CN117004799B - 地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法，涉及淬火技术领域，其中，使用定位板作为主要支撑结构，以承受薄壁异形件的重量；此外，通过引入定位轴，能够限制薄壁异形件在垂直方向上相对于定位架的移动；为了限制其在水平方向上的运动，采用了定位夹持件的解决方案；这些定位夹持件与定位板以及定位轴协同工作，不仅限制了薄壁异形件的运动范围，还有效地防止了在淬火过程中可能引发的形变问题；特别值得注意的是，定位夹持件还具备应对多种因淬火引起的薄壁异形件形变的能力，确保薄壁异形件保持预期的几何形状。

Description

地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法

技术领域

本发明涉及淬火技术领域，具体是地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法。

背景技术

地铁转向架中的薄壁异形件通常是指转向架内部的构件或部件，其采用了薄壁结构设计；这些薄壁异形件可能包括连接梁、支撑构件、隔离片等，这些构件在地铁车辆的转向架中扮演着重要的角色，用于支撑车体、连接各个部件，以及实现车辆的转向和运动；薄壁设计的优势在于，通过减少材料的使用量，可以减轻车辆的整体重量，从而降低能耗、提高加速性能和制动效率；此外，薄壁结构还可以在一定程度上优化车辆的空气动力学性能，进一步提升车辆的运行效率；这种设计可以在保持足够强度的前提下，减少构件的重量，从而降低整个转向架的自重，提高地铁车辆的运行效率和能源利用率。

在地铁转向架薄壁异形件生产过程中，往往会涉及到淬火过程，淬火是一种热处理工艺，一方面淬火可以使地铁转向架薄壁异形件的表面硬度显著增加；这对于制造需要耐磨性和耐用性的地铁转向架薄壁异形件至关重要，另一方面，淬火可以增加地铁转向架薄壁异形件的抗拉强度和屈服强度，从而提高其整体机械性能，另外，淬火可以改变地铁转向架薄壁异形件的晶体结构和组织，从而改变其物理和机械性能。

然而，由于地铁转向架薄壁异形件存在薄壁结构，因此，在淬火过程中，地铁转向架薄壁异形件可能会产生形变问题，在现有技术中，针对地铁转向架薄壁异形件在淬火过程中可能产生的形变问题，常常采取了一些优化措施来改善这一情况；其中，主要的策略之一是通过优化淬火温度梯度的方式来处理，但是其效果较为一般，究其原因，一方面该方式使得整体的淬火效率被降低了，另一方面，这种方式仅是从应力方面来应对形变问题。

因此，有必要提供地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：地铁转向架薄壁异形件淬火设备，包括淬火槽和定位架，其中，所述淬火槽中提供有导热流体，所述定位架为耐高温材质且用于放置待淬火的薄壁异形件，所述薄壁异形件包括弧形部以及固定于弧形部底部的座体部，其中，所述弧形部的上下两侧依次延伸形成有上延伸部和下延伸部，所述座体部上开设有柱槽部，所述定位架包括底板、第一竖板、第二竖板、定位板以及夹持定位件，其中，所述第一竖板和第二竖板呈十字型连接且固定于所述底板上，所述第一竖板和第二竖板之间构成四个开放式的分隔空间，所述分隔空间的一侧设置有定位板，用于定位承载所述座体部，所述定位板上固定有定位轴，所述定位轴用于定位所述柱槽部，所述分隔空间的另一侧设置有定位夹持件，用于定位和/或调整所述上延伸部。

进一步的，所述定位夹持件包括下板体、下轴体、上板体以及上轴体，其中，所述下板体和上板体呈对称设置，所述下板体中可贯穿的螺纹连接有所述下轴体，所述上板体中可贯穿的螺纹连接有所述上轴体。

