感應(yīng)加熱在油淬火回火彈簧鋼絲生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、第四屆中國(guó)熱處理活動(dòng)劇暨第九屆江蘇省熱處理年會(huì)論文集（年月，南京） 感應(yīng)加熱在油淬火回火彈簧鋼絲生產(chǎn)中的應(yīng)用 金天均，陳輝明 （浙江火學(xué)，浙江杭州） 摘要：本文介紹了油淬火網(wǎng)火彈簧鋼絲的力學(xué)性能，給了油嗍火彈簧鋼絲感應(yīng)加熱生產(chǎn)工藝流程及系統(tǒng)組成， 簡(jiǎn)述丫系統(tǒng)各部分的技術(shù)功能特點(diǎn)。通過(guò)中頻及超音頻乜源感應(yīng)加熱的方式實(shí)現(xiàn)了油回火彈簧鋼絲的連續(xù)生產(chǎn)， 并確：工業(yè)生產(chǎn)中到了很好的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱；彈簧鋼絲；油淬火網(wǎng)火 彈簧是一種基礎(chǔ)機(jī)械零件，它利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在工作時(shí)產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)變，主要用于緩沖或減振、機(jī)械儲(chǔ)能及控制運(yùn)動(dòng)。制造彈簧的主要原料是彈簧鋼絲。在線材制品中，彈簧鋼

2、絲無(wú)論在產(chǎn)品數(shù)餐上還是在品種上都有很重要的地位。其產(chǎn)量之高，品種之多，用途之，是其它鋼絲品種無(wú)可比擬的。 使用中對(duì)彈簧的要求是尺寸精度高，抗松馳性能好，疲勞強(qiáng)度高，能夠在應(yīng)力負(fù)荷下不產(chǎn)生松馳，并且在規(guī)定的疲勞周期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)早期失效。這就對(duì)彈簧鋼絲的力學(xué)性能，主要是彈性、延展性、抗拉強(qiáng)度、硬度值、韌性、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率及通條力學(xué)性能的一致性等都有非常高的要求。 油回火彈簧鋼絲 彈簧鋼絲按供貨狀態(tài)大致可以分為三種：退火態(tài)鋼絲；冷拔態(tài)鋼絲；油淬火回火態(tài)鋼絲（也稱油回火彈簧鋼絲）。油回火彈簧鋼絲是將冷拔到成品尺寸的鋼絲，在一條連續(xù)生產(chǎn)線上進(jìn)行加熱、油淬火回火。該鋼絲組織為回火索氏體，鋼絲內(nèi)應(yīng)力很低，

3、為彈簧直鋼絲，鋼絲性能均勻一致。該鋼絲制簧工藝與冷拔態(tài)鋼絲相同。彈簧精度高，并具有較高的應(yīng)力松弛抗力和疲勞強(qiáng)度。目前被世界各國(guó)廣泛用于制造高精度，高應(yīng)力彈簧。油回火鋼絲具有極好的彈性和非常高的力學(xué)性能，并且其疲勞強(qiáng)度及較高：作溫度下的抗應(yīng)力、松馳性能也要比冷拉鋼絲好得多。 傳統(tǒng)的油回火鋼絲生產(chǎn)線是采用馬弗爐進(jìn)行淬火加熱，油作為淬火介質(zhì)，回火通常在熔鉛、熔鹽或流化床中連續(xù)通過(guò)來(lái)完成。日本最早開發(fā)了把鋼絲用感應(yīng)加熱到奧氏體化溫度和回火溫度的熱處理工藝，叫做。由于感應(yīng)加熱升溫速度快（可大于），可以把彈簧鋼絲處理為細(xì)晶粒顯微組織（形變熱處理），使鋼絲具有高的韌性，因而成型特性好，并且強(qiáng)度和屈服點(diǎn)也高，

