CN116770042A - 一种筒形工件淬火装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种筒形工件淬火装置及方法，包括：支撑机构，所述支撑机构用于支撑工件；外环冷却机构，所述外环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的外周面喷射淬火介质；内环冷却机构，所述内环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的内周面喷射淬火介质；约束机构，所述约束机构沿所述支撑机构上工件的径向对工件的内周面提供支撑。由上，在内环冷却机构与外环冷却机构对工件的内外周面喷射淬火介质进行淬火时，通过约束机构沿工件的径向对工件的内周面提供支撑，从而可以减少工件在淬火过程中发生的变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

Description

一种筒形工件淬火装置及方法

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，特别是一种筒形工件淬火装置及方法。

背景技术

大型筒形工件是国家各重要领域重大技术装备的核心基础零部件(如潜艇外壳、加氢反应器、煤液化装置等)，由于其工作环境非常极端，且对各重大装备的稳定运行起到关键作用，所以生产技术参数和使用性能指标的要求极高。热处理技术是确保大型筒形工件获得使用性能的核心工序，且淬火是热处理工序的关键环节。

为获得理想的使用性能，筒形工件必须淬透，故在淬火过程需较快的冷却速度。而筒形工件的直径尺度远大于壁厚尺度(直径与厚度之比高达750)，在结构上具有弱刚度特点，在传统浸液式淬火过程中，筒形工件冷却不均，且某瞬间冷却速度较大，导致筒形工件产生极大的瞬时/残余应力和淬火变形。为获得所需的安装精度，常采用增大壁厚及后续大量机加工的方法使得筒形工件获得所需的尺寸精度，该方法降低了材料利用率，延长了制备周期，且产品的性能一致性差，不满足我国制造业向高质量发展的需求。

因此，亟需一种筒形工件淬火装置及方法，可以减少筒形工件在淬火过程中的变形，提高筒形工件的尺寸精度。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种筒形工件淬火装置及方法，可以减少筒形工件在淬火过程中的变形，提高筒形工件的尺寸精度。

为达到上述目的，本申请第一方面提供一种筒形工件淬火装置，包括：支撑机构，所述支撑机构用于支撑工件；外环冷却机构，所述外环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的外周面喷射淬火介质；内环冷却机构，所述内环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的内周面喷射淬火介质；约束机构，所述约束机构沿所述支撑机构上工件的径向对工件的内周面提供支撑。

由上，在内环冷却机构与外环冷却机构对工件的内外周面喷射淬火介质进行淬火时，通过约束机构沿工件的径向对工件的内周面提供支撑，从而可以减少工件在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述约束机构包括：多个液压缸，所述液压缸沿所述工件的径向朝向外侧方向布设，所述液压缸的驱动杆的端部设置有推头。

由上，通过沿工件的径向设置多个液压缸，从而可以通过多个液压缸对工件的对个位置提供支撑，从而可以减少工件在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述液压缸成对设置，成对的所述液压缸处于所述工件的同一直径线上。

由上，通过将成对的液压缸沿工件的同一直径线设置，从而可以使工件受到的支撑力沿工件的轴心保持对称。由此，从而可以减少工件在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述液压缸沿所述工件的周向和/或轴向均匀布设。

由上，通过使液压缸沿工件的轴向、周向均匀布设，从而可以使工件淬火时受到的支撑力更加均匀，从而可以减少工件在淬火过程中发生变形，进而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述支撑机构包括：底座；支撑辊，所述支撑辊设置在所述底座上，所述支撑辊以圆形阵列设置有多个；电机，所述电机设置在所述底座上，与所述支撑辊传动连接。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述支撑辊呈锥形，朝向所述圆形阵列中心一端的直径大于另一端。

由上，通过支撑辊可以驱动工件转动，由于支撑辊呈锥形，在工件转动后，工件在向心力的作用下可以实现对中，从而可以提高工件的位置精度。

作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括：升降机构，所述升降机构驱动所述外环冷却机构、所述内环冷却机构与所述约束机构上下移动。

