环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法和设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法和装备，该方法包括工件上料、采用感应器加热、芯模矫正、上下模具压淬、带芯模感应回火、芯模离开，工件下料等步骤。该装备包括感应加热电源、实施整个工序动作的淬火机床和冷却水、淬火液循环装置。其中加热感应器、淬火液喷射盒、上下压模、芯模等部件及其运动的执行机构以及工件夹持机构位于淬火机床的构架上。感应加热电源以及冷却水、淬火液循环装置通过管线和机床的加热感应器、上下压模和芯模、以及淬火液喷射盒及其驱动机构相连，并通过机床控制系统完成程序动作。本发明能有效矫正和限制环类零件的热处理变形，提高产品合格率。
【专利说明】
环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法和设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法和设备。
【背景技术】
[0002]在机械零件制造过程中通常要通过热处理来提高零件的承载能力和寿命。对于薄壁环类零件经热处理后变形较大，包括失圆、内空变锥、平面翘曲等，废品率较高。目前对变形产生的机理还处于研究阶段，比较有效的抑制变形的手段是采用压力淬火方式。即是采用一个外热式加热炉把工件加热到淬火温度，然后转移到一个带有机械上下压模的装置中加一定的压力并淬火。为了定位压模一般还包括一个可膨胀芯模。淬火完成后松开上下压模然后将工件需清洗并转移到另外一个加热炉中回火，完成热处理工序。
[0003]加热炉一般是电热、燃气等外热式周期炉或者环形炉、转炉等连续式。由于工件在高温状态下转移，因此转移机构要能夹持热的零件，比较复杂。上下压模对于减少平面翘曲有一定效果，但是膨胀芯模对于工件圆度的控制不太可靠；如果采用整体的芯模，则由于淬火时的收缩，要把工件卸下去回火就必须用很大的外力将芯模拔出，而这往往造成芯模表面甚至工件内孔的拉伤，模具寿命短，成本高。
[0004]常规方法需用设备多，中间转移采用人工则劳动强度大；特别是对于在加热过程中由于工件的装卡以及自重等因素造成的失圆，常规的模压淬火方法不能改善。因此，合格率相对较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法和设备，该方法能够矫正零件在热处理前工序中造成的失圆等变形，同时又能限制热处理过程的变形，大大提高环类零件热处理的合格率。
[0006]本发明的方法是采用一套感应加热模压淬火回火设备对零件进行整个淬火回火热处理工序的操作；其设备包括感应加热电源、实施整个工序动作的淬火机床和冷却水、淬火液循环装置。其中加热感应器、淬火液喷射盒、上下压模、芯模等部件及其运动的执行机构以及工件夹持机构安装于淬火机床的构架上。感应加热电源以及冷却水、淬火液循环装置通过管线和机床的加热感应器、上下压模和芯模、以及淬火液喷射盒及其驱动机构相连，并通过机床控制系统完成整个程序动作。其步骤:
[0007]首先工件采用人工或自动机构将工件上料到下支承座上，并通过环绕的感应器将工件加热到淬火温度。随后进行矫正和模压淬火步骤:
[0008]感应加热电源切断，位于下支承模上的被加热到淬火温度的环类工件上被一个插入内孔的整体芯模定位和矫形，随即被位于同一轴线上的上压模通过机械力压住，此时感应器移动到临近而位于同一轴线上的淬火喷射盒移动到工件的淬火位置，四周的淬火液喷射装置和模具内部的喷射孔道在外部控制下同时或先后喷射淬火液完成淬火，喷射停止；此时工件由于收缩紧抱在芯模上，随后进行感应回火步骤:
[0009]外部淬火喷射盒离开淬火位置；感应器移到加热位置；此时感应加热电源开通，感应器将在上下压模之间并紧抱在芯模上的淬火工件加热到回火温度，对工件进行回火。回火后由于工件的热膨胀这时芯模可以轻松地离开工件。工件被冷却到可以转移的温度并随后下料。
[0010]所述的各步骤依次顺序为上料，感应加热，插入芯模，上下模压淬火，感应回火和下料。
