专利名称：用于机械零件的表面化学热处理的方法及其所用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工件热处理的方法及其所用设备，尤其涉及一种用于机械零件的表面化学热处理的方法及其所用设备。
背景技术：
众所周知，机械零件通过表面化学热处理(渗碳，渗氮，碳、氮共渗等)进行改性，可以获得所需要的性能，如高硬度，高耐磨性，抗咬合性能等。渗碳(包括碳、氮共渗)是其中一种典型的、应用范围广的表面化学热处理工艺。机械零件(如齿轮)通过渗碳淬火处理，不但具有高的表面硬度和耐磨性，且其疲 劳寿命大幅度增加。零件典型的渗碳淬火过程如下装炉升温一强渗一扩散一降温缓冷+重新加热保温一淬火冷却+低温回火。目前，零件的渗碳淬火处理采用的设备主要分为两类(1)周期炉，(2)连续炉。周期炉生产是将一批零件通过一个料盘装入炉中，按“升温一保温一冷却”的工艺过程运行一个热处理周期后出炉，然后再装炉处理第二批零件。典型的炉型有井式炉渗碳系统、箱式多用炉渗碳系统。该两种炉型占据渗碳淬火炉型的80%以上。连续炉生产是将零件装在料盘中，多个料盘在连续炉中运行，零件在炉中运行一个所需要的工艺过程后出炉。其特点是连续生产，特别适合批量零件的处理。此类炉型有可控气氛网带炉、可控气氛棍底炉、可控气氛推盘炉、可控气氛环形炉等。上述所有的渗碳炉型处理零件时，存在一个共同的弊端渗碳层深度有较大差别的零件不能同炉进行热处理，不同钢种的零件不能同炉进行热处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于机械零件的表面化学热处理的方法，克服了现有周期炉或者循环炉不能同炉进行热处理渗碳层深度有较大差别的零件或者不同钢种的零件的缺陷。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种用于机械零件的表面化学热处理的方法，包括以下操作过程送料，待处理工件装入放置在生产车间的空料盘内，通过车间的料盘输送机构将装好工件的料盘放在上料台上，随后转移至上料储料台中，所述上料储料台上的料盘检测装置对料盘实行检测、跟踪；前清洗，上料储料台上的料盘检测装置检测到料盘，启动料盘转移机构将料盘传输至前清洗机中通过碱液、清水进行清洗；所述前清洗分2个工位，即碱水浸洗清洗，热水喷淋清洗。预氧化，清洗后的工件经过传输机构送至预氧化炉内；所述预氧化炉共有5个料盘位，分2区加热和控制。加热，完成预氧化的工件由传输机构转移至底进料换气室，工件停留一个周期的节拍时间进行换气，再转移至加热炉内，将工件加热至渗碳要求的温度；所述加热炉加热炉有5个料盘位置，分2区加热和控制。渗碳，料盘经过传输机构转移到环形转底渗碳炉中，通过设置不同的渗碳时间，从而完成相同可控气氛下的不同层深的渗碳要求；所述转底渗碳炉内设置有多个料盘工位，工位的多少可以根据所需处理工件渗碳的时间及转底渗碳炉底盘的大小进行确定，如10至20个。当工件所需要的渗碳时间大于料盘在转底渗碳炉的底盘上的工位停留的时间时，料盘检测装置输送料盘信号至PLC模块并通过控制系统控制料盘进行下一个工艺步骤；扩散，达到工件设定的强渗工艺时间后，料盘通过传输机构转移至转底扩散炉，转底扩散炉按照设定的工艺参数进行扩散；所述转底扩散炉上设置有多个料盘工位，工位 的多少可以根据所需处理工件渗碳的时间及转底渗碳炉底盘的大小进行确定，如5至15个；所述转底扩散炉内设置有多个料盘工位。当工件所需要的渗碳时间大于料盘在转底扩散炉的底盘上的工位停留的时间时，料盘检测装置输送料盘信号至PLC模块并通过控制系统控制料盘进行下一个工艺步骤；降温，达到工件设定的扩散工艺时间后，料盘通过传输机构转移至淬火降温炉内进行降温；保温，由淬火降温炉内的传输机构转移至淬火保温室内进行保温；淬火，工件经淬火保温室内的传输机构转移至淬火油槽的升降台，通过所述升降台浸入到淬火油中进行淬火冷却，保持一定时间后完成淬火过程；后清洗，通过碱液清洗、清水清洗后烘干；所述后清洗通过式单室清洗机分为碱液清洗、清水清洗和烘干3个工位。工件在每I个工位上均停留一个周期的时间，料盘等距离的移动依靠输送机构完成。回火，通过传输机构将料盘推送至推杆式回火炉对工件进行低温回火；风冷，工件回火后，料盘通过传输机构转移到风冷台上进行风冷却；卸料储料，将经过风冷的工件经传输机构转移至卸料储料台上。上述步骤的中的装置独立实现个工艺参数，所述传输机构包括料车、推杆及链传