4、從而使鋼的綜合性能得到最充分的發(fā)揮。因而可以說(shuō)感應(yīng)加熱淬火回火是生產(chǎn)油同火彈簧鋼絲的最理想設(shè)備，其缺點(diǎn)是設(shè)備技術(shù)含量高，投資也較大。我們?cè)诮梃b國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)情況，開發(fā)研制成功了油回火彈簧鋼絲感應(yīng)加熱自動(dòng)生產(chǎn)線。 生產(chǎn)工藝流程 我們研發(fā)的油淬火回火彈簧鋼絲感應(yīng)加熱生產(chǎn)線為全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行線速：，合金彈簧鋼絲（，等）的規(guī)格為中一中，淬火溫度?？烧{(diào)，回火溫度可調(diào)，溫控精度。生產(chǎn)線的工藝流程如下： 放線一理線一矯直壓送一淬火加熱（感應(yīng)加熱）一保溫均溫一淬火噴冷（油）一同火加熱（感應(yīng)加熱）一保溫均溫一同火噴冷（水）一牽引（張力）涂油剪切導(dǎo)向收線。 彈簧鋼絲經(jīng)放線架自動(dòng)放線，壓送矯直后經(jīng)淬

5、火，同火處理，再剪切分線打包，成為產(chǎn)品。在：藝上，主要控制淬火和回火的溫度。淬火加熱采用中頻及超音頻感應(yīng)加熱電源，淬火液為油。同火加熱采用中頻感應(yīng)加熱電源，同火液為普通水。 生產(chǎn)線的構(gòu)成及主要技術(shù)特點(diǎn) 彈簧鋼絲生產(chǎn)線由三臺(tái)全閻態(tài)靜止變頻加熱電源、二臺(tái)感應(yīng)加熱負(fù)載電容柜、淬同火噴冷設(shè)備，鋼絲傳動(dòng)機(jī)械、保溫均溫設(shè)備、交流電機(jī)變頻控制器、在線紅外測(cè)溫系統(tǒng)及中央集中控制系統(tǒng)（及觸摸屏）等組成。加熱電源 感應(yīng)加熱電源不僅是整套生產(chǎn)線的主要電耗所在，也是保證彈簧鋼絲產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，所以加熱電源的選擇對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線效率與產(chǎn)品質(zhì)量的影響是至關(guān)重要。由于圓棒料加熱電源所需頻率與棒料直徑、電阻率及導(dǎo)磁率有關(guān)，同樣直

6、徑的棒料，在居里點(diǎn)（。左右）前后導(dǎo)磁率將發(fā)生劇變，因此在居里點(diǎn)前與居里點(diǎn)后，加熱電源要采用不同的頻率，故采用了雙頻感應(yīng)加熱的方式，淬火預(yù)熱采用赫茲的可控硅（）中頻電源，加熱采用千赫茲的超音頻（）電源。 生產(chǎn)線共有三臺(tái)加熱電源組成，淬火加熱采用可控硅中頻電源（居里點(diǎn)前升溫）和 超音頻電源（居里點(diǎn)后升溫），回火加熱采用可控硅中頻感應(yīng)加熱電源。電源主回路結(jié)構(gòu)為可控硅三相：【頻六脈全控整流，節(jié)能高效平波電抗器，或并聯(lián)逆變，將三相：頻轉(zhuǎn)化成單相中頻、超音頻輸出。 電源的控制系統(tǒng)由整流觸發(fā)、調(diào)：誨控制、逆變控制及保護(hù)等組成。整流觸發(fā)采用數(shù)字電路提供整流橋可控硅的六路觸發(fā)脈沖。調(diào)節(jié)控制完成電源的調(diào)功、限流、

7、限壓、電流負(fù)反饋、保護(hù)系統(tǒng)有過(guò)電流、過(guò)電壓、低水壓、缺相、過(guò)溫等保護(hù)。逆變控制采用定時(shí)鎖相功能及為、模塊提供可靠的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)脈沖，保證設(shè)備具有極強(qiáng)的抗干擾能力及穩(wěn)定性。電源采用電壓，電流雙閉環(huán)控制，具有恒電壓運(yùn)行功能即感應(yīng)爐端電壓不隨外界因素而變化（例如進(jìn)線電壓，負(fù)載阻抗等）。電源具有內(nèi)控、外控功能，內(nèi)控時(shí)手動(dòng)啟停及調(diào)功：外控時(shí)可由進(jìn)行操作。負(fù)載感應(yīng)器的設(shè)計(jì) 負(fù)載感應(yīng)柜主要由加熱用感應(yīng)器，匹配電熱電容器、匯流通水母排、水分配器、低水壓保護(hù)等部分組成。其中感應(yīng)器采用通水紫銅管繞制，內(nèi)置耐高溫瓷管。感應(yīng)器內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)鋼絲直徑分組合理確定，不宜過(guò)大，本項(xiàng)目我們?cè)O(shè)計(jì)了二套感應(yīng)器。銅管及匝數(shù)應(yīng)依據(jù)對(duì)應(yīng)電源的