由上，通过升降机构驱动外环冷却机构、内环冷却机构与约束机构上下移动，从而可以在上料时控制外环冷却机构、内环冷却机构与约束机构向上移动，以便更为方便地通过转运设备将工件放置在支撑机构上。还可以在对工件进行淬火时，控制外环冷却机构、内环冷却机构与约束机构向下移动，以便对工件进行淬火。

作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括：安装机构，所述外环冷却机构与所述内环冷却机构的喷嘴设置在所述安装机构上，所述安装机构驱动所述外环冷却机构与所述内环冷却机构的喷嘴以所述安装机构上工件的轴心为中心往复转动预定角度。

由上，通过安装机构驱动外环冷却机构与内环冷却机构的喷嘴往复转动，从而可以在对工件进行淬火时使喷射到工件上淬火介质的位置处于移动中，从而避免工件上某一位置喷射淬火介质的时间过长影响工件冷却温度的均匀性。由此，可以使工件淬火时的温度更加均匀，从而可以提高工件的尺寸精度。

本申请第二方面提供一种筒形工件淬火方法，使用本申请第一方面中任一项所述的筒形工件淬火装置对工件进行淬火，包括：获取第一信息，所述第一信息包括工件淬火时的内部应力信息与变形信息；获取第二信息，所述第二信息为工件的目标尺寸信息；根据第一信息与第二信息确定第一控制信息，所述第一控制信息控制液压缸的驱动杆沿工件径向移动的距离以及施加在工件内周面上的力的大小。

由上，通过第一信息及第二信息确定的第一控制信息对液压缸进行驱动，使液压缸根据第一控制信息对工件提供支撑，从而可以在淬火时减少工件发生变形，使工件在淬火后达到目标尺寸，从而可以提高工件的尺寸精度。

作为第二方面的一种可能的实现方式，还包括：获取第三信息，所述第三信息为喷射到工件内外周面的淬火介质的流量与压力信息；根据所述第三信息对所述第一信息进行校正。

由上，可以通过第三信息对第一信息进行校正，从而可以提高第一控制信息的精度，进而可以在淬火时更好地对工件提供支撑，以减少工件在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件的尺寸精度。

本发明的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

以下参照附图来进一步说明本发明的各个特征和各个特征之间的联系。附图均为示例性的，一些特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本申请所涉及领域的惯常的且对于本申请非必要的特征，或是额外示出了对于本申请非必要的特征，附图所示的各个特征的组合并不用以限制本申请。另外，在本说明书全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：

图1为本申请中筒形工件淬火装置的结构示意图；

图2为图1中筒形工件淬火装置的底部正投影结构示意图；

图3为本申请中筒形工件淬火方法的流程示意图。

附图标记说明

10筒形工件淬火装置；20工件；100支撑机构；110底座；120支撑辊；130电机；200外环冷却机构；210喷嘴；300内环冷却机构；310喷嘴；400约束机构；410液压缸；420推头；500升降机构；600安装机构。

具体实施方式

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S110、S120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

下面，结合附图，对本申请实施例中筒形工件淬火装置10的具体机构进行详细的描述。

图1为本申请中筒形工件淬火装置10的结构示意图；图2为图1中筒形工件淬火装置10的底部正投影结构示意图。如图1、图2所示，本申请中的筒形工件淬火装置10包括支撑机构100、外环冷却机构200、内环冷却机构300与约束机构400。其中，支撑机构100用于支撑工件20，外环冷却机构200用于向支撑机构100上工件20的外周面喷射淬火介质，内环冷却机构300用于向支撑机构100上工件20的内周面喷射淬火介质，约束机构400沿支撑机构100上工件20的径向对工件20的内周面提供支撑。由此，在内环冷却机构300与外环冷却机构200对工件20的内外周面喷射淬火介质进行淬火时，通过约束机构400沿工件20的径向对工件20的内周面提供支撑，以减少工件20在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件20的尺寸精度。

