PDF《铸钢件热处理生产线的设计》

收稿日期 :2005 -

03 -

23 ;

修回日期 :2005 -

06 -

15 作者简介 :张德奎(1975 ― ) ,男 ,工程师 ,从事工业炉窑的技术开 发及设计工作.

文章编号 :1001 - 6988(2005)

0520021203 铸钢件热处理生产线的设计 张德奎 (机械工业第五设计研究院 工业炉研究所 , 天津 300190) 摘要:铸钢件热处理主要是铸钢件为获得均匀晶相组织和适当硬度进行正火热处理 ,本文阐述了该生产线的主 要组成部分及其结构特点 ,同时详细阐述了工件冷却系统和微机控制系统. 关键词 : 铸钢件 ;

生产线 ;

冷却 ;

控制系统 中图分类号 :TG155. 1+

1 文献标识码 :B Design of Heat Treating Production Line for Cast Steel ZHANG De2kui ( Department of Industrial Furnace , Fifth Project Planning &

Research Institute , Tianjin

300190 , China) Abstract : Heat treating for cast steel is the technology of normalizing that cast steel can gain the equality or2 ganism and hardness. The composition of the production line , the construction characteristic and the cooling and controlling system are introduced. Key words : cast steel ;

production line ;

cooling ;

controlling system

1 前言本生产线的设计主要源于汽车小型精铸件铸造 后的正火处理.热处理工艺一般包括加热、 保温、 冷却3个过程.加热是热处理的重要工序之一.金属 热处理的加热方法很多 ,可根据用户要求选择.电 加热易于控制 ,且无环境污染.加热温度是热处理 工艺的重要工艺参数之一 ,选择和控制加热温度 , 是保证热处理质量的主要手段.加热温度随被处理 的金属材料和热处理的目的不同而异 ,一般都是加 热到相变温度以上 ,以获得高温组织.同时晶相组 织的转变需要一定的时间 ,因此当金属工件表面达 到要求的加热温度时 ,还须在此温度保持一定时间 , 保证工件内外温度一致 ,使显微组织转变完全.冷 却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤 ,冷却方 法因工艺不同而不同 ,主要是控制冷却速度.正火 的冷却速度较快 ,根据钢种不同有不同的冷却要求 , 正火后工件的组织更细 ,可以改善材料的切削性能. 因此 ,本生产线的设计难点主要集中于工件在加热 时的温度均匀性和冷却速度 ,以及冷却时的温度均 匀性的控制.

2 生产工艺参数 炉型 :料盘装料推杆式连续热处理炉 典型工件尺寸 : (大)

500 mm *

200 mm *

200 mm (小)

35 mm *

45 mm *

50 mm 重量 :0. 1~10.

0 kg 加热钢种 :优质碳素钢、 低合金钢等 工件装炉温度 :常温 工件保温区温度 :890~950 ℃

1 2 Industrial Furnace Vol.

27 No.

5 Sept.

2005 ? 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 工件最终急冷温度 :500 ±

15 ℃ 冷却速度 :1~3 ℃ / s 冷却方式 :采用强制风冷 ,同时加微量雾化功能 燃料种类 :电 产量 :300~350 kg/ h 传动方式 :电动 热处理炉有效长度:

7 700 mm ,有效宽度:1

000 mm 最高设计炉温 :1

050 ℃ 料盘尺寸:550 mm(长) *550 mm(宽) *

50 mm(高) 加热用额定电功率 :242 kW 电加热辐射棒数量 :44 根 单根电加热辐射管功率 :5.

