曲轴热处理工艺特点 连续式曲轴热处理生产线的研究

连续式曲轴热处理生产线的研究

刘玲玲 李保强

（1. 郑州财经学院 机电工程系，河南郑州 450044；2. 机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州 450007）

摘要：根据轴类零件的热处理工艺要求，设计了曲轴悬挂链式连续热处理生产线，阐述了曲轴铸件生产线的热处理工艺，生产线组成和控制方式，对悬挂式连续生产线的工艺流程、加热炉、冷却室、自动化控制等做了介绍。通过现场运行情况可知，该生产线对节约能源、提高生产效率有明显作用。 关键词：曲轴；连续式生产线；悬挂链；热处理

中图分类号: TG156 文献标识码: A 12

Research on continuous heat treatment production line for

Crankshaft

LIU Lingling, LI Baoqiang

(1.Department of electrical and Mechanical Engineering, Zhengzhou Institute of Finance and Economics,

Zhengzhou 450044, China;

2. SIPPR Engineering Group Co., Ltd, Zhengzhou 450007, China)

Abstract: The continuous heat treatment production line is designed according to the technical requirements of crankshaft, described the heat treatment process of crankshaft casting production line, the composition and control mode of the production line, and introduced the process, heating furnace, cooling chamber, automatic control of the continuous production line. Through on-site operation shows that the production line for energy conservation, improve production efficiency plays a significant role.

Key words: Crankshaft; continuous production line; hanging chain; heat treatment 12

金属热处理通过改变材料表面和内部的金相组织结构来控制产品性能，是决定相关轴类零件质量的重要热加工工艺[1]。国内对于轴类零件的热处理普遍采用台车炉、辊底炉、室内炉等周期热处理炉，这对于长轴类零件，这些传统的热处理方式不仅存在自动化程度低、生产效率不高等缺陷，且由于在生产过程中采用堆放或平放的形式，使得工件的加热变形较大

[2]。因此改变传统的曲轴卧式放置和间断式加热，为垂直放置和连续式加热，将悬挂积放输送机应用在热处理生产中以解决上述问题成为一种趋势。这种自动化程度较高的连续式热处理生产线，可以实现工件的装卸、加热、冷却于一闭合回路，使轴类工件在加热、冷却等过程中，采用吊挂方式，有效降低了工件变形，具有生产效率高、产品质量稳定、生产成本低刘玲玲(1985-) 女，汉族，河南商丘人，工学硕士，讲师。主要研究方向为热处理设备及工艺，智能控制系统等。

等特点。

1生产线运行工艺过程

球墨铸铁曲轴的热处理工艺主要包括正火和回火两个环节。连续式热处理生产线的工艺流程为：上料→正火加热→正火冷却→回火加热→回火冷却→下料。其中上下料由平衡吊人工上下料完成，正、回火工艺分别由加热炉和冷却室完成。

1.1 正火工艺

曲轴铸件的正火处理是把铸件加热到稍高于共析温度以上并作短时保温，高温正火得到奥氏体和石墨组织，冷却时采用极冷风吹和雾化，奥氏体大部分或全部转化为珠光体，冷却速度越快，珠光体越细，冷却后得到细片珠光体、铁素体和石墨组织[3]。

曲轴铸件正火工艺曲线如图1所示，电加热炉分区正火加热，50分钟温度升至730℃，保温30分钟再进行正火加热，工件升温时间为30分钟，温度升至900℃，正火热处理保温时间为120分钟，保温温度为900℃。炉温均匀性控制在±7℃以内，正火后工件采用吹风和雾化结合冷却，工件冷却均匀，总冷却时间13～23分钟，终冷温度为450℃。

温度

时间（min ）

正火工艺

图1 正火工艺曲线

Fig 1. Normalizing process graph

1.2 回火工艺

曲轴铸件高温正火后进行回火处理，回火是把工件重新加热到A1以下的某一温度，保温一段时间后置于空气中冷却的工艺，回火的目的是消除内应力，降低脆性，使之具有一定的韧性[4]，以满足后续的工序要求。