如图1、图2所示，在一些实施例中，约束机构400包括多个液压缸410，液压缸410沿工件20的径向朝向外侧方向布设，液压缸410的驱动杆的端部设置有推头420。由此，通过沿工件20的径向设置多个液压缸410，从而可以通过多个液压缸410对工件20的对个位置提供支撑，从而可以减少工件20在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件20的尺寸精度。

如图2所示，在一些实施例中，液压缸410成对设置，成对的液压缸410处于工件20的同一直径线上。由此，通过将成对的液压缸410沿工件20的同一直径线设置，从而可以使工件20受到的支撑力沿工件20的轴心保持对称。由此，可以减少工件20在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件20的尺寸精度。

如图1、图2所示，在一些实施例中，液压缸410沿工件20的周向和/或轴向均匀布设。由此，通过使液压缸410沿工件20的轴向、周向均匀布设，从而可以使工件淬火时受到的支撑力更加均匀，从而减少工件20在淬火过程中发生变形，实现近零畸变淬火/热处理，提高工件20的尺寸精度。

如图1、图2所示，在一些实施例中，支撑机构100包括底座110、支撑辊120与电机130。其中，支撑辊120设置在底座110上，支撑辊120以圆形阵列设置有多个，电机130设置在底座110上，与支撑辊120传动连接。由此，工件20可以放置在支撑辊120上，由支撑辊120驱动工件20转动。

如图1、图2所示，在一些实施例中，支撑辊120呈锥形，朝向圆形阵列中心一端的直径大于另一端。由此，通过支撑辊120可以驱动工件20转动，由于支撑辊120呈锥形，在工件20转动后，工件20在向心力的作用下可以实现对中，从而可以提高工件20的位置精度。

如图1、图2所示，在一些实施例中，本申请中的筒形工件淬火装置10还包括升降机构500，升降机构500驱动外环冷却机构200、内环冷却机构300与约束机构400上下移动。由此，通过升降机构500驱动外环冷却机构200、内环冷却机构300与约束机构400上下移动，从而可以在上料时控制外环冷却机构200、内环冷却机构300与约束机构400向上移动，以便更为方便地通过转运设备将工件20放置在支撑机构100上。还可以在对工件20进行淬火时，控制外环冷却机构200、内环冷却机构300与约束机构400向下移动，以便对工件20进行淬火。

如图1、图2所示，在一些实施例中，本申请中的筒形工件淬火装置10还包括安装机构600，外环冷却机构200与内环冷却机构300的喷嘴210、310设置在安装机构600上，安装机构600驱动外环冷却机构200与内环冷却机构300的喷嘴210、310以安装机构600上工件20的轴心为中心往复转动预定角度。由此，通过安装机构600驱动外环冷却机构200与内环冷却机构300的喷嘴210、310往复转动，从而可以在对工件20进行淬火时使喷射到工件20上淬火介质的位置处于移动中，从而避免工件20上某一位置喷射淬火介质的时间过长影响工件20冷却温度的均匀性。由此，可以使工件淬火时的温度更加均匀，从而可以提高工件20的尺寸精度。

本申请还提供一种筒形工件淬火方法900，其使用本申请中的筒形工件淬火装置10对筒形工件20进行淬火。下面，结合附图，对本申请实施例中的筒形工件淬火方法900的具体流程进行详细的描述。

图3为本申请中筒形工件淬火方法900的流程示意图。如图3所示，本申请中的筒形工件淬火方法900的具体流程包括：

步骤S910、获取第一信息。

在步骤S910中，获取第一信息，第一信息包括工件20淬火时的内部应力信息与变形信息。

步骤S920、获取第二信息。

在步骤S920中，获取第二信息，第二信息为工件20的目标尺寸信息。

步骤S930、确定第一控制信息。

在步骤S930中，根据第一信息与第二信息确定第一控制信息，第一控制信息控制液压缸410的驱动杆沿工件20径向移动的距离以及施加在工件20内周面上的力的大小。

由上，通过第一信息及第二信息确定的第一控制信息对液压缸410进行驱动，使液压缸410根据第一控制信息对工件20提供支撑，从而可以在淬火时辅助工件20达到预定的尺寸，减少工件20发生的变形，使工件20在淬火后达到目标尺寸，从而可以提高工件20的尺寸精度。

