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铸链式连续热处理生产线的特点及其工艺试验【论文摘要】介绍了从美国引进的铸链式连续热处理生产线的主要特点、调试过程的工艺试验。该生产线自动化程度高，可连续进行碳氮共渗、淬火、清洗及回火的多工序生产，处理的零件表面光洁、产品质量稳定，大大降低了工人的劳动强度并改善了劳动环境。文献标识码： A文章编号： 1002-1639(1999)03-0028-04 Features and Technological Tests of the Heat-treatProduction Line with Cast Chain ConveyorSHUN Lei(Heat-treat Shop,Beijing Jeep Co.Ltd.,Beijing 100022,China)Abstract：The features ,commissioning and technological tests of the heat-treat production line with cast chain conveyor imported from USA are introduced.The carbonitriding,quenching ,washing and tempering etc.can be continuously and automatically carried out in the line with bright surface,stable quality,lower labour strength and better environment.Key Words：carbonitriding;technology；test;heat-treat production line with cast chain conveyor1前言我公司热处理车间是主要负责汽车零部件加工的专业化生产车间，有30多种中、小型汽车零件的碳氮共渗处理是在这里进行的。以往这些零件使用煤油和氨气作为共渗介质在井式炉中进行碳氮共渗处理，共渗后在淬火油中进行淬火。这样，零件在淬火前避免不了在高温下暴露于空气中，使得零件表面氧化。另外，滴注式气氛的碳势难于控制，处理后的零件表面质量差，金相组织不稳定，性能难以达到技术要求，生产能力也达不到要求。根据这种情况，我公司于1992年从美国Lindberg公司引进了铸链式连续热处理生产线，并于1993年安装、调试成功，投入正式生产。215-HERT-24128-17AS铸链式连续热处理生产线的特点和调试2.1设备的特点(1)该设备主要用于中、小型零件的碳氮共渗处理，也可进行渗碳和中性淬火处理。淬火炉工作范围为760950，淬火后进行清洗及回火，回火炉工作范围为150430。如图1所示，需处理的零件装入装料机1中，按装料机设定的装载速度将零件装入加热炉2；零件在加热炉2中进行碳氮共渗处理；处理后的零件落入淬火油槽3淬火；淬火后的零件经提升式传送带7传至清洗机4清洗；最后进入回火炉5进行回火。图1铸链式连续热处理生产线示意图1.装料机2.加热炉3.淬火油槽4.清洗机5.回火炉6.回火炉网带7.提升式传送带8.滚筒9.循环风扇图2辐射管及加热元件结构简图1.辐射管2.加热元件3.陶瓷支撑4.绝热堵加热炉共分3个温度控制区，分别由3块Electromax V型自动控温仪控制。自动控温仪设定为PID调节，它们将控制信号输出给3个晶闸管功率控制器(SCR)，由晶闸管功率控制器来控制输出功率给每个区的加热元件。另外，均布在炉顶两个循环风扇的强劲搅动增强了炉内的对流传热，使得炉内温度较为均匀。零件传送系统零件被装料机装入炉内后落在由铸钢板链接而成的提升式传送带上。传送带的两侧有挡板，零件不会滚出传送带。