一种超高强钢薄壁结构件淬火用夹持装置及淬火方法

摘要

一种超高强钢薄壁结构件淬火用夹持装置及淬火方法，包括以下步骤：S1构件的压装：将异形薄壁构件放置在底座上的两个侧板之间，而后调节左压板、右压板在滑槽的高度，使得铆接左压板、右压板位于构件上方；S2工件的加热：将压装完成的工件整体进炉加热；S3工件的转移：利用吊装机构对加热保温完成后的底座与工件整体进行转移，将其转移至淬火池上方，以均匀速度倾斜水平方向5～10℃进入淬火池直至完全浸没，完成整个淬火过程。本发明不同于传统制造业普遍采用的先热处理后成型的热冲压成型方法，采用先成型后热处理的加工方法，有成本低，适用范围广，成形质量好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及淬火领域，具体涉及一种超高强钢薄壁结构件淬火用夹持装置及淬火方法。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，节能、环保、安全和智能都成为汽车，航天等行业发展的新动向。在采用同等动力和传动系统的前提下，汽车的整车质量每减少10％，燃油损耗就可以降低6%～8%。相较于汽车，航天器等的动力系统和传动系统的技术改革，在保证结构安全和性能的前提下，轻量化是降低能耗，减少排放的最为有效的措施之一。选择合适的轻质超高强钢材料以及热处理工艺，可以有效降低成品工件的质量以及提高结构件的各项性能。

针对各类异形薄壁工件的成形，目前制造业普遍采用的是热冲压成形技术。热冲压成形技术是将硼钢钢板（初始强度为500～700MPa）加热至奥氏体化状态，快速转移到模具中高速冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具本体中以大于27℃/s的冷却速度进行淬火处理，保压淬火一段时间，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件的成形方式。这种成形方法的优点在于零件成形性相对较好，尺寸精度相对较高以及零件的表面硬度、抗凹性和刚度好。但是热冲压生产线固定成本较高，针对不同零部件成形需要不同的热冲压模具，不适合小批量、多种类工件的生产。先成型后处理的生产加工方法更加适合小批量，多种类异形薄壁工件的加工成型。

由于异形薄壁工件结构相对复杂，刚性差，切削余量大，在淬火处理过程中，极易产生热应力及组织应力。在这些内应力综合作用下，出现较大程度的变形甚至开裂，影响工件的装配及使用精度，严重情况下将会导致结构件的报废。因此，控制这类异形薄壁工件的淬火变形量具有重要的研究意义以及发展前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、操作方便、能够控制工件的膨胀空间、减少薄壁类工件在淬火过程中的变形量的工件夹持装置及使用该夹持装置控制超高强钢薄壁结构件的淬火变形的方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种超高强钢薄壁结构件淬火用夹持装置，包括底座和保温罩，其特征在于：所述底座设置有若干对相互平行的立柱，所述立柱上分别安装有可调节高度的左压板和右压板，所述左压板和右压板通过销轴铆接在一起。

所述立柱、左压板和右压板上均设置有滑槽，所述左压板和右压板分别滑动连接在滑槽内。

所述底座上设置有相互平行的两块侧板，所述立柱分列于两块侧板顶部。

所述保温罩和侧板上均匀分布有若干传热孔。

所述底座的底部设置有若干支撑柱。

所述左压板和右压板之间的夹角为135°～180°。

一种使用超高强钢薄壁结构件淬火用夹持装置控制超高强钢薄壁结构件的淬火变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1 工件的压装：将工件放置在底座上，利用可调节的左压板和右压板对工件进行压装，左压板、右压板与工件之间按照热膨胀系数的差异保持一定的间隙；

S2 工件的加热：将压装完成的底座与工件整体放入加热炉进行加热，加热到设定温度后保温一段时间等待转移；

S3 工件的转移：利用吊装机构对加热保温完成后的底座与工件整体进行转移，将其转移至淬火池上方，以均匀速度倾斜水平方向5～10℃进入淬火池直至完全浸没，完成整个淬火过程。

所述步骤S1中所述左压板、右压板与工件之间的间隙距离为3～7mm。

所述步骤S2中工件加热至900～910℃，加热炉保温30～45分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明在压装步骤中，采用了特有的可调节压装结构，针对不同形状的薄壁结构件可以通过两个压杆的配合调整将工件的热膨胀空间进行控制，有效的减少薄壁类工件在淬火过程中产生的变形量。