如图3所示，在一些实施例中，筒形工件淬火方法900还可以包括步骤S940。

步骤S940、获取第三信息。

在步骤S940中，获取第三信息，第三信息为喷射到工件20内外周面的淬火介质的流量与压力信息；根据第三信息对第一信息进行校正。

由上，由于淬火介质的流量与压力发生变化时，会影响工件20淬火时的应力信息与变形信息，可以通过第三信息对第一信息进行校正，从而可以提高第一控制信息的精度，进而可以在淬火时更好地对工件20提供支撑，以减少工件20在淬火过程中发生变形，从而可以实现近零畸变淬火/热处理，提高工件20的尺寸精度。

下面，结合附图，以一个具体的实施例为例，对本申请中的筒形工件淬火装置10进行详细的描述。

首先，本实施例中进行淬火的工件20为一种超大直径筒形工件20，其外径为8000-12000mm，高度为2000-6000mmm，径厚比为100-750。

如图1、图2所示，本实施例中的筒形工件淬火装置10包括：支撑机构100、外环冷却机构200、内环冷却机构300、约束机构400、安装机构600、升降机构500。

支撑机构100包括若干支撑平台，主要用于支撑大型筒形工件20。支撑平台呈圆周均匀布置，支撑平台的数量为8-12座。支撑平台均由底座110、支撑辊120、变频电机130等组成。底座110固定在地基上，变频电机130固定在底座110上，支撑辊120通过轴承固定在底座110上。支撑平台的支撑辊120的平面度≤3mm，且所有支撑辊120在变频电机驱动下按同一个方向旋转。支撑辊120采用组合形式，轴承传动端采用优质碳素结构钢或合金钢，如45#钢或40Cr，而与工件20接触端采用热作模具钢，如H13钢等。如图1、图2所示，支撑辊120的支撑工件20端采用锥形结构。

由上，完成加热的大型筒形工件20通过常规的叉车式转运装置转移至支撑机构100的支撑辊120上，变频电机启动驱动支撑辊120旋转，在摩檫力作用下带动大型筒形工件20自旋转，在楔形辊棒的作用下，大型筒形工件20自动调整圆心，使得若干支撑平台构成圆的圆心与大型筒形工件20底部圆的圆心同心。

如图1、图2所示，外环冷却机构200包括储水池、供水管、动力泵、软管、分流管、自控阀、压力检测器、径向环形管和喷嘴210、310等。动力泵为变频泵，提供的淬火介质压力为0.6～1.0MPa，瞬时最大流量为8000～18000m³/h。软管采用金属不锈钢软管，其直径与供水管的直径大小一致。分流管、自控阀、径向环形管的数量一致，相邻环形管之间的距离为300-800mm，分流管的直径为200-400mm，且分流管的直径与供水管的直径之比为1/4～1/2。自控阀在分流管上，压力检测器固定在自控阀与径向环形管之间的分流管上，自控阀与压力传感器构成闭环控制，使得淬火介质在工艺参数范围内。

自控阀与总管的距离≥5*DN_分(DN_分为分流管的工程直径)，并所述自控阀与环形管的距离≥8*DN_分(DN_分为分流管的工程直径)，所述压力检测器与自控阀的距离≥3*DN_分(DN_分为分流管的工程直径)且压力检测器与分流管的距离≥4*DN_分(DN_分为分流管的工程直径)。

喷嘴210均匀安装在径向环形管上，喷嘴210与喷嘴210之间的均匀为100-400mm。喷嘴210喷出的液滴直径为0.05-0.12mm，喷出淬火介质的形状呈现椭锥体，与工件20接触面为椭圆形，椭圆与四周椭圆的接触距离L为3-5mm，喷嘴210、310与工件20之间的距离为600-1200mm。径向环形管固定在安装机构600上，并可以随着安装机构600上下移动。

