装载机铲刃板中频淬火热处理工艺及中频淬火输出装置

摘要

本发明涉及一种装载机铲刃板中频淬火热处理工艺及中频淬火输出装置,其整个淬火连续进行,工件以2.5～3mm/s速度移动,采用中频感应加热至860±20℃,喷入压力为0.5～0.6MPa的淬火介质,且喷出的淬火介质与垂直于工件纵截面的夹角为35°～40°,加压后校平,用中频感应加热至220±15℃,进行空冷回火。采用该工艺加工的铲刃板,具有质量稳定、节约能源、生产效率高的特点,容易实现自动化控制。

说明书

本发明涉及一种装载机铲刃板中频淬火热处理工艺及其所用的中频淬火输出装置，属于装载机铲刃板热处理工艺及设备的改进。

装载机铲刃板是装载机铲斗铲物的刃板，在工作中，它强行铲入泥土、石沙及矿物等物料接触，会受到强烈的冲击和磨擦，因此要求铲刃板要具有良好的强韧性和耐磨性。但装载机的铲刃板其尺寸较大，且壁厚较薄，为保证铲刃板的使用要求，因此既要在铲刃板上淬上火，又不能使铲刃板开裂，特别是要保证铲刃板热处理后无显著的变形，所以其热处理难度较大。一般国内装载机的铲刃板采用低碳高强度钢制造，并采用堆焊或喷涂等方法，但在采用该工艺后，铲刃板的耐磨性虽有提高，但无法满足铲刃板的质量要求。还有一种是将长的铲刃板分为数块进行制造和热处理，然后再将数块铲刃板焊接组装，这样不但增加了加工工序，提高了制造成本，且也降低了生产率，同时也增加了铲刃板的焊接难度，并且也会造成焊接后的严重变形，而影响铲刃板的质量，因此多年来一直是国内工程机械行业中未能解决的问题。

厦门工程机械股份有限公司96年按照美国CAT公司的技术，建成了装载机铲刃板整体淬火生产线，进行铲刃板的整体热处理，该工艺是将用HQ130高强度合金结构钢的铲刃板由推料机推入″贯通炉″整体加热，使其在炉内的保护气氛中加至淬火温度920℃，保温一定时间后推入200t淬火压床上用大压模进行压力淬火，再经回火炉整体回火，使铲刃板达到39～47HRc的硬度，且铲刃板的平直度在5cm以内，可达到技术要求，用该工艺解决了铲刃板的热处理工艺问题，但采用该工艺投资较大，需加热炉、回火炉、压床、制氮装置等，且热处理时用电每块铲刃板约需400Kwh，制造成本较高，一块铲刃板淬火平均约需一小时左右，所以生产效率低。

本发明的目的是可提供一种质量稳定，能源节约，生产效率高的装载机铲刃板中频淬火热处理工艺。

本发明的另一个目的是可适应多种中频输出电源及不同型号尺寸的铲刃板的中频淬火输出装置。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种装载机铲刃板中频淬火热处理工艺，a、整个淬火连续进行，上件以2.5～3mm/s的速度移动；b、工件用中频感应加热至860±20℃时，喷入压力为0.5～0.6MPa的淬火介质，且喷出的淬火介质与垂直于工件纵截面的夹角为35°～40°；c、加压后校压；d、用中频感应加热至220±15℃，进行空冷回火。

所述的淬火介质含有6.5～7.5％的CW-A水溶性淬火液。

所述淬火液可从工件的两侧或多个对称方向喷出。

工件可采用35CrMo或40Mn₂等中碳合金钢。

本发明为达到上述另一个目的的技术方案是：一种用于装载机铲刃板中频淬火热处理工艺的中频淬火输出装置，由中频淬火变压器及其输出铜排、淬火感应器及电容组组成，中频淬火变压器中的初级绕组分别与起动电容C₁、可变电容C₂、及固定电容C₃并联组成LC谐振电路，次级为固定绕组，且中频淬火变压器中的初级绕组与次级绕组的匝比为12/1～18/1。

