模块学理论在中频淬回火机床改造中的应用

前言目前如何开发具有很强适应性和灵活性的变形机械产品 ,满足顾客多样化多层次的要求 ,是企业面临的普遍问题。模块学理论是工业发达国家近 2 0年来一直采用的一种先进的机械产品设计方法 ,它与成组技术 ( GT)、计算机辅助技术 ( CAPP、CAD/CAM)、柔性制造技术 ( FMS)以及计算机集成技术( CIM)均有一定的内在联系。机械产品设计中采用模块学理论 ,就是将同一功能的单元 ,设计成具有不同用途或性能的、可以互换选用的模块 ,用以更好地满足用户需求的设计方法<1> 。其宗旨是通过少量的模块组合 ,以获得多种产品来最大限度地满足不同用户的需求 ,达到缩短产品设计、生产周期 ,提高产量 ,降低成本 ,同时具有很强的市场竞争力的目的。因此建立机械模块学理论将会推动整个机械行业的蓬勃发展。面对市场日益激烈的竞争和自身资金短缺、设备陈旧的现状 ,企业对现有的设备进行合理的模块化改造 ,以增强企业的市场竞争力 ,是应该引起重视的。在设备的改造中注重经济性、合理性的同时 ,应用现代设计理念 ,增强设备的柔性化 ,提高设备利用率和加工能力 ,减少设备投资正日益成为设备用户关注的焦点。在对某企业圆环链中频淬回火机床进行改造中 ,应用模块化思想 ,取得了良好的经济效益。2　中频淬回火机床的模块化改造该企业原有一台圆环链中频淬回火机床 (图1 ) ,只是针对 30一种规格的圆环链。工作过程 :交流电动机经过皮带驱动二级蜗轮蜗杆减速结构 ,带动圆环链轮转动。圆环链经导向轮 ,在链轮的驱动下以恒速依次穿过淬火感应加热器、淬火槽、回火感应加热器、回火槽 ,完成热处理工序。近期企业引进圆环链生产专用设备 ,生产多种规格的圆环链 ,热处理工序设备力量不足 ,大大影响了生产效率。经过调研论证 ,对原有淬回火机床进行模块化改造。因此企业提出对设备进行改造 ,并达到经济、合理、安全、可靠的要求。图 1　设备示意图1.轴承座　 2 .支架　 3.皮带轮　 4.皮带　 5 .交流电机　 6 .蜗杆7.蜗轮　 8.圆环链轮　 9.联轴器　 10 .加热器支架11.机床顶架　 12 .感应加热器　 13.回火槽　 14 .水槽导向轮15 .淬火槽　 16 .导向轮考虑到中频加热设备 (如中频电源、加热器等 )价格昂贵 ,若按传统方法处理一种规格的圆环链就用一套加热设备 ,显然成本很大 ,因此对原有淬回火机床进行模块化改造 ,使得在改造后的机床上可以对该厂生产的系列圆环链进行淬火、回火处理。2.1　工艺参数分析对不同规格的圆环链进行感应加热 ,关键要控制工件的加热时间 ( t1)、预冷时间 ( t2 )和冷却时间( t3) ,并且要满足淬火、回火同时工作的要求。连续加热淬火法的加热时间 ,是指零件表面上任何一点 ,从进入感应器到离开感应器所经历的时间。加热时间并不是独立的参量 ,在加热速度一定时 ,它由所选定的加热温度所决定。加热速度由零件获得的实际比功率所决定 ,而一般手册中所给的比功率推荐值都不是精确的。实际选取的淬火温度 ,往往由淬火层的深度要求而确定。在一般的生产条件下 ,还缺乏可靠的温度测量和控制方法 ,实际上用加热时间 ( t1)作为直接的工艺参数。t1=hv式中 :h为感应加热器高度 ;v为零件与感应器相对移动速度。预冷是为了减少产生淬火变形和开裂。零件加热到淬火温度后通常在空气中短时停留 ,以适当降低表面温度 ,再进行浸液冷却。通过调整感应器与零件的相对移动速度 ,或感应器底端到水面的距离( a) ,都可以改变零件的预冷时间 ( t2 )。淬火冷却时间只要保证表面淬火层能充分完成马氏体转变 ,获得足够的硬度即可。主要由水槽的水深调整。2 .2　改造方案通过分析 ,确定以下改造方案 :首先要选用可以方便调速的直流电动机 ,其次对传动机构中的导向轮和圆环链轮进行模块化 ,最后对核心部分——感应加热器模块化。( 1 )直流调速系统原来的中频淬回火机床采用交流电动机驱动 ,无任何调速装置 ,启动不平稳 ,易产生强冲击 ,实际使用中即使是处理 30一种规格圆环链 ,也有很多不便。直流电动机能够恒电流加速和恒电流逆变制动 ,适应快速的正反转运行 ,具有较高的动特性。