楔横轧模具表面氮化炉的制作方法

本实用新型涉及一种氮化炉的改进，具体地说是一种专用于楔横轧模具表面氮化、温度加热到540—570℃、防高温变形、硬度可提高到48-52HRC的楔横轧模具表面氮化炉。

背景技术：

楔横轧模具是采用楔横轧工艺轧制轴类件的重要成型配件，包括弧形块，在弧形块的表面具有不同功能的楔角和不同功能的展宽楞；不同功能的楔角和不同功能的展宽楞按不同的轴类件设计；一套楔横轧模具有8块组成，按顺序固定在楔横轧辊的圆周表面，弧形块的高度为900mm，弧长为600—700mm，厚度为110mm。其楔横轧模具的制作工艺是：离心浇铸→粗加工→调质→精车→切块→钻孔→精加工；展宽楞、楔角的起楔段处在轧制辊体的表面中部，成型段的宽度趋近于轧制辊体的两端边沿。这种楔横轧模具制作工艺的不足在于：成型的楔横轧模具的硬度低，特别是展宽楞、楔角部位的调质成型硬度只能达到28-32HRC，致使楔横轧模具使用寿命短，一套楔横轧模具使用寿命一般为轧制轴类件6—8万件，由于一套楔横轧模的价格在15—20万元人民币，所以提高了轴类轧件的生产成本；如果调质硬度过高，模具精车加工困难。为了提高楔横轧模具表面的硬度，特别是展宽楞、楔角部位的硬度，目前通常采用常规的淬火方式，淬火过程是：将制作的楔横轧模具再次加热至830℃以上，保温4个小时，使之奥氏体化，随即浸入淬冷介质中，再快速冷却至室，进行马氏体转变，使楔横轧模具的硬度、强度、韧性及耐磨性得到提高。这种淬火方式所存在的不足在于：一是在高温加热时，容易使楔横轧模具的展宽楞、楔角部位变形，影响轴类轧件的轧制精度；二是其弧形块变形，弧形块模具在上轧辊固定时，在连接处高低不平，影响尺寸精度；三是硬度及其使用寿命提高幅度有限。

相同技术领域的技术人员都知道，氮化工艺可大幅度的提高工件表面硬度、耐磨、抗蚀、抗疲劳，已广泛用于锯条、螺丝、曲轴、缸套、柱塞、气门、齿轮、涡轮、钻头、刀具、紧固件、销轴、铝挤压模、电气动工具零件等。氮化工艺是在氮化炉内进行。目前所使用的氮化炉大多包括由不锈钢圆筒和内衬组成的炉体、加热元件、内胆、炉盖、搅拌风机、鼓风机、氮气输入管和进、出水管；其中：所述的加热元件敷设于炉体内壁；内胆置于炉体内中部，内胆的外壁与炉体内壁之间为加热腔；氮气输入管从炉盖的一侧伸入内胆内的下部，内胆的内壁为光滑弧面；搅拌风机的电机安装在炉盖的上壁中部，风叶伸入内胆的内腔上部；鼓风机安装在炉体的外壁一侧下部，出风口伸入炉体内加热腔的下部，与此对应，在炉体内的加热腔上部设有出风管；在炉盖的一侧设有伸入炉盖水封冷却环的进水管，在炉盖的另一侧设有与进水管相对应的出水管。这种氮化炉所存在的不足在于：一是在淡化处理过程中，由于内胆是静止的，作用于工件上的氮气压力是一致的，所以所处理工件表面的硬度是一致的，不能对工件不同硬度要求的部位区别处理；二是由于内胆的底壁厚度与内胆的侧壁厚度一致，所以影响承重能力；三是内胆的深度和直径不适应放置楔横轧模具。

通过检索可知，目前有多种关于采用氮化工艺提高工件硬度的报道，但尚未见用于提高楔横轧模具硬度的报道；更未见使楔角位置硬度高于展宽楞位置硬度的氮化工艺的报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种采用氮化工艺提高楔横轧模具表面的硬度和耐磨性，并且使楔角位置硬度高于展宽楞位置硬度，其硬度能够达到48-52HRC，防止楔横轧模具高温加热变形，专用于楔横轧模具表面氮化处理的楔横轧模具表面氮化炉。