所述的输出铜排为二块加长型铜排。

所述的输出铜排装连在与铁轭连接的绝缘加强板上。

本发明采用上述技术方案后的优点是：①由于工件可采用中频感应淬火，使工件表面快速地加热至淬火温度860±20℃，而不等热量传至中心，淬火介质迅速以0.5～0.6MPa的压力及与垂直于工件纵截面成35°～40°角度喷在工件上，这样可保证工件淬火冷却的均匀性，且不易淬裂，使工件表层为马氏体可淬硬到39～47HRc，因此工件表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而工件的中心仍为未淬火组织，为珠光体和铁素体，保持工件芯部有足够的塑性和韧性，保证了铲刃板的工作或技术要求。再则由于中频淬火不易氧化和脱碳，工件的变形相对减少，再经加压校正，使尺寸较长而厚度较薄的铲刃板变形更小，如Z50B的铲刃板其尺寸为2928mm×260mm×28mm，全长翘曲小于4mm。经低温回火，降低工件中残余的应力和脆性，保持工件淬火后所得到的高硬度和耐磨性。由于整个热处理工艺连续不断，使工件可均匀获得淬硬层，因此该工艺可保证工件的质量，可满足铲刃板的使用要求。②由于该工艺为连续不断的对工件局部加热，且立即喷入介质进行淬火，无需采用炉内加热，所以整个工艺过程热能损失较小，每块铲刃板用电约需150Kwh，故能耗低，可节约能源，大大降低工件的制造成本。③采用该工艺后，整个淬火连续进行，一块铲刃板在半小时可完成中频淬火热处理工艺，大大提高生产效率，适合进行大批量流水生产。④由于一般的中频淬火变压器的初级绕组只适用于一种中频电压，而本发明采用上述结构的中频淬火输出装置中的变压器采用匝比为12/1～18/1后，可适应多种形式的中频输出电源，当调整初级绕组的匝数(匝比)，可获得不同的电流、频率，通过调节并联在初级绕组中的可变电容，使LC谐振电路匹配后，在次级绕组上获得最大的输出，以适应不同型号、尺寸的工件，且能根据工件需求，得到所需的淬透深度。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。

图1为本发明中频淬火热处理工艺的流程图。

图2为本发明中频淬火输出装置的示意图。

图3为中频淬火输出装置中频淬火变压器与输出铜排的结构示意图。

如图1所示的装载机铲刃板中频淬火热处理工艺，先把机加工后的工件放在中频淬火机床的轨道上压紧，开启各开关，铲刃板匀速向前行驶，为控制工件的加热均匀性和控制淬火冷却过程，工件以2.5～3mm/s的速度移动，中频感应器输出功率为130±10kw，频率约3000Hz，使工件表面快速加热至860°±20℃，这时，喷入压力为0.5～0.6MPa的淬火介质，且喷出的淬火介质与垂直于工件纵截面的夹角成35°～40°，以保证淬火冷却的均匀性，再通过淬火机床上的压辊压平，进入中频回火，回火频率为1150Hz，回火电压为165V，回火功率15Kw，工件感应加热至220°±15℃，进行空冷，完毕后卸料。

为了进一步提高工件的淬火质量，使其既能得到高硬度，且变形较小，工件淬火后不用清洗可直接回火，淬火介质采用含有6.5～7.5％的CW-A型水溶性淬火液。

为进一步提高工件淬火冷却的均匀性，淬火液至少可从工件的两侧或多个对称方向喷出。

装载机的铲刃板根据国内钢材的使用情况，使其既能适合热处理要求，又要与铲斗有较好的熔合性，铲刃板可采用35CrMo或40Mn₂等中碳合金钢。

如图2所示的一种用于装载机铲刃板中频淬火热处理工艺的中频淬火输出装置，由中频淬火变压器(1)及其输出铜排(7)、淬火感应器(5)及电容组组成，中频淬火变压器(1)中的初级绕组(2)分别与启动电容C₁、可变电容C₂及固定电容C₃并联组成LC谐振电路，次级为固定绕组(4)，且初级绕组(2)与次级绕组(4)的匝比为12/1～18/1，启动电容C₁可为14uf，可变电容C₂可为1uf～20uf，可变电容C₂可串联HD113-400/18(400A)的刀闸K来调节电容C₂，固定电容C₃可为18uf。当配匹适当则在次级获得最大的输出，加热淬火感应器(5)中的工件(6)。为提高导磁率，初级绕组(2)与次级绕组(4)之间设有芯式铁芯(3)，淬火变压器(1)容量为1000KVA，工作频率可达1000Hz～8000Hz。通过调节初级绕组(2)的匝数及可变电容C₂，使中频淬火变压器(1)适应多种形式的中频输出电源，且能适应各种不同型号尺寸及不同淬透深度的铲刃板。

为提高热处理的生产效率，铲刃板中频淬火需要比较宽的加热区，所以输出铜排为两块加长型，这样中频感应器(5)的线圈加热有效宽度达13cm以上，要采用4mm及较大截面的铜板作感应线圈，由于淬火感应器重量较重，为加强中频淬火变压器输出铜排(7)的机械强度，如图3所示，输出铜排(7)可用紧固件(8)装连在绝缘加强板(9)上，绝缘加强板(9)通过紧固件(10)装连在铁轭(11)上。

本工艺采用三相380V、50Hz交流电源全波整流时，直流电压500-560V左右，这时直流工作电压在480V～530V，直流电源输入250～270A，中频电压750V～800V，输出功率130±10KW，工作频率在3000Hz±10％，Z50B的铲刃板的淬硬层上、下在2.5mm以上，刃部在15～20mm，侧部在10mm以上，全长翘曲度小于4mm，经着色探伤，无裂纹，满足铲刃板的技术要求。因此，采用上述工艺可在一台卧式淬火机床上完成，操作简单，投资小，占地面积小，质量稳定，效率高，耗能低，适应于大批量生产。