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        細(xì)長(zhǎng)類H13矯直輥的雙頻淬火工藝改進(jìn)

        2018-06-20 09:08:16彭元飛袁小婷
        金屬加工(熱加工) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:輥身感應(yīng)器淬火

        ■ 彭元飛,李 良,袁小婷

        我公司熱處理車間近期對(duì)于一批(共9支)矯直輥進(jìn)行表面淬火,材質(zhì)H13,其規(guī)格為φ315mm×4450/5506mm。要求輥身硬度54~56HRC,淬硬層深12~14mm。通過對(duì)圖樣的技術(shù)要求進(jìn)行分析,淬硬層深要求較大,若單一采用中頻淬火肯定無法滿足,只有通過軋輥車間的雙頻淬火機(jī)床才能達(dá)到所要求層深。

        1. 工藝分析及準(zhǔn)備

        材質(zhì)H13即為4Cr5MoSiV1,合金工具鋼,其主要化學(xué)成分如表1所示。

        該材質(zhì)具有高的耐磨性和淬透性,具有強(qiáng)的抗熱裂能力,合金元素釩含量較高,耐磨性好,具有良好的耐熱性,在較高溫度時(shí)具有較好的強(qiáng)度和硬度,高的耐磨性和韌性,優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高的回火穩(wěn)定性。該材質(zhì)一般加熱淬火溫度1020~1050℃,此處建議表面淬火溫度選取上限1050℃。

        圖樣要求淬硬層深12~14mm,一般中頻淬火的淬硬層深最多6~8mm,顯然不能采用單一的中頻淬火設(shè)備??紤]到軋輥車間的雙頻淬火機(jī)床可以滿足該淬硬層深的要求,具體雙頻淬火變壓器參數(shù)如表2所示。

        由于該淬火方式采用工頻和中頻同時(shí)加熱的方式,完全具有高的加熱深度和淬透性,按照常用冷軋輥的淬火方式,建議感應(yīng)器工頻T2測(cè)溫點(diǎn)控制淬火溫度為1030~1040℃,下感應(yīng)器中頻T3測(cè)溫點(diǎn)控制淬火溫度為1040~1050℃,如附圖所示。

        感應(yīng)器中測(cè)溫點(diǎn)分布

        表1 H13化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表2 雙頻淬火變壓器參數(shù)

        該批矯直輥規(guī)格φ315mm×4450/5506mm,根據(jù)矯直輥直徑選取合適的感應(yīng)器規(guī)格,按表3所示選取。

        故選取工頻感應(yīng)器直徑為350mm,中頻感應(yīng)器直徑350mm進(jìn)行淬火,合適的感應(yīng)器間隙有助于加熱過程的穩(wěn)定性和確保工藝所要求的淬火溫度。

        2. 工藝執(zhí)行

        (1)淬火前消除應(yīng)力 由于該批矯直輥直徑315mm,總長(zhǎng)5506mm,細(xì)長(zhǎng)比達(dá)20左右。表面淬火極易變形,故表面淬火前需進(jìn)行一次消除應(yīng)力處理,以消除機(jī)加工所產(chǎn)生的應(yīng)力,避免淬火過程中產(chǎn)生較大的變形。消除應(yīng)力處理溫度550℃、保溫6h,出爐后測(cè)量變形基本在3~6mm,然后對(duì)此均進(jìn)行了再校直。待校直后正常進(jìn)行雙頻淬火。

        (2)淬火過程 提前按照工藝要求裝夾好兩個(gè)感應(yīng)器,矯直輥進(jìn)行正常的雙頻淬火過程,T2溫度1030℃,T3溫度1050℃,工件淬火移速42mm/min,工件轉(zhuǎn)速20r/min,下端噴淋水圈φ360mm,水壓滿足淬火要求。

        起初淬火過程一切正常,當(dāng)淬火至輥身中間位置時(shí)逐漸發(fā)現(xiàn)淬火溫度T2和T3波動(dòng)較大,T2在1040~1020℃之間波動(dòng),T3在1050~1030℃之間波動(dòng),并且隨著該件繼續(xù)向下淬火移動(dòng),溫度波動(dòng)越來越大且明顯發(fā)現(xiàn)工件在感應(yīng)器中的擺動(dòng)造成間隙不均勻。直到最后淬火接近輥身上端時(shí),T2和T3溫度在960~1070℃之間波動(dòng),輥身發(fā)生嚴(yán)重彎曲變形,隨著轉(zhuǎn)動(dòng)與感應(yīng)器發(fā)生碰撞摩擦已經(jīng)無法正常淬火下移。最終只能勉強(qiáng)完成淬火。

        (3)結(jié)果檢測(cè) 最后經(jīng)過淬火后的矯直輥?zhàn)冃螐澢?0mm左右,無法進(jìn)行正常的校直。并且檢測(cè)硬度發(fā)現(xiàn)兩條母線硬度相差較大,輥身下端部分硬度分布較均勻,兩條母線均在55~56HRC,從中間開始往上,硬度分布極不均勻,一條母線在55~58HRC,另外一條母線只有45~50HRC。由此可見,此次淬火的結(jié)果根本不滿足圖樣的硬度要求和最終的加工要求。

        表3 感應(yīng)器間隙的選取

        3. 工藝改進(jìn)