[0011 ] 所述的各步骤可以在一个工位上，采用同一套感应加热电源和同一套模具完成。也可以在相邻的工位上完成。其中感应器和工件之间的移动是相对的，即可以是工件(或者工件和模具)移动，也可以是感应器移动；各组件的移动通过机床的机械机构实现；
[0012]所述的芯t旲是和工件形状以及最终尺寸相关的，闻精度的实心或中空结构的丰旲具，其材料为无磁性或弱磁性；根据需要中空芯模在其表面上开有孔，下端和淬火液循环系统相连接，在淬火过程中有淬火液从孔中喷出，冷却淬火工件的内表面；由于芯模的尺寸大于实际零件的内孔尺寸，因此，在淬火过程中环形零件会收缩抱紧在芯模表面，从而达到矫形和限制圆度、锥度的作用。
[0013]所述的芯模形状是和工件形状以及最终尺寸相关的，其外形可以是圆柱体(当工件内孔为圆柱体时)，也可以是均布或者非均布的带牙齿的柱状体(当工件内孔为带牙齿的表面时)；
[0014]所述的上压模及下支承模是和被淬火零件尺寸相关的，芯模上可根据需要加工或者不加工淬火液孔道。在工件淬火时，机床施加一定的机械压力经上下压模传递给淬火工件，同时淬火液从淬火液喷射盒及上下压模的孔道中喷向工件(如果需要)，达到均匀淬火和限制平面变形的目的；
[0015]所述的上下压模以及工件在加热和压淬过程中通过机械机构保持回转，不仅使加热和冷却均匀，而且有利于减小变形。转速可以是恒速也可以变速；
[0016]所述的通过上下压模以及工件外部淬火盒喷射的淬火液流量和温度可控，冷却顺序和间隔也可控。
[0017]本发明的优点是该方法能在一台设备上完成环形工件的淬火回火整个热处理过程，整个系统需要设备少，结构紧凑，占地面积小。
[0018]本发明的优点是精密芯模是在无间隙情况下限制变形但在有间隙状态下进入和离开淬火工件，因而磨损小，寿命长。
[0019]本发明的优点是采用感应加热的模式加热工件，通过工件内部涡流进行加热，力口热速度快，电热转换效率高，节能。
[0020]本发明的优点是采用的淬火液是水基的聚合物容易，淬火时无烟雾污染并且不需要额外的清洗工序；节省转移机构和额外的人力成本。
【附图说明】
[0021]图1是本发明环类零件感应矫形模压淬火回火的设备示意图。
[0022]图2是本发明模具结构及工作原理示意图。
[0023]图3是本发明模具适应性示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明涉及一种环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法及设备，该方法包括工件6上料、采用感应器4加热、芯模3矫正、上压模8、下支承模7压淬、工件6带芯模3感应回火、芯模3离开，工件6下料等步骤。
[0025]本发明的设备包括感应加热电源2、实施整个工序动作的淬火机床I和冷却水9、淬火液循环装置10。其中加热感应器4、外部淬火液喷射盒5、上压模8、下支承模7、芯模3等部件及其运动的执行机构以及工件夹持机构安装于淬火机床I的构架上。感应加热电源2以及冷却水9、淬火液循环装置10通过管线和机床的加热感应器4、上压模8、下支承模7和芯模3、以及淬火液喷水盒5及其驱动机构相连，并通过机床控制系统完成整个程序动作。其步骤:
[0026]首先工件采用人工或自动机构将工件6上料到下支承模7上，并通过环绕的感应器4将工件6加热到淬火温度。随后进行矫正和模压淬火步骤:
[0027]感应加热电源2切断，位于下支承模7上的热态工件6被一个插入内孔的整体芯模3定位和矫形，随即上压模6通过机械力压住，此时感应器4移动到邻近位置4’而淬火液喷射盒5移动到工件的淬火位置5’，四周的淬火液喷射盒5’和经由上压模8、下支承模7以及芯模3内部的喷射孔道在外部控制下同时或先后喷射淬火液完成淬火，喷射停止；此时工件6由于收缩紧抱在芯模3上，随后进行感应回火步骤:
[0028]外部淬火喷射盒5’离开淬火位置；感应器4’再回到加热位置4 ;此时感应加热电源2开通，感应器4再次将在上下压模之间并紧抱在芯模上的淬火工件6加热到回火温度，对工件进行回火。回火后由于工件的热膨胀这时芯模3可以轻松地被移动离开工件6。工件6被冷却到可以转移的温度并随后下料。
[0029]所述的各步骤依次顺序为上料，感应加热，插入芯模，上下模压淬火和感应回火，下料。
[0030]所述的各步骤可以在一个工位上用同一个感应器实施；也可以在一个工位上感应加热，在另一个工位上进行压淬和感应回火，以缩短加工节拍。