回火工艺曲线如图2所示，电加热炉分区回火加热，炉内采用高温循环风机进行热风循环，升温时间为60分钟，在600℃温度下保温120分钟，炉温均匀性控制在±5℃，回火结束后快速风冷。冷却时间≥110分钟，终冷温度≤100℃。

温度

时间（min ）

回火工艺

图2 回火工艺曲线

Fig 2. Tempering process graph

2生产线的结构及组成

根据球墨铸铁曲轴的热处理工艺要求设计连续式热处理生产线，其组成如图3所示。设备主要有正火加热炉、回火加热炉、正火风雾冷却室、回火风冷室、积放式悬挂输送系统、载重车组、耐热钢吊具、加热系统、计算机系统、电气控制系统、计算机及PLC 程序、设备运输安装调试、备品备件等组成。

图3 生产线设备组成图

Fig 3. Equipment composition of the production line

2.1正火加热炉及冷却室

正火加热炉由炉体钢结构、炉门升降及密封系统、炉顶密封系统、电加热系统、炉顶冷却排气系统及安全防护围栏等组成。正火加热炉最高使用温度950℃，温度均匀性±7℃（保温期），仪表控温精度±1℃。工件在炉内加热时间231min 。

炉体由型钢骨架和钢板连续焊接而成，钢结构具有足够的刚性，在生产过程中不变形。炉内采用硅酸铝耐火纤维模块保温材料，模块全部采用不锈钢铆固件吊挂，保温层厚度不小于350mm ；炉温采用分区控温，对不同产品、不同工艺可输入计算机实现全自动控制，并

可随时可修改。整个炉子在方便进出的一侧设置2-3个观察孔。采用升降炉门，炉门升降系统由炉门本体、滑道、减速机驱动装置、耐热钢防辐射板等组成。驱动装置使用带制动功能的减速机，升降速度为15m/min。炉门开启时间小于6s ，炉门设行程开关定位，同时设有机械限位装置，安全可靠。炉门与炉体密封采用自压紧方式，炉门纤维与炉门口耐热不锈钢铸钢板形成软硬密封，密封效果好。炉门与悬链输送系统安全联锁。

正火冷却室设置多个冷却工位，各冷却工位的雾量、风量、时间独立控制，同工位两侧水路分装阀门。实现充分雾化，保证工件达到冷却工艺及质量要求。一、二冷却工位水路装涡轮式流量计及电动调节阀，其流量值可在显示屏控制，当在上件处换曲轴型号需改变雾量时可在显示屏处更改，使所换型号曲轴到冷却室时按更改后的流量冷却。冷却室内水管等所有零部件全部采用不锈钢制作。冷却用水循环使用。在方便进出的一侧设置1-2个观察孔。

2.2 回火加热炉及冷却室

回火加热炉由炉体、炉门升降及密封系统、电加热系统、炉内热风循环系统、炉顶密封及冷却排气系统等组成。回火加热炉最高使用温度700℃，炉内采用高温循环风机进行热风循环，温度均匀性±5℃（保温期），仪表控温精度±1℃。工件在炉内加热时间为182min 。回火加热炉一侧设置2-3个观察孔，方面观察设备运行情况。

炉体由型钢骨架和钢板连续焊接而成。炉内采用硅酸铝耐火纤维模块保温材料，模块全部采用不锈钢铆固件吊挂，保温层厚度不小于300mm 。采用升降炉门。炉温采用分区控温，对不同产品、不同工艺可输入计算机实现全自动控制，并可随时修改。整个炉子要求考虑可拆结构，分段制作，方便二次搬迁和异地安装。

回火冷却室采用喷风快速冷却，设备由室体、风管、风嘴、送排风机等组成，风量可调。室体由型钢骨架和不锈钢钢板焊接而成，室体、喷嘴等全部采用不锈钢制作，热风排至车间外。

