forhøre

Hvad er trykdæmpning?

  Trykhærdning er en slags quenching-proces, der er specielt brugt til at reducere deformationen af ​​et emne med kompleks form under varmebehandling. Deformation i industrielle varmebehandlingsoperationer er forårsaget af en række uafhængige faktorer. Nogle af disse faktorer omfatter kvaliteten af ​​de materialer, der bruges til at fremstille emnet og dets tidligere forarbejdningshistorie; Restspændingsfordeling og tidligere varmebehandlingshistorie; Den termiske spænding og faseovergangsspænding, der ikke er i ligevægt, forårsaget af selvslukningen. Som et resultat af disse faktorer udviser højpræcisions-emner (såsom industrielle lejeringe og vinkelgear til biler) ofte uforudsigelig deformation under uindskrænket eller fri oliebratkøling.

Trykhærdning udføres på en omhyggeligt kontrolleret måde ved hjælp af specialiserede værktøjer til at skabe en koncentreret kraft, der begrænser arbejdsemnets bevægelse og hjælper med at minimere deformationen af ​​emnet. Hvis den håndteres korrekt, kan denne bratkølingsmetode normalt opnå de relativt strenge dimensionskrav, der er specificeret i de industrielle fremstillingsspecifikationer. Det er almindeligt anvendt i en række komplekse emner lavet af jernholdige og ikke-jernholdige legeringer. Almindelige stållegeringer, der anvender trykhærdning, omfatter sædvanligvis bratkølet stål med høj kulstofgennemtrængning (såsom AISI52100 og A2 værktøjsstål) og kulstofstål med lavt kulstofindhold (såsom AISI, 8620 og 9310).

  Især karbureret kulstofstål nyder godt af processen med trykhærdning på grund af dets bearbejdningsegenskaber og dets popularitet i bilindustrien såvel som i geardrevne drev til industri- og forbrugerprodukter. Ideelt set er overgangstemperaturen for emnet under bratkøling ensartet på tværs af tværsnittet, således at overgangen kan ske jævnt. I det karburerede emne er martensitovergangstemperaturen imidlertid ikke konsistent over hele tværsnittet. I karbureringsprocessen frembringer det carbon, der diffunderer til overfladen af ​​delene, en sammensætningsgradient, hvilket resulterer i en gradientfordeling af overgangstemperaturen nær overfladen. Under bratkøling vil denne gradient fremme eller forværre deformationsproblemet for et sådant emne. Denne type deformation er også forårsaget af uensartetheden af ​​mikrostrukturen af ​​matrixmaterialet (f.eks. stærkt adskilt materiale). Generelt er store tyndvæggede dele såsom lejeringe med store åbninger mere modtagelige for virkningerne af disse. deformationsproblemer end tykke og tunge dele med kompakt geometri. Selvom trykhærdning ikke eliminerer disse virkninger, hjælper dens anvendelse til at minimere sådanne deformationsproblemer.

Sværhedsgraden af ​​deformationen under varmebehandlingsprocessen afhænger stærkt af arten af ​​den varmebehandlingsproces, der anvendes på emnet. For at minimere deformation under bratkøling skal delenes varmeafledning være så ensartet som muligt. I tilfælde af pludselige ændringer i geometrien er dette svært at opnå. For eksempel, i den samme del, støder den tynde sektion op til den tykke sektion. Et godt eksempel er en tand på stort eller lille gear. Sammenlignet med store tandhjul og tandhjul er tændernes overfladeareal/volumenforhold større, og de har en tendens til at deformeres gennem "udvikling" under bratkøling. Selvom sådanne dele kan producere uventet deformation under fri bratkøling eller ubegrænset bratkøling, er denne karakteristiske bevægelse af tandhjulstænder meget repeterbar i trykbratkølingsoperationer og kan tages i betragtning i geardesign for at minimere mængden af ​​slibning efter bratkøling. Når emnet er nedsænket i det bratkølende kølemedium, vil tandhjulets tænder afkøle og trække sig sammen hurtigere end de tilstødende tykkere dele. Som et resultat af denne forskel i afkølingshastigheder har de tyndere og lettere dele af emnet tendens til at hærde og trække sig sammen hurtigt, mens resten af ​​emnet forbliver oppustet. Fordi de tykkere dele afkøles og trækker sig sammen med en relativt langsom hastighed, hvor de tykkere dele går sammen, hindres deres relative bevægelse. Resultatet er en tynd sektion over en tyk sektion

Det udvikler sig hurtigere, hvilket resulterer i temperaturgradienter og ujævne vævsspændinger. Under trykhærdning løses dette problem ved selektivt at lede kølevæsken til den tykkere del og væk fra den tyndere del for at fremme en mere ensartet køling. Dette er opnået primært ved brug af specialiserede værktøjer. Ved at vedtage denne vigtige foranstaltning kan deformationen forårsaget af transformationen minimeres.

