CN112063812A - 一种分段淬火冷却方法及实现该方法的分段淬火冷却设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分段淬火冷却方法及实现该方法的淬火冷却设备；其中，方法为：型材在淬火冷却通道中传送，传送过程中对型材进行淬火冷却；淬火冷却通道沿型材传输方向分为至少两段区域；根据型材在各段区域冷却速度保持相同的要求，来调节各段区域冷却量的输出，使型材在各段区域的冷却速度相同。本发明可实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率，既可以避免型材淬火后开裂和变形，提升淬火工艺质量，又可以加快淬火速度和缩短淬火距离。
Description
技术领域
本发明涉及型材淬火技术领域，更具体地说，涉及一种分段淬火冷却方法及实现该方法的分段淬火冷却设备。
背景技术
将工件加热到临界点以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当速度在冷却介质(水、油、气等)中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
现有淬火设备采用风冷、水冷、雾冷等方式对型材进行冷却，但是现有淬火设备存在如下不足：
一、现有淬火设备整个淬火通道的吹风速度/喷水速度/喷雾速度相同，使得处于整个淬火通道的型材的冷却速度不同，导致淬火后的型材容易存在开裂和变形，或存在软点和软带，淬火工艺质量并不理想；
二、现有淬火设备对型材各个面的出风量/喷水量/喷雾量相同，并没有根据型材形状而调节；但是型材形状多样，各个面会存在厚度和面积不相同的情况；若对此类型材各个面提供相同分量的冷却风/冷却液/雾气，则会导致型材各个面冷却不均匀，最终导致型材变形，不能保证型材淬火后的平直度；
三、淬火前一工位设备通常固定地以型材中轴作为生产中心线，因此型材从前一工位设备输出时，型材下端面高度会随着型材横截面高度尺寸不同而有所不同；为适用于各种尺寸的型材，淬火设备的型材承托高度需要低于横截面高度最大型材在前一工位设备输出时的型材下端面高度；因此型材常常是倾斜地在淬火通道中传输；冷却装置并不能正对型材进行冷却，冷却效率和冷却能效较低，也难以对型材冷却进行精细化调节。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种分段淬火冷却方法及实现该方法的淬火冷却设备；本发明可实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率，既可以避免型材淬火后开裂，提升淬火工艺质量，又可以加快淬火速度和缩短淬火距离。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种分段淬火冷却方法，其特征在于：型材在淬火冷却通道中传送，传送过程中对型材进行淬火冷却；淬火冷却通道沿型材传输方向分为至少两段区域；根据型材在各段区域冷却速度保持相同的要求，来调节各段区域冷却量的输出，使型材在各段区域的冷却速度相同。
本发明方法根据在各段区域型材冷却速度相同时所需要的冷却量，来调节各段区域冷却量的输出；即从靠近前一工位设备至远离前一工位设备方向上型材温度从高逐渐降低，为使型材在各段区域的冷却速度相同，各段区域冷却量的输出应该为从少变多。冷却量输出分段独立调节，实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率；与整个淬火冷却通道冷却量输出相同的传统方案相比，本发明既可以避免淬火前半段冷却速度过快而导致型材开裂和变形，提升淬火工艺质量，又可加快淬火后半段冷却速度，提高设备整体淬火效率，缩短淬火距离。
优选地，所述调节各段区域冷却量的输出是指在保证输出量不变的情况下，根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却量的输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同；可避免型材各个面冷却不均匀而导致型材弯曲变形，可提升型材平直度。
优选地，还通过调整冷却装置的角度使冷却装置正对型材来输出冷却量，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。例如，通过上冷却箱来布设用于冷却型材上端面、左端面和右端面的冷却装置；通过调整上冷却箱的水平夹角，使上冷却箱与型材平行设置，从而使上冷却箱的冷却装置正对型材输出冷却量；使型材各个面冷却均匀并有利于实现冷却速度相同，可提高冷却能效和冷却效率，进一步实现冷却输出的精细化控制。