8、功率及頻率來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)感應(yīng)器必須有足夠的長(zhǎng)度，以保證鋼絲有足夠的加熱時(shí)間。淬火及回火出口處均應(yīng)有保溫均溫段，并帶加熱及溫度控制裝置，以防止高速情況下鋼絲的心表溫差過(guò)大，保證產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械及淬回火冷卻 整條生產(chǎn)線采用連線方式工作，由中央控制臺(tái)進(jìn)行集中統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。放線機(jī)構(gòu)采川立式放線加氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)度角放線，二只放線機(jī)分時(shí)交替：作，保證連續(xù)放線不停車。矯直機(jī)由壓送機(jī)構(gòu)（配減速機(jī)臺(tái)），前牽引機(jī)，（配減速機(jī)臺(tái)，壓送輪直徑由 對(duì)，液壓壓緊裝置），矯直機(jī)構(gòu) （配有水平矯直七輥，垂宜矯直七輥，減速機(jī)臺(tái)，自動(dòng)壓緊）三部分組成。其中壓送及牽引通過(guò)變頻器進(jìn)行控制，牽引機(jī)配減速機(jī)，壓送輪采川液壓壓緊裝置。帶隨動(dòng)的液壓剪

9、切機(jī)配電機(jī)油泵，保證剪切力及剪切速度，并能手動(dòng)自動(dòng)剪切及分料。淬火冷卻為帶噴頭油箱，外型尺寸為?；鼗鹄鋮s為帶噴頭水箱，外型尺寸為 。收線采州臥式結(jié)構(gòu)，收線機(jī)線盤直徑米，配電機(jī)，二只收線機(jī)分時(shí)交替：一：作，能實(shí)現(xiàn)不問(wèn)斷連續(xù)收線，單盤收線重量可達(dá) 屯。清洗機(jī)選用行星三輪清洗機(jī)構(gòu)，配電機(jī)。涂油機(jī)采剛浸油，刮油形式，保證油層均勻度。 傳動(dòng)與控制 由于彈簧鋼絲生產(chǎn)線為連續(xù)不間斷運(yùn)行，故電機(jī)與電源的自動(dòng)控制顯得尤為重要，并且將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，電機(jī)傳動(dòng)部分采用變頻調(diào)速電源來(lái)控制傳送線的運(yùn)行速度。利剛集控臺(tái)，通過(guò)及人機(jī)界面等控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)線啟動(dòng)時(shí)，能自動(dòng)完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及各電源的啟動(dòng)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度與功率

10、上升的合理匹配。自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱電源功率。溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)可保證淬火、回火的溫度穩(wěn)定。確保生產(chǎn)線按最佳：藝參數(shù)運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量不受人工及環(huán)境因素的影響。同時(shí)系統(tǒng)具有套工藝參數(shù)的設(shè)定、存儲(chǔ)、調(diào)節(jié)、修改、統(tǒng)計(jì)等功能。人機(jī)界面中文圖形文本（觸摸屏）可設(shè)定及實(shí)時(shí)顯示電源功率、頻率，鋼絲速度、長(zhǎng)度、直徑、重量及有關(guān)信息。 應(yīng)用與結(jié)論 按照上述方案，我們?yōu)檎憬敖K州二家公司設(shè)計(jì)研制了油網(wǎng)火彈簧鋼絲感應(yīng)加熱自動(dòng)生產(chǎn)線，由浙江大學(xué)三伊電氣電子：翻鼙公司制造，見圖。生產(chǎn)的油回火彈簧鋼絲部分?殉隹詮猓恚蔽伲保保矗潁幔澩俁齲玻懊祝種櫻慊鷂露齲梗矗啊茫鼗鷂露齲矗福啊檬保魈杏尤鵲繚叢誦脅問(wèn)?表感應(yīng)加熱電源的運(yùn)行參數(shù) 電源 淬火