专利名称：轮胎模具强韧化处理工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎模具强韧化处理工艺及专用设备。
背景技术：
轮胎模具在近10年获得了高速发展，从上世纪80年代成功研制第一批子午线轮胎活络模具开始，我国轮胎模具制造技术日趋成熟。进入21世纪，随着我国汽车制造业的迅猛崛起，轮胎模具制造业更面临前所未有的发展机遇。
提高轮胎模具的工作性能和使用寿命，为轮胎工业提供更优质更经济的轮胎模具，是轮胎模具制造业一直追求的目标。
轮胎模具选用材料及其热处理、表面强化处理是影响轮胎模具性能和寿命诸因素中的主要因素。轮胎模具采用国产优质塑料模具钢，在保证原材料高精密度和高纯净度的前提下，如何应用先进的强韧化预先热处理设备及工艺，使轮胎模具整体具有良好的综合力学性能，并为最终的模具表面强化处理提供理想的金相组织，这是必须解决的技术课题。
通常，轮胎模具的预先热处理采用完全退火工艺，这种完全退火虽然达到了消除内应力和降低硬度的目的，但轮胎模具整体综合力学性能较差，且能耗高、生产率低，这些因素必然制约轮胎模具工作性能和使用寿命的提升，加大生产成本和降低设备利用率，因此，必须研发新的轮胎模具预先热处理设备和工艺，以提升轮胎模具整体综合力学性能、节省能源和提高生产效率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种生产率高、能耗低，能获得显微组织具有细晶粒度，使轮胎模具整体具有良好的综合力学性能和切削性能，并为模具的表面强化处理提供理想金相组织的轮胎模具强韧化处理工艺及设备。
本发明所述的轮胎模具强韧化处理工艺包括A、将轮胎模具毛坯件装进强韧化处理设备中，盖好炉盖，开启加热装置，加热装置可以是燃油热风加热器，对轮胎模具毛坯件进行加热；B、当炉内温度升至500±10℃时，进行保温处理30-40分钟；C、继续加热升温；D、当炉内温度升至750-770℃时，进行保温处理90-120分钟；E、打开炉盖，开启冷却装置，对轮胎模具毛坯件进行强制冷却，冷却装置可以是鼓风冷却装置；F、当轮胎模具毛坯件的温度降至200℃时，关闭冷却装置，让其自然冷却至室温。
本发明所述的轮胎模具强韧化处理设备，包括炉体、加热装置、冷却装置和温控装置，炉体包括炉壳、炉衬和耐火砖层，且由外及里设置构成炉壁，在炉面上设置盖板，在炉口上设置砂封圈，炉盖通过砂封圈盖于炉口上；加热装置由燃油燃烧器和将燃烧热气导入炉内的导向砖筒构成，燃油燃烧器的燃烧气体出口通过安装板及其连接件与导向砖筒的外端连接，导向砖筒的内端与炉膛相通；冷却装置由鼓风机、导风管和出风管构成，导风管从鼓风机的出风口开始，延伸至炉膛底部周边，并在所述导风管上，装设冷却气体出风管。
本发明所述的燃油燃烧器、鼓风机和温控装置均采用外购成套设备，按其说明安装和调试。
本发明所述的燃烧气体导向砖筒的底部可与炉膛底部处于同一平面；所述燃烧气体导向砖与炉膛内壁成切线方向进入炉膛；可由高铝矾土压制烧结成整块结构，其末端为弧形，该弧形与炉膛的圆形内壁相适应。
本发明所述的导风管可通过风管导向砖筒伸进炉膛，所述风管导向砖筒可由高铝矾土压制烧结成整块结构，从炉壳一直延伸到炉膛，其末端为弧形，该弧形与炉膛的圆形内壁相适应。可在所述导风管上按等距装设12个冷却气体出风管，所述出风管按60°、45°、30°三种角度相间顺序焊接在导风管上。
