王立洋

(貴州大學 機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

抽芯鉚釘是飛機上使用的重要標準件，在國外，美國、德國和日本等制造業(yè)強國在抽芯鉚釘?shù)难兄品矫孢b遙領(lǐng)先。美國的TEXTRON公司于70年代就己經(jīng)研制成功各種類型的抽芯鉚釘。近些年，我國抽芯鉚釘?shù)难兄迫〉昧艘欢ǖ倪M展，但與美日等發(fā)達國家相比，在品種和質(zhì)量上都存在很大差距。由于我國自行研制的抽芯鉚釘達不到相關(guān)技術(shù)要求，不得不從外國進口。

熱處理工藝對釘套產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文針對抽芯鉚釘釘套退火設(shè)備冷卻系統(tǒng)進行設(shè)計，旨在優(yōu)化釘套的熱處理工藝，提高釘套產(chǎn)品合格率，打破國外技術(shù)封鎖，實現(xiàn)A-286型抽芯鉚釘?shù)膰a(chǎn)化。

1 局部退火工藝原理

本文研究的航空用抗拉型抽芯鉚釘釘套如圖 1 所示［1］。

圖1 抽芯鉚釘釘套及退火區(qū)尺寸要求

該鉚釘釘套的工藝原理為:

零件上套有輔助加熱套，利用高頻機對零件退火區(qū)進行間接加熱退火。釘套端部非退火區(qū)只有1 mm，退火過程中會被間接加熱，為保證端部硬度，需要對端部進行冷卻。加熱完成后，零件風冷到400℃，之后需要進行快速水冷卻。

2 冷卻系統(tǒng)總體方案設(shè)計

如圖2所示，抽芯鉚釘釘套采用高頻機進行加熱，加熱過程中要對高頻機線圈進行冷卻。此外，由于工藝要求加熱過程中要對釘套端部進行冷卻，在加熱完成后，要對輔助加熱套及釘套進行快速水冷卻。所以本冷卻系統(tǒng)應(yīng)由高頻機內(nèi)部冷卻系統(tǒng)、端部冷卻系統(tǒng)和在線水冷卻系統(tǒng)組成，并采用循環(huán)水冷系統(tǒng)。

圖2 釘套退火設(shè)備冷卻系統(tǒng)

2.1 高頻機內(nèi)部水冷系統(tǒng)

設(shè)計由泵對冷卻水加壓，流經(jīng)出水口的鍍鋅鋼管后，進行變徑處理，而后連到高頻機水管接頭，對線圈進行冷卻，最后冷卻水回流到水箱中，完成一個循環(huán)。

2.2 端部水冷系統(tǒng)

設(shè)計由泵對冷卻水加壓，流經(jīng)出水口的鍍鋅鋼管后，進行變徑處理，而后連到端部冷卻接頭，從而對釘套端部進行冷卻，最后冷卻水回流到水箱中，完成一個循環(huán)。

2.3 在線水冷系統(tǒng)

該冷卻有一定的時間間隔，需要電磁閥來控制水通斷。通過泵對冷卻水加壓，在管路的引流與運輸作用下，冷卻水通過電磁閥，流經(jīng)高頻機的前頂部，到達冷卻噴頭，通過噴頭對鉚釘釘套進行噴水冷卻，之后經(jīng)過水槽的收集經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾除雜，由管路引流回到水箱中，完成一個循環(huán)。

由于在鉚釘局部退火過程中對釘套的快速水冷卻會造成水污染，在線水冷系統(tǒng)單獨使用一個水泵和水箱，高頻機內(nèi)部水冷系統(tǒng)和端部水冷系統(tǒng)共用一個水泵和水箱。

3 泵的計算選型

3.1 技術(shù)參數(shù)

工作臺長×寬×高為1 000 mm×800 mm×1 200 mm，高頻機功率15 kW，效率0.90，加熱時間20 s，加熱溫度T=900℃，噴水冷卻時間為2 s，水冷卻噴嘴額定流量200 mL，端部冷卻水管直徑6 mm，高頻機進出水口直徑10 mm，考慮設(shè)備美觀對稱性，設(shè)計高頻機放在工作臺的中間。

3.2 泵

3.2.1 泵的基本參數(shù)

(1)額定流量Q

流量是泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體量。根據(jù)《工業(yè)泵選用手冊》，額定流量不小于裝置的正常流量或者最大流量的1.1～1.15倍。根據(jù)實際要求以及工件的大小和溫度，選取在線水冷泵正常流量Q正為180 mL/s，則額定流量為Q=200 mL/s。

(2)揚程H

揚程H指工藝裝置所需要的揚程值，也就是計算揚程。根據(jù)《工業(yè)泵選用手冊》，一般要求泵的額定揚程為裝置所需揚程的1.05～1.1倍。

在本冷卻設(shè)備中工作臺的高度為1.2 m，則取在線水冷泵額定揚程值為1.5 m。

3.2.2 泵的選型

根據(jù)泵的流量和揚程，查資料在線水冷泵選擇WL-125L加壓自吸泵，如圖3左所示。

同理高頻機和端部水冷泵選擇25ZB-45自吸泵，如圖3右所示。

圖3 冷卻水泵

4 水箱整體設(shè)計

在水箱的設(shè)計中，考慮水箱進行熱交換的冷卻效果和退火設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)布局兩個因素。

以生產(chǎn)效率60 s/件，每班8 h，取30個班次計算，高頻機功率15 kW/h，效率0.90，加熱時間20 s，則釘套熱能總變化量為:

忽略水箱散熱和蒸發(fā)，釘套熱能變化全部由水吸收，即:Q1=Q2。

設(shè)水體積為V，水的溫度變化量為5℃，則有:

即V=51.4 L。

結(jié)合設(shè)備整體結(jié)構(gòu)布局，則可設(shè)計水箱尺寸為3 dm×4 dm×6 dm=72 L，考慮水箱裝水深為5 dm，則水箱裝水體積為V=3×4×5=60 L，可行。兩個水箱同等配置，設(shè)計水箱殼體厚度為5 mm，并在底板安裝移動輪，水箱建模圖如圖2水泵下方所示。

5 冷卻系統(tǒng)工作流程簡圖(圖4)

圖4 冷卻系統(tǒng)工作流程圖

6 結(jié)語

本文根據(jù)抽芯鉚釘退火設(shè)備工藝要求，制定了冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案，完成了冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計，經(jīng)單機調(diào)試試驗，該冷卻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)釘套端部與高頻機內(nèi)部水冷，以及零件的在線快速水冷卻功能，水流量、流速基本上滿足工藝要求。該循環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)易控制，與繼電器連接，引入設(shè)備PLC系統(tǒng)進行模塊化控制，將進一步提高設(shè)備自動化程度，提高工作效率。為使其更好地滿足整機工藝要求，還需要不斷地調(diào)試試驗，進一步優(yōu)化工作參數(shù)。

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