連續(xù)式曲軸熱處理生產(chǎn)線的研究

1、連續(xù)式曲軸熱處理生產(chǎn)線的研究劉玲玲劉玲玲(1985-) 女，漢族，河南商丘人，工學碩士，講師。主要研究方向為熱處理設(shè)備及工藝，智能控制系統(tǒng)等。 李保強2（1.鄭州財經(jīng)學院 機電工程系，河南鄭州 450044；2.機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司 河南鄭州 450007）摘要：根據(jù)軸類零件的熱處理工藝要求，設(shè)計了曲軸懸掛鏈式連續(xù)熱處理生產(chǎn)線，闡述了曲軸鑄件生產(chǎn)線的熱處理工藝，生產(chǎn)線組成和控制方式，對懸掛式連續(xù)生產(chǎn)線的工藝流程、加熱爐、冷卻室、自動化控制等做了介紹。通過現(xiàn)場運行情況可知，該生產(chǎn)線對節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率有明顯作用。關(guān)鍵詞：曲軸；連續(xù)式生產(chǎn)線；懸掛鏈；熱處理 中圖分類號:TG156 文

2、獻標識碼: A Research on continuous heat treatment production line for CrankshaftLIU Lingling1, LI Baoqiang2(1.Department of electrical and Mechanical Engineering, Zhengzhou Institute of Finance and Economics, Zhengzhou 450044, China; 2. SIPPR Engineering Group Co., Ltd, Zhengzhou 450007, China)Abstract:

3、 The continuous heat treatment production line is designed according to the technical requirements of crankshaft, described the heat treatment process of crankshaft casting production line, the composition and control mode of the production line, and introduce

4、d the process, heating furnace, cooling chamber, automatic control of the continuous production line. Through on-site operation shows that the production line for energy conservation, improve production efficiency plays a significant role.Key words: Crankshaft; continuous product

5、ion line; hanging chain; heat treatment金屬熱處理通過改變材料表面和內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)來控制產(chǎn)品性能，是決定相關(guān)軸類零件質(zhì)量的重要熱加工工藝1。國內(nèi)對于軸類零件的熱處理普遍采用臺車爐、輥底爐、室內(nèi)爐等周期熱處理爐，這對于長軸類零件，這些傳統(tǒng)的熱處理方式不僅存在自動化程度低、生產(chǎn)效率不高等缺陷，且由于在生產(chǎn)過程中采用堆放或平放的形式，使得工件的加熱變形較大2。因此改變傳統(tǒng)的曲軸臥式放置和間斷式加熱，為垂直放置和連續(xù)式加熱，將懸掛積放輸送機應(yīng)用在熱處理生產(chǎn)中以解決上述問題成為一種趨勢。這種自動化程度較高的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線，可以實現(xiàn)工件的裝卸、加熱、冷卻于一閉

6、合回路，使軸類工件在加熱、冷卻等過程中，采用吊掛方式，有效降低了工件變形，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低等特點。1生產(chǎn)線運行工藝過程球墨鑄鐵曲軸的熱處理工藝主要包括正火和回火兩個環(huán)節(jié)。連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線的工藝流程為：上料正火加熱正火冷卻回火加熱回火冷卻下料。其中上下料由平衡吊人工上下料完成，正、回火工藝分別由加熱爐和冷卻室完成。1.1 正火工藝曲軸鑄件的正火處理是把鑄件加熱到稍高于共析溫度以上并作短時保溫，高溫正火得到奧氏體和石墨組織，冷卻時采用極冷風吹和霧化，奧氏體大部分或全部轉(zhuǎn)化為珠光體，冷卻速度越快，珠光體越細，冷卻后得到細片珠光體、鐵素體和石墨組織3。曲軸鑄件正火工藝曲線如圖

7、1所示，電加熱爐分區(qū)正火加熱，50分鐘溫度升至730，保溫30分鐘再進行正火加熱，工件升溫時間為30分鐘，溫度升至900，正火熱處理保溫時間為120分鐘，保溫溫度為900。爐溫均勻性控制在±7以內(nèi)，正火后工件采用吹風和霧化結(jié)合冷卻，工件冷卻均勻，總冷卻時間1323分鐘，終冷溫度為450。圖1 正火工藝曲線Fig 1. Normalizing process graph1.2 回火工藝曲軸鑄件高溫正火后進行回火處理，回火是把工件重新加熱到A1以下的某一溫度，保溫一段時間后置于空氣中冷卻的工藝，回火的目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，使之具有一定的韌性4，以滿足后續(xù)的工序要求。回火工藝曲線如圖