为了防止传送带在满载零件时中部下沉，除了位于传送带两端的主动辊和被动辊支撑传送带外，在其中部还均布着10个小支撑辊。传送带是靠可调速直流电机驱动的，电机经多级减速带动主动辊转动，由主动辊驱动传送带。速度控制器控制着直流电机的转速，也就是控制了零件在炉内的停留时间，从而大大提高了工艺执行的准确性。炉内气氛的供给及控制该设备采用适合中国国情的氮-甲醇可控气氛，富化气为丙烷，碳氮共渗时通入氨气。各工艺气经各供气系统的调压，在符合该设备压力要求后通至气氛流量盘处，在此，各路气氛的流量可由流量计方便地进行调节。按工艺要求调节好流量的各路气氛在炉顶汇集到进气口总管喷射入炉，如图3所示。图3气氛供给及控制系统简图1.Honeywell UDC 5000碳势控制器2.电磁阀3.流量计4.循环风扇5.热电偶6.氧探头7.加热炉8.氮气吹扫管路9.氮气工艺气管路10.甲醇管路11.氨气管路12.丙烷管路炉顶两个循环风扇4的高速旋转使工艺气通入炉内以后分布较为均匀。加热炉区的侧墙中央插有一支AACC型氧探头6，结合使用控制柜上的Honeywell UDC5000型碳势控制器测出炉内气氛的碳势。碳势控制器设定为两位控制方式，它将炉内气氛的实际碳势值与设定碳势值进行比较，通过差值的大小来控制富化气丙烷管路12上电磁阀2的通/断频率，以控制炉内气氛的碳势。安全保护系统a.冷却水加热炉的2个风扇轴承，2个主动辊轴承和2个被动辊轴承共6处需冷却水。冷却水管路上设有压力开关和流量开关，当冷却水压力或流量低于安全要求时，控制柜上的冷却水报警指示灯闪烁，报警笛鸣响。b.门前引火器为了防止炉内可燃气氛从炉口排出后与空气混合遇明火发生爆炸，在加热炉炉口装有引火器，目的是将炉内排出的可燃气体引燃，以保障安全。引火器的燃料是城市煤气，煤气管路上的压力开关设定为安全值。操作者在加热炉通入工艺气氛之前需将引火器点燃。引火器火焰处装有热敏开关。当煤气压力过低或引火器火焰熄灭时，控制柜上门前引火器的报警指示灯闪烁，同时报警笛鸣响。c.氮气吹扫加热炉如遇突然断电或某个温度控制区的温度低于760 时，图3中的丙烷管路12、氨气管路11、甲醇管路10和氮气工艺气管路9上正常工作时处于打开状态的各电磁阀将自动关闭，氮气吹扫管路8上正常工作时处于关闭状态的电磁阀将自动打开。这时，氮气以30 m3/h的大流量向加热炉内通入，经12 h后可将加热炉内残存的可燃性气体全部吹出。d.其它加热炉的最使用温度为950 。加热炉装有2只监控热电偶及2块监控仪表。当加热炉温度超过监控仪表设定值时，监控仪表开关跳开，使加热系统自动断电，同时控制柜上的超温报警指示灯闪烁并鸣笛报警。传送带的运行靠接近开关将信号传送到运行监测器来监测。如果传送带停止，则控制柜上的传送带停止，报警指示灯闪烁并鸣笛报警。(3)淬火油槽如图1所示，淬火油槽3位于加热炉后端的底部，加热炉底部的落料槽垂直地插入淬火油面。抵达加热炉传送带端部的零件靠自重沿落料槽落入2#快速光亮淬火油中淬火，这样就避免了零件在高温下暴露于空气中，零件表面不会发生氧化。沿落料槽下落的零件滑进油槽中旋转着的滚筒8，并沿滚筒中螺旋筋板从滚筒中滚出，落在提升式传送带7上。这种设计是为了使零件在滚筒中运行时处于强搅动的冷却状态下，以获得较好的冷却效果。油温控制器设定在5055 。油槽中的加热器将淬火油的温度加热至50 以上，油槽中搅拌器的搅拌使得油温分布均匀。当油温超过55 时，油加热器断电停止加热，同时安装在油循环系统上的风冷式热交换器启动对淬火油进行冷却。(4)清洗机及回火炉落在提升式传送带上的零件被传送至清洗机及回火炉网带，在网带的行进中完成清洗、烘干及回火。清洗机部分由3个工位组成，即清洗液喷淋工位、清水喷淋工位和烘干工位。经过烘干的零件进入回火炉中进行回火。回火炉分2个温度控制区，分别由2块Electromax V型自动控温仪控制。自动控温仪设定为PID调节。