 

1. Udstyr

  I begyndelsen af ​​1930'erne begyndte bratkølingsmaskiner i vid udstrækning at blive brugt i den industrielle produktion i USA, hovedsageligt til forarbejdning af ringgear i biler (inklusive biler og lastbiler) (Figur 1).

 

FIG. 1 En 64 cm (25 tommer) automatisk bratkølingsmaskine

 

▲ FIG. 1 En 64 cm (25 tommer) automatisk bratkølingsmaskine

Bemærk: Fremstillet i begyndelsen af ​​1930'erne på Gleason-fabrikken i Rochester, New York. Operatøren er ved at slukke en finish

Det fungerende store, koniske spiralgear fjernes fra den nedre matricesamling.

Disse maskiner kan drives af hydrauliske eller pneumatiske (afhængigt af designet) systemer og kan bruge en række forskellige bratkølings- og kølemedier, oftest olie. Selvom det geometriske design og de valgfrie funktioner i disse maskiner har ændret sig betydeligt i løbet af årtierne siden deres første opfindelse, er deres grundlæggende funktioner forblevet de samme. En repræsentativ form for en moderne bratkølemaskine er vist i figur 2.

 

figur 2 Gleason529 bratkølemaskine i moderne form

 

▲ figur 2 Gleason529 bratkølemaskine i moderne form

  Det overordnede design består af en række grundlæggende komponenter, herunder en lodret værktøjsmaskinesektion, et kontrolpanel, et nederste matricebord, værktøj og en base. Køleanordninger bruges til at holde temperaturen af ​​det bratkølende kølemedium inden for et specifikt snævert område, som kan være en del af et separat mekanisk system, eller kan bruges i en central beholder, der er i stand til at forbinde flere bratkølingsmaskiner samtidigt. Den lodrette del af maskinen inkluderer den øvre matrice-topstang, hydraulisk systemgrenventilboks, hydraulisk rørledning, magnetventil og ventil, elektrisk panelkontrolboks. Kontrolpanelet viser de forskellige ydeevneparametre, der muligvis skal justeres under bratkølingscyklussen, som vist i figur 3.

 

FIG. 3 kontrolpanel viser typisk bratkølingscyklus

 

▲ FIG. 3 kontrolpanel viser typisk bratkølingscyklus

  De forskellige parametre, der skal justeres under loop-processen

Basen kan bruges som en olielagertank til et bratkølende kølemedium og kan også understøtte den nedre matricekonstruktion. Dens skematiske diagram er vist i fig. 4.

 

FIG. 4 Olien strømmer fra oliebassinet til køleenheden og derefter tilbage til bratkølingsmaskinen

 

▲ FIG. 4 Olien strømmer fra oliebassinet til køleenheden og derefter tilbage til bratkølingsmaskinen

  Den lodrette krop er monteret fra forsiden af ​​maskinbunden og giver fuld adgang til emnet i den nederste matrice, herunder placering af emnet på værktøjet, der skal bratkøles, og fjernelse af emnet, når maskinen er i "hent"-tilstand efter bratkøling .

Under drift fjernes det bratkølede emne manuelt eller automatisk fra en separat ovn (sædvanligvis en kasseovn, en kontinuerlig roterende ovn eller en trykstangsovn) og anbringes på værktøjet til den nedre matricekonstruktion. Det fulde billede af den nederste matrice-enhed er vist i figur 5.

 

FIG. 5 Den nedre matricesamling af bratkølingsmaskinen under betingelse af udtagning

 

▲ FIG. 5 Den nedre matricesamling af bratkølingsmaskinen under betingelse af "udtagning"

Bemærk: Fjedertryksat central ekspanderkegle og uafhængig rillet ring

Det skal bemærkes, at effektiviteten af ​​transportudstyret fra varmeovnen til bratkølingsmaskinen sædvanligvis er en nøgleparameter ved trykhærdning. Overførselstiden bør holdes på et minimum for at minimere varmetabet. Hvis dette trin tager for lang tid, kan resultatet af forsinket bratkøling resultere i hårdhedsrelaterede problemer og uønskede overgangsprodukter. Efter at arbejdsemnet er blevet placeret på den nedre matrice-enhed, begynder maskinen at fungere, og delen trækkes tilbage til midterpositionen under den øvre hydrauliske ejektor-enhed. Den ydre beskyttelse på værktøjsmaskinen aftager, når samlingen falder, og den midterste tagskægget driver en (eller flere) indvendige ekspandere til at kontakte den indvendige diameter af emnet ved specificerede trykpunkter for at bevare rundheden i disse positioner (figur 6).

