井式炉组合吊具的创新设计与应用

2021-07-20张宇涵杨杰

金属加工(热加工) 2021年7期

张宇涵，杨杰

宁夏天地西北煤机有限公司宁夏石嘴山 753000

1 序言

工装夹具在热处理作业中具有非常重要的作用，尤其在采用井式炉作业时，更是离不开工装夹具，同时与热处理质量也有密切的关系。其中热处理工装夹具通常会随着工件一起加热、冷却，需要重复使用，易产生氧化、变形和开裂等问题，同时还会带走部分热量，占总热量的18%～29%[1]，这无疑也增加了热处理的生产成本。由于工装夹具设计、材料选用不合理等原因，造成产品次品率居高不下、热处理成本高、生产效率低等问题屡见不鲜，同时存在一定的安全隐患。

宁夏天地西北煤机有限公司热处理设备多为井式炉，产品种类较多、批量大，因此设计一种通用性强、简便轻量、经久耐用、安全可靠的热处理组合吊具尤为重要。

2 组合吊具设计

结合常见零部件的结构特点、装炉方式及加热时炉内放置位置，根据“积木式”的设计思路，设计的吊具采用分体式结构，如图1所示，由吊杆将圆盘、底座、调整套串联起来。根据处理工件的大小、重量、形状，通过更换调整套任意组合，实现吊具的层次、高度及装载量的灵活适配。吊具上的栅孔设计可实现工件自由悬挂、平稳固定，保证炉内气氛的流动性，并能够满足加热均匀和冷却均匀两方面的要求，以保证工件热处理后的硬度均匀和变形量最小。

图1 组合吊具

优点在于吊具各个组成部分装卸组装简单，调试、维护保养简单易行，而且安全可靠，避免工件在起吊过程中因滑落而造成安全隐患及质量事故。

此外，圆盘正反面均可以使用，具有互换性，拉筋可有效地控制吊具的变形并提高其使用寿命。

3 实用案例

渗碳工件的装炉、出炉工序一般都在比较高的温度下操作，因此对吊具要求较高：需定位准确、吊挂安全牢靠、省时省力、轻巧灵活、操作方便，同时还要具备足够的强度和刚度，不易变形开裂[2]。常见的吊具一般为两脚或四脚吊具配合料框使用，安全可靠性差，出炉时，两个工人分别站在炉台旁，一人进行操作指挥，凭经验和感觉吊钩料框，操作时间较长，稍有不慎就会被高热气浪灼伤面部，有时还会因吊具变形造成起吊不准而翻框，给人员、设备、质量带来一定的损失[3]。

逆止器是大型带轮机制动系统的关键部件之一，其中逆止器内外圈，如图2所示，其要求具有较高的表面硬度、耐磨性和承载能力。通常内外圈有效厚度较大，而综合性能要求较高，常用的大型逆止器直径高达2m以上，工件有效厚度≥120mm。如果采用普通热处理方法，性能指标始终达不到技术要求。相关资料显示，渗碳钢深层渗碳可有效解决这一难题[4]。

图2 逆止器内外圈

深层渗碳是渗层有效厚度＞3.5mm的渗碳。与普通渗碳相比，深层渗碳工艺非常复杂，渗层的厚度不单纯是靠温度、炉内碳势及保温时间的增加而增大，技术难度较高，代表了渗碳的综合技术水平[5]。通常深层渗碳工艺周期达几十甚至上百小时，因此对渗碳设备和工艺、吊具具有相当苛刻的要求：要有稳定的渗碳炉系统，设计使用可靠的深层渗碳工艺及吊具，以及在变形控制和开裂预防上采用有效措施，完善的深层渗碳质量控制体系。

在试验过程中，采用这种组合吊具，可满足渗碳工件加热均匀、装卸便捷的要求。炉内渗碳气氛可通过底座及圆盘中的栅孔有效流动，有利于工件表面吸收。吊杆便于起吊，一人便可进行出炉操作，工人距离炉台较远，避免了热浪的灼伤，如图3所示。