曲轴调质悬链炉的研制及应用

一设备一　曲轴调质悬链炉的研制及应用　王阔军　（第一拖拉机股份有限公司锻造厂，河南洛阳４７１０００）　摘要：研制了用于曲轴调质的悬链炉，从而更新了主要的热处理设备。该悬链炉炉温可以自动控制，曲轴　在悬挂状态下加热、淬火和回火，解决了曲轴的热处理变形问题，并避免了曲轴在热处理过程中相互　碰撞。此外，改进了淬火槽，解决了合金钢曲轴的热处理问题，提高了曲轴的热处理质量。　关键词：曲轴；调质；悬链炉；变形　中图分类号：ＴＧｌ５５．１＋ｌ　文献标识码：Ｂ　文章编号：ｌ００８．１６９０（２００６）０３．００５８－００４　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｔｅｎａｒｙ　Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ｆｏｒ　Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ＷＡＮＧＫｕｏ－ｊｕｎ　（Ｆｏｒｇｉｎｇ　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｆｉｒｓｔ　Ｔｒａｃｔｏｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｈｅｎａｎ　４７　１　０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｔｅｎａｒｙ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｆｏｒ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｍａｉｎ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅｎｅｗｅｄ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｔｅｎａｒｙ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ａｒｅ　ｈｅａｔｅｄ，ｑｕｅｎｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｕｓｐｅｎｓｏｒｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ，ｉｎ　ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｏｌｖｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ｗｉｌｌ　ｎｏｔ　ｃｏｌｌｉｄｅ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅａｔ　ｈｒｅａｔｉｎｇ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｔｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ｔａｎｋ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ｏｆ　ａｌｌｏｙ　ｓｔｅｅｌｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｅｄ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒａｉｓｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ；ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ；ｃａｔｅｎａｒｙ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｌ　前言　１０５系列增压发动机曲轴。这些曲轴都有一个共同的　要求，就是性能、金相组织要求高，变形小。