8、2所示，電加熱爐分區(qū)回火加熱，爐內(nèi)采用高溫循環(huán)風機進行熱風循環(huán)，升溫時間為60分鐘，在600溫度下保溫120分鐘，爐溫均勻性控制在±5，回火結(jié)束后快速風冷。冷卻時間110分鐘，終冷溫度100。圖2 回火工藝曲線Fig 2. Tempering process graph2生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及組成根據(jù)球墨鑄鐵曲軸的熱處理工藝要求設(shè)計連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線，其組成如圖3所示。設(shè)備主要有正火加熱爐、回火加熱爐、正火風霧冷卻室、回火風冷室、積放式懸掛輸送系統(tǒng)、載重車組、耐熱鋼吊具、加熱系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、計算機及PLC程序、設(shè)備運輸安裝調(diào)試、備品備件等組成。圖3 生產(chǎn)線設(shè)備組成圖Fig 3

9、. Equipment composition of the production line 2.1正火加熱爐及冷卻室正火加熱爐由爐體鋼結(jié)構(gòu)、爐門升降及密封系統(tǒng)、爐頂密封系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、爐頂冷卻排氣系統(tǒng)及安全防護圍欄等組成。正火加熱爐最高使用溫度950，溫度均勻性±7（保溫期），儀表控溫精度±1。工件在爐內(nèi)加熱時間231min。爐體由型鋼骨架和鋼板連續(xù)焊接而成，鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的剛性，在生產(chǎn)過程中不變形。爐內(nèi)采用硅酸鋁耐火纖維模塊保溫材料，模塊全部采用不銹鋼鉚固件吊掛，保溫層厚度不小于350mm；爐溫采用分區(qū)控溫，對不同產(chǎn)品、不同工藝可輸入計算機實現(xiàn)全自動控制，并

10、可隨時可修改。整個爐子在方便進出的一側(cè)設(shè)置2-3個觀察孔。采用升降爐門，爐門升降系統(tǒng)由爐門本體、滑道、減速機驅(qū)動裝置、耐熱鋼防輻射板等組成。驅(qū)動裝置使用帶制動功能的減速機，升降速度為15m/min。爐門開啟時間小于6s，爐門設(shè)行程開關(guān)定位，同時設(shè)有機械限位裝置，安全可靠。爐門與爐體密封采用自壓緊方式，爐門纖維與爐門口耐熱不銹鋼鑄鋼板形成軟硬密封，密封效果好。爐門與懸鏈輸送系統(tǒng)安全聯(lián)鎖。正火冷卻室設(shè)置多個冷卻工位，各冷卻工位的霧量、風量、時間獨立控制，同工位兩側(cè)水路分裝閥門。實現(xiàn)充分霧化，保證工件達到冷卻工藝及質(zhì)量要求。一、二冷卻工位水路裝渦輪式流量計及電動調(diào)節(jié)閥，其流量值可在顯示屏控制，當在上

11、件處換曲軸型號需改變霧量時可在顯示屏處更改，使所換型號曲軸到冷卻室時按更改后的流量冷卻。冷卻室內(nèi)水管等所有零部件全部采用不銹鋼制作。冷卻用水循環(huán)使用。在方便進出的一側(cè)設(shè)置1-2個觀察孔。2.2 回火加熱爐及冷卻室回火加熱爐由爐體、爐門升降及密封系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、爐內(nèi)熱風循環(huán)系統(tǒng)、爐頂密封及冷卻排氣系統(tǒng)等組成?；鼗鸺訜釥t最高使用溫度700，爐內(nèi)采用高溫循環(huán)風機進行熱風循環(huán)，溫度均勻性±5（保溫期），儀表控溫精度±1。工件在爐內(nèi)加熱時間為182min?；鼗鸺訜釥t一側(cè)設(shè)置2-3個觀察孔，方面觀察設(shè)備運行情況。爐體由型鋼骨架和鋼板連續(xù)焊接而成。爐內(nèi)采用硅酸鋁耐火纖維模塊保溫材料，模