 

FIG. 6 Trykhærdningsproces

 

▲ FIG. 6 Trykhærdningsproces

A) Et varmt gear er anbragt på den nederste matricesamling til trykhærdning

B) Den midterste ejektorstang og den øvre indre og ydre dyse falder ned for at komme i kontakt med delene

C) Start tidscyklussen, og oliestrømmen begynder at komme ind i bratkølingskammeret og rundt om delene

Hver komponent i stangsamlingen (centerekspander, indre og ydre dyse) styres af tre separate proportionalventiler, alle overvåget og styret af tryksensorer. Det forudindstillede trykniveau opretholdes normalt af ekspanderen gennem bratkølingscyklussen, og i nogle værktøjsmaskiner med programmeringsfunktioner kan dette trykniveau ændre sig i løbet af bratkølingscyklussen. I bratkølingsprocessen kan den indre og ydre matrice sænkes, så den er i kontakt med den øvre overflade af det bratkølede emne for at styre delens positionering, opdeling og planhed. Strømmen af ​​bratkøleolie kan forudindstilles og forredigeres og derefter aktiveres, når arbejdsemnet er bratkølet.

Figur 7 viser et eksempel på en quenching oil cykelsti etableret i et quenching kammer.

 

FIG. 7 Central ekspander og bratkølingsproces

 

▲ FIG. 7 Central ekspander og bratkølingsproces

Skematisk diagram af kontakt mellem den indre og ydre matrice og dele

1- Mekanisk beskyttelsesanordning monteret på den øvre matricesamling

2- Ekstern øvre dyse 3- indre øvre dyse 4- Afkølede dele

5- Nedre matricesamling 6- Center ekspanderkegle

Pilelinje – Oliestrømmens vej ved bratkøling

Bratkølingsolie pumpes til bratkølingskammeret gennem en åbning omkring den ydre diameter af den nedre dyse. Efterhånden som kamrene omkring arbejdsemnet fyldes, strømmer køleolien ud af toppen. Hvis værktøjet er designet rigtigt, kan den bedste samlede effekt opnås ved at justere retningen af ​​slukningsolieudslips-emnet. Den forlængede åbning ved udløbet kan justeres for at begrænse flowet af bratkøleolie, eller den kan åbnes helt for maksimalt flow, afhængigt af delens krav. Den nederste matrice er sammensat af en række forskellige rillede koncentriske ringe

Den maksimale strømningshastighed kan opnås ved rotation, eller strømningsretningen kan begrænses til køleolien i bunden af ​​delen. Under bratkøling hjælper præcis justering af disse egenskaber med at minimere forvrængning på grund af ujævn varmeafledning. I quenching-cyklussen er det også muligt at ændre flowhastigheden og varigheden af ​​quench-olien ved hjælp af timing-segmenter for at etablere en veldefineret quenching-proces for specifikke dele.

Det nederste matricebord er normalt monteret på stangens tværsnit og drevet af hydrauliske eller pneumatiske stempler. Der er en CAM i den nederste matricesamling til justering af den uafhængige ring. Ved at drive CAM'en vil disse individuelle ringe blive skåret eller tilspidset for bedre at passe til den påkrævede delgeometri (se figur 8). For at etablere korrekt kontakt med det bratkølede emne kræves en pakning under hver ring. En anden fordel ved denne struktur er, at pakningen kan skæres og installeres på en forholdsvis hurtig og nem måde. Den korrekte understøtning af dele er et nøgleaspekt ved trykhærdning, hvor matricedesign spiller en nøglerolle.