为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该楔横轧模具表面氮化炉，包括由不锈钢圆筒和内衬组成的炉体、加热元件、内胆、炉盖、搅拌风机、鼓风机、氮气输入管和进水管、出水管；其中：所述的加热元件镶设于炉体内壁；内胆置于炉体内中部，内胆的外壁与炉体内壁之间为加热腔；氮气输入管从炉盖的一侧伸入内胆内的下部；搅拌风机的电机安装在炉盖的上壁中部，风叶伸入内胆的内腔上部；鼓风机安装在炉体的外壁一侧下部，出风口伸入炉体内加热腔的下部，与此对应，在炉体内的加热腔上部设有带阀门的出风管；在炉盖的一侧设有伸入炉盖水封冷却环的进水管，在炉盖的另一侧设有与进水管相对应的出水管；其特征在于：所述的内胆底壁为平面；所述内胆底壁的厚度为内胆周壁厚度的两倍，而且内胆底壁置于转动盘上；所述的转动盘转轴从炉体底壁中心下伸与低速电机的主轴连接为一体，低速电机安装在炉体的底部中心位置；所述的内胆的内壁设有等距离排列的楔形凸条，楔形凸条的楔向和置入的楔横轧模具的弧形块状模具的楔角方向均为顺时针方向，内胆为顺时针转动；所述的炉盖的底壁固定设有圆口，内胆的上端设有缩口，缩口插入圆口内，在圆口的内壁与缩口的外壁之间设有陶瓷环，陶瓷环套装2—3环；同理，在低速电机的轴穿过炉体底壁的位置也套设2—3环陶瓷环；所述的内胆的有效深度为1000mm，比楔横轧模具的高度大100mm；所述的内胆的内直径为1200mm，内周长为3768mm，比楔横轧模具的4弧形块状模具的弧长之和再加40mm还要大1368—967mm；所述的内胆的圆周壁厚为8mm。

本实用新型还通过如下措施实施：所述的加热元件设有等距排列的6环，上部3环为第一加热区，下部3环为第二加热区，采用0Cr25AL5电阻带制作，每环电阻带均采用陶瓷螺钉与炉体的内壁固定，而且在每环电阻带的外壁与炉体的内衬之间设有陶瓷垫套；第一加热区的3环电阻带与第二加热区的3环电阻带按排列顺序依次对应并联后与控制柜内的电流调整模块连接；在第一加热区的3环电阻带与第二加热区的3环电阻带之间各设一个测温探头，测温探头通过电缆与控制柜前板面上部的温度显示表连接；通过控制柜控制炉体内加热腔的加热温度稳定在600℃，并在温度显示表显示，如果加热腔内的温度显示超过600℃，则通过控制柜的鼓风机启动按钮开启鼓风机，同时打开出风管的阀门，通过鼓风使加热腔内的温度降低，当加热腔内的温度降至600℃以下时，即可关闭鼓风机，同时关闭出风管的阀门；当需要加热腔内快速降温时，通过加热开关停止加热，并打开出风管的阀门，开启鼓风机，输入冷空气，即可实现加热腔内快速降温。

所述的内胆为316L防腐不锈钢板焊接而成，周壁的楔形凸条设有3条，为轴向排列，与内胆焊接为一体。

所述的氮气输入管的入口通过氮气管与氨分解罐的上部连通，氨分解罐通过氨气管与储氨罐的上端连通，储氨罐内的氨气在自身压力下通过氨气管流入氨分解罐，在氨分解罐内分解为氮气，在自身压力下通过氮气管流入氮气输入管内。

所述的炉体的外壁采用钢板焊接而成，钢板的厚度为4mm，外壁按相关标准刷两遍底漆、两遍面漆，关键部位用耐中温漆；内衬为全纤维复合材料，压缩容重≥230Kg/m3，耐高温1000℃，厚度250—260mm，采用标准的耐热圆钢镶装固定；在内衬的内表面喷涂一层高温固化剂。

所述的炉盖采用厚度为40mm碳钢板制作；炉盖的周边通过等距离排列的螺杆与炉体的上壁连接。

所述的内胆的外壁上部设有“L”形下口沿，与此对应，在炉体的上壁设有“U”形环槽，“L”形下口沿卡入“U”形环槽内。

所述的低速电机的转速为12转/分钟。

所述的控制柜内设有智能控温仪，智能控温仪内置“专家PID”调节模型，具有无超调、无欠调的高调节品质，质量可靠，电压、环境温度适应范围宽，抗干扰能力强等优点；而且操作简单，双排数显，分别显示设定值和实测值，具有PID参数自整定，热电偶或系统误差校正等多种功能；控制柜内的加热主回路采用大功率可控硅作为调功执行元件，模块与风冷装置、散热器、过热保护、阻容吸收、触发器组成一体化调功组件，且结构紧凑，便于维护、更换；在控制柜的上部设有复合式自动空气开关，用于切断电源及短路、过载、过流保护；在控制柜内下部设交流接触器，当超温时或炉盖开启时自动切断主回路，以确保设备和楔横轧模具的安全；当一体化大功率半导体模块或智能控温仪意外故障时，经简单调整记录仪和接触器可继续控温；由于控制柜为现有设备，可直接购买，所以对其结构和工作原理不作多描述。