轮胎模具强韧化处理的机理是细晶强化。模具钢材显微结构的晶粒度对钢的强度和韧性均有影响，细小球状的碳化物及小的碳化物间距，在提高机械强度的同时提高了模具的韧性，在复杂应力的作用下不易变形开裂，此外，细小的晶粒度必然使相界面显著增加，为最终的表面强化处理提供了更好的渗入条件。为使轮胎模具在预先热处理时实现细晶强化，工艺参数的控制包括快速加热、适当的加热温度和保温时间、较快的冷却速度等因素，其中，快速加热及较快冷却是实现强韧化处理的关键。轮胎模具在快速加热时奥氏体的形成同样是形核和核心的长大过程，奥氏体的形核需要形核功，加热速度快，形核功率低，形核量增加，提高形核率，有助于晶粒细化。同时，快速加热时工件内外的温度梯度所产生的应力引起位错的滑移和攀移，造成的大量空位促进了形核和核心的长大过程。轮胎模具预先热处理应以获得细小粒状珠光体为目的，粒状珠光体比片状珠光体的强度和硬度较低而塑性韧性较好并具有良好的切削性能，粒状珠光体的形成条件是加热时奥氏体化温度较低、冷却时过冷度较小，为获得具有较高强度和硬度的粒状珠光体，轮胎模具加热保温后进行强制性风冷，以提高冷却速度，降低过冷度。综合上述，轮胎模具强韧化处理设备的设计必须保证能够实现加热速度快，短时间内能升温到相变温度(AC1)以上，工件加热均匀，能自动控温，模具保温后冷却时过冷度较小，设备使用效率高，能耗低。为此，轮胎模具强韧化处理设备在炉衬部位采用高性能的硅酸铝耐火纤维及超轻质珍珠岩作为保温材料；炉盖完全采用硅酸铝耐火纤维作为耐火保温材料；燃烧系统由整体式全自动柴油燃烧器及燃烧气体导向砖等组成；冷却系统由鼓风机、冷却气体导向砖、导风管及冷却气体出风管等组成；炉温控制由自动控温系统完成。
本发明的工作原理整体式全自动柴油燃烧器采用旋流与直流配风，使燃油与助燃空气充分混合，获得良好的燃料浓度场，旋流风造成高温烟气的回流，提高火焰稳定性，因而燃烧安全、排烟干净、污染极小，符合严格的空气管理条例，同时，燃烧器采用高压离心式喷嘴雾化燃油，喷油压力≥0.6MPa均能获得满意的雾化效果，所以耗能少、噪声低；燃烧气体导向砖的作用在于使高温燃烧气体沿着切线方向进入炉膛，达到均匀快速加热工件的目的。试验证明，本发明的大型强韧化处理设备，若炉膛尺寸为直径2000mm×1800mm，空炉时由室温升至临界温度AC1的时间只需40min，耗油量约为40kg，其能耗仅为同类型井式电炉的1/5。强制式风冷系统的应用实现了工件在加热保温后能以较快的速度冷却、降低过冷度，以获得细小的粒状珠光体组织，同时提高了设备利用率，试验证明，强制式风冷系统的应用提高生产率50％。采用全自动程序控制燃烧器及自动控温系统，保证了整个工艺参数的正确执行。炉衬及炉盖中采用优质耐火保温材料，降低了散热损失及蓄热损失，更有利于节能。轮胎模具毛坯经过强韧化处理后，获得尺寸为5～10um晶粒度为10～12级的细小晶粒，硬度为HB200～230，具有良好的切削加工性。
本发明的积极效果是1、轮胎模具经过强韧化处理后得到细小晶粒，使钢的强度和韧性得到改善并具有良好的综合力学性能和切削性能，同时，为最后的表面强化处理提供了更好的渗入条件。
2、加热速度快。整个燃烧系统和炉体结构保证了模具得到快速均匀加热，快速加热是实现细晶强化的关键，从而使轮胎模具整体具有较高的强度和韧性。
3、冷却系统有效地执行强制风冷工艺，提高了冷却速度、降低过冷度，有利于得到综合力学性能和良好的显微组织。出风管的设计有利于工件均匀冷却，减少组织应力及热应力。