动装置。本发明的有益效果是在热处理工艺中，通过独立的强渗室与扩散室将渗碳工艺中的强渗与扩散分解开来分别执行，再通过两者不同处理时间的组合，实现了不同层深要求、不同材料零件的同炉批量化生产的要求，具有非常柔性的生产特点，对组织生产提供了非常便利的条件，当工艺变换时无须推空盘来置换工艺，最大限度的发挥了设备效率。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述预氧化炉内的温度350 550°C。本发明还提供一种用于机械零件的表面化学热处理的设备，包括上料储料台、前清洗机、预氧化炉、加热炉、转底式渗碳炉、转底式扩散炉、淬火降温炉、淬火保温室、淬火油槽、后清洗机、低温回火炉、风冷台、卸料台，所述上料储料台、所述前清洗机、所述预氧化炉、所述加热炉、所述转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉、所述淬火降温炉、所述淬火保温室、所述淬火油槽、所述后清洗机、所述低温回火炉、所述风冷台、所述卸料台之间依次通过传输机构连接；所述转底式渗碳炉和转底式扩散炉均为环形。本发明的有益效果是由于上述各装置相对独立，通过传动机构(料车、推杆及链传动)有机连接在一起，由于通过独立的强渗室与扩散室将渗碳工艺中的强渗与扩散分解开来分别执行，再通过料盘检测装置、PLC模块及控制系统控制两者不同处理时间的组合，实现了不同层深要求、不同材料零件的同炉批量化生产的要求。进一步，还包括料盘检测装置，所述料盘检测装置设置在所述上料储料台上，所述料盘检测装置纪录料盘的位置信号输送至PLC模块，所述PLC模块通过控制系统对工艺参数进行控制或对传输机构的运动进行控制。进一步，所述环形转底式渗碳炉包括设备基座、外炉体、内炉体、转台、密封刀、密封油槽，驱动装置、前门及中门，所述外炉体、内炉体、密封油槽及驱动装置均安装在所述设备基座上；所述外炉体为环形，所述内炉体为圆柱形；所述转台为环形且设置在所述外炉体与所述内炉体之间，安装在所述驱动装置上；所述密封油刀为环形，且由一组内环油刀和一组外环油刀组成，所述一组内环油刀其中一个固定在内炉体外侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述一组外环油刀其中一个固定在所述外炉体内侧下部，另一个固定 在所述转台外侧的下部；所述密封油槽为环形且设置在所述密封油刀下方，；所述前门及中门设置在所述外炉体直径方向的两端，所述前门与所述加热炉连接，所述中门与所述转底式扩散炉连接。所述的密封油刀插入密封油槽的油中用于密封炉膛内的气氛。进一步，所述环形转底式扩散炉包括设备基座、外炉体、内炉体、用于放置料盘的转台、密封刀、密封油槽，驱动装置、后门，所述外炉体、内炉体、密封油槽及驱动装置均安装在所述设备基座上；所述外炉体为环形，所述内炉体为圆柱形；所述转台为环形且设置在所述外炉体与所述内炉体之间，安装在所述驱动装置上；所述密封油刀为环形，且由一组内环油刀和一组外环油刀组成，所述一组内环油刀其中一个固定在内炉体外侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述一组外环油刀其中一个固定在所述外炉体内侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述密封油槽为环形且设置在所述密封油刀下方；所述后门设置在所述外炉体直径方向与所述中门相对的一端，所述后门与所述淬火降温炉连接。所述的密封油刀插入密封油槽的油中用于密封炉膛内的气氛。所述外炉体及内炉体均包括炉壳及炉衬，所述所述加热炉、所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉及所述淬火降温炉的壳体一体形成。