离合器从动盘钢片及膜片淬火_回火生产线的研制.pdf

收稿日期 1999 03 23 离合器从动盘钢片及膜片淬火 回火生产线的研制 林发祥 代兰生 冯建国 赵瑞芳 王玉辉 赵振永 蒋 哲 机械部第五设计研究院 邮编 天津 300190 曾位清 广东丰顺汽车配件厂 邮编 514300 摘要 汽车离合器是汽车安全的关键部件 而从动盘钢片及膜片弹簧需要进行多种热处理 研制一种热效 率高 生产能力大 适应范围广 质量好 能完成多种热处理工艺的生产设备十分必要 本文所研制的以滚棒式加热 炉为主体的淬火 回火生产线完全能满足上述要求 关键词 汽车离合器 从动盘 膜片弹簧 滚棒式加热炉 Development of Quenching and Tempering Production Line for Follower Sheet and Diaphragm in Clutch Lin Faxiang Dai Lansheng Feng Jianguo Abstract Car clutch is a key part on car safety T he clutch plate and disk spring are re quired to conduct various heat treatment It is very necessary to develop and manufacture an e quipment with high efficiency big output wide use good quality etc T he production line de scribed in this article can meet above requirement Key words car clutch clutch plate disk spring roller bar type heating furnace 1 概述 汽车离合器是汽车安全的关键部件 由从动盘 膜片弹簧等组成 而从动盘是易损件 其质量好坏 直接关系到离合器性能 离合器从动盘的钢片 压盖 以下简称钢片 及离合器的膜片弹簧 以下简称膜 片 等多个另件需要进行热处理 有的需要淬火与回 火 有的需要压力淬火 有的需要正火 这些另件的 主要热处理特点是轴向尺寸小 簿 要求有较高的 耐磨性与弹性 硬度要求均匀 淬火变形量小 不允 许有氧化脱碳等 广东丰顺汽车配件厂是离合器从 动盘的专业性生产厂 已有 20 多年生产历史 为了 改变钢片热处理工艺和设备的落后面貌 提高产品 的数量与质量 新增加离合器膜片的生产 1996 年 丰顺汽车配件厂委托机械工业部第五设计研究院设 计 共同研制 离合器从动盘钢片及离合器膜片淬火 回火生产线 1 1 钢片及膜片热处理设备的国内外现状 从动盘是离合器的易损件 而钢片是从动盘的 关键零件 材质为 45 钢 除冲压 机械加工外 需进 行热处理 丰顺汽车配件厂的 830 的钢片淬火加热 原 来采用 RJX 24 9 RJX 30 9 箱式炉进行加热 产量 低 劳动强度大 工件表面氧化严重 近几年来 其他 厂也有采用网带炉进行光亮淬火处理 网带炉的网 带寿命低 每 8 10 个月就要更换 热效率稍低等不 足 膜片是离合器的一个零件 材料为 60Si2Mn 分 离指端硬度要求 58HRc 基体硬度 45 50HRc 其他要求 如指端跳动 外园不平度等都有较高要 求 第一汽车厂东光离合器厂在 1990 年前后引进 30 工 业 炉 第 21 卷 第 3 期 1999 年 8 月 一套先进的膜片生产线装置 其中膜片加热 压淬 清洗 回火为一自动生产线 由奥地利艾协林公司制 造 设计生产能力 36 万片 年 最大膜片厚度 D 3 5 mm 现在处理工件 25 万件 年 主要为第一汽车 厂配套 加热 压淬 