一种喷淋淬火工艺研究装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种喷淋淬火工艺研究装置，包括底座，底座上安装有加热炉、位于加热炉一侧的淬火区以及用于将工件移动至加热炉或淬火区的移动组件，淬火区设有喷淋组件和位于喷淋组件下方的水槽，喷淋组件包括喷淋基板和淬火介质加压供给组件，喷淋基板上设有若干安装孔，各安装孔与淬火介质加压供给组件相连，至少一个安装孔中安装有喷嘴，其余未安装喷嘴的安装孔通过可拆卸封堵件封闭。本发明具有喷淋冷却场可调、使用方便、利于缩短喷淋淬火工艺研发周期和节约成本等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及淬火设备技术领域，具体涉及一种尤其适用于铝合金构件的喷淋淬火工艺研究装置及其使用方法。

背景技术

密度小、比强度高、耐腐蚀等优良性能可热处理强化的铝合金构件广泛应用于航空航天领域，为提高产品综合性能，如强度、韧性、抗蚀性及耐疲劳特性等，需固溶-淬火-时效处理。淬火是其中的关键环节，但淬火过程易产生过大残余应力及性能分布不均匀，导致构件尺寸稳定性差、后续机加工变形严重、材料使役性能降低、疲劳寿命下降等问题。残余应力过大所引起的大变形常成为新型零件设计制造面临的需解决难题，其问题的严重性随产品尺度的增加及形状的复杂化而加剧。

通常来说，残余应力及性能随淬火过程中冷却速率降低而降低，同时材料淬火时效后性能主要决定于淬火温度敏感区的冷却速率，意味着可通过加快敏感区冷却速率，抑制非淬火温度敏感区冷却速率的分级淬火工艺来协同调控构件的性能与残余应力。不同的材料有不同的淬火敏感特性，对淬火工艺提出不同的工艺要求。另一方面构件的外形尺寸、几何厚度对相同冷却外场条件下构件的冷却速率及残余应力有着重要的影响。不同的外形尺寸、几何厚度对外界冷却场要求不一致，需合理设计构件表面不同部位的冷却场强度以获得均匀的性能。正确制定淬火工艺可减少构件残余应力，保障构件的性能，提高构件的综合性能，减少后续校形成本。然而实际生产中，构件几何结构、材料种类多变，给构件的淬火工艺制定带来了难题。

喷淋淬火是把冷却介质加压从喷嘴喷出用以冷却构件，较浸没淬火，具有冷却速率高、冷却强度可控性强的特点，可作为实现同步、分区、分级淬火工艺的冷却手段。目前喷淋淬火工艺在钢及铝合金板、型材淬火处理上得到较广泛应用，在构件上亦渐渐得到应用。根据构件的材料特性、几何特性及技术要求，制定合适的喷淋淬火工艺参数，对协调控制构件残余应力与性能有着十分重要的作用。目前淬火艺研究主要有两种方法：一种是通过仿真手段进行工艺研究，但是其精度受到多方面因素影响，可靠性尚待提高；另一种是利用正式构件在喷淋淬火设备上进工艺实验研究，但其实验过程参数收集困难，比如构件温度变化，过程耗时耗力，成本过高等。利用与实际零件冷却厚度一致的小试样工件进行喷淋淬火艺研究，可以缩短研究周期、节约成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种喷淋冷却场可调、使用方便、利于缩短喷淋淬火工艺研发周期和节约成本的喷淋淬火工艺研究装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种喷淋淬火工艺研究装置，包括底座，所述底座上安装有加热炉、位于加热炉一侧的淬火区以及用于将工件移动至加热炉或淬火区的移动组件，所述淬火区设有喷淋组件和位于喷淋组件下方的水槽，所述喷淋组件包括喷淋基板和淬火介质加压供给组件，所述喷淋基板上设有若干安装孔，各安装孔与淬火介质加压供给组件相连，至少一个安装孔中安装有喷嘴，其余未安装喷嘴的安装孔通过可拆卸封堵件封闭。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，若干安装孔呈矩形阵列布置在喷淋基板上。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述喷淋组件共设有两块分设于工件两侧的喷淋基板，各喷淋基板通过平移机构安装在底座上并能通过平移机构调节与工件之间的间距。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述平移机构包括安装在水槽上的支架，所述支架上设有滑槽，所述喷淋基板通过贯穿滑槽的锁紧螺栓以可锁紧方式滑设在滑槽中；所述安装孔为螺纹孔，所述喷嘴与安装孔螺纹配合连接，所述可拆卸封堵件为螺纹配合安装在安装孔中的堵头。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述淬火介质加压供给组件包括通过管路与各喷嘴安装孔相连的可编程控制水泵，所述管路连接有压力表和流量计。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述水槽的上方设有一用于罩设工件和喷淋组件的防水罩，所述防水罩朝向加热炉炉口的一面设有供工件进出的进出口以及滑动设置并能通过滑动打开或关闭所述进出口的移动门。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述移动组件包括滑板车、位于加热炉内的炉内轨道、位于淬火区的淬火区轨道以及用于连接炉内轨道和淬火区轨道的中间轨道，所述中间轨道通过移动机构安装在底座上并能通过移动连接炉内轨道和淬火区轨道或者远离所述加热炉的炉口。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述滑板车包括车身、安装在车身上与炉内轨道、淬火区轨道和中间轨道配合的行走轮以及安装在车身上的用于固定工件的固定组件。