本实用新型的有益效果在于：该楔横轧模具表面氮化炉，由于内胆的周壁设有楔形凸楞，而且内胆是转动的，所以氮气相对楔横轧模具表面的压力随着楔角的转动增加了压力，使楔角部位的硬度更加大，更有利于提高楔横轧模具的使用寿命；经过试用检测，其楔角位置的硬度能够达到52HRC，其展宽楞位置的硬度能够达到50 HRC；采用此方法，可防止楔横轧模具高温加热变形，提高了轴类轧件的精度。

附图说明

图1、为本实用新型的结构轴向局剖视示意图。

图2、为本实用新型的结构内胆的横断面剖视放大示意图。

图3、为本实用新型的结构炉盖的圆口与内胆的缩口装配横断面剖视放大示意图。

图4、为本实用新型的结构炉体的侧壁横断面剖视放大示意图。

图5为本实用新型的内胆楔横轧模具置入状态横断面剖视放大示意图。

具体实施方式

参照图1、图2、图3、图4、图5制作本实用新型。该楔横轧模具表面氮化炉，包括由不锈钢圆筒和内衬组成的炉体1、加热元件2、内胆3、炉盖4、搅拌风机5、鼓风机6、氮气输入管7和进水管8、出水管9；其中：所述的加热元件2镶设于炉体1内壁；内胆3置于炉体1内中部，内胆3的外壁与炉体1内壁之间为加热腔10；氮气输入管7从炉盖4的一侧伸入内胆3内的下部；搅拌风机5的电机安装在炉盖4的上壁中部，风叶伸入内胆3的内腔上部；鼓风机6安装在炉体1的外壁一侧下部，出风口伸入炉体1内加热腔10的下部，与此对应，在炉体1内的加热腔10上部设有带阀门的出风管11；在炉盖4的一侧设有伸入炉盖水封冷却环15的进水管8，在炉盖4的另一侧设有与进水管8相对应的出水管9；其特征在于：所述的内胆3底壁为平面，以利于楔横轧模具的弧形块的端面放置平稳；所述内胆3底壁的厚度为内胆3周壁厚度的两倍，而且内胆3底壁置于转动盘12上，由于楔横轧模具共有上、下8块弧形块，其总重量可达2000—3000kg，一炉装4块，重量有1000—1500kg，通过内胆3的底壁加厚和置于转动盘12上可使内胆3具有承载楔横轧模具的承重能力；所述的转动盘12转轴从炉体1底壁中心下伸与低速电机13的主轴连接为一体，低速电机13安装在炉体1的底部中心位置，通过低速电机13的转动，实现内胆3的转动，从而使置于内胆3内的楔横轧模具的4块弧形块状模具16处于低速转动状态；所述的内胆3的内壁设有等距离排列的楔形凸条14，楔形凸条14的楔向和置入的楔横轧模具的4块弧形块状模具16的楔角方向均为顺时针方向，内胆3为顺时针转动，这样，氮气在楔形凸条14的楔角和置入的楔横轧模具的4块弧形块状模具16的楔角之间从宽间隙到窄间隙流动，使楔角处的压力高于其他位置的压力，从而使4块弧形块状模具16的楔角处的强度更高；所述的炉盖4的底壁固定设有圆口17，内胆3的上端设有缩口18，缩口18插入圆口17内，在圆口17的内壁与缩口18的外壁之间设有陶瓷环19，陶瓷环19套装2—3环，通过陶瓷环19实现缩口18相对圆口17的密封转动，而且摩擦力小，容易转动；同理，在低速电机13的轴穿过炉体1底壁的位置也套设2—3环陶瓷环，实现密封转动；所述的内胆3的有效深度为1000mm，比楔横轧模具的高度大100mm；所述的内胆3的内直径为1200mm，内周长为3768mm，比楔横轧模具的4块弧形块状模具16的弧长之和再加40mm还要大1368—967mm；所述的内胆3的圆周壁厚为8mm，适应楔横轧模具的4块弧形块状模具16的按顺序放置。

作为本实用新型的改进：所述的加热元件2设有等距排列的6环，上部3环为第一加热区，下部3环为第二加热区，采用0Cr25AL5电阻带制作，每环电阻带均采用陶瓷螺钉与炉体1的内壁固定，而且在每环电阻带的外壁与炉体1的内衬之间设有陶瓷垫套26，从而增加电阻带的发热效果；第一加热区的3环电阻带与第二加热区的3环电阻带按排列顺序依次对应并联后与控制柜20内的电流调整模块连接；在第一加热区的3环电阻带与第二加热区的3环电阻带之间各设一个测温探头21，测温探头21通过电缆与控制柜20前板面上部的温度显示表201连接；通过控制柜20控制炉体1内加热腔10的加热温度稳定在600℃，并在温度显示表201显示，如果加热腔10内的温度显示超过600℃，则通过控制柜20的鼓风机启动按钮202开启鼓风机6，同时打开出风管11的阀门，通过鼓风使加热腔10内的温度降低，当加热腔10内的温度降至600℃以下时，即可关闭鼓风机6，同时关闭出风管11的阀门；当需要加热腔10内快速降温时，通过加热开关203停止加热，并打开出风管11的阀门，开启鼓风机6，输入冷空气，即可实现加热腔10内快速降温。