【主权项】
1.本发明的方法是采用一套感应淬火机床I对环类零件6进行整个淬火回火热处理工序的操作，如图1所示；其设备包括感应加热电源2、实施整个工序动作的淬火机床I和冷却水装置9、淬火液循环装置10。其中加热感应器4、淬火液喷射盒5、上压模8，下支承模7，芯模3等部件及其运动的执行机构安装于淬火机床I的构架上。感应加热电源2以及冷却水装置9、淬火液循环装置10通过管线和机床的加热感应器4、上压模8，下支承模7和芯模3、以及淬火液喷射盒5及其驱动机构相连，并通过机床控制系统完成整个程序动作。2.按权利要求1所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:整个步骤包括工件6上料，采用感应器4对工件6感应加热到淬火温度然后工件6和感应器4相对移开；芯模3穿入工件6同时上压模8,下支承模7给工件6施加一定的机械力，淬火液喷射盒5移动到淬火喷射位置并通过淬火液喷射盒5以及各个模具中的淬火液喷射孔喷射淬火液进行淬火，然后淬火液喷射盒5离开，相同的感应器再对带着芯模3的工件6进行感应回火加热，回火完成后芯模3离开工件6，这时工件6再被冷却到下料温度后下料。3.按权利要求1和2所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:工件6淬火、回火两次加热都是通过工件6周边的感应器的交变磁场进行加热，感应器4可以是整个环形，也可是半圆弧形；所采用的下支承模7以及芯模3和上压模8的材料为非磁性材料或弱磁性材料，它允许工件被加热而自身不发热或发热很少。4.按权利要求1和2所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:芯模3的结构是整体的，其尺寸是大于零件最终尺寸并和零件膨胀后的尺寸相关的。芯模3表面有淬火液喷射孔，内部中空并和淬火液循环系统连接在淬火时能够使淬火液通过空腔从喷射孔喷向工件内表面。5.按权利要求1和2所述的芯模3，其特征在于:芯模3和工件6是可相对移动的，如图2所示，其结构为整体且和工件内孔表面形状相吻合。如图3所示，芯模3表面可以是圆滑的，也可局部是带有牙齿或凸台的；对于工件内表面非圆滑平面时，它至少有一个牙齿或凸台对零件内孔相应的齿根或槽底尺寸变形进行矫正。6.按权利要求1和2所述的上压模8，其特征在于:上压模8是可移动、可回转的，其一端连接于机床I上方的机械驱动机构上，另一端的形状和工件6表面形状相吻合，淬火时通过机械机构给予工件表面一定的压力并且压力可调；此外，根据需要也可在其压合面预留淬火液喷射孔。所有的喷射孔都和淬火液循环回路相连。7.按权利要求1和2所述的下支承模7，其特征在于:下承承模7与感应器4可相对移动，其一端的形状和工件表面形状相吻合，另一端连接于机床I下方的机械驱动机构上整个工序过程中带动工件回转，帮助加热以及淬火冷却的均匀；此外，根据需要也可在其压合面预留淬火液喷射孔。所有的喷射孔都和淬火液循环回路相连。8.按权利要求1到3所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:工件6在淬火过程中淬火液是通过上压模8，下支承模7和芯模3内部分布的孔洞来对压合面冷却，外部淬火盒喷射的淬火液从工件的外自由面进行淬火冷却；各路淬火液可以单独调节冷速和冷却时间；这样对于截面厚度不均的工件能够调节达到一样的冷速，减少变形。9.按权利要求1所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:回火时工件6是和芯模3 —起被感应加热的。由于感生涡流主要产生于工件内部因此工件6自身温度升高并内孔膨胀，脱离于芯模3。10.按权利要求1所述的环类零件感应矫形模压淬火回火的工艺方法，其特征在于:淬火液是水基的溶液，其溶质为大分子的聚合物，其浓度调整时可以改变冷速因此用此淬火液淬火后的工件不需要额外的清洗工序。
【文档编号】C21D1/60GK105886746SQ201410734595
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】赵秀华, 闫满刚
【申请人】北京金和昌利科贸有限公司