而这　些曲轴大部分都是用合金钢材料，用一般的推杆炉　和箱式炉加热极易造成加热变形、淬火变形，并且　单一淬火时要么造成淬裂，要么性能和金相组织达　当前，随着汽车工业的快速发展，动力专业厂　对曲轴毛坯的内部质量要求越来越高，因此锻造专　业厂要想在锻造行业达到领先地位，必须使曲轴内　在质量达到动力专业厂的要求。但要实现曲轴性能　合格、组织结构合格，并且变形小，不是简单的热　处理设备就能满足要求，必须在设备上达到先进的　水平。因此曲轴调质悬链炉的研制及应用是毛坯专　不到要求。然而，在悬链炉里进行调质生产就能避　免这些问题。首先，曲轴加热是在垂直悬挂状态下　进行，淬火时也是垂直淬火，减少了加热变形及淬　业厂扩大市场占有率、提高用户满意度的重要课　题。　火变形；其次，淬火介质是水及其它介质，双槽，　可针对不同材料、不同淬透性要求切换成不同的介　质淬火，从而减少工件的淬裂倾向。因此曲轴调质　第一拖拉机股份有限公司锻造厂是国内大型专　业模锻厂，目前生产的曲轴主要有无锡柴油机厂的　ＡＫＺ六缸曲轴、ＣＫ六缸曲轴、４ＣＫ四缸曲轴；潍坊　悬链炉的研制及应用是锻造毛坯厂迫在眉睫的问　题。　柴油机厂、杭州发动机厂的６１５６００２００２４Ｒ斯太尔曲　轴；大连柴油机厂曲轴；玉林柴油机厂的Ｍ３４００、　ＹＣ６１　ｌ２、ＹＣ４１　ｌ２系列曲轴；上海柴油机厂曲轴；扬动　股份有限公司ＹＮＤ４８５曲轴；朝阳柴油机厂曲轴；二　２悬链炉采用的技术方案及主要研制内容　新设计的悬挂式曲轴热处理生产线采用先进的　适合于合金钢曲轴淬火的水溶性淬火介质，有效控　制了曲轴过去存在的淬火开裂问题。悬挂式曲轴热　汽康明斯Ｂ系列曲轴、Ｃ系列曲轴；洛拖柴油机公司　收稿日期：２００６．Ｏ１．１２　处理生产线可以进行曲轴的调质处理，还可以进行　作者简介：王阁军（１９７４．５一），男，江苏丰县人，工程师，从事热处理技术工作。联系电话：０３７９．６４９６６５５１　・５８・　《热处理》２００６年第２１卷第３期　维普资讯 http://www.cqvip.com

曲轴正火处理，进一步满足曲轴多种工艺要求。淬　火加热炉和回火加热炉采用独特的顶部通缝密封方　式和旋转对开式炉门，有效地减少了炉内热气的溢　出，提高了炉子的热效率，使其达到了很高的质量　高度２０４０ｍｍ．　工件采用竖直电辐射棒加热，保证较高的炉温　均匀性；炉门采用外压旋转对开式，开闭迅速；炉　顶直通缝由密封板与风幕相结合，有效减少了热气　溢出，提高了炉子热效率。　（２）回火加热炉（１台）　最高使用温度７５０℃，供热安装功率６７８ｋＷ，炉　体长度１　３０００ｍｍ，截面有效宽度２０００ｍｍ，截面有　效高度２０４０ｍｍ。　标准。电气控制系统采用ＰＬＣ可编程控制器对机械　动作实施开关量控制，动作运行准确可靠，对炉温　进行模拟量控制，控温快速准确；还采用工业控制　机对生产线的全过程实行监控，实施：［况的连续显　示、记录和故障报警及保护。悬挂式曲轴热处理生　产线实现了曲轴垂直悬挂快速冷却，使得整个热处　理过程不会产生曲轴相互问碰撞而产生缺陷，而且　采用电辐射棒加热，再垂直安装高温循环风　机，以保证较高的炉温均匀性。炉门采用外压旋转　最大限度减少冷却过程中的轴向变形，为后续机加　工奠定了良好的基础。特别是根除了大变形造成的　校直量过大，内应力过大而引起的机加工变形，减　少了废品，降低了生产成本。双液淬火槽和淬火液　循环冷却系统，通过冷却液的高速喷射和快速换　热，实现曲轴的快速均匀冷却。曲轴入水有序，淬　火后内部组织均匀，保证达到国产柴油机金相组织　和力学性能要求，对曲轴综合力学性能的发挥起着　重要的作用。　悬挂式曲轴热处理生产线简图如图ｌ所示。　该生产线由淬火加热炉、回火加热炉、淬火冷　对开式，开闭迅速。炉顶直通缝由密封板与风幕相　结合，有效减少了热气溢出，提高了炉子热效率。　（３）淬火冷却室及淬火槽（１套）　冷却室长度６７００ｍｍ，截面有效宽度２０００ｍｍ，　截面有效高度２０４０ｍｍ；半地下冷却水槽和油槽容积均　为２６ｍ，，液体容积为２４ｍ　３。曲轴可淬水，也可淬油。　淬火油槽配有火焰监测和自动灭火装置以及排　烟装置，保证淬油时安全及环境清洁。淬火槽内配置　电加热器和连续刮板式排渣机，以实现液体预升温和　氧化皮的及时清理。槽内设液体搅拌器和进出接口与　外循环系统相配，以保证工件冷却均匀。槽体顶部设　工作平台以达到生产和检修的安全要求。　