2、本发明在转移步骤中，采用了带有均匀孔洞的保温罩结构，可以有效降低淬火转移过程中工件的降温量，保证工件能够以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变。

3、本发明在转移阶段利用吊装机构使工件倾斜入水，并对工件的入水角度进行限定，使得工件在垂直于长度方向的变形量能够得到有效控制，同时工件侧壁的内凹变形程度也最小，满足工件装配要求。

4、本发明不同于传统制造业普遍采用的先热处理后成型的热冲压成型方法，采用先成型后热处理的加工方法，有成本低，适用范围广，成形质量好的特点。

附图说明

图 1 是本发明未安装保温罩时的结构示意图。

图 2 是本发明安装保温罩时的结构示意图（侧视图）。

图中：底座1，保温罩2，立柱3，左压板4，右压板5，销轴6，滑槽7，侧板8，传热孔9，支撑柱10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图2所示，一种用于超高强钢薄壁结构件淬火的工件夹持装置，包括底座1和保温罩2，所述底座1的底部设置有若干支撑柱10，底座1上设置有两块相互平行的侧板8，所述保温罩2和侧板8上均匀分布有若干传热孔9，侧板8顶部设置有五对相互平行的立柱3，所述立柱3、左压板4和右压板5上均上设置有滑槽7，左压板4和右压板5分别通过滑轴滑动连接在滑槽7内，所述左压板4和右压板5通过销轴6铆接在一起，通过调节左压板4、右压板5在滑槽7的高度，可将左压板4和右压板5之间的夹角调节到135°～180°。

使用上述夹持装置控制超高强钢薄壁结构件的淬火变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1 工件的压装：将异形薄壁构件放置在底座1上的两个侧板8之间，而后调节左压板4、右压板5在滑槽7的高度，使得铆接左压板4、右压板5位于构件上方。左压板4、右压板5采用的使耐热材料，热膨胀系数低于被加工件。为防止加热过程中被加工件的变形，左压板4、右压板5与工件之间要保持平行关系同时留有一定间隙，通过多次工艺试错及经验总结后，左压板4、右压板5与工件之间的间隙距离在3～7mm时，能够最大程度抑制工件在电阻式加热炉中加热过程中的受热膨胀。压装固定之后将保温罩2置于底座1之上；

S2 工件的加热：将压装完成的工件整体进炉加热，保温罩2和侧板8上均匀分布有若干传热孔9。若不设置传热孔9，会使得工件底部与底座1接触的部分在加热过程中升温过快；工件两侧及上部因未与底座1接触，传热效率相对较低进而导致升温相对缓慢，温度分布不均容易引起工件的热膨胀变形。当在底座1两块侧板8上设置传热孔9后，工件的整体均匀受热现象得到有效的改善。为防止加热过程中工件底部吸热不足的现象，底座1下面留有四个支撑柱，将工装整体抬起，有效提高工件底部的加热效率；

S3 工件的转移：工件加热至900℃左右时，加热炉保温30～45分钟，确保工件各部分温度达到指定温度，保温完成后开炉起吊。首先利用车间龙门吊将底座1吊起，带动整个工装一同向淬火冷却池移动。当工装整体距离水池距离1m时，保持一定速度将工件及工装整体倾斜5～10℃浸入冷却液中。对于异形薄壁类工件来说，由于其壁厚较薄，尺寸较大，出炉后装夹、淬火转移过程较困难，淬火转移时间一般在55～75s。若未加装保温罩，工件转移至淬火池与冷却液接触时温度在520～650℃，远低于超高强钢的临界冷却温度Ac1，导致淬火效果变差。置于底座1上的保温罩2可以有效降低工件出炉后的冷却速度，工件淬火转移时间为75s左右时，工件1此时温度仍能高于临界冷却温度Ac1，以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织，使工件具有良好的淬火效果。

经过上述工件的压装，加热，转移三个过程，完成了对超高强钢异形薄壁工件的淬火处理，热处理过程中有效的控制了工件在整个淬火过程中的变形量，提高淬火之后的强度。