FIG 8

▲ FIG. 8:

a) Skematisk diagram af den mekanisme, der bruges til at styre retten

Denne mekanisme gør det muligt at hæve den nederste indvendige ring

Eller sænk (stram) for at kompensere for opvaskefejlen

b) Real die Montering

Det viser, hvordan man kan kontrollere fremkomsten af ​​denne mekanisme

Eller sænk uafhængigt drejebord med rillet ring

 

Oliekøleprocessen består af tre grundlæggende trin:

1) I det indledende dampfilmstadium fordamper olien, så snart den rører delen, og danner en dampspærre omkring den del, der VIRKER som et effektivt isolerende lag.

2) I damptransmissionsstadiet passerer bratkøleolien gennem damplaget, og varmeoverførselshastigheden er hurtigere.

3) I konvektionsstadiet opnås varmeafledning hovedsageligt gennem konvektiv varmeoverførsel.

For at sikre en ensartet varmeafledning under det indledende trin af bratkøling, skal flowhastigheden af ​​bratkølingsmediet være tilstrækkelig til at forhindre dannelse af dampfilm. Hvis der dannes bobler i området omkring emnets overflade, vil inhomogeniteten af ​​varmeafledning resultere i uacceptable hårdhedsændringer og deformationer. Når det indledende bratkølingstrin med succes er elimineret, kan strømningshastigheden af ​​det bratkølende kølemedium reduceres. Den endelige strømningshastighedsfordeling af bratkølingskølemediet specificeret for delen skal vælges omhyggeligt for at opfylde kravene til hårdhed og geometri. En for langsom bratkølingshastighed vil føre til forsinket bratkøling, hårdhedsændringer og uønskede overgangsprodukter. Hvis bratkølingshastigheden er for høj, vil delene blive deformeret og/eller revnet. Det er normalt nødvendigt at gennemgå gentagne tests for at bestemme den korrekte strømningshastighed af bratkølingskølemediet og for at vælge strømningsvejen for bratkølingskølemediet rundt om delene. Succesen med bratkøling afhænger normalt af maskinoperatørens erfaring, viden og dygtighed.

Den gennemsnitlige olietemperatur for trykhærdning er for det meste 25 ~ 75 ℃ (75-165 ° F), afhængigt af arten af ​​bratkølingsoperationen, typen af ​​det anvendte kølemedium, delematerialer, ydeevnekrav efter varmebehandling og så videre. En foranstaltning for at undgå at beskadige tætningsringen på maskinen, der indeholder det bratkølede kølemedium, er generelt at undgå, at gennemsnitstemperaturen på det bratkølede kølemedium er for høj

60 ℃ (140 ° F). Korrekt rutinemæssig vedligeholdelse af bratkølende oliebade er vigtig, men dette overses ofte under trykafbrydelsen, hvilket resulterer i uforudsigelige ændringer i hærdningen af ​​de materialer, der behandles i sådanne systemer. Ved kontinuerlig brug af et bratkølende kølemedium nedbrydes olieadditivet gradvist. Selvom det bratkølende kølemedium filtreres kontinuerligt, vil fine partikler stadig ophobes med tidens forlængelse. Hvis det ikke opdages, vil dette resultere i en accelereret bratkølingshastighed, og derved bringe integriteten af ​​oliequenching-processen i fare. Viskositeten, flammepunktet, vandindholdet, sedimentet og nedbørsværdien af ​​bratkølemediet i bratkølingstanken bør overvåges periodisk i henhold til brugen. Prøvning af bratkølet kølemedium skal udføres mindst en gang i kvartalet.

2. Deformationskontrolfaktorer

Generelt i processen med trykhærdning er de grundlæggende nøglefaktorer, der påvirker deformationen af ​​emnet, som følger:

1) Materialekvaliteten af ​​emnet og den tidligere forarbejdningsproces.

2) Fordelingen af ​​arbejdsemnets restspænding og den forberedende varmebehandlingsproces.

3) Ubalanceret termisk spænding og faseovergangsspænding forårsaget af bratkølingsoperation.

4) Anvendt ståltype og austenitiserende temperaturfordeling.

5) Overførselstid mellem austenitiseringsovn og bratkølingsmaskine.

6) Type, kvalitet, tilstand og temperatur af det anvendte bratkølende kølemedium.

7) Retningen og selektiviteten af ​​det bratkølende kølemedium, der strømmer gennem emnet.

8) Bratkølingsvarighed ved forskellige strømningshastigheder.

9) Design, installer og vedligehold passende støbeformværktøj.

10) Trykpunktets position på emnet.

11) Mængden af ​​tryk, der påføres for at opretholde emnets geometri.

12) Pulser.