上述的喷淋淬火工艺研究装置，优选的，所述固定组件包括两个用于从两侧夹紧固定工件的可调锁紧机构，各可调锁紧机构包括固设在车身上的夹板，所述夹板上螺纹配合连接有至少一根夹紧螺栓。

一种上述喷淋淬火工艺研究装置的使用方法，包括以下步骤：

（A）在工件内部置入热电偶，同时在工件的非冷却面包裹隔热材料层；

（B）利用移动组件将工件送入加热炉中，关闭加热炉的炉门并对工件进行加热保温；

（C）打开炉门，利用移动组件将工件移动至淬火区；

（D）开启喷淋组件对工件进行喷淋淬火；

（E）淬火完成后，关闭喷淋组件，对工件进行淬火过程中冷却曲线、淬火后残余应力及性能分析。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的喷淋淬火工艺研究装置可通过移动组件快速方便的将工件在加热炉和淬火区之间移动，并且其喷淋组件的喷淋基板设有若干与淬火介质加压供给组件相连的安装孔，各安装孔可以安装有喷嘴，也可以通过可拆卸封堵件封闭，这样可以根据需要控制喷嘴的安装数量和安装位置，便于研究不同喷嘴组合及布置形式对冷却场的影响规律，研究喷淋淬火工艺对工件性能与残余应力的影响规律，为实际零件的喷淋淬火设备设计提供参考；该喷淋淬火工艺研究装置可通过小块试样快速试验研究确定新型构件的喷淋淬火工艺，利于缩短喷淋淬火工艺研发周期、节约成本。

附图说明

图1为喷淋淬火工艺研究装置的主视结构示意图。

图2为喷淋淬火工艺研究装置去除防水罩后的立体结构示意图。

图3为防水罩在移动门打开时的立体结构示意图。

图4为喷淋组件对工件进行喷淋淬火的结构示意图。

图例说明：

1、底座；2、加热炉；3、移动组件；31、滑板车；32、炉内轨道；33、淬火区轨道；34、中间轨道；4、喷淋组件；41、喷淋基板；42、喷嘴；43、支架；5、水槽；6、防水罩；61、进出口；62、移动门；100、工件；200、隔热材料层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的喷淋淬火工艺研究装置，包括底座1，底座1上安装有加热炉2、位于加热炉2一侧的淬火区以及用于将工件100移动至加热炉2或淬火区的移动组件3，淬火区设有喷淋组件4和位于喷淋组件4下方的水槽5，水槽5用于收集淬火后的淬火介质以及保护设备，喷淋组件4包括喷淋基板41和淬火介质加压供给组件，喷淋基板41上设有安装孔，各安装孔与淬火介质加压供给组件相连，使淬火介质加压供给组件提供的具有一定压力的淬火介质通至各安装孔，其中，至少一个安装孔中安装有喷嘴42，其余未安装喷嘴42的安装孔通过可拆卸封堵件封闭。

该喷淋淬火工艺研究装置可通过移动组件3快速方便的将工件100在加热炉2和淬火区之间移动，并且其喷淋组件的喷淋基板41设有若干与淬火介质加压供给组件相连的安装孔，各安装孔可以安装有喷嘴42，也可以通过可拆卸封堵件封闭，这样可以根据需要控制喷嘴42的安装数量和安装位置，便于研究不同喷嘴42组合及布置形式对冷却场的影响规律，研究喷淋淬火工艺对工件100性能与残余应力的影响规律，为实际零件的喷淋淬火设备设计提供参考；该喷淋淬火工艺研究装置可通过小块试样快速试验研究确定新型构件的喷淋淬火工艺，利于缩短研发周期、节约成本。

优选的，喷淋基板41具有朝向工件100的安装平面，上述若干安装孔呈矩形阵列布置在喷淋基板41的安装平面上。若干安装孔呈矩形阵列布置更有利于组合形成符合实际可能要求的不同喷嘴42组合及布置形式。

