CN218561546U - 一种曲轴热处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种曲轴热处理系统，涉及机加工技术领域，包括第一加热腔、机床、热处理辅助装置、校直机、第二加热腔、第一磨床，第一加热腔用于对工件进行正火处理，机床用于对经过正火处理后的工件进行机加工处理，热处理辅助装置用于对经过机加工处理后的工件的表面进行渗碳处理以及对经过回火处理后的工件进行淬火处理，校直机用于对经过渗碳处理后的工件进行校直处理，以消除渗碳过程中产生的变形，第二加热腔用于对经过校直处理后的工件进行回火处理，以消除校直处理后产生的变形反弹，第一磨床用于对经过淬火处理后的工件的表面进行磨削加工处理。本实用新型能够提高曲轴的耐磨性和疲劳强度，降低加工变形，防止曲轴产生裂纹。

Description

一种曲轴热处理系统

技术领域

本实用新型涉及机加工技术领域，特别涉及一种曲轴热处理系统。

背景技术

船用舷外机曲轴作为发动机核心部件，是引擎动力的重要旋转机件，最高转速达到8000rpm，额定功率131KW，排量3.0L。如图1所示，图1为现有技术中的一种曲轴的具体结构示意图。这种曲轴一般的失效模式为磨损和疲劳断裂，要想满足其性能要求，必须做到以下方面：1、轴颈表面需要具备高硬度以提高轴颈的耐磨性；2、轴颈表面需要具备一定深度的硬化层以提高曲轴的疲劳强度；3、密封环槽表面要具备高硬度以提高密封环槽的耐磨性；4、曲轴心部又能具备较强的塑性和韧性。5、曲轴在渗碳淬火过程中，必须将变形量控制到最小，否则影响后工序加工而产生报废。

传统的曲轴热处理工艺流程通常有两种，第一种是：毛坯正火→机加工→渗碳→淬火→校直→磨加工；第二种是：毛坯正火→机加工→渗碳→真空炉气淬→磨加工，其中，渗碳、淬火工艺是影响曲轴性能和变形量的最重要环节。第一种方法主要将曲轴放在密封箱式气氛炉中进行渗碳、淬火，曲轴能达到热处理性能要求，但渗碳、淬火后曲轴跳动严重超差，无法直接磨削，需先进行校直然后再磨削。但在校直过程中，由于工件表面硬度高再加上工件跳动严重超差，需压力大且反复校直，这样极易产生裂纹从而开裂。第二种方法为了解决变形问题，在淬火阶段将曲轴放在真空炉进行，冷却方式为气冷，如此虽然能够降低曲轴的变形，但由于气冷的冷却速度慢，达不到曲轴所需的冷却速度，造成曲轴冷却不充分，从而使曲轴的表面硬度和硬化层深度都达不到技术要求，从而导致曲轴的耐磨性和疲劳强度达不到性能要求。

因此，如何在提高曲轴的耐磨性和疲劳强度的基础上，尽量降低曲轴在加工过程中产生的变形，防止曲轴产生裂纹，是本领域技术人员面临的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种曲轴热处理系统，包括第一加热腔、机床、热处理辅助装置、校直机、第二加热腔、第一磨床，所述第一加热腔用于对工件进行正火处理，所述机床用于对经过正火处理后的工件进行机加工处理，所述热处理辅助装置用于对经过机加工处理后的工件的表面进行渗碳处理以及对经过回火处理后的工件进行淬火处理，所述校直机用于对经过渗碳处理后的工件进行校直处理，以消除渗碳过程中产生的变形，所述第二加热腔用于对经过校直处理后的工件进行回火处理，以消除校直处理后产生的变形反弹，所述第一磨床用于对经过淬火处理后的工件的表面进行磨削加工处理。

优选地，还包括第二磨床，用于对经过回火处理后且尚未进行淬火处理的工件的表面进行预磨加工处理，以消除回火过程中残留的变形。

优选地，所述热处理辅助装置包括底板、设置于所述底板上的多个定位安装机构、架设于所述底板上的盖压机构，各所述定位安装机构在所述底板上呈水平直线排列，分别用于定位支撑工件的各个轴颈，所述盖压机构用于垂向压紧各所述定位安装机构。