Den sidste af disse er en egenskab, der er unik for trykhærdning. Under bratkøling, for at minimere deformation, pulseres de indre og ydre matricer normalt for at opretholde delens geometri. Pulskarakteristikken letter periodisk trykket, der udøves af den indre og ydre dyse, hvilket tillader komponenten at trække sig sammen normalt, mens den afkøles, mens den krævede delgeometri bibeholdes. Uden denne funktion vil friktionskontakt mellem forme skabe stress, og komponenter vil ikke få lov til at trække sig sammen, når de afkøles. Pulstilstanden kan effektivt reducere friktionskontakt og undgå deformation forårsaget af excentricitet og ujævnheder. Når pulsteknikken er påført korrekt, frigives trykket, mens formen er i kontakt med delen gennem bratkølingscyklussen, og påføres derefter igen med ca. 2 sekunders intervaller. Selvom de interne og eksterne tilstande er cykliske i denne metode, er trykket af ekspanderen generelt ikke pulseret. De fleste af de trykhærdende værktøjsmaskiner, der bruges i industrien i dag, anvender denne designkarakteristik, men det er ikke den seneste udvikling. I årtier har pulsteknologi været en integreret del af semi-automatiske trykhærdende værktøjsmaskiner designet til høj produktivitet. Et eksempel på et af disse halvautomatiske værktøjsmaskiner er vist i figur 9.

 

▲ FIG. 9 BRUGER pulsprincippet for halvautomatisk tryk

 

▲ FIG. 9 BRUGER pulsprincippet for halvautomatisk tryk

Skematisk diagram af fire positioner af krafthærdende værktøjsmaskine

Hvert trykhærdende emne skal svare til en specifik formværktøjsdesignstruktur og værktøjsmaskineindstillinger. I lejeringe og tandhjul opretholdes åbningsstørrelser og rundhed ofte ved at udvide sektionsmatricer. Hvis arbejdsemnets åbning er for lille til at understøtte disse sektionsforme, kan en solid prop bruges i stedet for at styre huldiameteren og tilspidsningen. Stikket vil blive presset ud efter bratkøling. Det er vigtigt, at når der er forskellige positioneringsflader i den aktuelle matricesamling, skal dimensionerne mellem disse positioneringsflader holdes med en lille tolerance. Manglende overholdelse af denne regel kan resultere i modstridende resultater og uønskede forvrængninger. Ud over at udvide formen, kan krympning af formen også effektivt opretholde den geometriske tolerance af den udvendige diameter, hvilket er en nøglefaktor. Et godt eksempel på tandhjul, hvis tynde eger er forbundet med relativt tykke tandhjulstænder, naver og lejediametre. Gear, der bruges i rumfartsapplikationer, indeholder ofte flere sådanne egenskaber, der kan forårsage ujævn krympning ved bratkøling. Dette kan løses effektivt ved at påføre en kompressionsbelastning på den ydre overflade af komponenten.

Fejlen i trykhærdning kan være stor. Φ, for eksempel et 230 mm (9) i Φ gear på åbningen i tilstanden af ​​ikke quench rundhedsfejlen på 0.025 mm (0.001 in), tryk normalt efter bratkøling kan nå 0.064 mm (0.0025 tommer). Det samme gear må, når det placeres på pladen, ikke have 0.05 mm (0.002 tommer) frigang i nogen position mellem pladen og gearets overflade. Til Φ 460 mm (Φ 18) i gear, skal afstanden være mindre end 0.075 mm (0.003 in). Hvis ovennævnte faktorer håndteres korrekt (dvs. brug af højkvalitets smedning, normalisering korrekt før bearbejdning, brug af skarpt værktøj, følgende gode bearbejdningsoperationer osv.), kan dette strenge fejlkrav sædvanligvis opnås ved trykhærdning. En udvidet er brugen af ​​rulletrykhærdningskontrol (40) i længden og 1020 mm Φ 200 mm (Φ 8 in) lange cylindriske dele , aksel, krumtapaksel deformation. Denne teknik BRUGER ruller til omhyggeligt at påføre en kontrolleret belastning på et varmt stykke, mens det roterer rundt om dets akse, og bratkølingskammeret er fyldt med et strømmende bratkølemiddel. Figur 10 viser et typisk billede af denne højt specialiserede bratkølingsmaskine.

 

Figur 10 Snekkediagram af værktøj til indpresning af rullematrice

▲ Figur 10 Snekkediagram over værktøj til indpresning af rullematrice

 

 

Del denne artikel til din platform:

fejl:

Få et citat