本实施例中，如图2和图4所示，喷淋组件4共设有两块分设于工件100两侧的喷淋基板41，各喷淋基板41通过平移机构安装在底座1上并能通过平移机构调节与工件100之间的间距，从而调节喷嘴42与工件100之间的间距。该平移机构包括安装在水槽5上的支架43，支架43上设有滑槽，喷淋基板41通过贯穿滑槽的锁紧螺栓以可锁紧方式滑设在滑槽中，具体是，锁紧螺栓穿过滑槽与喷淋基板41螺纹连接，其中喷淋基板41和锁紧螺栓的螺栓头分别位于滑槽的两侧，调节锁紧螺栓使其与喷淋基板41不夹紧支架43时，喷淋基板41可沿滑槽滑动来调节与工件100之间间距，调节锁紧锁紧螺栓使其与喷淋基板41夹紧支架43时，可将喷淋基板41锁紧固定在支架43上调节好的位置。优选的，喷淋基板41为一具有中空内腔的矩形箱体，其设有与淬火介质加压供给组件连通的进口，各安装孔设于喷淋基板41的侧壁上。

本实施例中，安装孔为螺纹孔，喷嘴42与安装孔螺纹配合连接，可拆卸封堵件为螺纹配合安装在安装孔中的堵头，这样便于喷嘴42的拆装，从而快速更换喷嘴42的数量和位置。

本实施例中，淬火介质加压供给组件采用其现有技术，其包括通过管路与各安装孔相连的可编程控制水泵，可编程控制水泵泵送的淬火介质经管路通至各安装孔，管路连接有压力表和流量计，便于实时检测和记录喷淋组件4的压力和流量，并可反馈给相应的控制系统。优选的，可编程控制水泵为由变频器控制的泵，可根据程序实时改变淬火过程中淬火介质的压力和流量，并反馈给相应的控制系统。

本实施例中，如图1和图3所示，水槽5的上方设有一用于罩设工件100和喷淋组件4的防水罩6，防水罩6为一由薄板围成的具有朝下开口的罩体结构，扣在水槽5上，用于防止淬火介质冲击加热炉2、电机等其他设备。防水罩6朝向加热炉2炉口的一面设有供工件100进出的进出口61以及滑动设置并能通过滑动打开或关闭进出口61的移动门62。移动门62通过滑动轨道滑设在防水罩6上，当移动门62打开时，为工件100在加热炉2和淬火区之间移动提供通道，当移动门62关闭时，能防止淬火区的淬火介质从进出口61溅出而冲击到其他设备上。

本实施例中，移动组件3包括滑板车31、位于加热炉2内的炉内轨道32、位于淬火区的淬火区轨道33以及用于连接炉内轨道32和淬火区轨道33的中间轨道34，中间轨道34通过移动机构安装在底座1上并能通过移动连接炉内轨道32和淬火区轨道33或者远离加热炉2的炉口。移动机构可以是滑轨，中间轨道34移动至连接炉内轨道32和淬火区轨道33的状态时，可使滑板车31带着工件100在加热炉2和淬火区之间转移，中间轨道34移动至远离加热炉2的炉口时，便于加热炉2炉门的开闭。滑板车31与各轨道配合可实现工件100在加热炉2和淬火区之间快速移动，以及使工件100在淬火区按一定规律往复运动。

上述滑板车31包括车身、安装在车身上与炉内轨道32、淬火区轨道33和中间轨道34配合的行走轮以及安装在车身上的用于固定工件100的固定组件。固定组件包括两个用于从两侧夹紧固定工件100的可调锁紧机构，各可调锁紧机构包括固设在车身上的夹板，夹板上螺纹配合连接有至少一根夹紧螺栓，调节各夹板上的夹紧螺栓可使其端部靠近或者远离另一块夹板，进而可夹紧固定或者松开工件100。还可以设置一动力机构驱动滑板车31的按需移动，动力机构可由气缸、连接装置和控制器等组成。

本实施例中，加热炉2采用现有技术，其炉口朝向防水罩6，炉门呈长方形，炉门平移运动实现开关。本实施例还可进一步设置控制组件，用于在试验过程中收集流量、压力和工件100内部温度等参数信息以及根据需要对喷淋系统4进行流量控制。

一种上述喷淋淬火工艺研究装置的使用方法，包括以下步骤：

（A）在工件100内部置入热电偶，以测量其加热冷却过程中温度的变化，同时在工件100的非冷却面包裹具有一定硬度和强度、且固化的隔热材料层200，以尽可能使小块试样传热过程与实际零件相近；

（B）利用移动组件3将工件100送入加热炉2中，关闭加热炉2的炉门并对工件100进行加热保温；

（C）打开炉门，利用移动组件3将工件100移动至淬火区；

（D）开启喷淋组件4对工件100进行喷淋淬火；

（E）淬火完成后，关闭喷淋组件4，对工件100进行淬火过程中冷却曲线、淬火后残余应力及性能分析，以进一步优化喷淋淬火工艺。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。