优选地，各所述定位安装机构均可滑动地设置于所述底板上，且各所述定位安装机构的滑动方向均与其排列方向共线。

优选地，所述定位安装机构包括分别设置于所述底板两端位置的端部定位组件、分布于两个所述端部定位组件之间的若干个中间定位组件，两所述端部定位组件分别用于定位支撑工件的前端轴颈、后端轴颈，各所述中间定位组件分别用于定位支撑工件的各中间轴颈。

优选地，所述端部定位组件包括定位板、开设于所述定位板上的U型槽、可垂向滑动地安装于所述U型槽内的限位块，所述U型槽的槽口沿垂向朝上，用于容纳工件的前端轴颈、后端轴颈，所述限位块用于垂向压紧工件的前端轴颈、后端轴颈。

优选地，所述中间定位组件包括V型块、设置于所述V型块中的第一支撑块、设置于所述V型块中的第二支撑块，所述第一支撑块用于定位支撑工件的各主轴颈，所述第二支撑块用于定位支撑工件的各连杆轴颈。

本实用新型所提供的曲轴热处理系统，主要包括第一加热腔、机床、热处理辅助装置、校直机、第二加热腔和第一磨床。其中，第一加热腔主要用于工件进行正火处理，机床主要用于对工件进行机加工处理，热处理辅助装置主要用于对工件的表面进行渗碳处理以及对工件进行淬火处理，校直机主要用于对工件进行校直处理，以消除渗碳过程中产生的变形，第二加热腔主要用于对工件进行回火处理，以消除校直处理后产生的变形反弹，第一磨床主要用于对工件的表面进行磨削加工处理。如此，通过本实用新型所提供的曲轴热处理系统对曲轴工件进行热处理时，首先通过第一加热腔对工件进行正火处理，以提高工件的机械性能。然后，通过机床对经正火处理后的工件进行机加工处理，以形成曲轴半成品。接着，通过热处理辅助装置对工件的表面进行渗碳处理，以使工件的表面层(如轴颈表面、密封环槽表面)具有较高硬度和耐磨性，同时使工件的中心部分仍然保持韧性和塑性。之后，通过校直机对工件进行校直处理，由于工件在机加工过程中会产生应力，且在渗碳过程中也会产生热应力和组织应力，导致工件在渗碳过程中必然存在变形，而进行校直处理后，能够有效消除机加工和渗碳过程中产生的变形；同时，由于校直时工件还尚未进行淬火处理，因此工件的表面硬度还未得到强化，因此不容易在工件表面产生裂纹。接下来，通过第二加热腔对校直后的工件进行回火处理，一方面适当降低工件的脆性，提高韧性，另一方面可以消除在校直过程中产生的应力，防止工件产生变形反弹。紧接着，在工件回火后继续通过热处理辅助装置进行淬火处理，以大幅提高工件的刚性、表面硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等机械性能。最后，再通过第一磨床对工件的表面进行磨削加工处理，以消除在淬火过程中产生的变形。如此，本实用新型所提供的曲轴热处理系统，通过热处理辅助装置对工件的表面进行渗碳处理之后，利用校直机和第二加热腔对工件进行校直和回火，能够在工件的表面硬度尚未强化之前，消除渗碳过程中产生的变形，同时防止工件在校直过程中因硬度过高而产生裂纹。并且，通过热处理辅助装置对工件进行渗碳处理和淬火处理后，能够大幅提高工件的机械性能，最后再通过第一磨床对工件的磨削加工消除工件在淬火过程中产生的变形。综上所述，本实用新型所提供的曲轴热处理系统，能够在提高曲轴的耐磨性和疲劳强度的基础上，尽量降低曲轴在加工过程中产生的变形，防止曲轴产生裂纹。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种曲轴的具体结构示意图。

