一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法及退火装置与流程

本发明涉及一种抽芯铆钉钉套退火技术，特别是一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法及退火装置。

背景技术：

高温合金钢（a-286）抽芯铆钉钉套是航空标准件。抽芯铆钉钉套的体积和有效加热面积都很小，热处理过程中存在如下一些问题:高频感应加热过程中钉套表面传热过快，加热区域难以控制，特别是在局部退火处理时，往往很容易超出设定的退火区域；加热不均匀，容易引起局部温差过大，常常是部分区域低于热处理设定温度，而其他区域温度偏高，甚至造成零件开裂，达不到局部热处理的要求；热处理过程控制不精确，重复性差，操作过程常常仅凭工人经验，批量生产时产品质量稳定性差，成品率低。目前，市面上大多数热处理设备只适合于对工件进行整体处理，而对工件进行局部热处理的设备较少，特别是针对抽芯铆钉钉套这类小型薄壁管状零件的局部热处理，缺少相应有效的方法和设备。

因此，抽芯铆钉钉套生产过程中存在局部热处理效果较差，产品质量不稳定、产品质量较差、成品率低、成本高、难以批量生产、热处理过程控制不精确的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法及退火装置。本发明在抽芯铆钉钉套生产过程中可精确控制钉套局部加热区域温度，局部热处理效果较好，可使钉套硬度呈现梯度变化、使钉套生产质量稳定、提高钉套质量、提高成品率、操作简单、便于批量生产、热处理过程控制精确。

本发明的技术方案：一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法，该方法是通过使钉套在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对钉套局部进行退火。

前述的一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法中，所述方法是通过使钉套的退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对退火区进行退火。

前述的一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法中，所述方法是通过加热系统和辅助加热套对钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对退火区进行退火。

前述的一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法中，所述方法是通过在辅助加热套中设置内孔，且内孔的壁厚呈梯度变化，使辅助加热套在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对放入内孔中的钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，从而使钉套硬度呈现梯度变化。

前述的一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法中，所述退火区加热过程中，通过冷却装置对钉套端部非退火区进行冷却；退火区加热结束后，钉套温度达到冷却设定值对钉套进行冷却。

按照前述的一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法所用的退火装置，包括加热系统和套在钉套外的辅助加热套。

前述的退火装置中，所述辅助加热套，包括设在辅助加热套中心位置的内孔，所述内孔壁厚呈梯度变化，内孔的长度为7~8mm，所述内孔的壁厚为1～3mm。

前述的退火装置中，所述加热系统前端一侧设有冷却装置，所述冷却装置包括立柱，立柱上方设有安装支座，安装支座一设有端部冷却管路和辅助加热套，所述安装支座另一端设有与端部冷却管路连接的软管b，所述端部冷却管路包括一对与安装支座连接的圆铜管，圆铜管与方铜管连接；所述辅助加热套设在圆铜管之间，辅助加热套前端设有插孔，方铜管设在插孔中，辅助加热套和设在加热系统中的感应线圈处于同一水平线。

前述的退火装置中，所述辅助加热套可选用中碳钢、铁基高温合金、高mn钢或cr钢等铁磁性材料制成。

前述的退火装置中，所述退火装置还包括工作台，加热系统设在工作台上，工作台上还设有在线冷却系统，所述在线冷却系统包括设在感应线圈上方的循环水管和设在感应线圈下方的水槽；所述工作台中设有水箱a、水箱b、水泵a以及水泵b，所述水箱a和水泵a经软管ａ与加热系统连接，水箱a和水泵a经软管ｂ与冷却装置连接；所述水箱ｂ和水泵ｂ经软管ｃ与在线冷却系统中的循环水管以及水槽连接。

前述的退火装置中，所述退火装置还包括设在加热系统前端一侧的夹持旋转机构和设在加热系统前端另一侧的温度检测装置，夹持旋转机构下方设有移动平台。

前述的退火装置中，所述夹持旋转机构包括固定板，固定板上设有直流电机和轴承座，轴承座中设有自紧钻夹，自紧钻夹与杆芯连接；直流电机和轴承座通过联轴器连接。

前述的退火装置中，所述温度检测装置包括双头螺杆，双头螺杆上方设有安装支架，红外测温仪设在安装支架上。

前述的退火装置中，所述移动平台包括精密线性模组，精密线性模组一端设有步进电机，精密线性模组上方设有移动滑块，精密线性模组上一侧设有光电限位开关。

前述的退火装置中，所述杆芯和感应线圈的圆心与辅助加热套处于同一水平线上。

与现有技术相比，本发明采用高频加热技术，其工艺简单，设备操作方便，不仅提高零件热处理工作效率，而且能确保零件退火质量，同时降低工人劳动强度。本发明的应用，对提高航空标准件的制造技术水平和制造效率、提升我国航空标准件企业的市场竞争力起到很好的作用。