（４）回火冷却室（１台１　却室、双液淬火槽、淬火液循环冷却系统、回火冷　却室、悬挂链式输送机、垂直升降机和推车机、曲　轴工装吊具、电气控制系统、装卸料装置和公用配　套系统等部分组成，各组成部分的型号规格，主要　技术参数及性能如下：　（１）淬火加热炉（１台）　冷却室长度６７００ｍｍ，截面有效宽度２０００ｍｍ，　截面有效高度２０４０ｍｍ；安装风冷供风机和排风机及　管路，并有喷雾冷却系统。可用于曲轴的回火冷　却，并可兼做正火冷却。使冷风高速吹向工件并及　最高使用温度９５０℃，供热安装功率６７８ｋＷ，炉　体长度９０００ｍｍ，截面有效宽度２０００ｍｍ，截面有效　时排除，实现回火或正火冷却。喷雾的冷却强度可　调。　图１　曲轴热处理生产线简图　Ｆｉｇ、１　Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｌｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｓ　《热处理》　２００６年第２１卷第３期　・５９・　维普资讯 http://www.cqvip.com

（５１吊具装置（３６个）　模拟量模块经计算输出到可控硅调控器，以控制各　区电热元件的工作状态。由２台温度记录仪记录炉　温。　由耐热钢吊架、吊篮和密封板组成，每个ｍ架　配置６个吊篮和１个密封板，吊装６件曲轴。　吊篮采用含碳量较低的优质耐热钢，以满足耐　高温和耐急冷的要求。密封板为鱼鳞式，密封效果　较好。　触摸屏操作柜　由１台１０英、ｒ彩色触摸屏实现　操作者与可编程序控制器的数据交流，在屏幕上生　成仿真图形，直观地显示各种机械的运行状态，可　以触摸点击操作。　（６）悬挂式输送机（１台）　ＷＷＪ４积放式，运行速度为８—１　２ｍ／ｍｉｎ；输送　链条为４英寸模锻链，上面装有宽　推头；输送轨道　分上部牵引轨和下部承载轨，轨道上的承载小　由　前、后两车组成，下面载荷梁吊装吊具和工件，承　重可达ｌ０００ｋｇ，小车的运动由停止器控制。　链条驱动由减速机输出，变频调速。在淬火部　位有一段活动轨道，可以沿垂直方向运动。　现场操作箱放在现场控制点附近，手要用于　设备调试和故障处理。　电气开关柜的元器件都是有国外公司许可证的　产品或进口产品，技术先进，可靠性很高。机械控　制柜对各种炉门、停止器、提升机等的运行实施自　动控制。控制无器件都是进口产品，不仅运行可靠　性高，而且编辑程序经过多次现场考证，所设置的　多项保护功能可大大提高运行的稳定性。　热工仪表柜射淬火加热炉和【口ｊ火加热炉的炉　温实施自动控制，采用的元器件为进口产品和合资　公司产品，其先进性和可靠性都很高。炉内各区的　控温精度都能得到保证。　触摸脐技术在工业方面的应用已获成功，在其　各种轨道结构合理，安装可靠。驱动装置和配　重张紧机构运行可靠，且有保护装置。链条及推头　带动小车快速运行时平稳，摆动很小。轨道支撑钢　结构件精巧实用，确保安全可靠。停止器动作快　捷，小车及链条推头与其配合可靠性很高。小车的　运行位置和状态能准确反映到控制系统，实现运行　过程的自我保护。升降轨道在垂直升降机的带动下　快速运动，以满足工件快速冷却的工艺要求。　（７）垂直升降机（１台）　升降高度为１．５￣２．０ｍ，下降速度为１８－－－６ｍ／ｍｉｎ，　运行过程中还可生成温控仪表的表头，进行各种参　数的设定。并且还显示各区的温度趋势图和曲线。　对机械运行中出现的故障显示报警性质和部位，并　按时间顺序记录。显示屏幕可以替代常规的仪表和　按钮。　提升速度为６ｍ／ｍｉｎ；最大提升重量１０００ｋｇ，由驱动　装置、各种支架、各种传动轴、链条等组成。驱动　电机采用进口ＳＥＷ双速电机，可快速下降、减速停　止和慢速提升，确保下降过程在１０ｓ内完成。　在活动梁上设置两个淬火工位，实现在淬火槽　固定不变的条件下，工件可以分别在两种液体中冷　却。　现场操作箱存现场要设置ｌ０个，其操作的过程　也呵在显　屏幕Ｉ二反映。　（１０）淬火液循环冷却系统（１套）　油循环系统循环冷却。　包括管道泵、板式换热器、储油　槽和各种管路阀门及检测元件等，用于淬火用油的　水循环系统包括管道泵、冷却水塔、冷热水　（８）平衡吊车（３台）　最大提升能力为２００ｋｇ，回转半径为３５００ｍｍ，　水平移动距离１５００ｍｍ，提升高度为１９００ｍｍ。平衡　吊车简单灵活且占地面积小，非常适用于装卸曲轴　类长杆件，操作和维修都很简单。　