焊接后轮体的高硬度。将轮圈1热处理工艺调整至焊接工艺前进行，还可减小轮体进行两次外圆感应淬火时，因两次淬火应力导致的轮毂4轴向方向偏移，轮毂4与轮圈1错位，实现机加工前免冷挤压校正，避免冷挤压校正对焊缝质量的影响。

步骤S800、对轮体进行精加工，以实现轮体与轮轴、轮座的装配，以得到引导轮半成品。焊接得到的轮体后续要与轮轴、轮座装配，所以需要加工出装配所需要的结构。

在一些实施例中，引导轮制备方法还包括步骤S900、对引导轮半成品进行涂装，以得到引导轮。

参见图3，在将轮圈1与腹板5焊接过程中，对焊接位置喷水以冷却保护轮圈1和腹板5。可以采用喷水枪对焊接位置喷水，以降低或者消除焊接产生的热量，实现冷却保护，以使得轮圈1表面硬化层11的硬度不降低。

本发明实施例还提供一种引导轮，采用本发明任一技术方案所提供的引导轮制备方法得到，引导轮的轮圈1的表面具有厚度不小于4mm的硬化层11。轮圈1的两个踏面轮圈1最大外圆位置硬化层11深度均≥4mm，表面硬度为50～60HRC。相较于传统感应淬火工艺所得到的硬化层11要求仅大于1mm、轮圈1踏面硬化层11厚度仅大于3mm的方案，本发明实施例提供的引导轮制备方法，得到的引导轮的硬度更高、耐磨性更优。

在一些实施例中，引导轮的各个部位的硬化层11的厚度均匀。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种引导轮制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将带有冲孔的胚件进行碾环加工得到轮圈毛坯；其中，碾环加工后所述轮圈毛坯的温度为850℃～900℃；

对所述轮圈毛坯进行整体淬火，在整体淬火结束时，控制所述轮圈毛坯的温度为60℃～100℃。

2.根据权利要求1所述的引导轮制备方法，其特征在于，采用以下步骤进行整体淬火：

将所述轮圈毛坯安装至旋转定位装置，所述旋转定位装置被构造为带动所述轮圈毛坯回转；

采用喷水部件对所述轮圈毛坯的外表面喷水。

3.根据权利要求2所述的引导轮制备方法，其特征在于，对所述轮圈毛坯的外表面喷水的时长为2～2.5分钟。

4.根据权利要求2所述的引导轮制备方法，其特征在于，对所述轮圈毛坯的外表面喷水的水流量为：30～40立方米/小时。

5.根据权利要求2所述的引导轮制备方法，其特征在于，所喷的水的温度为15～40℃。

6.根据权利要求1所述的引导轮制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对整体淬火后的所述轮圈进行校正，以使得所述轮圈的圆度达到设定要求。

7.根据权利要求6所述的引导轮制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对校正后的所述轮圈进行回火：将所述轮圈加热至190℃～210℃，并保温2.5～3.5小时。

8.根据权利要求7所述的引导轮制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对回火后的所述轮圈进行抛丸处理，以清除所述轮圈表面的氧化层。

9.根据权利要求1所述的引导轮制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述轮圈的焊接坡口进行机加工；

通过所述焊接坡口将所述轮圈与轮毂、腹板焊接固定得到轮体；

对所述轮体进行精加工，以实现所述轮体与轮轴、轮座的装配，以得到引导轮半成品。

10.根据权利要求9所述的引导轮制备方法，其特征在于，在将所述轮圈与轮毂、腹板焊接过程中，焊枪的位置是静止的，所述轮圈按照设定速度匀速转动。

11.根据权利要求10所述的引导轮制备方法，其特征在于，在将所述轮圈与轮毂、腹板焊接过程中，对焊接位置喷水以冷却保护所述轮圈、所述轮毂和所述腹板。

12.根据权利要求9所述的引导轮制备方法，其特征在于，所述轮毂采用以下方法得到：采用闭式锻造、锻造后雾冷处理得到所述轮毂。

13.根据权利要求9所述的引导轮制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：对所述引导轮半成品进行涂装，以得到引导轮。

14.一种引导轮，其特征在于，采用权利要求1～13任一所述的引导轮制备方法得到，所述引导轮的轮圈(1)的表面具有厚度不小于4mm的硬化层(11)，且所述硬化层(11)的表面硬度为50～60HRC。

15.根据权利要求14所述的引导轮，其特征在于，所述引导轮的各个部位的所述硬化层(11)的厚度均匀。

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