根据钉套表面硬度需求的，制定钉套表面的功能区域，同过设置辅助加热工装套，利用热传导对钉套表层进行热处理，控制热源的温度分布及梯度，建立与硬度梯度对应的温度梯度，达到钉套表面局部退火目的，使钉套硬度形成梯度变化。同时，利用辅助加热工装套对钉套进行间接加热处理，避免了对钉套的直接加热导致的灼伤。

通过在辅助加热套中设置内孔，且内孔的壁厚呈梯度变化，使辅助加热套在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对放入内孔中的钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，从而使钉套硬度呈现梯度变化。

辅助加热套的内孔表面与钉套的外表面的间隙范围0.1~0.5mm，通过选用中碳钢、铁基高温合金、高mn钢或cr钢等铁磁性材料制造辅助加热套，具有耐高温、热传导性能好等特点；

加热过程中，由于辅助加热套外圆壁厚不均匀导致内孔表面产生的热不均匀，形成具有轴向温度梯度的温度场，然后利用热辐射原理，使钉套退火区产生具有梯度变化的硬度。

通过使用红外测温仪检测感应加热温度，并设定通断温度和冷却温度，当温度达到设定值时输出信号控制加热系统和在线冷却系统通断。相对控制加热时间的工艺方案，提高了加热温度与硬度对应性，减小了温度对硬度灵敏性的影响。

通过设置冷却装置，可有效保护钉套自由端端部0～1mm范围内，在退火过程中不被完全加热，硬度形成梯度变化。

通过模块设计，可更换不同规格的感应线圈、辅助加热工装套或芯杆等部件能满足不同规格的钉套的生产制造，且安装方便，可重复使用，降低生产成本。

以上内容实现了加热退火过程自动控制、温度在线检测、精确控制钉套加热区域、在线冷却等功能，而且还具有操作简单、制作成本低、适合于系列化钉套的批量生产制造等特点。

操作过程中选用功率范围在15kw~20kw，频率范围在30khz～100khz的高频机，感应线圈的匝数为1~3圈，感应线圈内圈直径比辅助加热套的直径大10~30mm，方铜管内切圆和圆铜管的直径范围：æ5~æ10mm，壁厚1mm。退火过程中，利用温度检测装置的红外测温仪标定检测辅助加热工装套前端表面的温度，该线红外测温仪测温范围为600~1600℃，调整角度范围为：30°~80°。

利用温度检测装置检测辅助加热套前端表面的温度，并设定通断温度1300℃，设定冷却温度600℃，当检测点温度达到断电设定值时，输出信号使高频机的断电停止加热，当检测点温度达到冷却设定值时，输出信号使在线冷却系统工作，使钉套快速冷却降温，提高热系统响应，减小了加热温度对硬度灵敏性的影响。

夹持旋转机构中的直流电机转速范围为：300rpm~600rpm。夹持旋转机构转动过程中钉套径向跳动小于0.1~0.5mm，使加热退火过程加工均匀稳定。

移动平台的进给距离范围：0mm~200mm；精密线性模组的侧面装两个光电限位开关，光电限位开关之间距离为钉套从起始位置到加热位置的长度，精准控制钉套给进距离。

高温合金钉套材料原始硬度在340hv，常规退火方法处理后钉套退火区材料硬度均匀约为200hv~220hv，尺寸范围5-6mm。本方案处理后钉套退火区材料硬度具有梯度变化，退火区尺寸范围7-8mm，最低硬度值约为200hv~220hv，尺寸范围3mm，最高硬度340hv，尺寸范围0.1~1mm。

综上所述，本发明在抽芯铆钉钉套生产过程中可精确控制钉套局部加热区域温度，局部热处理效果较好，可使钉套硬度呈现梯度变化、使钉套生产质量稳定、提高钉套质量、提高成品率、操作简单、便于批量生产、热处理过程控制精确。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是辅助加热套的透视结构示意图；

图3是加热系统的结构示意图；

图4是温度检测装置的结构示意图；

图5是冷却装置的结构示意图；

图6是夹持旋转机构的结构示意图；

图7是移动平台的结构示意图；

图8是在线冷却系统的结构示意图；

图9是图8中a部分的结构示意图；

图10是钉套剖视图。

附图中的标记为：1-辅助加热套，2-内孔，3-立柱，4-安装支座，5-软管b，6-圆铜管，7-方铜管，8-插孔，9-加热系统，10-感应线圈，11-工作台，12-循环水管，13-水槽，14-水箱a，15-水箱b，16-水泵a，17-水泵b，18-软管a，19-夹持旋转机构，20-温度检测装置，21-移动平台，22-固定板，23-直流电机，24-轴承座，25-自紧钻夹，26-杆芯，27-联轴器，28-双头螺杆，29-安装支架，30-红外测温仪，31-步进电机，32-移动滑块，33-光电限位开关，34-软管c，35-冷却装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法，如图1至图9所示，该方法是通过使钉套在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对钉套局部进行退火；所述方法是通过使钉套的退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对退火区进行退火；所述方法是通过加热系统9和辅助加热套对钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对退火区进行退火；所述方法是通过在辅助加热套1内设置壁厚呈梯度变化的内孔2，使辅助加热套1在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对放入内孔2中的钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，从而使钉套硬度呈现梯度变化。

