汽車用動盤鋼片熱處理工藝的研究

1其他方面的熱處理車輛行駛是車輛安全的重要組成部分，由動盤、薄膜彈簧等組成。而從動盤是易損件,其質量好壞,直接關系到離合器性能。離合器從動盤的鋼片、壓蓋(以下簡稱鋼片)及離合器的膜片彈簧(以下簡稱膜片)等多個另件需要進行熱處理。有的需要淬火與回火,有的需要壓力淬火,有的需要正火。這些另件的主要熱處理特點是軸向尺寸小(簿),要求有較高的耐磨性與彈性,硬度要求均勻,淬火變形量小,不允許有氧化脫碳等。廣東豐順汽車配件廠是離合器從動盤的專業性生產廠,已有20多年生產歷史。為了改變鋼片熱處理工藝和設備的落后面貌,提高產品的數量與質量,新增加離合器膜片的生產,1996年豐順汽車配件廠委托機械工業部第五設計研究院設計,共同研制“離合器從動盤鋼片及離合器膜片淬火——回火生產線”。1.1工藝及設備問題從動盤是離合器的易損件,而鋼片是從動盤的關鍵零件,材質為45#鋼,除沖壓,機械加工外,需進行熱處理。豐順汽車配件廠的830℃的鋼片淬火加熱,原來采用RJX-24-9,RJX-30-9箱式爐進行加熱。產量低、勞動強度大、工件表面氧化嚴重。近幾年來,其他廠也有采用網帶爐進行光亮淬火處理。網帶爐的網帶壽命低,每8～10個月就要更換,熱效率稍低等不足。膜片是離合器的一個零件,材料為60Si2Mn,分離指端硬度要求≥58HRc,基體硬度45～50HRc。其他要求,如指端跳動,外園不平度等都有較高要求。第一汽車廠東光離合器廠在1990年前后引進一套先進的膜片生產線裝置。其中膜片加熱、壓淬、清洗、回火為一自動生產線,由奧地利艾協林公司制造。設計生產能力36萬片/年,最大膜片厚度δ=3.5mm。現在處理工件25萬件/年,主要為第一汽車廠配套。加熱、壓淬、清洗、回火部分花費114萬美元(相當于1150萬元人民幣),價格是相當昂貴的。目前國外均以該種爐型為主。我國天津市熱處理研究所1994年研制成功轉轂式膜片成型淬火生產線,解決了膜片淬火加熱與壓淬問題,整線自動生產。最高使用溫度950℃,爐溫均勻性±5℃,生產能力60片/時。上述兩種設備都是為膜片生產而設計的,都存在這樣那樣的不足,難以適應豐順汽車配件廠這樣專業化生產廠的品種、規格、產量的要求。鋼片與膜片形狀復雜,處理要求高,雖然都需要壓力淬火,但鋼片的表面凹凸不平,壓力淬火很難在線上自動完成。其次是豐順汽車配件廠產品品種多,變化大,交貨期短,產量高,現有的爐型調整困難。最后一個原因是進口設備造價高,廠方資金有限。鑒于上述原因,我們選用的生產線采用積散式結構,不追求過份的自動化操作,講求實效與經濟性。首先,鋼片及膜片的淬火加熱采用帶保護氣氛的滾棒式淬火加熱爐,手工布料。上料和加熱區采用同一調速電機,可以根據工件的厚簿、材質的不同調整在爐內加熱時間,滿足工藝需要。出料端采用另一單獨調速電機,可將工件快速出料,從而保證工件的淬火溫度。工件出料以后,通過組合滑槽實現后序的不同工藝。在處理鋼片時,可以通過直淬滑板,將工件滑到淬火槽進行淬火。淬火以后,工件通過淬火槽提升網帶提升后,進行210℃的消除應力回火。在本生產線上,210℃的回火在鏈式—網帶回火爐上進行,可以與淬火加熱同步,產量高,質量好。對于需要夾緊的回火處理,由于鋼片凹凸不平,很難采用機械化、自動化高的爐子進行加壓回火,目前仍舊在原有井式回火爐內進行。在處理膜片時,工件通過壓淬用滑板,將工件滑到壓淬輸送裝置,該裝置帶單獨加熱系統,能保證工件在壓淬之前溫度不過分降低。然后通過人工上料把膜片輪流放到2臺液壓淬火壓床上,完成壓力淬火。淬火以后的膜片通過耐火纖維帶輸送機,將工件送到網帶—鏈式回火爐進行360℃的回火,隨后進行分離指高頻淬火與壓淬處理。