图2为本实用新型所提供的一种具体实施方式的系统结构图。

图3为图2中所示的热处理辅助装置的整体结构爆炸图。

图4为曲轴在热处理辅助装置上的安装结构示意图。

其中，图1—图4中：

曲轴—a，前端轴颈—b，后端轴颈—c，主轴颈—d，连杆轴颈—e；

第一加热腔—100，机床—200，热处理辅助装置—300，校直机—400，第二加热腔—500，第一磨床—600，第二磨床—700；

底板—1，定位安装机构—2，盖压机构—3；

安装孔—11，端部定位组件—21，中间定位组件—22，定位柱—31，盖压板—32；

定位板—211，U型槽—212，限位块—213，V型块—221，第一支撑块—222，第二支撑块—223。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，图2为本实用新型所提供的一种具体实施方式的系统结构图。

在本实用新型所提供的一种具体实施方式中，曲轴热处理系统主要包括第一加热腔100、机床200、热处理辅助装置300、校直机400、第二加热腔500和第一磨床600，为便于工件的流转，第一加热腔100、机床200、热处理辅助装置300、校直机400、第二加热腔500和第一磨床600可均安装在同一生产车间内，并通过运输带等传送机构实现次序相连，以实现流水线加工。

其中，第一加热腔100主要用于工件进行正火处理，具体可以参考现有技术中的常规正火炉，此处不再赘述。

机床200主要用于对工件进行机加工处理，具体可以参考现有技术中的常规数控机床，此处不再赘述。

热处理辅助装置300主要用于对工件的表面进行渗碳处理以及对工件进行淬火处理。

校直机400主要用于对工件进行校直处理，以消除渗碳过程中产生的变形，具体可以参考现有技术中的常规校直机，此处不再赘述。

第二加热腔500主要用于对工件进行回火处理，以消除校直处理后产生的变形反弹，具体可以参考现有技术中的常规回火炉，此处不再赘述。

第一磨床600主要用于对工件的表面进行磨削加工处理，以消除工件在淬火过程中产生的变形，具体可以参考现有技术中的常规数控磨床，此处不再赘述。

通过本实施例所提供的曲轴热处理系统对曲轴工件进行热处理时，首先通过第一加热腔100对工件进行正火处理，以提高工件的机械性能。然后，通过机床200对经正火处理后的工件进行机加工处理，以形成曲轴半成品。接着，通过热处理辅助装置300对工件的表面进行渗碳处理，以使工件的表面层(如轴颈表面、密封环槽表面)具有较高硬度和耐磨性，同时使工件的中心部分仍然保持韧性和塑性。之后，通过校直机400对工件进行校直处理，由于工件在机加工过程中会产生应力，且在渗碳过程中也会产生热应力和组织应力，导致工件在渗碳过程中必然存在变形，而进行校直处理后，能够有效消除机加工和渗碳过程中产生的变形；同时，由于校直时工件还尚未进行淬火处理，因此工件的表面硬度还未得到强化，因此不容易在工件表面产生裂纹。接下来，通过第二加热腔500对校直后的工件进行回火处理，一方面适当降低工件的脆性，提高韧性，另一方面可以消除在校直过程中产生的应力，防止工件产生变形反弹。紧接着，在工件回火后继续通过热处理辅助装置300进行淬火处理，以大幅提高工件的刚性、表面硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等机械性能。最后，再通过第一磨床600对工件的表面进行磨削加工处理，以消除在淬火过程中产生的变形。

如此，本实施例所提供的曲轴热处理系统，通过热处理辅助装置300对工件的表面进行渗碳处理之后，利用校直机400和第二加热腔500对工件进行校直和回火，能够在工件的表面硬度尚未强化之前，消除渗碳过程中产生的变形，同时防止工件在校直过程中因硬度过高而产生裂纹。并且，通过热处理辅助装置300对工件进行渗碳处理和淬火处理后，能够大幅提高工件的机械性能，最后再通过第一磨床600对工件的磨削加工消除工件在淬火过程中产生的变形。