4、燃烧器采用火焰监察和燃烧安全控制器，实现供风、点火、喷油、燃烧、停机、再启动等全自动程序控制，通过设备的自动控温系统，保证了整个处理工艺的严格执行，安全可靠，燃烧安全，排烟干净，烟色等级低于卡拉克2级，对环境污染小，设备不必专门设立室外烟囱。
5、耗能少、噪声低，采用高压离心式雾化燃油，不需要雾化介质，节省燃油损耗及降低噪声，与同类炉膛尺寸的井式电炉比较，其能耗仅为电炉的1/5。
6、生产效率提高50％，快速加热及随后的较快冷却必然缩短模具的处理周期并提高设备的利用率。
本发明，适用于轮胎模具及其他橡塑模具的毛坯预先热处理。
图1和图2为本发明轮胎模具强韧化处理设备实施例的结构原理图。
图3为本发明轮胎模具强韧化处理工艺曲线图。
图中，1、炉壳，2、炉衬，3、耐火砖层，4盖板，5、砂封圈，6、吊环，7、炉盖，8、烟囱，9、烟囱连接元件，10、盖板连接螺栓，11、轻质保温砖，12、13、安装连接螺栓，14、燃烧气体导向砖筒，15、燃油燃烧器，16、安装板，17、温控装置，18、鼓风机，19、安装板，20、支撑法兰，21、冷却气体导向砖筒，22、导风管，23、冷却气体出风管。
具体实施例方式实施例1、轮胎模具强韧化处理设备。
参照图1、图2，本轮胎模具强韧化处理设备由炉体、加热装置、冷却装置和温控装置构成，炉体主要包括炉壳1、炉衬2、耐火砖层3、盖板4、砂封圈5和炉盖7，加热装置由燃油燃烧器15和将燃烧热气导入炉内的导向砖筒14构成，燃油燃烧器的燃烧气体出口通过安装板16及其连接件13与导向砖筒的外端连接，导向砖筒的内端与炉膛相通；冷却装置由鼓风机18、导风管22和出风管23构成，导风管从鼓风机的出风口开始，延伸至炉膛底部周边，在所述导风管22上按等距装设12个冷却气体出风管23，所述出风管按60°、45°、30°三种角度相间顺序焊接在导风管22上。温控装置是外购成套设备，按其说明安装调试即可。
本实施例，以炉壳外围尺寸(必须考虑燃烧器和鼓风机的安置位置以及炉前使用操作空间)及炉体高度为依据挖建水泥地坑，将炉壳1置于坑中，在炉壳1中砌筑炉衬2，首先将耐火纤维毡粘贴于炉壳内，在炉底砌二层轻质直砖及二层耐火直砖，并根据图纸安置砌筑燃烧气体导向砖筒14及冷却气体导向砖筒21，在炉壁内按图纸砌筑多组轻质保温砖11，再砌筑炉膛扇形耐火砖3，应注意安装热电偶耐火套管，然后在轻质保温砖与扇形耐火砖的夹层间隙中密实充填超轻质珍珠岩，再砌筑炉口砖完成整个炉体砌筑。最后安装砂封圈5、燃油燃烧器15、鼓风机18以及控温装置，其中导风管22安装后，必须在导风管上包裹硅酸铝耐火纤维毡，并在导风管的中间部位再砌筑一层耐火直砖作为炉底砖。
实施例2、轮胎模具强韧化处理工艺。
轮胎模具强韧化处理工艺在实施例1所述的设备中进行，其工艺包括A、将轮胎模具毛坯件装进实施例1所述的设备中，盖好炉盖，开启燃油燃烧器，燃油燃烧器产生的高温热气对轮胎模具毛坯件进行加热；B、当炉内温度升至500℃时，通过控温装置控制燃油燃烧器，使炉内温度保持在500±10℃之间，进行保温处理30-40分钟；C、继续加热升温；D、当炉内温度升至760℃时，同样通过控温装置，使炉内温度保持在760±10℃之间，进行保温处理90-120分钟；E、打开炉盖，开启冷却装置，启动鼓风机，对轮胎模具毛坯件进行强制冷却；F、当轮胎模具毛坯件的温度降至200℃时，关闭冷却装置，让其自然冷却至室温。为提高生产效率，当风冷将轮胎模具毛坯件降温至200℃时之后，可将轮胎模具毛坯件从炉中卸下，吊出炉外，让其自然冷却至室温。
