底喷式淬火装置

2015-05-07周慧英吕勇

机械工程师 2015年5期

关键词：供液压缩空气隔板

周慧英，吕勇

（1.焦作市技师学院，河南焦作 454003；2.许昌职业技术学院，河南许昌 461000）

0 引言

在工程中对材料强度的要求一般是首选的性能指标，工程材料中使用最多的是金属材料，金属材料常用的强化方法有：形变强化、固溶强化、细晶强化、第二相强化和热处理强化。本文对液压支架支柱油缸的强化方法就是热处理强化中的淬火工艺［1-2］。

1 技术背景

近些年来，液压支架已成为煤矿综采工作面的主要支护设备，随着煤矿对煤炭回采率要求的不断提高及安全高效开采的不断进步，液压支架向大支承力、高架型发展；液压支架的立柱是支架的支承组件，承受着液压支架的全部支承力，所以为满足煤炭行业生产需要，液压支架的立柱油缸向大口径、长缸筒发展，目前最大油缸缸筒内径已发展到直径420 mm以上，长度已达到2 m左右。

油缸缸筒工作表面的强度和硬度高低直接影响油缸的使用寿命，进而决定液压支架的使用寿命，在不改变油缸材质和增加成本的情况下，淬火的热处理工艺无疑是提高金属材料强度、硬度的一种最有效和常用的方法。常用的淬火方法有：单液淬火法、双介质淬火法、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火，需要根据不同材质或零件形状进行合理选择。油缸缸筒选用的材质是45钢，其传统的淬火方法采用的是单液淬火法，即在大水槽中采用外置式水循环的冷却方法进行的，这种淬火方式的优点是淬火装置简单，操作方便，易于实现机械化操作；缺点是因为碳素钢淬透性差，如果冷却速度慢，易于造成淬硬层浅，硬度低；而冷却速度快，又容易使零件淬裂，造成零件报废［3-4］。

对于油缸缸筒而言，关键问题是：因为油缸缸筒是圆形的，其工作表面为内表面，在淬火过程中缸筒放入冷却槽冷却时容易沉入槽底，缸筒内孔的冷却水不能快速有效地循环带走热量，也不能迅速破坏缸筒内孔与冷却水之间的汽膜，造成冷却速度慢，结果降低了淬硬层深度，缸筒内壁有大量软点出现，极大地削弱了缸筒材料的强度和硬度，使缸筒在强度上存在着不可避免的致命缺陷，导致液压缸在使用时出现胀缸事故，缩短其使用寿命。

2 技术方案

为避免上述缺点，采用的如下技术方案：加强油缸缸筒内孔中淬火介质的可流动性，使其温度快速降低，从而获得较深淬硬层，提高工作表面的强度和硬度。为此，设计一种底喷式淬火装置，在淬火槽底部设置有与淬火槽相连通的压缩空气管道和压力液体管道，淬火槽内部压缩空气管道和压力液体管道与淬火槽接口上方设置有带有开孔的分布隔板。压缩空气管道和压力液体管道位于淬火槽两侧且分别与气压源和液压源连接。使用时，压缩空气和压力液体在淬火槽的底部和分布隔板之间的液气混合区混合后迅速通过分布隔板上的孔向上喷出，对工件进行淬火处理。

3 结构简图及使用说明

3.1 结构简图

如图1所示，底喷式淬火装置，包括淬火槽3，淬火槽3底部设置有与淬火槽3相连通的压缩空气管道1和压力液体管道4。淬火槽3内部压缩空气管道l和压力液体管道4与淬火槽3接口上方设置有带有开孔6的分布隔板5。压缩空气管道1和压力液体管道4位于淬火槽3两侧且分别与气压源和液压源连接（气压源与液压源图中未显示）。

3.2使用说明

使用时，将圆筒状工件2加热到规定温度后吊入淬火槽3内，同时开启压力液体管道和压缩空气管道的阀门；压力液体管道4内的压力液体和压缩空气管道1内的压缩气体在淬火槽3的底部和分布隔板5之间的液气混合区7混合后迅速通过分布隔板5上的孔6向上喷出；混合液气使工件2快速冷却，进行淬火处理；混合液气将淬火槽3充满之后从其上部溢出，进入圆筒形液体收集槽8内，经水泵将液体抽走，冷却后转为压力液体的供液源继续使用。