所述的前门、中门及后门用于隔绝所述加热炉、所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉及所述淬火降温炉的热量及气氛，由电机驱动。所述密封油槽通过安装在所述密封油槽下方的丝杆做支撑。进一步，所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉均还包括用于测定炉膛内温度的热电偶及用于测定炉膛内碳势的氧探头，所述热电偶及氧探头穿过外炉体的顶部插入炉膛内，所述热电偶及氧探头外部分别连接温度控制仪和碳控仪。所述热电偶有主控温电偶、从控温电偶，主控温电偶用于控制工艺温度的检测和控制；从控温电偶用与超温检测和超温切断加热控制，每个电偶连接温度控制仪，使之形成动态变量实时采集和自动闭合控制。所述氧探头通过炉顶的密封管座伸入炉膛内，与气氛充分接触，来测量炉内的碳势，并通过控制系统PLC程序和碳控仪来实现碳势的控制。所述环形转底式渗碳炉、转底式扩散炉内设置有三个温度检测点和两个碳势监测点，可以确保炉内的温度和碳势的一致性。
进一步，所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉均还包括用于均匀炉膛内气氛的的气氛循环装置，所述气氛循环装置安装在炉膛的顶部。所述的气氛循环装置包括电机驱动装置及风扇。进一步，所述转台上设置有光栅开关，用检测转台转动的位置。进一步，所述加热炉、所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉及所述淬火降温炉之间的传输机构为侧高温推链。
图I为本发明用于机械零件的表面化学热处理的方法流程示意图；图2为本发明用于机械零件的表面化学热处理的设备示意图； 图3为图2A-A方向示意图；图4为图2A-A方向示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下I、上料储料台，2、前清洗机，3、预氧化炉，4、加热炉，5、环形转底渗碳炉，6、环形转底扩散炉，7、淬火降温炉，8、淬火油槽，9后清洗机，10、回火炉，11、风冷台，12、卸料过度台。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图I所示本发明用于机械零件的表面化学热处理的方法流程示意图，包括送料，将待处理工件装入放置在生产车间的空料盘内，通过车间的料盘传输机构一叉车将装好工件的料盘放入生产线上的上料台上，此时工艺生产线上的双向转移小车将装好工件的料盘取出并转移至上料储料台中，所述上料储料台上的料盘检测装置对料盘实行检测、跟踪;前清洗，上料储料台上的料盘检测装置检测到料盘，启动料盘传输机构将料盘料盘从上料储料台转通过双向转移小车移到前清洗机，前清洗分2个工位，即碱水浸洗清洗，热水喷淋清洗。预氧化，清洗后的工件通过传输机构一推杆推到预氧化炉。预氧化炉共有5个料盘位，分2区加热和控制，使用温度范围为350-550°C ;根据工艺要求，预氧化炉将工件预热到 350-550°C之间。加热，将完成预氧化的工件由推链机构转移到底进料换气室的升降台上，升降台带着料盘及工件上升到推杆式加热炉室的轨道高度。底进料换气室是一个密封的炉室，炉内大量废气通过该室的排放管排出，同时工件在该室停留一个周期的节拍时间进行换气，使工件进入加热室可以完全处在保护气氛中；再通过底进料换气室的电动推杆将料盘由底进料换气室转移到推杆式加热炉。推杆式加热炉有5个料盘位置，分2区加热和控制。在该区域将工件加热到渗碳要求的温度。渗碳，料盘经由侧高温推链将料盘由推杆式加热炉转移到环形转底渗碳炉中进行强渗处理。通过设置不同的渗碳时间，从而完成相同可控气氛下的不同层深的渗碳要求。环形转底渗碳炉炉中料盘的步进由齿轮电机带动转底来完成，并通过光栅开关来检测转底转动的位置。光栅开关将检测到转底转动位置的模拟信号输送给料盘跟踪系统，料盘跟踪系统将将模拟信号转化为数值信号输送给控制系统，控制系统控制齿轮电机的运动，进而对独立的环形转底渗碳炉渗碳按设定的渗碳工艺参数(温度和碳势)进行控制。