所述的内胆3为316L防腐不锈钢板焊接而成，周壁的楔形凸条14设有3条，为轴向排列，与内胆3焊接为一体。

所述的氮气输入管7的入口通过氮气管22与氨分解罐23的上部连通，氨分解罐23通过氨气管24与储氨罐25的上端连通，储氨罐25内的氨气在自身压力下通过氨气管24流入氨分解罐23，在氨分解罐23内分解为氮气，在自身压力下通过氮气管22流入氮气输入管7内。

所述的炉体1的外壁采用钢板1a焊接而成，钢板1a的厚度为4mm，外壁按相关标准刷两遍底漆、两遍面漆，关键部位用耐中温漆；内衬1b为全纤维复合材料，压缩容重≥230Kg/m3，耐高温1000℃，厚度250—260mm，采用标准的耐热园钢镶装固定；在内衬1b的内表面喷涂一层高温固化剂1c，形成一层隔热墙，增大内衬面的强度及热辐射性能，并进一步减小内衬蓄热损失，达到快速升温的效果，最大限度提高热效率。

所述的炉盖4采用厚度为40mm碳钢板制作，保证使用中不漏气，达到接近真空效果；炉盖4的周边通过等距离排列的螺杆27与炉体1的上壁连接。

所述的内胆3的外壁上部设有“L”形下口沿31，与此对应，在炉体1的上壁设有“U”形环槽32，“L”形下口沿31卡入“U”形环槽32内，使其密封固定。

所述的低速电机13的转速为12转/分钟。

所述的控制柜20内设有智能控温仪，智能控温仪内置“专家PID ”调节模型，具有无超调、无欠调的高调节品质，质量可靠，电压、环境温度适应范围宽，抗干扰能力强等优点；而且操作简单，双排数显，分别显示设定值和实测值，具有PID参数自整定，热电偶或系统误差校正等多种功能；控制柜20内的加热主回路采用大功率可控硅作为调功执行元件，模块与风冷装置、散热器、过热保护、阻容吸收、触发器组成一体化调功组件，且结构紧凑，便于维护、更换；在控制柜20的上部设有复合式自动空气开关，用于切断电源及短路、过载、过流保护；在控制柜20内下部设交流接触器，当超温时或炉盖4开启时自动切断主回路，以确保设备和楔横轧模具的安全；当一体化大功率半导体模块或智能控温仪意外故障时，经简单调整记录仪和接触器可继续控温；由于控制柜20为现有设备，可直接购买，所以故对其结构和工作原理不作多描述。

使用本实用新型时需按以下步骤操作：

1、首先按照现有离心浇铸→粗加工→调质→精车→切块→钻孔→精加工的工艺，制作出8块弧形块状模具16；

2、将步骤1制作的弧形块状模具16用汽油将表面清洗干净，不得存在锈斑、赃物；

3、将内胆3置入炉体1内，并使内胆3的“L”形下口沿31卡入炉体1“U”形环槽31内，使其密封固定；

4、再将步骤2中处理的8块弧形块状模具16按组装顺序分为两组，第一组4块再按组装顺序、沿内胆3内一周、垂直放入内胆3内，相邻弧形块状模具16之间的距离为10mm，并使弧形块状模具16表面的楔角方向与楔形凸条14的楔向一致；

5、再在内胆3的缩口18上套设陶瓷环19，然后将炉盖4盖上，并使炉盖4的圆口17扣在陶瓷环19的外侧；

6、再用螺杆27将炉盖4与炉体1固定，接通进水管8和出水管9，实现炉盖4的水封和冷却。

7、开启氮气输入管7的阀门，向内胆3内输入氮气，对内胆3内进行排气，排气10—15分钟，将智能控温仪设定为150℃；

8、开启加热元件2的开关，边排气、边加热至150℃，保持2小时排气，同时开启低速电机13，使内胆3转动，再将智能控温仪设定至530℃，保持内胆3内的压力为正压，当内胆3内温度达到530℃时，恒温、恒流渗氮3—20小时，再调大氨气压力，让排气压力适宜，渗氮4—70小时，再调小氨气压力，关闭氮气输入管7，退氮1—2小时，切断电源停止加热和转动，给少量氨气，使内胆3内维持正压，待内胆3内的温度降至150℃以下时，停止供氨，第一组即可出炉；

9、按以上步骤，再对第二组4块弧形块状模具16进行氮化处理。