进一步的，所述下轴体靠近上轴体的一端固定有下垫体，所述上轴体靠近所述下轴体的一端固定有上垫体，所述下垫体和上垫体均具有微弹性形变能力。

进一步的，所述上轴体靠近所述下轴体的一端固定有上垫体，所述下轴体靠近上轴体的一端固定有弹簧，所述弹簧的另一端固定有浮板，所述浮板的另一端固定有下垫体。

进一步的，所述浮板的内部具有空腔，所述空腔由封堵塞进行封堵。

进一步的，所述上轴体的顶部具有隔热部，所述隔热部中嵌入有压力传感器。

进一步的，所述定位板的一侧设置有定位槽，所述定位槽用于滑动连接所述下延伸部并为其提供定位。

进一步的，所述底板上开设有多个通孔，所述通孔对应于所述定位板的下方。

地铁转向架薄壁异形件淬火方法，包括如下步骤：

S1.在定位架上依次放置四个薄壁异形件，其中薄壁异形件的座体部承载于定位板上，薄壁异形件的柱槽部限位于定位轴上，薄壁异形件的上延伸部被定位夹持件定位和/或调整；

S2.下垫体支撑于薄壁异形件的上延伸部的下方，转动上轴体使得上垫体压紧薄壁异形件的上延伸部的上方；

S3.将定位架缓慢放置于淬火槽中进行淬火处理；

S4.水平和/或竖直移动所述定位架，使得所述定位架位于所述淬火槽的不同位置；

S5.取出所述定位架，完成淬火。

S2中转动上轴体使得上垫体压紧薄壁异形件的上延伸部的上方时能够使得所述薄壁异形件的上延伸部略微向下形变。

与现有技术相比，本发明提供了地铁转向架薄壁异形件淬火设备及方法，具备以下有益效果：

本发明实施例中，主要通过使用定位板来支撑薄壁异形件的重量；通过使用定位轴能够防止其在垂直方向上相对于定位架移动；为了防止薄壁异形件在水平方向上相对于定位架移动，还引入了定位夹持件；定位夹持件与定位板、定位轴协同工作，既限制了薄壁异形件的运动，同时使其不容易受到淬火影响而发生形变；此外，定位夹持件还能够有效应对多种因淬火导致的薄壁异形件形变的问题，确保薄壁异形件保持预期的几何形状。

附图说明

图1为地铁转向架薄壁异形件淬火设备的结构示意图；

图2为薄壁异形件的结构示意图；

图3为地铁转向架薄壁异形件淬火设备中定位架的平面结构示意图；

图4为地铁转向架薄壁异形件淬火设备中定位架的立体结构示意图；

图5为地铁转向架薄壁异形件淬火设备中定位夹持件的结构示意图一；

图6为地铁转向架薄壁异形件淬火设备中定位夹持件的结构示意图二；

图中：a、淬火槽；b、定位架；c、第一分隔空间；d、薄壁异形件；1、底板；2、第一竖板；3、第二竖板；5、定位板；6、定位轴；7、下板体；8、下轴体；9、上板体；10、上轴体；11、定位槽；12、下垫体；13、上垫体；14、浮板；15、弹簧；16、弧形部；17、座体部；18、柱槽部；19、下延伸部；20、上延伸部。

具体实施方式

实施例一：请参照图1-图4，本发明实施例中，提供了地铁转向架薄壁异形件淬火设备，包括淬火槽a和定位架b，其中，所述淬火槽a中提供有导热流体，具体而言，淬火槽a通常由耐高温材料构建，以承受高温和热应力；其外壳可以是钢制的，用于保护内部耐火层，并提供结构支持；一般来说淬火槽a配备了加热装置，通常是电加热元件、燃气火炉或者电弧炉，用于将地铁转向架薄壁异形件d加热至所需温度；这一步骤是为了使金属的结晶结构达到适当的状态，另外，在加热后，地铁转向架薄壁异形件d需要迅速冷却以实现淬火的效果；因此淬火槽a通常具有冷却介质，如水、油或聚合物，以便在地铁转向架薄壁异形件d表面形成快速冷却的温度梯度；

本实施例中，所述定位架b为耐高温材质且用于放置待淬火的薄壁异形件d，以金属合金为例，其中，镍基高温合金（Nickel-based Superalloys）可耐受约700℃至1300℃的高温，具体合金类型和成分不同，耐温范围也会有所不同；而钨合金（Tungsten Alloys）可耐受约3400℃的高温。