同时为了便于检测炉内各区域个位置的温度和碳势的一致性，在环形炉膛内设置了 3个温度检测2个碳势检测点，这些检测点互为监控，当任何一个检测点超过规定的偏差值时，系统将发出声光报警。如主控点超差时，将自动切换到未超差的辅控检测点上。所述环形转底渗碳炉转底上设置有12个工位，工位的多少可以根据产品的渗碳时间确定。达到工件设定的强渗工艺时间后，料盘通过传输机构转移至环形转底扩散炉，环形转底扩散炉按照设定的工艺参数进行扩散；达到扩散工艺时间后，料盘跟踪系统将料盘检测装置检测的模拟信号输送给料盘跟踪系统，料盘跟踪系统将模拟信号转化为控制信号输送给控制系统，控制系统控制环形转底渗碳炉的出料机构，将料盘转移至环形转底扩散炉。
扩散,料盘通过传输机构转移至环形转底扩散炉，环形转底扩散炉按照设定的工艺参数进行扩散；达到工件设定的扩散工艺时间后，料盘跟踪系统将料盘检测装置检测的模拟信号输送给料盘跟踪系统，料盘跟踪系统将模拟信号转化为控制信号输送给控制系统，控制系统控制环形转底扩散炉的出料机构，将料盘转移至淬火降温炉。所述环形转底扩散炉转底上设置有8个工位。降温，达到工件设定的扩散工艺时间后，料盘通过传输机构转移至淬火降温炉内进行降温；保温，由淬火降温炉内的传输机构转移至淬火保温室内进行保温；淬火，工件经淬火保温室内的传输机构转移至淬火油槽的升降台，通过所述升降台浸入到淬火油中进行淬火冷却，保持一定时间后完成淬火过程；后清洗，通过碱液清洗、清水清洗后烘干；回火，通过传输机构将料盘推送至推杆式回火炉对工件进行低温回火；风冷，工件回火后，料盘通过传输机构转移到风冷台上进行风冷却；卸料储料,将经过风冷的工件经过传输机构转移至卸料储料台上。实施例I :以汽车齿轮进行渗碳淬火为例。设定有三种齿轮的热处理要求如下表I ;根据表I的要求，编制相应的热处理工艺如表2 :表I.三种齿轮的热处理要求
权利要求
1.一种用于机械零件的表面化学热处理的方法，其特征在于，包括以下操作过程 送料，将待处理工件装入放置在生产车间的空料盘内，通过车间的料盘传输机构将装好工件的料盘放在上料台上，随后转移至上料储料台中，所述上料储料台上的料盘检测装置对料盘实行检测、跟踪； 前清洗，上料储料台上的料盘检测装置检测到料盘，启动料盘转移机构将料盘传输至前清洗机中通过碱液、清水进行清洗； 预氧化，清洗后的工件经过传输机构送至预氧化炉内； 加热，完成预氧化的工件由传输机构转移至底进料换气室，工件停留一个周期的节拍时间进行换气，再转移至加热炉内，将工件加热至渗碳要求的温度； 渗碳，料盘经过传输机构转移到转底渗碳炉中，通过设置不同的渗碳时间，从而完成相同可控气氛下的不同层深的渗碳要求； 扩散，达到工件设定的强渗工艺时间后，料盘通过传输机构转移至转底扩散炉，转底扩散炉按照设定的工艺参数进行扩散； 降温，达到工件设定的扩散工艺时间后，料盘通过传输机构转移至淬火降温炉内进行降温； 保温，由淬火降温炉内的传输机构转移至淬火保温室内进行保温； 淬火，工件经淬火保温室内的传输机构转移至淬火油槽的升降台，通过所述升降台浸入到淬火油中进行淬火冷却，根据工艺要求保持一定时间后完成淬火过程； 后清洗，通过碱液清洗、清水清洗后烘干； 回火，通过传输机构将料盘推送至推杆式回火炉对工件进行低温回火； 风冷，工件回火后，料盘通过传输机构转移到风冷台上进行风冷却； 卸料储料，将经过风冷的工件经过传输机构转移至卸料储料台上。
2.根据权利要求I所述的用于机械零件的表面化学热处理的方法，其特征在于，所述预氧化炉内的温度350 550°C。
3.一种用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，包括上料储料台、前清洗机、预氧化炉、加热炉、转底式渗碳炉、转底式扩散炉、淬火降温炉、淬火保温室、淬火油槽、后清洗机、低温回火炉、风冷台、卸料台、料盘检测装置，所述上料储料台、所述前清洗机、所述预氧化炉、所述底进料换气室、所述加热炉、所述转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉、所述淬火降温炉、所述淬火保温室、所述淬火油槽、所述后清洗机、所述低温回火炉、所述风冷台、所述卸料台之间依次通过传输机构连接；所述转底式渗碳炉和所述转底式扩散炉为环形。