由上，外环冷却机构200工作前，储水池内准备足够的淬火介质，自控阀处于关闭状态。工作初期，自控阀以10-15％的开度自动打开，动力泵自动启动，将储水池内的淬火介质分别流经供水管、软管、分流管和自动阀流向径向环形管。约3-5s后，压力检测器检测分流管内淬火介质压力，通过自动调节自控阀开度至50-80％，使得压力检测器检测的压力在工艺范围内，同时径向环形管内的水通过喷嘴210喷出，喷向筒形工件20的外表面。

如图1、图2所示，内环冷却机构300包括储水池、供水管、动力泵、软管、集水块、分流管、自控阀、压力检测器、轴向弧形框、喷嘴310等。内环冷却机构300中的储水池、供水管、动力泵、软管、分流管、自控阀、压力检测器、喷嘴310与外环冷却机构200中的储水池、供水管、动力泵、软管、分流管、自控阀、压力检测器及喷嘴210是一致的，集水块与供水管相连接，分流管与集水块相连接。

内环冷却机构300中供水管数量n满足如下要求：

式子中D为工件20的中径。

轴向弧形框上纵横布置喷嘴310，喷嘴310与喷嘴310之间的距离为100-300mm之间。喷嘴310喷出的液滴直径为0.05-0.12mm，喷出介质的形状呈现椭锥体，与构件接触面为椭圆形，椭圆与四周椭圆的接触距离L为3-5mm，喷嘴310与工件20之间的距离为400-800mm之间，从而使相邻喷嘴310喷射到工件20上的淬火介质区域重合。

由上，外环冷却机构200工作前，储水池内准备足够的淬火介质，自控阀处于关闭状态。工作初期，自控阀以8-12％的开度自动打开，动力泵自动启动，将储水池内的淬火介质分别流经供水管、软管、分流管和自动阀打向集水块，经过分流管进入轴向弧形框，约3-5s后，压力检测器检测分流管内淬火介质压力，通过自动调节自控阀开度至45-70％，使得压力检测器检测的压力在工艺范围内，同时轴向弧形框内的水通过喷水喷出，喷向筒形工件20的内表面。

如图1、图2所示，约束机构400包括液压站、分流组、液压管、压力阀、压力传感器、液压缸410、缸座支撑等。液压站为液压缸410提供所需压力的液压油，分流组布置在液压站的出口端，将液压油由液压站出来的一股按需分为M股，其中M与液压缸410组的数量O是相等的。压力传感器位于压力阀与液压缸410之间，每一支液压缸410配置一支压力传感器和压力阀。压力传感器及压力阀构成闭环，调节液压油的压力，进而调整液压缸410作用在筒形工件20上的约束力。

沿着筒形工件20轴向布置O套液压缸410组，且液压缸410组数量O满足如下要求：

式子中H为工件20的高度。

液压缸410组由P支液压缸410组成，且液压缸410的数量P满足如下要求：

P＝n

式子中n为内环冷却机构300中供水管数量。

液压缸410沿着筒形工件20均匀布置，液压缸410头部配有100*100-300*300mm的推头420，推头420采用热作模具钢，如H13钢等。液压缸410以铰支座的方式固定在缸体支撑组件上，从而可以提高液压缸410的自由度，可以在对工件20进行支撑时进行微调，避免液压缸410与工件20之间因角度不适影响支撑效果。液压缸410的压力为0.5～2.0MPa；在冷却的过程中，压力是变化的，在冷却初期压力P₀为0.5～0.8MPa，在冷却一段时间t后，压力为P₁，总的冷却时间为t_总，t、P₁及t_总分别满足如下关系：

lgt＝-0.952+1.675lgδ

式子中t为时间，单位为min，δ为板的厚度，单位为mm，且实际处理时t和t_总按四舍五入取整数。

由上，约束机构400在待筒形工件20稳定置于支撑机构100后，液压站启动，在液压站的作用下，液压油经过液压管进入液压缸410中，推头420伸出，推头420以压力为P₀的大小顶住筒形工件20上，冷却tmin后，压力增加至P₁，冷却t_总min后，完成筒形工件20的淬火冷却，液压缸410控制推头420回缩。