2.3悬挂积放输送系统

悬挂积放输送系统采用履带式直线驱动装置，设置多重保护措施。使用浮动架结构张紧装置、专用链条油雾自动润滑器润滑、轨道全部采用16Mn 耐磨钢制作。链条采用4吋标准模锻可拆链条，材质45Mn2。承载小车单点吊重500kg ，炉内积放间距750mm ，运行速度8～15m/min变频无级可调。输送系统设置检修道岔，用于检修积放小车和挂具。WWJ4积放式悬挂输送机是一种双层轨道三维空间闭环连续输送系统，适用于自动化程度高、物料种类多、

工艺过程复杂的成件物品输送[5-6]。

驱动装置是提供输送线线运行动力的装置。主要由电机减速机、机架、驱动链条等组成。具有机械过载断电和电机过热继电器双重保护功能[7]。电机减速器安装在浮动架上，当牵引链条许用张力超载时，浮动架旋转，装在浮动架上的电气开关自动切断电源，电机自动停机。既防止了驱动设备损坏，又保护了牵引链条不因故障超载而拉断。

2.4电气控制系统

电气控制系统采用集中控制，曲轴热处理生产线设一个控制室，控制室内设有加热控制柜、主控制柜、工控机、视频监控显示器、空调、电脑桌等。整条生产线由PLC 控制，工控机组态界面进行监控和管理。控制分为手动控制和自动控制，手动控制可对生产线中的所有环节进行手动操作，方面检修与调试。自动控制时PLC 根据节拍自动完成控制，各个操作和动作之间自动互锁，根据不同的工件自动调整生产工艺和控制参数。PLC 采用西门子S7-300系列，PLC 至少预留10～16个输入点、10～16个输出点。

电气控制系统主要由加热及温度控制系统、正火冷却控制系统、积放链输送控制系统、计算机控制系统、电视监控系统及远红外温度监控系统等组成。含控制柜、工控计算机、触摸屏、电视监控系统、可控硅及触发系统、断路器、接触器、变频器、接近开关、行程开关、按钮、指示灯、电流表、电压表、电度表、温控表、热电偶、红外测温仪及电缆桥架等。

3 结束语

积放悬挂链式曲轴连续热处理生产线是根据曲轴铸件的热处理工艺要求研发设计，应用于曲轴生产中，采用垂直放置工件的形式进行热处理，大大减小了工件的热变形，实现了整条线路的连续化和自动化，节能效果明显，提高了生产效率，对建设高效、清洁、节能的热处理生产设备有一定的指导意义。

参考文献：

[1] 张广利. 电加热悬挂式汽车前轴、曲轴热处理生产线[J].工业加热. 2010,39(5)：65-67.

[2] 瞿仲华，韩同鹏，章路青，等. 基于悬挂式积放链的热处理生产线研究[J].工业炉.2012，,3(2):27-28.

[3] 瞿仲华，韩同鹏，张小军，等. 悬挂式热处理生产线在曲轴生产中的应用[J].热处理技术与装备.2012,33(2):52-54.

[4] 杨思一，丛建臣，孙海涛，等. 球墨铸铁曲轴的铸造及热处理工艺[J].铸造.2012,61(6)：651-653.

[5] 苏程，陈世英，张太洪. 曲轴热处理控时淬火技术应用[J].热加工工艺[J].2012(8):206-208.

[6] 张振国. 大直径曲轴热处理后的残余应力分析[J].金属热处理.2005(8):91-94.

[7] 范巧变，段华荣，宋保华. 曲轴调质热处理生产线排烟系统创新设计[J].铸造技术.2012(1):118-120.

作者简介：

刘玲玲(1985-) 女，汉族，河南商丘人，工学硕士，讲师。主要研究方向为热处理设备及工艺，智能控制系统等。