（９）电气控制系统（１套）　电气开关柜速器。　池和各种管道阀门及检测元件等，用ｆ淬火用水的　冷却和其它水冷设备的循环冷却。　冷却水槽和冷却油槽采用火流量泵循环，以提　高液体的循环倍率，加强工件与液体的换热。考虑　到水、油两种液体的交替淬火，单设一台水泵用于　油冷却器和其它用水点的供水，另一台水泵用于冷　却水塔的供水。　安装各种电机的空气开关、触电　器、按钮和信号灯等。另外还装有一台电机变频调　机械控制柜　安装西门子ＰＬＣ可编程序控制器　和各类输出继电器以控制所有机械动作的自动运　行。　（１　１）油烟净化及排风装置（１套）　油烟静电净化机利用脉冲高压直流电将油雾　粒吸附，利用重　集中回收。还配有离心通风　机、通风管道及烟囱。　热工仪表柜　由西门子ＰＬＣ可编程序控制器的　・油烟静电净化机为专利产品，柜式结构，操作　６０・　《热处理》２００６年第２　１卷第３期　维普资讯 http://www.cqvip.com

简单，维护方便，使用效果很好，可以达到国家规　定的环保标准。　３悬链炉的应用　３．５悬链炉应用后的经济效益　悬挂式热处理生产线是曲轴毛坯上能　、上质　量的关键设备之一，它的投产和验收，标志着曲轴　热处理装备水平达到了国内先进水平，增加了曲轴　毛坯厂在激烈的市场竞争中的实力和发展后劲。因　由悬挂式热处理生产线热处理的曲轴内在质量高、　３．１　曲轴在试生产中弯曲变形情况　共进行了４次测量：　第１次在调质后测量，约有３５％左右的曲轴不　需要校直（以前１００％需要校直），且弯曲变形在３ｍｍ　以下。　变形量小，所以毛坯专业厂能在激烈的竞争中占一　席之地。　第２次对１００件曲轴在调质前进行校直，调质　后检查弯曲情况，８５％曲轴不弯，１　５％曲轴弯曲量　很小，稍微超标。　第３次对１Ｏ８件曲轴在调质前进行校直，调质　检查弯曲情况，９５％曲轴不弯，５％曲轴弯曲量很　小，稍微超标。　第４次对３００件曲轴调质前进行校直，调质后　检查弯曲情况，２４０件中有８件弯曲稍微超标，９６．６％　曲轴弯曲不超标。　试生产结果表明，悬链炉生产的曲轴，其弯曲　度合格率已达到９５％，基本上可取消调质后的校　直，进而减少机加工中的跳动，可增强顾客满意　度。　３．２生产效率　３．６　悬链炉应用后的环境效益、社会效益　改造后的悬挂式热处理生产线（包括中央控制　室），整洁通畅，环境优美。淬火介质符合围家对环　保的要求，社会效益良好。　悬挂式曲轴热处理生产线，设计目标为年产曲　轴近１Ｏ万件。该生产线从质量和产量两个方面为　业在市场中的竞争提供了可靠的保证，吸引了大批　的客户前来与企业合作，为企业生产高技术含量、　高附加值的曲轴打下了基础，它将给企业带来　大　的经济效益，而且也将极大地增加了　业发展和驾　驭市场的能力。　４结束语　悬挂式热处理生产线是目前国内第一条大型曲　轴悬挂调质生产线，它的投产，填补了国内一项空　白。淬火加热炉和回火加热炉采用独特的顶部通缝　密封方式和旋转对开式炉门，有效地减少了炉内热　量的散失，提高了炉子的热效率。电气控制系统采　用了ＰＬＣ可编程控制器对机械动作实施开关量控　制，动作运行准确可靠，对炉温进行模拟量控制，　以前的曲轴热处理炉，每个班只能生产４Ｏ多件　曲轴，悬链炉每班可生产１３０多件曲轴，生产效率是　以前曲轴热处理炉的３倍，因此悬链炉投入生产，大　大提高了生产效率。　３－３金相组织及力学性能　悬链炉生产的曲轴，其金相组织可达到１～４　控温快速准确。还采用工业控制机对生产线的全过　程实行监控，实施工况的连续显　、记录和故障报　警及保护。悬挂式曲轴热处理生产线采用曲轴悬挂　垂直入水淬火，曲轴的热处理变形很小，为后续机　加工奠定了良好的基础。双液淬火槽和淬火液循环　冷却系统，通过冷却液的高速喷吹和快速换热，实　现曲轴的快速均匀冷却。曲轴入水有序，淬火组织　均匀，保证达到国产柴油机金相组织和力学性能要　求。　级，满足了客户的要求，其性能基本上可达到客户　要求。　３－４新材料应用情况　在该项技术改造中，使用了由德国德润宝公司　生产的新型淬火介质（ＦＥＲＯＱＵＥＮＣＨ２０００），浓度为　１　５％的水溶液可代替油，该介质无毒、无味、无污　染、不会引起火灾。实践表明，该淬火介质完全能　满足淬火要求。　欢迎订阅　《热处理》　欢迎赐稿　・６１・　２００６年第２　１卷第３期