清洗 回火部分花费 114 万美元 相当于 1150 万元人民币 价格是相当昂贵的 目 前国外均以该种炉型为主 我国天津市热处理研究所 1994 年研制成功转 毂式膜片成型淬火生产线 解决了膜片淬火加热与 压淬问题 整线自动生产 最高使用温度 950 炉 温均匀性 5 生产能力 60 片 时 上述两种设备都是为膜片生产而设计的 都存 在这样那样的不足 难以适应丰顺汽车配件厂这样 专业化生产厂的品种 规格 产量的要求 钢片与膜片形状复杂 处理要求高 虽然都需要 压力淬火 但钢片的表面凹凸不平 压力淬火很难在 线上自动完成 其次是丰顺汽车配件厂产品品种多 变化大 交货期短 产量高 现有的炉型调整困难 最 后一个原因是进口设备造价高 厂方资金有限 鉴于 上述原因 我们选用的生产线采用积散式结构 不追 求过份的自动化操作 讲求实效与经济性 首先 钢片及膜片的淬火加热采用带保护气氛 的滚棒式淬火加热炉 手工布料 上料和加热区采用 同一调速电机 可以根据工件的厚簿 材质的不同调 整在炉内加热时间 满足工艺需要 出料端采用另一 单独调速电机 可将工件快速出料 从而保证工件的 淬火温度 工件出料以后 通过组合滑槽实现后序的 不同工艺 在处理钢片时 可以通过直淬滑板 将工 件滑到淬火槽进行淬火 淬火以后 工件通过淬火槽 提升网带提升后 进行 210 的消除应力回火 在本 生产线上 210 的回火在链式 网带回火炉上进 行 可以与淬火加热同步 产量高 质量好 对于需要 夹紧的回火处理 由于钢片凹凸不平 很难采用机械 化 自动化高的炉子进行加压回火 目前仍旧在原有 井式回火炉内进行 在处理膜片时 工件通过压淬用滑板 将工件滑 到压淬输送装置 该装置带单独加热系统 能保证工 件在压淬之前温度不过分降低 然后通过人工上料 把膜片轮流放到 2 台液压淬火压床上 完成压力淬 火 淬火以后的膜片通过耐火纤维带输送机 将工件 送到网带 链式回火炉进行 360 的回火 随后进 行分离指高频淬火与压淬处理 对于需要正火处理 的钢片 可以通过深槽式滑槽 以滚动方式 将工件 滚到料筐进行正火 2 生产设备的结构与特点 2 1 滚棒式淬火加热炉 1 辊棒式淬火加热炉 2 链式淬火槽 3 网带 链式回火炉 4 氮气贮罐 5 膜制氮机 6 空压机 图 1 离合器从动盘钢片及膜片淬火 回火生产线平面布置图 该炉是生产线的关键设备 加热炉炉温 850 5 生产率为 1000 2000 片 h 炉膛尺寸为 5800 mm L 500 mm W 716 mm H 采用电辐射 管加热 共 48 根 加热区 30 根 每根功率 2 5 kW 安装功率 75 kW 保温区18 根 每根 1 8 kW 安装 功率32 4 kW 通过降压变压器降压后使用 全炉加 热总功率 107 4 kW 为了保证炉温均匀 辐射管分 上 下两层不等距布置 炉顶安装 2 台搅拌风扇 进 一步提高炉温均匀性 上料辊与加热炉膛辊采用同 一调速电机 功率 1 5 kW 调速范围在 0 38 3 8 m min 加热时间从 1 53 15 3 min 内连续可调 靠近出口端的 16 根辊采用另一调速电机 功率 0 55 kW 调速范围 3 1 31 m min 以保证工件迅速 出料 滚棒炉辊径 28 mm 辊距 38 1 mm 采用 31 经验交流 离合器从动盘钢片及膜片淬火 回火生产线的研制 OCR25Ni20Si2 耐热钢制造 炉子侧墙采用抗渗碳 砖 Fe 2O3 1 粘土隔热砖和硅钙板的复合结构 总厚度 368 mm 炉顶采用 300 mm 耐火纤维 为可 拆卸结构 既节能又便于检修 为了调整进出料端的 抽力大小及将保护废气排出车间 设废气排风装置 淬火加热炉的断面示意图如图 2 所示 图2 淬火加热炉断面示意图 2 2 压淬输送装置及组合出料口 压淬输送装置是组合式出料口的一部分 