以耐火材料为例，其中，耐火砖、耐火浇注料可耐受约1500℃至1800℃的高温，具体耐温范围因成分和制造工艺而异。

当然，这些耐温范围是基于一般性的参考值；实际上，材料的性能会受到多种因素的影响，包括制造工艺、材料的纯度、微结构等；在具体应用中，选择合适的耐超高温材料时，应根据实际条件和要求进行详细评估和测试。

本实施例中，所述薄壁异形件d为转臂定位座，其具体包括弧形部16以及固定于弧形部16底部的座体部17，其中，所述弧形部16的上下两侧依次延伸形成有上延伸部20和下延伸部19，所述座体部17上开设有柱槽部18；

本实施例中，所述定位架b包括底板1、第一竖板2、第二竖板3、定位板5以及夹持定位件，其中，所述第一竖板2和第二竖板3呈十字型连接且固定于所述底板1上，所述第一竖板2和第二竖板3之间构成四个开放式的分隔空间，所述分隔空间的一侧设置有定位板5，用于定位承载所述座体部17，所述定位板5上固定有定位轴6，所述定位轴6用于定位所述柱槽部18，所述分隔空间的另一侧设置有定位夹持件，用于定位和/或调整所述上延伸部20。

更具体的讲，四个分隔空间依次为第一分隔空间、第二分隔空间、第三分隔空间、第四分隔空间，如图4，以第一分隔空间c为例，第一分隔空间中设置有定位板5，所述定位板5垂直固定于第二竖板3上，用于定位承载所述座体部17，所述定位板5上固定有定位轴6，所述定位轴6用于定位所述柱槽部18，所述第一分隔空间的另一侧设置有定位夹持件，所述定位夹持件设置于第一竖板2上，用于定位和/或调整所述上延伸部20。

换句话说，本实施例中，主要依靠定位板5来实现对于薄壁异形件d的承载，而通过定位轴6可以对薄壁异形件d进行简单的定位，使其不会相对于定位架b而竖向移动，为了使得薄壁异形件d不会相对于定位架b而水平移动，本实施例中还设置有定位夹持件，当然，定位夹持件与定位板5、定位轴6相互配合还可以实现对于薄壁异形件d的外形限制，使其不易受外界影响而产生形变。

还需要解释的是，将所述薄壁异形件d设置于分隔空间中远离定位板5一侧的原因还包括：上延伸部20的长度大于下延伸部19的长度，上延伸部20相对于下延伸部19更容易产生淬火形变。

本实施例中，所述定位夹持件包括下板体7、下轴体8、上板体9以及上轴体10，其中，所述下板体7和上板体9呈对称设置，所述下板体7中可贯穿的螺纹连接有所述下轴体8，所述上板体9中可贯穿的螺纹连接有所述上轴体10。

本实施例中，所述下板体7中可贯穿的螺纹连接有所述下轴体8，但是，在实际实施时，在首次调整好下轴体8的位置后，使得所述下轴体8刚好支撑于所述上延伸部20的下方，后续使用中则无需再次调节所述下轴体8，基于此，在一些实施例中，下轴体8可固定连接于所述下板体7上。

本实施例中，通过转动所述上轴体10可以实现对于上轴体10的高度调节，进而实现利用上轴体10将所述上延伸部20压紧于所述下轴体8上。

地铁转向架薄壁异形件由于其几何形状的特殊性，容易导致淬火时的应力分布不均匀；在快速冷却的过程中，外表面和内部材料的温度变化速度不同，从而产生内部的应力和变形，这种变形可以通过对薄壁异形件d进行固定来缓解，也就是说，本实施例中，在淬火过程中，可以使用下轴体8和上轴体10来固定零件，减少变形的可能性。

作为较佳的实施例，所述上轴体10的顶部具有隔热部，所述隔热部中嵌入有压力传感器。

需要解释的是，为了更好的监测所述上轴体10和下轴体8之间是否实现对于上延伸部20的有效定位夹持，本实施例中在上轴体10的顶部还设置了隔热部，所述隔热部中嵌入有压力传感器，并且可将上轴体10配置的较长一些，使得当将所述定位架b沉浸在淬火槽a的导热流体中时，上轴体10的上方部分能够位于导热流体的上方，进而使得所述压力传感器不受导热流体的影响。