5 kW 冷炉空炉炉温从常温到最终温度时间 :60 min 工件在炉内运行时间 :280 min 工件上下料方式 :人工将工件放入和拿出料盘 , 其余动作均自动化. 设备占地面积 :17

000 mm *3

600 mm

3 生产线组成 该生产线由上料架及驱动机构、 推钢机、 热处理 炉前置室、 热处理炉、 出料机、 急冷室、 缓冷室、 料盘 输送机构、 回盘机构、 控制系统组成.生产工艺流程 如下 : 装料 → 热处理炉前置室 → 热处理炉 → 速冷室 →缓冷室 →下料 →回盘 →装料 工件通过人工手段装在料盘上.通过减速机、 链条驱动机构进入热处理炉前置室 ,通过主推料机 推到热处理炉加热 ,加热后通过出料驱动机构将料 盘钩出热处理炉进入速冷室冷却 ,通过减速机、 链条 驱动机构将料盘送至缓冷室 ,到下料架下料 ,料盘返 回.生产线布置图见图 1. 图1生产线平面布置示意图 3.

1 上料架及驱动机构 工件单重较小 ,上料方式采用人工摆放方式 ,上 料架上设置

3 个料盘 ,工人根据不同的工件形状有 规则地摆放 ,有利于工件在加热过程中的均匀受热 和对受热变形的控制 ,更有利于工件在急冷过程中 冷却均匀. 3.

2 热处理炉 热处理炉设有前置室 ,与热处理炉之间有炉门 隔离 ,设一个料位 ,设置料盘宽度检测机构 ,对超宽 的料盘进行报警. 采用滚珠丝杠式电动推料机推料 ,炉内轨道采 用Cr25Ni20 材质精铸而成 ,设两条轨道.出料装置 为软链条钩料方式. 热处理炉分

4 区控温加热 ,电加热辐射管由炉 顶两侧垂直插入炉内 ,均热段设两台搅拌风机.在 热处理炉的末端 ,设有料位感知器及定位装置 ,料盘 可准确定位. 热处理炉炉壳由钢板和型钢焊接而成 ,炉衬为 纤维结构 ,炉顶为分段式结构. 3.

3 急冷室 速冷室由墙体、 炉门、 鼓风机、 进风管路、 出风管 路、 搅拌风机、 远红外测温仪等组成 ,墙体为内外双 层钢板内衬保温层的结构 ,内层钢板采用不锈钢材 质 ,以达到耐热、 防锈的效果. 3.

4 缓冷室 工件在速冷后温度较高 ,仍需冷却才可人工下

2 2 经验交流 :铸钢件热处理生产线的设计 ? 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 料 ,此时的冷却已经不影响其工艺性能 ,因此缓冷室 结构比较简单 ,配备

3 台风机对工件直接吹风冷却 , 由上部的集风箱将热风汇集排出车间. 3.

5 回盘机构 人工下料后的空料盘在传输线上 ,由输送小车 直接送回上料架. 3.

6 控制系统 控制系统由人机界面、 温度控制系统、 程序动作 控制系统、 报警系统、 能源管理系统等部分组成 ,使 整条生产线实现全自动生产.

4 速冷室结构特点 速冷室冷却是满足工艺的关键过程 ,为使工件 得到均匀晶相组织和适当的硬度 ,冷却室的设计要 满足风量、 风向的自动调节及工件温度的适时监控. 其结构特点见图 2. 图2急冷室示意图 速冷室设一个料位.风机采用变频调速 ,使风 量、 风速有较宽的调整范围 ,同时设置可调节流量的 高速细流喷嘴进行水雾冷却 ,达到零件冷却速度可 调的目的.计算机根据设定的工艺参数进行调速控 制 ,保证冷却速度和工件温度满足工艺要求. 采用双波段红外测温仪测量零件温度 ,红外仪 测温位置可调 ,并与 PLC 进行通讯 ,实现自动调节 风量和时间的目的. 速冷室采用双向侧面进风与顶部强旋流进行搅 拌的迭加组合的强制对流冷却方式.以大流量冷风 迅速将工件冷却.进风口通过导向栅页调整冷空气 的喷出方向.

5 控制系统 为满足生产工艺及用户需求 ,生产线工作现场 采用西门子的 MP270 操作面板来实现对各种工艺 参数的输入、 修改、 选择和自动线工况、 故障点等参 数的显示 ,并对温度、 过程控制、 冷却速度、 能源、 报 警系 统进行实时........