對于需要正火處理的鋼片,可以通過深槽式滑槽,以滾動方式,將工件滾到料筐進行正火。2制造設備的結構和特點2.1爐頂及爐頂結構該爐是生產線的關鍵設備,加熱爐爐溫(850±5)℃,生產率為1000～2000片/h,爐膛尺寸為5800mm(L)×500mm(W)×716mm(H)。采用電輻射管加熱,共48根。加熱區30根,每根功率2.5kW,安裝功率75kW。保溫區18根,每根1.8kW,安裝功率32.4kW,通過降壓變壓器降壓后使用。全爐加熱總功率107.4kW。為了保證爐溫均勻,輻射管分上、下兩層不等距布置。爐頂安裝2臺攪拌風扇,進一步提高爐溫均勻性。上料輥與加熱爐膛輥采用同一調速電機,功率1.5kW,調速范圍在0.38～3.8m/min(加熱時間從1.53～15.3min)內連續可調。靠近出口端的16根輥采用另一調速電機,功率0.55kW,調速范圍3.1～31m/min,以保證工件迅速出料。滾棒爐輥徑?28mm,輥距38.1mm,采用OCR25Ni20Si2耐熱鋼制造。爐子側墻采用抗滲碳磚(Fe2O3<1%)、粘土隔熱磚和硅鈣板的復合結構,總厚度368mm;爐頂采用300mm耐火纖維,為可拆卸結構,既節能又便于檢修。為了調整進出料端的抽力大小及將保護廢氣排出車間,設廢氣排風裝置。淬火加熱爐的斷面示意圖如圖2所示。2.2冷卻和熱處理壓淬輸送裝置是組合式出料口的一部分。在膜片壓淬時,膜片可通過輸送裝置滑落到淬火壓床邊,便于上料。輸送裝置內寬500mm,為了防止工件在滑落時冷卻,爐底安裝12kW電阻絲,通過控溫裝置自動控溫。工件的滑板為活動式,不用壓淬時,把滑板滑放到爐內。在工件(如鋼片)直淬時,加熱好的工件通過直淬滑板滑到淬火槽中,完成淬火。當正火時,工件通過活動深槽式滑槽,以滾動方式滾到料筐中。2.3鏈式1gh型冷卻槽鏈式淬火槽淬火量約為400kg/h。內部尺寸:4132mm(L)×1230mm(W)×1520mm(H),有效容積6m3。槽內裝冷卻器,冷卻面積50m2,以保證水溫在正常的范圍內。鏈式淬火槽采用調速電機驅動,功率1.1kW,速度在0.39～3.9m/min內可調。淬火槽采用槽外的水泵進行循環,水泵功率4kW,循環量60m3/h,以保證冷卻介質的溫度均勻,從而保證工件淬火質量。2.4網帶及爐底安裝網帶-鏈式回火爐,爐溫為(450±5)℃。內部尺寸為:5000mm(L)×700mm(W)×373mm(H)。采用裸式輻射管加熱,共33根。加熱區輻射管15根,每根2.4kW,功率36kW,保溫區輻射管18根,每根1.7kW,功率30.6kW。輻射管采用頂部插入,垂直安裝,縱向距離不等分布置。爐頂裝3臺循環風扇,爐內裝導流板,以提高爐溫的均勻性。網帶鏈條通過調速電機進行驅動,功率1.1kW,鏈速在0.01～0.1m/min內可誘(回火時間從50～500min之內可調)。為了保證網帶工作平穩,網帶下安裝網帶托架,以保證網帶運動的平穩性。從動軸端安裝調緊裝置。爐子側墻及爐底均采用粘土隔熱磚加硅藻土保溫磚的復合結構,總厚度300mm。爐頂采用200mm耐火纖維。爐頂為可拆卸結構,便于檢修。其斷面示意圖,如圖3所示。2.5防火纖維帶管理系統壓淬后的膜片溫度為200℃左右,用膠帶輸送,膠帶耐溫不行。因此采用耐火纖維帶代替膠帶,以保證運輸機的壽命。2.6采用氣冷卻法該生產線的保護氣采用氮氣加甲醇爐內裂解的辦法獲得。制氮裝置采用進口膜制氮裝置,是目前最先進的制氮方法。加配國內壓縮機及氣體冷卻機。氮氣純度99%,產氣量15m3/h,出口壓力0.5MPa,甲醇耗量約為6l/h,采用爐內裂解。