如图1、图2所示，安装机构600包括机架、介质收集底座及缸体支撑组件等。机架由型钢、钢板焊接制造而成，机架的整体呈圆形设置。介质收集底座110由型钢、钢板焊接制造而成，介质收集底座110采用圆形，且固定在地基上。缸体支撑组件由型钢、钢板焊接制造而成，且固定在升降机构500上。介质收集底座110用于收集淬火介质，防止淬火介质四溢。安装机构600的内径比筒形工件20的外径大1000-1800mm，高度比筒形工件20的高度大400-800mm。升降机构500可以驱动安装机构600沿着高度方向运动，当筒形工件20在运至支撑机构100的过程中，安装机构600在最高位，当筒形工件20安稳置于支撑机构100或不开始工作时，安装机构600在最低位。

由上，安装机构600通过升降机构500升至最高位，通过常规转运设备将筒形工件20置于支撑机构100，升降机构500将安装机构600降低至最低位，为后续淬火冷却做好准备。

如图1、图2所示，升降机构500包括滚轮、导向柱、驱动电机、滚筒、钢丝绳等。滚轮固定在安装机构600上，与导向柱配合使用，起到导向的作用。

由上，升降机构500的驱动电机正转带动滚筒旋转带动钢丝绳往上收缩，在滚轮和导向柱的作用下，钢丝绳带动安装机构600垂直往上移动；驱动电机反转，安装机构600垂直往下移动。

下面，选用材质为低碳低合金钢，外径为10000mm，厚度为80mm，高度为13000mm的超大型筒形工件20为例，结合图1、图2与图3，使用本申请中的筒形工件淬火装置10对筒形工件20进行淬火的具体步骤进行详细的说明。

筒形工件20在奥氏体化加热处理过程中，筒形工件淬火装置10提前10min发出出料信号，此时升降机构500将安装机构600提升至最高位，系统全面检查压力检测器、自控阀、动力泵等状态，若压力检测器、自控阀、动力泵有故障，则及时报警，否则执行后续步骤。

当筒形工件20奥氏体化加热完成后，转移装置将筒形工件20转移至支撑机构100上，支撑机构100的电机启动，工件20自转约10s，此时升降机构500将安装机构600降低至最低位，外环冷却机构200和内环冷却机构300的动力泵启动为喷嘴210、310提供淬火介质，同时流量检测器及压力检测器检测到淬火介质的流量和压力，并反馈闭环控制自控阀体的开度使得淬火介质的流量和压力在工艺范围内(其中外环冷却机构200的淬火介质流量为12000m³/h，自控阀的压力为0.2MPa，内环冷却机构300的淬火流量为10000m³/h，自控阀的压力为0.25MPa)，与此同时，约束机构400的液压系统启动，液压缸410的推头420伸出顶至筒形工件20内壁，同时压力传感器检测液压油的压力、并反馈闭环控制压力阀的开度使得液压油的压力在目标范围内(冷却初期压力传感器的压力为0.8MPa，压力传感器的数值随着冷却时间呈线性变化，冷却6min后通过调节压力阀压力传感器的压力为1.5MPa)，冷却11min后，筒形工件20冷却至约80℃，停止所有的动力泵，自控阀关闭，完成筒形工件20的冷却，随后升降机构500将安装机构600提升至最高位转移装置将筒形工件20从支撑机构100上转移至下一个目标位置，至此，筒形工件20淬火完毕。