它们将控制信号输出给2个晶闸管功率控制器(SCR)，从而来控制输出功率给每个区晶闸管加热元件。均布于回火炉炉顶的2个循环风扇用于加强炉内对流传热，使炉内温度分布均匀。回火时间是靠变频器控制驱动传送带运行的交流电机转速来实现的。回火炉的最高使用温度为430 。回火炉也装有2只监控热电偶及2块监控仪表。当加热炉跑温超过监控仪表设定值时，监控仪表开关跳开，使加热系统断电，同时控制柜上的超温报警指示灯闪烁并鸣笛报警通知操作人员。2.2设备的调试(1)冷态调试对照装料机、淬火炉和回火炉速度换算表，对它们的运行速度进行了测试并予以确认。满载零件运行。在各系统传送零件的过程中观察各机械传动部分的工作状态，以确认各机械传动部分在运行中无故障或无故障隐患。模拟各种可能的故障，确认各机械传动系统故障报警真实有效。(2)热态调试烘干加热炉由于加热炉结构中硬质耐火砖层较薄，为了防止加热速度过快炉衬中水分来不及蒸发而导致的炉衬变形，需对加热炉进行烘干。测定加热炉的炉温均匀性加热炉烘干后，测温前将加热炉3个区保温在843 24 h以上。测温点为平均分布在炉内传送带上区后半部、区和区的60个点。实测的温度分布范围为833852 ，平均值为843.43 ，符合技术协议的要求。通入工艺气氛加热炉在843 时通入工艺气，其中氮气流量为10m3/h，甲醇流量为11.4 L/h，丙烷最大流量为0.9m3/h，氨气流量一般设定在1m3/h。在通入工艺气并等炉内气氛稳定后，应用便携式多参数气体分析仪检测出炉内气氛中的CO值约为20%。应用U型压力计监测此时炉内的相对压力基本保持在3mm水柱以上。测定加热炉的碳势均匀性碳势是通过钢箔(定碳片)定碳法进行测定的。检测时加热炉炉温为843 ，炉内气氛的碳势为0.8%，并保持24 h以上。实测的碳势分布范围为0.72%0.82%，平均碳势为0.775%(如表1所示)，符合技术协议的要求。表1碳势均匀性检测结果(采用08钢箔，含碳量约为0.08%)批次 定碳片编号 检测时位置 检测前重量/g 检测后重量/g 含碳量(%)1 4# 左 3.130 5 3.152 3 0.82 5# 中 3.130 5 3.155 7 0.746# 右 3.380 3 3.402 1 0.772 7# 左 3.464 1 3.486 3 0.77 8# 中 3.177 3 3.196 2 0.72 9# 右 2.928 7 2.947 0 0.753 10# 左 3.186 1 3.207 9 0.80 11# 中 3.270 1 3.292 6 0.81 12# 右 3.200 7 3.222 1 0.793工艺试验 结合生产的需要，先后对可在该设备进行处理的零件进行了工艺试验，工艺稳定后投入批量生产。下面简要介绍几种主要零件的工艺试验。(1)BJ2020系列轮毂螺栓材料：ML35技术要求：碳氮共渗层深度0.100.25 mm心部硬度HRC1638表面硬度HRC4860轮毂螺栓处理结果见表2。表2轮毂螺栓处理结果批次 共渗层深度/mm 心部硬度(HRC) 表面硬度(HRC)1 0.16 23 542 0.14 27543 0.18 25554 0.2126 535 0.20 2752(2)BJ2020系列钢板销材料：20#钢技术要求：碳氮共渗层深度0.150.30 mm表面硬度不低于HRC50钢板销处理结果见表3。 表3钢板销处理结果批次 共渗层深度/mm 表面硬度(HRC)1 0.23 602 0.28 593 0.25 614 0.26 62(3)BJ2020系列弹簧座材料：08#钢技术要求：碳氮共渗层深度0.300.45 mm表面硬度HRC5664弹簧座处理结果见表4。 表4弹簧座处理结果批次共渗层深度/mm表面硬度(HRC)10.306020.336130.3563.540.396350.40644结语经实际生产证明，该设备有如下特点：(1)生产效率较高。由于是连续作业，在进