汽车用动盘钢片热处理工艺的研究

汽车用动盘钢片热处理工艺的研究

1其他方面的热处理车辆行驶是车辆安全的重要组成部分，由动盘、薄膜弹簧等组成。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工艺及设备问题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δ=3.5mm。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制造设备的结构和特点2.1炉顶及炉顶结构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5800mm(L)×500mm(W)×716mm(H)。采用电辐射管加热,共48根。加热区30根,每根功率2.5kW,安装功率75kW。保温区18根,每根1.8kW,安装功率32.4kW,通过降压变压器降压后使用。全炉加热总功率107.4kW。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1.5kW,调速范围在0.38～3.8m/min(加热时间从1.53～15.3min)内连续可调。靠近出口端的16根辊采用另一调速电机,功率0.55kW,调速范围3.1～31m/min,以保证工件迅速出料。滚棒炉辊径Ø28mm,辊距38.1mm,采用OCR25Ni20Si2耐热钢制造。炉子侧墙采用抗渗碳砖(Fe2O3<1%)、粘土隔热砖和硅钙板的复合结构,总厚度368mm;炉顶采用300mm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。2.2冷却和热处理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500mm,为了防止工件在滑落时冷却,炉底安装12kW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链式1gh型冷却槽链式淬火槽淬火量约为400kg/h。内部尺寸:4132mm(L)×1230mm(W)×1520mm(H),有效容积6m3。槽内装冷却器,冷却面积50m2,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1.1kW,速度在0.39～3.9m/min内可调。淬火槽采用槽外的水泵进行循环,水泵功率4kW,循环量60m3/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网带及炉底安装网带-链式回火炉,炉温为(450±5)℃。内部尺寸为:5000mm(L)×700mm(W)×373mm(H)。采用裸式辐射管加热,共33根。加热区辐射管15根,每根2.4kW,功率36kW,保温区辐射管18根,每根1.7kW,功率30.6kW。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1.1kW,链速在0.01～0.1m/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300mm。炉顶采用200mm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。2.5防火纤维带管理系统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采用气冷却法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15m3/h,出口压力0.5MPa,甲醇耗量约为6l/h,采用炉内裂解。在制氮系统中设置一个Ø1.1m×2.6m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分离器的连通滚棒淬火加热炉采用2区加热,加热区功率75kW,采用常用的接触器通断方式。保温区功率32.4kW,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主线联动联动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喷射测试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试验过程及效果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12h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12h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生产线验收情况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方面:进一步发挥了转化动盘潜力该生产线自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。5社会经济分析5.1机械化生产特点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产品质量不稳定原来采用箱式炉、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产线适应性强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生产线节能系统已具备的节能潜力采用本线生产以后,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。过去每生产一套从动盘需耗电2.59kW·h,现在生产一套耗电2.19kW·h,每套节电0.4kW·h,按每千瓦小时0.85元计,共节电29.2万kW·h,合24.82万元。6热封钢片加工和热处理钢片图4(1)采用带保护气的滚棒式淬火加热炉进行从动盘的钢片及膜片加热,处理的工件光亮,硬度均匀,质量好。采用滚棒炉加热,热效率高,产量大,可以适应多品种生产,经济效益好,符合我国国情。(2)在一条生产线上同时能完成钢片的直接淬火、正