权利要求
1.一种轮胎模具强韧化处理工艺，该工艺包括A、将轮胎模具毛坯件装进强韧化处理设备中，盖好炉盖，开启加热装置，对轮胎模具毛坯件进行加热；B、当炉内温度升至500±10℃时，进行保温处理30-40分钟；C、继续加热升温；D、当炉内温度升至750-770℃时，进行保温处理90-120分钟；E、打开炉盖，开启冷却装置，对轮胎模具毛坯件进行强制冷却；F、当轮胎模具毛坯件的温度降至200℃时，关闭冷却装置，让其自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的轮胎模具强韧化处理工艺，其特征在于所述加热装置为燃油热风加热器。
3.根据权利要求1所述的轮胎模具强韧化处理工艺，其特征在于所述冷却装置为鼓风冷却装置。
4.一种轮胎模具强韧化处理设备，包括炉体、加热装置、冷却装置和温控装置，炉体包括炉壳(1)、炉衬(2)和耐火砖层(3)，且由外及里设置构成炉壁，在炉面上设置盖板(4)，其特征在于炉口设置砂封圈(5)，炉盖(7)通过砂封圈盖于炉口上；加热装置由燃油燃烧器(15)和将燃烧热气导入炉内的导向砖筒(14)构成，燃油燃烧器的燃烧气体出口通过安装板(16)及其连接件(13)与导向砖筒的外端连接，导向砖筒的内端与炉膛相通；冷却装置由鼓风机(18)、导风管(22)和出风管(23)构成，导风管从鼓风机的出风口开始，延伸至炉膛底部周边，并在所述导风管(22)上，装设冷却气体出风管(23)。
5.根据权利要求4所述的轮胎模具强韧化处理设备，其特征在于所述燃烧气体导向砖筒(14)的底部与炉膛底部处于同一平面；所述燃烧气体导向砖(14)与炉膛内壁成切线方向进入炉膛。
6.根据权利要求4或5所述的轮胎模具强韧化处理设备，其特征在于所述燃烧气体导向砖筒(14)由高铝矾土压制烧结成整块结构，其末端为弧形，该弧形与炉膛的圆形内壁相适应。
7.根据权利要求4所述的轮胎模具强韧化处理设备，其特征在于所述导风管(22)通过风管导向砖筒(21)伸进炉膛，所述风管导向砖筒(21)由高铝矾土压制烧结成整块结构，从炉壳(1)一直延伸到炉膛，其末端为弧形，该弧形与炉膛的圆形内壁相适应。
8.根据权利要求4所述的轮胎模具强韧化处理设备，其特征在于在所述导风管(22)上按等距装设12个冷却气体出风管(23)，所述出风管按60°、45°、30°三种角度相间顺序焊接在导风管(22)上。
全文摘要
本发明涉及轮胎模具强韧化处理工艺及专用设备。所述工艺包括轮胎模具毛坯件装炉，对毛坯件进行加热升温；当炉内温度升至500±10℃时，进行保温处理30－40分钟；然后继续加热升温；当炉内温度升至760±10℃时，进行保温处理90－120分钟；打开炉盖，强制风冷；当温度降至200℃时，让其自然冷却至室温。所述设备包括炉体、加热装置、冷却装置和温控装置。加热装置由燃油燃烧器和将燃烧热气导入炉内的导向砖筒构成，导向砖筒为整块结构，与炉膛内壁成切线方向进入炉膛；冷却装置由鼓风机、导风管和出风管构成。具有加热速度快，工件受热均匀，节能，生产效率高等特点，适用于轮胎模具及其他橡塑模具的毛坯预先热处理。
文档编号C21D9/00GK1687466SQ20051003422
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者郑向新, 吴旭炎 申请人:广东巨轮模具股份有限公司