4.根据权利要求3所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，还包括料盘检测装置，所述料盘检测装置设置在所述上料储料台上。
5.根据权利要求4所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述环形转底式渗碳炉包括设备基座、外炉体、内炉体、转台、密封刀、密封油槽，驱动装置、前门及中门，所述外炉体、内炉体、密封油槽及驱动装置均安装在所述设备基座上；所述外炉体为环形，所述内炉体为圆柱形；所述转台为环形且设置在所述外炉体与所述内炉体之间，安装在所述驱动装置上；所述密封油刀为环形，且由一组内环油刀和一组外环油刀组成，所述一组内环油刀其中一个固定在内炉体外侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述一组外环油刀其中一个固定在所述外炉体内侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述密封油槽为环形且设置在设置在所述密封油刀下方；所述前门及中门设置在所述外炉体直径方向的两端，所述前门与所述加热炉连接，所述中门与所述环形转底式扩散炉连接。
6.根据权利要求5所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述环形转底式扩散炉包括设备基座、外炉体、内炉体、转台、密封刀、密封油槽，驱动装置、后门，所述外炉体、内炉体、密封油槽及驱动装置均安装在所述设备基座上；所述外炉体为环形，所述内炉体为圆柱形；所述转台为环形且设置在所述外炉体与所述内炉体之间，安装在所述驱动装置上；所述密封油刀为环形，且由一组内环油刀和一组外环油刀组成，所述一组 内环油刀其中一个固定在内炉体外侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述一组外环油刀其中一个固定在所述外炉体内侧下部，另一个固定在所述转台外侧的下部；所述密封油槽为环形且设置在所述密封油刀下方；所述后门设置在所述外炉体直径方向与所述中门相对的一端，所述后门与所述淬火降温炉连接。
7.根据权利要求5或6所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉均还包括用于测定炉膛内温度的热电偶及用于测定炉膛内碳势的氧探头，所述热电偶及氧探头穿过外炉体的顶部插入炉膛内，所述热电偶及氧探头外部分别连接温度控制仪和碳控仪。
8.根据权利要求5或6所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉均还包括用于均匀炉膛内气氛的的气氛循环装置，所述气氛循环装置安装在炉膛的顶部。
9.根据权利要求5或6所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述转台上设置有光栅开关，用检测转台转动的位置。
10.根据权利要求5或6所述的用于机械零件的表面化学热处理的设备，其特征在于，所述加热炉、所述环形转底式渗碳炉、所述转底式扩散炉及所述淬火降温炉之间的传输机构为侧高温推链。
全文摘要
本发明涉及一种用于机械零件的表面化学热处理的方法及其所用装置，包括上料储料台、前清洗机、预氧化炉、加热炉、转底式渗碳炉、转底式扩散炉、淬火降温炉、淬火保温室、淬火油槽、后清洗机、低温回火炉、风冷台、卸料台。上述各装置相对独立，通过传输机构连接在一起，完成从上料及备料→前清洗→预氧化→加热→渗碳→扩散→降温→保温→淬火→后清洗→回火→风冷→卸料及储料的生产工艺。该装置通过独立的强渗室与扩散室将渗碳工艺中的强渗与扩散分解开来分别执行，再通过两者不同处理时间的组合，实现了不同层深要求、不同材料零件的同炉批量化生产的要求，最大限度的发挥了设备效率。
文档编号C23F17/00GK102776470SQ20121023795
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者张牛山, 陈曦 申请人:陈曦