在制氮系統中設置一個?1.1m×2.6m儲罐,作為備用氮源,以保證突然停電時及時通入備用氮氣,保證爐子生產安全。2.7分離器的連通滾棒淬火加熱爐采用2區加熱,加熱區功率75kW,采用常用的接觸器通斷方式。保溫區功率32.4kW,采用可控硅調功,過零觸發、PID調節并具有超溫報警功能。網帶-鏈式回火爐采用的控溫方式與滾棒淬火加熱爐相似。3主線聯動聯動根據本生產線開發研制特點,試驗分為單機及全線聯動。在全線聯動成功以后進行冷態試驗和熱態試驗,在產品質量合格,全線運行穩定的基礎上,進行試生產,最后投入正式生產。3.1噴射測試生產線投入安裝之前,所有單個機械裝置都在制造廠試運轉,單機達到設計要求并運轉正常。3.2試驗過程及效果生產線在現場安裝完畢后,各種裝置重新進行試運轉,在無問題情況下全線聯動運行,連續運行12h無故障。全線按合同要求加料進行試驗,如直接淬火、壓淬加熱、正火試驗等,全線動作準確無誤。通過甲醇量的調節,淬火液濃度的調整等,使試生產鋼片的質量達到廠方要求,表面質量滿意。在此基礎上連續進行3天12h的生產。產品全部合格。膜片生產由于膜片的銷路前景不被看好,尚未投入生產。3.3生產線驗收情況根據試驗生產的情況,廠方于1997年12月中旬對“汽車離合器鋼片及離合器膜片淬火-回火生產線”進行驗收。廠方對整條生產線表示非常滿意。認為該生產線除了采用膜制氮等先進技術外,其內在質量和外觀質量都很好。經過近萬件鋼片淬火-回火處理,產品質量合格,達到合同技術要求,生產能滿足現在及未來一般發展要求,對產品質量上檔次起了促進作用。各項技術指標要求與測試值對比,見表1。3.4方面:進一步發揮了轉化動盤潛力該生產線自1997年12月投入生產以來,運行正常,在生產中發揮巨大作用。鋼片在淬火加熱以后立即進行230℃回火,提高了產品質量,減少開裂,并大大改善了勞動條件。受東南亞經濟危機影響,從動盤的出口遇到極大困難,訂單銳減。去年全年,生產線開爐負荷率不足。但即使在這樣困難情況下,去年仍完成73萬套從動盤的出口任務。尤其是年底接到加拿大28萬套從動盤的大宗訂單,本線僅開了一個多月就圓滿完成任務。在生產中發揮了巨大作用,經濟效益顯著。生產的實際情況表明,本線可達到100萬套/年從動盤,25萬件膜片的產量。5社會經濟分析5.1機械化生產特點生產的機械化程度提高,減少了工人的操作強度。變開啟式的手工操作為機械化生產,改善了生產環境。品種從原來的幾十個增加到200多個,產量從原來20多萬套增加到150萬套,并為工廠更快地發展創造了條件。5.2產品質量不穩定原來采用箱式爐、井式爐生產,產量少、勞動強度大,產品質量不穩定,表面氧化嚴重。現在產品能實現光亮淬火,正火等,硬度均勻,散差小,能滿足外商的不同要求。5.3產線適應性強生產線既能滿足離合器鋼片的熱處理又能滿足離合器膜片的熱處理。5.4生產線節能系統已具備的節能潛力采用本線生產以后,從動盤產量從27萬套增加到去年的73萬套,產值從1043萬元增加到3646萬元;利稅從115萬元增加到524萬元。并且現在已具備150萬套/年從動盤的生產能力,為今后生產的發展提供了良好條件。從節能角度看,本生產線節電效果也非常顯著。過去每生產一套從動盤需耗電2.59kW·h,現在生產一套耗電2.19kW·h,每套節電0.4kW·h,按每千瓦小時0.85元計,共節電29.2萬kW·h,合24.82萬元。6熱封鋼片加工和熱處理鋼片圖4(1)采用帶保護氣的滾棒式淬火加熱爐進行從動盤的鋼片及膜片加熱,處理的工件光亮,硬度均勻,質量好。采用滾棒爐加熱,熱效率高,產量大,可以適應多品種生產,經濟效益好,符合我國國情。(2)在一條生產線上同時能完成鋼片的直接淬火、正