在膜 片压淬时 膜片可通过输送装置滑落到淬火压床边 便于上料 输送装置内宽 500 mm 为了防止工件在 滑落时冷却 炉底安装 12 kW 电阻丝 通过控温装 置自动控温 工件的滑板为活动式 不用压淬时 把 滑板滑放到炉内 在工件 如钢片 直淬时 加热好的 工件通过直淬滑板滑到淬火槽中 完成淬火 当正火 时 工件通过活动深槽式滑槽 以滚动方式滚到料筐 中 2 3 带冷却装置的链式淬火槽 链式淬火槽淬火量约为 400 kg h 内部尺寸 4132 mm L 1230 mm W 1520 mm H 有效 容积 6 m 3 槽内装冷却器 冷却面积 50 m2 以保证 水温在正常的范围内 链式淬火槽采用调速电机驱 动 功率 1 1 kW 速度在 0 39 3 9 m min 内可 调 淬火槽采用槽外的水泵进行循环 水泵功率 4 kW 循环量 60 m 3 h 以保证冷却介质的温度均匀 从而保证工件淬火质量 2 4 网带 链式回火炉 网带 链式回火炉 炉温为 450 5 内部尺 寸为 5000 mm L 700 mm W 373 mm H 采 用裸式辐射管加热 共 33根 加热区辐射管 15 根 每根 2 4 kW 功率 36 kW 保温区辐射管 18 根 每 根1 7 kW 功率 30 6 kW 辐射管采用顶部插入 垂 直安装 纵向距离不等分布置 炉顶装 3 台循环风 扇 炉内装导流板 以提高炉温的均匀性 网带链条 通过调速电机进行驱动 功率 1 1 kW 链速在 0 01 0 1 m min 内可诱 回火时间从50 500min 之内 可调 为了保证网带工作平稳 网带下安装网带托 架 以保证网带运动的平稳性 从动轴端安装调紧装 置 炉子侧墙及炉底均采用粘土隔热砖加硅藻土保 温砖的复合结构 总厚度 300 mm 炉顶采用 200 mm 耐火纤维 炉顶为可拆卸结构 便于检修 其断 面示意图 如图 3 所示 图 3 网带 链式回火炉剖面示意图 2 5 耐火纤维带输送机 压淬后的膜片温度为200 左右 用胶带输送 胶带耐温不行 因此采用耐火纤维带代替胶带 以保 证运输机的寿命 2 6 膜制氮及甲醇裂解装置 该生产线的保护气采用氮气加甲醇炉内裂解的 办法获得 制氮装置采用进口膜制氮装置 是目前最 先进的制氮方法 加配国内压缩机及气体冷却机 氮 气纯度 99 产气量 15 m3 h 出口压力 0 5 MPa 甲醇耗量约为 6 l h 采用炉内裂解 在制氮系统中 设置一个 1 1 m 2 6 m 储罐 作为备用氮源 以 保证突然停电时及时通入备用氮气 保证炉子生产 安全 2 7 温度控制系统 滚棒淬火加热炉采用 2 区加热 加热区功率 75 kW 采用常用的接触器通断方式 保温区功率 32 4 32 工 业 炉 第 21 卷 第 3 期 1999 年 8 月 kW 采用可控硅调功 过零触发 PID 调节并具有超 温报警功能 网带 链式回火炉采用的控温方式与 滚棒淬火加热炉相似 3 试验及运行情况 根据本生产线开发研制特点 试验分为单机及 全线联动 在全线联动成功以后进行冷态试验和热 态试验 在产品质量合格 全线运行稳定的基础上 进行试生产 最后投入正式生产 3 1单机试运转 生产线投入安装之前 所有单个机械装置都在制 造厂试运转 单机达到设计要求并运转正常 3 2 联线运行与调试 生产线在现场安装完毕后 各种装置重新进行 试运转 在无问题情况下全线联动运行 连续运行 12 h 无故障 全线按合同要求加料进行试验 如直 接淬火 压淬加热 正火试验等 全线动作准确无误 通过甲醇量的调节 淬火液浓度的调整等 使试生产 钢片的质量达到厂方要求 表面质量满意 在此基础 上连续进行 3 天 12 h 的生产 产品全部合格 膜片生产由于膜片的销路前景不被看好 尚未 投入生产 3 3 试生产并验收 根据试验生产的情况 厂方于 