作为较佳的实施例，所述定位板5的一侧设置有定位槽11，所述定位槽11用于滑动连接所述下延伸部19并为其提供定位。

作为较佳的实施例，所述底板1上开设有多个通孔，所述通孔对应于所述定位板5的下方。

那么，在实施时，当将所述定位架b放入至淬火槽a中时，淬火槽a中的导热流体则相对于所述定位架b向上流动进而冲击定位架b，在此过程中，导热流体穿过通孔后被定位板5所缓冲及遮挡从而分流，进而减小了对于薄壁异形件d的冲击。

实施例二：请参照图1-图5，其与实施例一不同的地方在于，所述下轴体8靠近上轴体10的一端固定有下垫体12，所述上轴体10靠近所述下轴体8的一端固定有上垫体13，所述下垫体12和上垫体13均具有微弹性形变能力。

部分材料在淬火过程中可能发生相变，例如奥氏体转变为马氏体；这种相变可能伴随着体积的变化，导致薄壁异形件d的尺寸和形状发生变化，针对这种情况，如果仅是薄壁异形件进行简单的固定，这并不会对形变产生缓解，还会使得形变更加扭曲，而本实施例中，所述下轴体8靠近上轴体10的一端固定有下垫体12，所述上轴体10靠近所述下轴体8的一端固定有上垫体13，所述下垫体12和上垫体13均具有微弹性形变能力，如此则可以使得薄壁异形件可以随相变的产生而产生一定的形变，这种形变不会被过分的限制，保证了其形变是良性的，后续对其进行略微处理即可。

实施例三：请参照图1-图4和图6，其与实施例一不同的地方在于，所述上轴体10靠近所述下轴体8的一端固定有上垫体13，所述下轴体8靠近上轴体10的一端固定有弹簧15，所述弹簧15的另一端固定有浮板14，所述浮板14的另一端固定有下垫体12。

应当特别注意的是，本实施例中，针对下延伸部19和上延伸部20的处理采用了不同的方案，其中，由于下延伸部19短于所述上延伸部20，因此，下延伸部19所产生的形变几乎可以忽略，因此可在所述定位板5的一侧设置有定位槽11，所述定位槽11用于滑动连接所述下延伸部19并为其提供定位。

而部分材料在淬火过程中可能发生相变，例如奥氏体转变为马氏体；这种相变可能伴随着体积的变化，导致薄壁异形件的尺寸和形状发生变化，针对这种情况，如果仅是薄壁异形件d进行简单的固定，这并不会对形变产生缓解，还会使得形变更加扭曲，而本实施例中，所述下轴体8靠近上轴体10的一端固定有弹簧15，所述弹簧15的另一端固定有浮板14，所述浮板14的另一端固定有下垫体12，那么在下放定位架b时，在浮板14的作用下，上延伸部20会产生一定的向上预形变，之后在淬火过程中，上延伸部20因此相变而产生的向下形变则与预形变抵消，换句话说，本实施例中，可以对上延伸部20进行预变形处理，也即在充分加热之前可以施加一些适当的预变形以抵消率火过程中可能发生的变形；这种方法需要仔细的工艺控制和实验验证；

其中，针对工艺控制，本实施例中，可以通过调节浮板14所提供的浮力来调节预形变程度，具体的，本实施例中，在所述浮板14的内部还设置有空腔，所述空腔由封堵塞进行封堵。

地铁转向架薄壁异形件淬火方法，包括如下步骤：

S1.在定位架b上依次放置四个薄壁异形件d，其中薄壁异形件d的座体部17承载于定位板5上，薄壁异形件d的柱槽部18限位于定位轴6上，薄壁异形件d的上延伸部20被定位夹持件定位和/或调整；