综上所述，本实施例所提供的曲轴热处理系统，能够在提高曲轴的耐磨性和疲劳强度的基础上，尽量降低曲轴在加工过程中产生的变形，防止曲轴产生裂纹。

此外，本实施例中还增设有第二磨床700，以便对工件的表面进行预磨加工处理，以消除回火过程中残留的变形，该第二磨床700具体可参考现有技术中的常规数控磨床，此处不再赘述。

如图3、图4所示，图3为图2中所示的热处理辅助装置300的整体结构爆炸图，图4为曲轴在热处理辅助装置300上的安装结构示意图。

考虑到现有技术中的曲轴热处理系统，在对曲轴进行渗碳、淬火处理时，均是将曲轴呈立式姿态安装在气氛炉或真空炉中，然而，曲轴因自身重量的影响，轴向各处受力不均，在高温条件下进行热处理时，容易产生沿重力方向(垂向)的额外变形，导致曲轴的变形量增大，后续工艺难以进行处理、修正。针对此，为便于使工件在渗碳及淬火过程中保持水平姿态，防止曲轴在热处理过程中产生重力方向的额外变形，确保曲轴轴向各处位置受力均匀，降低曲轴变形量，为本实施例中，热处理辅助装置300主要包括底板1、定位安装机构2和盖压机构3。

其中，底板1为本装置的主体部件，主要用于安装和承载其余零零部件。

定位安装机构2设置在底板1上，且同时设置有多个，各个定位安装机构2在底板1上呈水平面内的直线排列，分别用于定位支撑曲轴a的各个轴颈，实现曲轴a在底板1上的稳定安装。由于各个定位安装机构2分别支撑曲轴a的各个轴颈，且各个定位安装机构2呈水平直线排列，因此，曲轴a通过各个轴颈与各个定位安装机构2形成安装后，曲轴a将保持水平姿态。

盖压机构3架设在底板1上，主要用于垂向压紧各个定位安装机构2，以通过对各个定位安装机构2施加正向压力的方式，使得曲轴a的各个轴颈与各自对应的定位安装机构2结合地更加紧密，防止在渗碳、淬火过程中出现曲轴跳动现象。

如此，通过各个定位安装机构2分别对曲轴a的各个轴颈进行定位支撑，同时通过盖压机构3将各个定位安装机构2与各自对应的轴颈垂向压紧，将曲轴a在底板1上形成水平姿态固定，在对曲轴a进行渗碳、淬火处理的过程中，由于曲轴a呈水平姿态，曲轴a的轴向上各处位置的受力均匀，因此能够防止曲轴a在热处理过程中产生重力方向的额外变形，降低曲轴变形量。

考虑到不同规格、不同类型的曲轴上的各个轴颈的分布位置、尺寸等参数各不相同，针对此，为提高热处理辅助装置300对不同曲轴的适应性，本实施例中，各个定位安装机构2的间距可调，以根据当前加工的曲轴上的各个轴颈具体分布形式，来确定各个定位安装机构2在底板1上的具体分布形式。

具体的，为便于实现各个定位安装机构2的间距调节，本实施例中，各个定位安装机构2均可在底板1上进行滑动运动，且各个定位安装机构2的滑动方向均与其排列方向共线。如此设置，各个定位安装机构2均可沿排列方向，也就是曲轴a的轴向方向进行滑动，从而调节各自的安装位置。

一般的，底板1呈矩形板，而各个定位安装机构2具体可沿着底板1的长度方向进行分布，同时，各个定位安装机构2也可沿着底板1的长度方向进行滑动。

进一步的，本实施例还在底板1的表面上开设有滑轨，以将各个定位安装机构2安装在该滑轨内，该滑轨的延伸方向平行于底板1的长度方向，从而可使各个定位安装机构2方便、顺畅地沿着滑轨进行导向滑动。如此设置，通过滑轨的作用，可精确地实现各个定位安装机构2的间距的无级调节。