1997 年 12 月中 旬对 汽车离合器钢片及离合器膜片淬火 回火生 产线 进行验收 厂方对整条生产线表示非常满意 认为该生产线除了采用膜制氮等先进技术外 其内 在质量和外观质量都很好 经过近万件钢片淬火 回火处理 产品质量合格 达到合同技术要求 生产 能满足现在及未来一般发展要求 对产品质量上档 次起了促进作用 各项技术指标要求与测试值对比 见表 1 3 4 一年多来运行情况 该生产线自 1997 年 12 月投入生产以来 运行 正常 在生产中发挥巨大作用 钢片在淬火加热以后 立即进行 230 回火 提高了产品质量 减少开裂 并大大改善了劳动条件 受东南亚经济危机影响 从动盘的出口遇到极 大困难 订单锐减 去年全年 生产线开炉负荷率不 足 但即使在这样困难情况下 去年仍完成 73 万套 从动盘的出口任务 尤其是年底接到加拿大 28 万套 从动盘的大宗订单 本线仅开了一个多月就圆满完 成任务 在生产中发挥了巨大作用 经济效益显著 生产的实际情况表明 本线可达到 100 万套 年从动 盘 25万件膜片的产量 表 1 各项技术指标与测试值对比表 序 号 对比内容 数 据 合同中技术要求值实测数 1 生产能力1000 2000 片 h1500 3000 片 h 2 加热要求无氧化无氧化 3 工件硬度散差6HRc2 4HRc 4 产品合格率无100 5 加热炉温差 5 3 6 回火炉温差 5 3 7 加热炉可比单耗无147 3kW h t 一等 8 回火炉可比单耗无133 12 kW h t 一等 5 社会及经济效益分析 5 1 改善生产环境 提高劳动生产率 生产的机械化程度提高 减少了工人的操作强 度 变开启式的手工操作为机械化生产 改善了生产 环境 品种从原来的几十个增加到200 多个 产量从 原来 20 多万套增加到 150 万套 并为工厂更快地发 展创造了条件 5 2 产品质量明显提高 原来采用箱式炉 井式炉生产 产量少 劳动强 度大 产品质量不稳定 表面氧化严重 现在产品能 实现光亮淬火 正火等 硬度均匀 散差小 能满足外 商的不同要求 5 3 生产线适应性广 生产线既能满足离合器钢片的热处理又能满足 离合器膜片的热处理 5 4 经济效益显著 采用本线生产以后 从动盘产量从 27 万套增加 到去年的 73 万套 产值从 1043 万元增加到 3646 万 元 利税从 115 万元增加到 524 万元 并且现在已具 备 150 万套 年从动盘的生产能力 为今后生产的发 展提供了良好条件 从节能角度看 本生产线节电效果也非常显著 下转第 39页 33 经验交流 离合器从动盘钢片及膜片淬火 回火生产线的研制 段对水的压力 流量 喷水时间 喷水部位等都不相 同 随时调整 同一工件 材质不同 加热温度 喷水 压力 流量 时间也不相同 因此淬火时 设备能满足 工艺要求 按需要随时变化 淬火后热处理质量高 成品率高 如 T Y220 支重轮 材质 40Mn2 市场上 一般钢材 非特殊钢材 加热 810 830 最高水压 0 2 MPa 总淬火时间 6 mm 淬火硬度 HRC52 60 内孔硬 度 HRC33 5 生产线应用 国内许多工厂 设计单位对轮体热处理进行研 究攻关 制造一些设备和生产线 由于涉及热处理工 艺 工件材料 机械设备自控等问题 其结果一直不 理想 存在产品质量达不到要求 自动化程度低 可 靠性差 中间人工辅助环节多 生产柔性差等缺点 总结自己工作和其它单位工作经验 对国外同行进 行研究 突破小松模式 采用新型设备和新的热处理 工艺 经过安装调试取得成功 该线使用范围广 如 TY160 TY220 T 200 PC400 ZC200 等单双边支重轮和托轮的轮体都能 在该线上淬火回火 一机多用 该线对材质性能要求一般在国际范围内即可 无特殊要求 因而材料价格低 来源广 该线自动化程度高 操作简单