        (1)原因分析 此類軋輥淬火過程中起初變形較小,當(dāng)淬火至輥身中間位置時(shí)變形較為明顯,出現(xiàn)稍微的彎曲,造成輥身轉(zhuǎn)動(dòng)過程間隙不均勻,而間隙不均勻又必然造成加熱溫度的不均勻。同樣的功率下,輥身上的高點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)總是在靠近感應(yīng)器的點(diǎn)上,低點(diǎn)隨著輥身的轉(zhuǎn)動(dòng)總是在遠(yuǎn)離感應(yīng)器的點(diǎn)上,這樣隨著淬火過程輥身的下移,高點(diǎn)溫度越來越高,低點(diǎn)溫度越來越低,溫度的高低不勻又造成了輥身的進(jìn)一步彎曲,進(jìn)而造成間隙不勻而導(dǎo)致溫度不均,這樣便產(chǎn)生了一個(gè)惡性循環(huán),只能使輥身彎曲越來越大,兩條母線硬度相差越來越大。

        (2)淬火溫度的調(diào)整 考慮到H13材料的淬透性較高且淬火溫度范圍較寬,然而圖樣要求的54~56HRC硬度也不是很高,容易達(dá)到,故可適當(dāng)降低淬火溫度,工頻T2溫度控制在700~800℃起預(yù)熱作用,中頻T3控制在1030℃左右,主要起淬火加熱作用。降低淬火溫度后,可以有效避免高的淬火溫度引起的變形。

        (3)感應(yīng)器間隙的改變 由于加熱過程會(huì)出現(xiàn)間隙不均造成溫度不均進(jìn)而加大變形的情況,主要是因?yàn)榧訜釡囟葘?duì)感應(yīng)器間隙的敏感性較大,只有降低這種敏感性才能降低它們之間的相互影響,因此可考慮選取較大直徑的感應(yīng)器,這樣感應(yīng)器與輥身之間的間隙增大后,這種敏感性就降低了,從而相互影響也自然降低了。當(dāng)出現(xiàn)微小變形后,高低點(diǎn)的溫度相差不會(huì)太大,變形量就不會(huì)繼續(xù)惡性增加,從而保持在一定的范圍內(nèi)。

        基于此,應(yīng)該選取φ450mm的兩個(gè)感應(yīng)器,雖然加大了感應(yīng)器間隙,但是工頻感應(yīng)器只需要加熱溫度在700~800℃,所以不存在加熱溫度不夠的問題,而中頻感應(yīng)器在此間隙下全功率輸入剛好能滿足1030~1040℃范圍,即便中頻的T3溫度略有欠缺時(shí),也可以通過略微提高工頻T2溫度來增加T3溫度。

        (4)淬火前消除應(yīng)力工藝改變 通過淬火后工件的變形情況推斷,第一次消除應(yīng)力不徹底,550℃的消除應(yīng)力溫度也偏低。第一次消除應(yīng)力處理后雖然進(jìn)行了校直卻沒有進(jìn)行第二次消除應(yīng)力處理,而又帶著校直產(chǎn)生的應(yīng)力直接淬火,最終導(dǎo)致更大的變形。

        現(xiàn)采取650℃的高溫消除應(yīng)力處理,出爐后進(jìn)行校直,校直后再進(jìn)行消除應(yīng)力處理,即:消除應(yīng)力→校直→消除應(yīng)力→校直→消除應(yīng)力→……不斷往復(fù)多次進(jìn)行,直到工件消除應(yīng)力出爐后不再有變形量為止,這樣方可進(jìn)行表面淬火。相信通過高溫反復(fù)消除應(yīng)力校直,會(huì)大大降低工件自身的各種殘余應(yīng)力,有助于淬火后變形的控制。

        (5)淬火過程的改變 淬火后出現(xiàn)兩條母線硬度不均勻的情況,主要是因?yàn)榧訜徇^程中工件旋轉(zhuǎn)間隙不均勻,從而造成淬火溫度高低相差甚大。只有均勻加熱才能避免出現(xiàn)硬度“陰陽(yáng)面”的情況,要想間隙均勻,可以嘗試淬火過程中輥身在感應(yīng)器中不旋轉(zhuǎn)直接淬火。

        采取輥身不旋轉(zhuǎn)直接淬火,雖然淬火過程中也可能出現(xiàn)輥身變形造成間隙不均勻,但是在整個(gè)過程中有專人密切查看輥身與感應(yīng)器間隙的變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)輥身高點(diǎn)離感應(yīng)器近,低點(diǎn)離感應(yīng)器遠(yuǎn),間隙有所不均,立即示意操作者慢速旋轉(zhuǎn)工件,調(diào)整到合適的間隙位置繼續(xù)加熱。這樣在整個(gè)淬火過程中就不會(huì)出現(xiàn)溫度不均勻的問題。

        4. 結(jié)果檢測(cè)

        經(jīng)過降低淬火溫度、增大感應(yīng)器間隙、高溫反復(fù)消除應(yīng)力、淬火過程輥身不旋轉(zhuǎn)這四點(diǎn)工藝改進(jìn),最終取得了較好的效果。經(jīng)測(cè)量,變形振擺基本在8~10mm,這樣的彎曲程度在后續(xù)校直過程中比較容易操作。

        經(jīng)過回火后硬度檢測(cè)(見表4),完全滿足圖樣要求且不同母線硬度基本一致。

        表4 回火后硬度檢測(cè) (HRC)

        5. 結(jié)語(yǔ)

        對(duì)于這類細(xì)長(zhǎng)比大的H13矯直輥,其表面淬火工藝從四個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn),應(yīng)用效果明顯,既減小了變形,又保證了輥身硬度的均勻性。這給我們積累了寶貴經(jīng)驗(yàn),為以后細(xì)長(zhǎng)類軋輥和零件的表面淬火提供了可靠的保障。

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