此外，还可对各个定位安装机构2的间距进行有级调节。具体的，在本实施例中，底板1上开设有多个安装孔11，各个安装孔11沿着底板1的预设方向呈直线排列，且各个定位安装机构2分别与各个安装孔11配合安装，并形成可拆卸连接，比如通过螺栓等紧固件相连或通过卡扣相连等。如此设置，各个安装孔11即代表了间距调节的各个等级，通过各个定位安装机构2在不同位置安装孔11上的安装，即可方便地调节各个定位安装机构2的间距。

在关于定位安装机构2的一种可选实施例中，考虑到曲轴a上的轴颈大体可分为两类，即端部轴颈和中间轴颈，针对此，本实施例中的定位安装机构2也划分为两类，包括端部定位组件21和中间定位组件22。其中，端部定位组件21设置有两个，分别设置在底板1的两端位置，比如底板1的长度方向的两端，分别用于定位支撑曲轴a的前端轴颈b和后端轴颈c。中间定位组件22设置有多个，具体分布在首尾两个端部定位组件21之间，分别用于定位支撑曲轴a的各个中间轴颈。两个端部定位组件21和各个中间定位组件22在底板1上呈水平直线排列。

在关于端部定位组件21的一种可选实施例中，该端部定位组件21主要包括定位板211、U型槽212和限位块213。其中，定位板211立设在底板1的端部位置，具有一定高度。U型槽212开设在定位板211上，形状呈U型，且开口沿垂向朝上，主要用于容纳曲轴a的前端轴颈b或后端轴颈c，并利用U型槽212的自定位特性使得曲轴a的前端轴颈b或后端轴颈c在垂向装入后自动找中并定位。限位块213安装在U型槽212内，并可在U型槽212内沿垂向方向进行上下滑动，主要用于在曲轴a的前端轴颈b或后端轴颈c装入U型槽212后，从垂向上将其压紧在U型槽212内，防止曲轴a的前端轴颈b或后端轴颈c产生垂向跳动。为保证压紧力，限位块213的两侧还可开设螺纹孔，以通过与紧固螺栓的配合将限位块213锁紧在U型槽212内。

在关于中间定位组件22的一种可选实施例中，该中间定位组件22主要包括V型块221、第一支撑块222和第二支撑块223。其中，V型块221设置在定位板211的中间区域，中间开设有V型槽，且V型槽的槽口垂向朝上。第一支撑块222安装于部分V型块221上，具体安装在该部分V型块221的V型槽中，以利用V型槽的自定位特性对第一支撑块222形成稳定支撑定位，主要用于定位支撑曲轴a的各个主轴颈d。第二支撑块223安装于另一部分V型块221上，具体安装在该部分V型块221的V型槽中，以利用V型槽的自定位特性对第二支撑块223形成稳定支撑定位，主要用于定位支撑曲轴a的各个连杆轴颈e。

一般的，考虑到曲轴a的主轴颈d位于曲轴a的中轴线位置，为此，本实施例中，第一支撑块222的具体形状呈开口朝上的圆弧状，其曲率半径可与主轴颈d的半径相当或略大，其圆心角可为180°左右，即半圆弧状。

同时，考虑到曲轴a的连杆轴颈e位于曲轴a的偏心位置，为此，本实施例中，第二支撑块223的具体形状呈圆盘状，且在圆盘的特定方向的外缘上开设有弧形缺口，以通过该弧形缺口容纳曲轴a的连杆轴颈e。一般的，该弧形缺口的曲率半径可与连杆轴颈e的半径相当或略大。

在关于盖压机构3的一种可选实施例中，该盖压机构3主要包括定位柱31和盖压板32。其中，定位柱31立设在底板1的表面上，一般同时设置有多根。盖压板32穿设在各根定位柱31上，一般连接在各根定位柱31的顶端，且形成滑动连接，可通过垂向滑动盖压板32，调节盖压板32在各根定位柱31上的具体固定位置。同时，可通过若干根紧固螺栓等部件将盖压板32在定位柱31上锁紧。在盖压板32的底面上开设有V型槽，能够垂向压紧各个中间定位组件22，并加强各个中间定位组件22的定位稳定性。