高温合金钢抽芯铆钉钉套局部退火方法所用的退火装置，包括加热系统9和套在钉套外的辅助加热套1；所述辅助加热套1，包括设在辅助加热套1中心位置的内孔2，所述内孔2壁厚呈梯度变化，内孔2的长度为7.5mm，所述内孔2的壁厚呈梯度变化，壁厚依次为1mm、2mm和3mm；所述加热系统9前端一侧设有冷却装置35，所述冷却装置35包括立柱3，立柱3上方设有安装支座4，安装支座4一端设有端部冷却管路和辅助加热套1，所述安装支座4另一端设有与端部冷却管路连接的软管b5，所述端部冷却管路包括一对与安装支座4连接的圆铜管6，圆铜管6与方铜管7连接；所述辅助加热套1设在圆铜管6之间，辅助加热套1前端设有插孔8，方铜管7设在插孔8中，辅助加热套1和设在加热系统9中的感应线圈10处于同一水平线；所述辅助加热套1选用中碳钢、铁基高温合金、高mn钢或cr钢制成；所述退火装置还包括工作台11，加热系统9设在工作台11上，工作台11上还设有在线冷却系统，所述在线冷却系统包括设在感应线圈10上方的循环水管12和设在感应线圈10下方的水槽13；所述工作台11中设有水箱a14、水箱b15、水泵a16以及水泵b17，所述水箱a14和水泵a16经软管ａ18与加热系统9连接，水箱a14和水泵a16经软管ｂ5与冷却装置35连接；所述水箱ｂ15和水泵ｂ17经软管ｃ34与在线冷却系统中的循环水管12以及水槽13连接；所述退火装置还包括设在加热系统9前端一侧的夹持旋转机构19和设在加热系统9前端另一侧的温度检测装置20，夹持旋转机构19下方设有移动平台21；所述夹持旋转机构包括固定板22，固定板22上设有直流电机23和轴承座24，轴承座24中设有自紧钻夹25，自紧钻夹25与杆芯26连接；直流电机23和轴承座24通过联轴器27连接；所述温度检测装置20包括双头螺杆28，双头螺杆28上方设有安装支架29，红外测温仪30设在安装支架29上；所述移动平台21包括精密线性模组，精密线性模组一端设有步进电机31，精密线性模组上方设有移动滑块32，精密线性模组上一侧设有光电限位开关33；所述杆芯26和感应线圈10的圆心与辅助加热套1处于同一水平线上。

按照本发明上述实施例所制得的钉套的剖视图如图10所示，钉套硬度呈现梯度变化，相比现有技术的制得的钉套局部热处理效果更好。

工作原理：设备工作过程：移动平台21处于起始位置（右侧光电开关处），将钉套安装在夹持旋转机构19的芯杆端部，夹持旋转机构19的直流电机23通电，带动钉套旋转；水泵a16通电，同时开启加热系统9和冷却装置35的冷却水循环；移动平台21的步进电机31通电开始进给，当到达给进距离设定值时左侧光电开关获得信号，移动平台21停止，钉套进入辅助加热套1，钉套端部与冷却装置35的方铜管7接触，通过方铜管7中的冷却水热交换带走钉套自由端部的热量，形成非退火区，保护钉套自由端部不被完全退火；钉套到达工作位置后，加热系统9的高频机通电，感应线圈10开始加热，辅助加热套1逐渐加热，通过在辅助加热套1内设置壁厚呈梯度变化的内孔2，使辅助加热套1在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，对放入内孔2中的钉套的退火区进行加热，使退火区在加热过程中形成具有温度梯度的温度场，从而使钉套硬度呈现梯度变化；当在线红外测温仪30检测辅助加热套1前端表面的标定点温度到达断电温度设定值时，高频机断电，停止加热；当在线红外测温仪30检测辅助加热套1前端表面的标定点温度到达冷却温度设定值时，在线冷却系统的水泵通电，循环水管12出水，持续时间5s，随后移动平台21后退，当右侧光电开关获得信号，移动平台21停止，回到初始位置，取下加工完成的钉套。