选用直流调速电动机是模块化改造的前提。根据传动机构力矩计算及运行特征 ,选择了西安电机厂生产的 Z2 - 5 1 ( 3k W)直流电动机。( 2 )传动机构模块化原皮带轮及二级蜗轮蜗杆减速机构保留 ,对圆环链轮进行模块化。设计时通过改变链轮齿数 ,使几种链轮 (针对 2 2 , 2 6, 2 8, 30 , 34等几种圆环链 )的链条中心线与链轮中心的距离 ( d)尽量接近 ,这样可以减少调整加热器和水槽中导向轮的难度。图 2为 30圆环链轮图。各种规格链轮轴轴径相同 ,并按最大规格圆环链设计。处理的圆环链改变 ,只需更换相应的链轮 ,即可完成传动系统的模块化。图 2　 30圆环链轮( 3)感应加热器模块化处理不同链条时 ,感应圈的尺寸 (内径、高度 )、截面形状、匝数、以及与链条之间的间隙直接影响到感应器的效率和零件的热处理质量 ,要慎重选择。推荐工件与加热器内壁间隙保持 1 .5～ 5 mm之间<2 > 。改造后相近规格的链条 (如 2 6、 30 )起初采用同一种加热器 ,在调试运行中发现感应器处理 2 6链条时的效率会显著降低 ,而处理 30链条时会碰撞加热器内壁 ,可能发生电击穿。因此最后感应加热器的模块化与圆环链规格对应 ,加热器内表面涂绝缘材料 (采用环氧树脂 ) ,防止碰撞零件而发生电击穿现象。中频感应加热负载在加热过程中的变化受多方面因素的影响 ,对各种参数详细分析比较困难 ,可按经验数据选择。3　结论改造后的中频淬回火机床处理多种规格圆环链只需一套中频电源装置 ,大大降低了设备成本 ,另外可扩展性好 ,设备柔性大大增强 ,增加一种规格的圆环链时 ,只需换上对应的模块组件即可。经过对 2 6、 30两种规格的圆环链处理 ,达到了圆环链的技术要求 ,具有操作方便 ,易于调整等特点。因此在机械设备改造中应用模块化思想 ,可以提高设备的利用率 ,扩展设备的使用范围 ,增强企业的市场竞争力 ,是解决资金短缺、设备陈旧、加工能力低的有效途径。模块学理论在中频淬回火机床改造中的应用@马宏伟$西安科技学院!陕西西安710054
@张旭辉$西安科技学院!陕西西安710054
@包勇超$攀枝花钢铁集团公司设计管理处!四川攀枝花617067
@同娟$西安科技学院!陕西西安710054模块学;;设备改造;;中频;;淬回火简要介绍了模块学理论 ,在中频淬回火机床改造中应用该理论不仅能节省设备投资 ,而且增强了机床生产柔性及可维护性 ,取到良好的经济效益<1>　刘志儒,等.金属感应热处理.北京:机械工业出版社,1985.
<2>　施进发,等.机械模块学.重庆:重庆出版社,1997.应器处理 2 6链条时的效率会显著降低 ,而处理 30链条时会碰撞加热器内壁 ,可能发生电击穿。因此最后感应加热器的模块化与圆环链规格对应 ,加热器内表面涂绝缘材料 (采用环氧树脂 ) ,防止碰撞零件而发生电击穿现象。中频感应加热负载在加热过程中的变化受多方面因素的影响 ,对各种参数详细分析比较困难 ,可按经验数据选择。3　结论改造后的中频淬回火机床处理多种规格圆环链只需一套中频电源装置 ,大大降低了设备成本 ,另外可扩展性好 ,设备柔性大大增强 ,增加一种规格的圆环链时 ,只需换上对应的模块组件即可。经过对 2 6、 30两种规格的圆环链处理 ,达到了圆环链的技术要求 ,具有操作方便 ,易于调整等特点。因此在机械设备改造中应用模块化思想 ,可以提高设备的利用率 ,扩展设备的使用范围 ,增强企业的市场竞争力 ,是解决资金短缺、设备陈旧、加工能力低的有效途径。模块学理论在中频淬回火机床改造中的应用@马宏伟$西安科技学院!陕西西安710054
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@同娟$西安科技学院!陕西西安710054模块学;;设备改造;;中频;;淬回火简要介绍了模块学理论 ,在中频淬回火机床改造中应用该理论不仅能节省设备投资 ,而且增强了机床生产柔性及可维护性 ,取到良好的经济效益<1>　刘志儒,等.金属感应热处理.北京:机械工业出版社,1985.
<2>　施进发,等.机械模块学.重庆:重庆出版社,1997.