另外，本实施例中的定位安装机构2与盖压机构3均采用热胀系数较小的耐热钢(如耐高温不锈钢)制成，能够在1080℃高温下不氧化、不变形，从而防止对定位支撑的曲轴a造成变形影响。一般的，本实施例中的热处理辅助装置300，能够在轴向、径向上最大程度地限制曲轴a的变形量，其变形量一般小于0.2mm。

以一种船用舷外机六缸曲轴为例，工艺要求整体进行渗碳淬火，具体的技术要求如下：表面硬度为57～62HRC，轴颈和密封环槽的硬化层深度大于1mm，抗拉强度≥860MPa，屈服强度≥660MPa，延伸率≥18％，收缩率≥60％，冲击功≥68J。按照本实施例的技术方案对船用舷外机六缸曲轴进行热处理之后，实际的工件参数如下：1、表面硬度为59～60HRC；2、轴颈硬化层深度为1.3～1.5mm；3、密封环槽硬化层深度为1.2mm4、抗拉强度为970MPa；5、屈服强度为712MPa；6、延伸率为21％；7、收缩率为67％；8、冲击功76J。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种曲轴热处理系统，其特征在于，包括第一加热腔(100)、机床(200)、热处理辅助装置(300)、校直机(400)、第二加热腔(500)、第一磨床(600)，所述第一加热腔(100)用于对工件进行正火处理，所述机床(200)用于对经过正火处理后的工件进行机加工处理，所述热处理辅助装置(300)用于对经过机加工处理后的工件的表面进行渗碳处理以及对经过回火处理后的工件进行淬火处理，所述校直机(400)用于对经过渗碳处理后的工件进行校直处理，以消除渗碳过程中产生的变形，所述第二加热腔(500)用于对经过校直处理后的工件进行回火处理，以消除校直处理后产生的变形反弹，所述第一磨床(600)用于对经过淬火处理后的工件的表面进行磨削加工处理。

2.根据权利要求1所述的曲轴热处理系统，其特征在于，还包括第二磨床(700)，用于对经过回火处理后且尚未进行淬火处理的工件的表面进行预磨加工处理，以消除回火过程中残留的变形。

3.根据权利要求1所述的曲轴热处理系统，其特征在于，所述热处理辅助装置(300)包括底板(1)、设置于所述底板(1)上的多个定位安装机构(2)、架设于所述底板(1)上的盖压机构(3)，各所述定位安装机构(2)在所述底板(1)上呈水平直线排列，分别用于定位支撑工件的各个轴颈，所述盖压机构(3)用于垂向压紧各所述定位安装机构(2)。

4.根据权利要求3所述的曲轴热处理系统，其特征在于，各所述定位安装机构(2)均可滑动地设置于所述底板(1)上，且各所述定位安装机构(2)的滑动方向均与其排列方向共线。

5.根据权利要求3或4所述的曲轴热处理系统，其特征在于，所述定位安装机构(2)包括分别设置于所述底板(1)两端位置的端部定位组件(21)、分布于两个所述端部定位组件(21)之间的若干个中间定位组件(22)，两所述端部定位组件(21)分别用于定位支撑工件的前端轴颈、后端轴颈，各所述中间定位组件(22)分别用于定位支撑工件的各中间轴颈。

6.根据权利要求5所述的曲轴热处理系统，其特征在于，所述端部定位组件(21)包括定位板(211)、开设于所述定位板(211)上的U型槽(212)、可垂向滑动地安装于所述U型槽(212)内的限位块(213)，所述U型槽(212)的槽口沿垂向朝上，用于容纳工件的前端轴颈、后端轴颈，所述限位块(213)用于垂向压紧工件的前端轴颈、后端轴颈。

7.根据权利要求6所述的曲轴热处理系统，其特征在于，所述中间定位组件(22)包括V型块(221)、设置于所述V型块(221)中的第一支撑块(222)、设置于所述V型块(221)中的第二支撑块(223)，所述第一支撑块(222)用于定位支撑工件的各主轴颈，所述第二支撑块(223)用于定位支撑工件的各连杆轴颈。

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