S2.下垫体12支撑于薄壁异形件d的上延伸部20的下方，转动上轴体10使得上垫体13压紧薄壁异形件d的上延伸部20的上方；

S3.将定位架b缓慢放置于淬火槽a中进行淬火处理；

S4.水平和/或竖直移动所述定位架b，使得所述定位架b位于所述淬火槽的不同位置；

S5.取出所述定位架b，完成淬火。

另外，S2中转动上轴体10使得上垫体13压紧薄壁异形件d的上延伸部20的上方时能够使得所述薄壁异形件d的上延伸部20略微向下形变，实现预形变。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.地铁转向架薄壁异形件淬火设备，包括淬火槽（a）和定位架（b），其中，所述淬火槽（a）中提供有导热流体，所述定位架（b）为耐高温材质且用于放置待淬火的薄壁异形件（d），所述薄壁异形件（d）包括弧形部（16）以及固定于弧形部（16）底部的座体部（17），其中，所述弧形部（16）的上下两侧依次延伸形成有上延伸部（20）和下延伸部（19），所述座体部（17）上开设有柱槽部（18），其特征在于，所述定位架（b）包括底板（1）、第一竖板（2）、第二竖板（3）、定位板（5）以及夹持定位件，所述上延伸部（20）的长度大于所述下延伸部（19）的长度，所述薄壁异形件（d）设置于分隔空间中远离定位板（5）一侧，其中，所述第一竖板（2）和第二竖板（3）呈十字型连接且固定于所述底板（1）上，所述第一竖板（2）和第二竖板（3）之间构成四个开放式的分隔空间，所述分隔空间的一侧设置有定位板（5），用于定位承载所述座体部（17），所述定位板（5）上固定有定位轴（6），所述定位轴（6）用于定位所述柱槽部（18），所述分隔空间的另一侧设置有定位夹持件，用于定位和/或调整所述上延伸部（20），所述定位板（5）的一侧设置有定位槽（11），所述定位槽（11）用于滑动连接所述下延伸部（19）并为其提供定位；

所述定位板（5）实现对薄壁异形件（d）的承载，其中通过定位轴（6）对薄壁异形件（d）进行简单的定位，使其不会相对于定位架（b）而竖向移动，所述定位夹持件使得薄壁异形件（d）不会相对于定位架（b）而水平移动；

所述定位夹持件包括下板体（7）、下轴体（8）、上板体（9）以及上轴体（10），其中，所述下板体（7）和上板体（9）呈对称设置，所述下板体（7）中可贯穿的螺纹连接有所述下轴体（8），所述上板体（9）中可贯穿的螺纹连接有所述上轴体（10）；

所述下轴体（8）靠近上轴体（10）的一端固定有下垫体（12）；

所述上轴体（10）靠近所述下轴体（8）的一端固定有上垫体（13），所述下轴体（8）靠近上轴体（10）的一端固定有弹簧（15），所述弹簧（15）的另一端固定有浮板（14），所述浮板（14）的另一端固定有下垫体（12），所述浮板（14）的内部具有空腔，所述空腔由封堵塞进行封堵，在下放定位架（b）时，在浮板（14）的作用下，上延伸部（20）会产生一定的向上预形变，之后在淬火过程中，上延伸部（20）因相变而产生的向下形变则与预形变抵消；

采用所述地铁转向架薄壁异形件淬火设备进行淬火包括如下步骤：

S1.在定位架（b）上依次放置四个薄壁异形件（d），其中薄壁异形件（d）的座体部（17）承载于定位板（5）上，薄壁异形件（d）的柱槽部（18）限位于定位轴（6）上，薄壁异形件（d）的上延伸部（20）被定位夹持件定位和/或调整；

S2.下垫体（12）支撑于薄壁异形件（d）的上延伸部（20）的下方，转动上轴体（10）使得上垫体（13）压紧薄壁异形件（d）的上延伸部（20）的上方，且能够使得所述薄壁异形件（d）的上延伸部（20）略微向下形变；

S3.将定位架（b）缓慢放置于淬火槽（a）中进行淬火处理；

S4.水平和/或竖直移动所述定位架（b），使得所述定位架（b）位于所述淬火槽（a）的不同位置；

S5.取出所述定位架（b），完成淬火。

2.根据权利要求1所述的地铁转向架薄壁异形件淬火设备，其特征在于，所述上轴体（10）的顶部具有隔热部，所述隔热部中嵌入有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的地铁转向架薄壁异形件淬火设备，其特征在于，所述底板（1）上开设有多个通孔，所述通孔对应于所述定位板（5）的下方。