12、塊全部采用不銹鋼鉚固件吊掛，保溫層厚度不小于300mm。采用升降爐門。爐溫采用分區(qū)控溫，對不同產(chǎn)品、不同工藝可輸入計算機實現(xiàn)全自動控制，并可隨時修改。整個爐子要求考慮可拆結(jié)構(gòu)，分段制作，方便二次搬遷和異地安裝。回火冷卻室采用噴風快速冷卻，設(shè)備由室體、風管、風嘴、送排風機等組成，風量可調(diào)。室體由型鋼骨架和不銹鋼鋼板焊接而成，室體、噴嘴等全部采用不銹鋼制作，熱風排至車間外。2.3懸掛積放輸送系統(tǒng)懸掛積放輸送系統(tǒng)采用履帶式直線驅(qū)動裝置，設(shè)置多重保護措施。使用浮動架結(jié)構(gòu)張緊裝置、專用鏈條油霧自動潤滑器潤滑、軌道全部采用16Mn耐磨鋼制作。鏈條采用4吋標準模鍛可拆鏈條，材質(zhì)45Mn2。承載小車單點吊重5

13、00kg，爐內(nèi)積放間距750mm，運行速度815m/min變頻無級可調(diào)。輸送系統(tǒng)設(shè)置檢修道岔，用于檢修積放小車和掛具。WWJ4積放式懸掛輸送機是一種雙層軌道三維空間閉環(huán)連續(xù)輸送系統(tǒng)，適用于自動化程度高、物料種類多、工藝過程復雜的成件物品輸送5-6。驅(qū)動裝置是提供輸送線線運行動力的裝置。主要由電機減速機、機架、驅(qū)動鏈條等組成。具有機械過載斷電和電機過熱繼電器雙重保護功能7。電機減速器安裝在浮動架上，當牽引鏈條許用張力超載時，浮動架旋轉(zhuǎn)，裝在浮動架上的電氣開關(guān)自動切斷電源，電機自動停機。既防止了驅(qū)動設(shè)備損壞，又保護了牽引鏈條不因故障超載而拉斷。2.4電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)采用集中控制，曲軸熱處理

14、生產(chǎn)線設(shè)一個控制室，控制室內(nèi)設(shè)有加熱控制柜、主控制柜、工控機、視頻監(jiān)控顯示器、空調(diào)、電腦桌等。整條生產(chǎn)線由PLC控制，工控機組態(tài)界面進行監(jiān)控和管理?？刂品譃槭謩涌刂坪妥詣涌刂?，手動控制可對生產(chǎn)線中的所有環(huán)節(jié)進行手動操作，方面檢修與調(diào)試。自動控制時PLC根據(jù)節(jié)拍自動完成控制，各個操作和動作之間自動互鎖，根據(jù)不同的工件自動調(diào)整生產(chǎn)工藝和控制參數(shù)。PLC采用西門子S7-300系列，PLC至少預留1016個輸入點、1016個輸出點。電氣控制系統(tǒng)主要由加熱及溫度控制系統(tǒng)、正火冷卻控制系統(tǒng)、積放鏈輸送控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)及遠紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)等組成。含控制柜、工控計算機、觸摸屏、電視監(jiān)控系

15、統(tǒng)、可控硅及觸發(fā)系統(tǒng)、斷路器、接觸器、變頻器、接近開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕、指示燈、電流表、電壓表、電度表、溫控表、熱電偶、紅外測溫儀及電纜橋架等。3 結(jié)束語積放懸掛鏈式曲軸連續(xù)熱處理生產(chǎn)線是根據(jù)曲軸鑄件的熱處理工藝要求研發(fā)設(shè)計，應(yīng)用于曲軸生產(chǎn)中，采用垂直放置工件的形式進行熱處理，大大減小了工件的熱變形，實現(xiàn)了整條線路的連續(xù)化和自動化，節(jié)能效果明顯，提高了生產(chǎn)效率，對建設(shè)高效、清潔、節(jié)能的熱處理生產(chǎn)設(shè)備有一定的指導意義。參考文獻：1 張廣利.電加熱懸掛式汽車前軸、曲軸熱處理生產(chǎn)線J.工業(yè)加熱. 2010,39(5)：65-67.2 瞿仲華，韓同鵬，章路青，等.基于懸掛式積放鏈的熱處理生產(chǎn)線研究J.工業(yè)爐.2012，,3(2):27-28.3 瞿仲華，韓同鵬，張小軍，等.懸掛式熱處理生產(chǎn)線在曲軸生產(chǎn)中的應(yīng)用J.熱處理技術(shù)與裝備.2012,33(2):52-54.4 楊思一，叢建臣，孫海濤，等.球墨鑄鐵曲軸