当介质收集底座110的装置检测到淬火介质时，回流泵自动启动，将介质收集底座110中的淬火介质打回储蓄池内。

另外，通过本申请中的筒形工件淬火装置10对低碳低合金钢，外径为10000mm，厚度为80mm，高度为13000mm的超大型筒形工件20进行淬火之前，需要对工件20进行热处理数值模拟。分析采用该筒形工件淬火装置10对筒形工件20进行热处理时，其内部应力、变形大小、冷却时间的情况。同时对采用常规浸液式淬火设备对该筒形工件20进行热处理的情况也进行了热处理数值模拟。两种方式的内部应力、变形大小、冷却时间如表1所示：

表1两种淬火方式下内部应力、变形大小、冷却时间情况

从上表格可知，采用本申请中的筒形工件淬火装置10对筒形工件20进行淬火，筒形工件20在热处理过程形成的内部应力小、淬火变形小、冷却时间短，是一种高精度高效率的淬火冷却设备。

另外，通过表1中的数据可知，通过热处理数值模拟可以获得筒形工件20进行淬火时的应力信息与变形信息。根据应力信息与变形信息可以获得液压缸410的控制信息，控制液压缸410支撑筒形工件20冷却变形到预定尺寸后停止移动，使工件尺寸保持在预定尺寸状态。同时，调节液压缸410提供的支撑力，以保证支撑工件20的稳定性。

外环冷却机构200与内环冷却机构300的喷嘴210、310对工件20进行淬火的过程中，通过传感器检测收集喷嘴210、310喷出的淬火介质的流量与压力信息，通过流量与压力信息可以对筒形工件20进行淬火时的应力信息与变形信息进行校正，从而可以提高控制信息的准确性，进而提高工件的尺寸精度。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种筒形工件淬火装置，其特征在于，包括：

支撑机构，所述支撑机构用于支撑工件；

外环冷却机构，所述外环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的外周面喷射淬火介质；

内环冷却机构，所述内环冷却机构用于向所述支撑机构上工件的内周面喷射淬火介质；

约束机构，所述约束机构沿所述支撑机构上工件的径向对工件的内周面提供支撑。

2.根据权利要求1所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，所述约束机构包括：

多个液压缸，所述液压缸沿所述工件的径向朝向外侧方向布设，所述液压缸的驱动杆的端部设置有推头。

3.根据权利要求2所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，所述液压缸成对设置，成对的所述液压缸处于所述工件的同一直径线上。

4.根据权利要求2或3所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，所述液压缸沿所述工件的周向和/或轴向均匀布设。

5.根据权利要求1所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，所述支撑机构包括：

底座；

支撑辊，所述支撑辊设置在所述底座上，所述支撑辊以圆形阵列设置有多个；

电机，所述电机设置在所述底座上，与所述支撑辊传动连接。

6.根据权利要求5所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，所述支撑辊呈锥形，朝向所述圆形阵列中心一端的直径大于另一端。

7.根据权利要求1所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，还包括：

升降机构，所述升降机构驱动所述外环冷却机构、所述内环冷却机构与所述约束机构上下移动。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的筒形工件淬火装置，其特征在于，还包括：

安装机构，所述外环冷却机构与所述内环冷却机构的喷嘴设置在所述安装机构上，所述安装机构驱动所述外环冷却机构与所述内环冷却机构的喷嘴以所述安装机构上工件的轴心为中心往复转动预定角度。

9.一种筒形工件淬火方法，其特征在于，使用权利要求1-8中任一项所述的筒形工件淬火装置对工件进行淬火，包括：

获取第一信息，所述第一信息包括工件淬火时的内部应力信息与变形信息；

获取第二信息，所述第二信息为工件的目标尺寸信息；

根据第一信息与第二信息确定第一控制信息，所述第一控制信息控制液压缸的驱动杆沿工件径向移动的距离以及施加在工件内周面上的力的大小。

10.根据权利要求9所述的筒形工件淬火方法，其特征在于，

获取第三信息，所述第三信息为喷射到工件内外周面的淬火介质的流量与压力信息；

根据所述第三信息对所述第一信息进行校正。