一种分段淬火冷却设备，其特征在于：包括上、下设置的上冷却箱和下冷却箱，以及供冷装置；上冷却箱和下冷却箱之间形成用于传输和冷却型材的淬火冷却通道；淬火冷却通道在型材传输方向上分为至少两段区域；各段区域分别布设有冷却输出器件组；各组冷却输出器件组分别与供冷装置连接，以实现各组冷却输出器件组分组启停和调节，以实现型材在各段区域的冷却速度相同。
本发明设备的工作原理是：型材在淬火冷却通道中传输，供冷装置使各组冷却输出器件组对型材进行冷却，并通过调节各组冷却输出器件组的冷却量输出，使型材在各段区域的冷却速度相同。冷却输出器件的冷却量输出分段独立调节，实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率；与整个淬火冷却通道冷却量输出相同的传统方案相比，本发明既可以避免淬火前半段冷却速度过快而导致型材开裂，提升淬火工艺质量，又可加快淬火后半段冷却速度，提高设备整体加工效率，缩短设备长度。
优选地，所述上冷却箱包括开口向下、呈半包围状的冷却槽；每组冷却输出器件组包括若干冷却输出器件；冷却输出器件布设在冷却槽以及下冷却箱上。用于冷却型材上端面和左右侧面的冷却输出器件均整合布设于上冷却箱上，有利于减少供冷装置的数量，并便于冷却输出器件与供冷装置之间的连接器件布设。
优选地，每组冷却输出器件组的冷却输出器件采用如下方案之一设置：
一、每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为四组；四组冷却输出器件分别为：用于冷却型材上端面的冷却输出器件、用于冷却型材下端面的冷却输出器件、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件以及用于冷却型材右侧面的冷却输出器件；四组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同；
二、每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为六组；六组冷却输出器件分别为：用于冷却型材上端面左半部分的冷却输出器件、用于冷却型材上端面右半部分的冷却输出器件、用于冷却型材下端面左半部分的冷却输出器件、用于冷却型材下端面右半部分的冷却输出器件、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件以及用于冷却型材右侧面的冷却输出器件；六组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。
该设计中，各组冷却输出器件分别与供冷装置连接，各组冷却输出器件冷却量的输出可根据型材各个面的厚度和面积进行独立调节，可避免型材各个面冷却不均匀而导致型材弯曲变形，可提升型材平直度。
优选地，所述冷却输出器件组和供冷装置采用如下方案中的任一种或两种以上：
一、各组冷却输出器件组均包括风嘴；供冷装置包括吹风装置；各组风嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的风道与吹风装置连接；
二、各组冷却输出器件组均包括喷液嘴；供冷装置包括供液装置；各组喷液嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的输液管与供液装置连接；
三、各组冷却输出器件组均包括喷雾嘴；供冷装置包括雾气发生装置；各组喷雾嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的管道与雾气发生装置连接。
本发明淬火冷却设备可以实现风冷、液冷、雾冷的任一种或多种组合。
优选地，所述上冷却箱通过至少两组升降装置实现定位；各组升降装置沿型材传输方向布设，以实现通过调节各组升降装置的升降高度来调节上冷却箱的水平夹角。
各组升降装置的升降高度调节，可实现上冷却箱的水平夹角调节，从而使上冷却箱与型材平行设置，从而使上冷却箱的冷却输出器件正对型材输出冷却量；使型材各个面冷却均匀并有利于实现冷却速度相同，可提高冷却能效和冷却效率，进一步实现冷却量输出的精细化控制。
优选地，所述下冷却箱包括下箱本体和侧挡板；所述侧挡板通过挡板升降机构连接在下箱本体的两侧；两侧侧挡板之间可拆装地设置有至少两个连接挡板；相邻连接挡板之间留有距离，以实现侧挡板升高时装入连接挡板，使下箱本体、侧挡板和连接挡板共同形成冷却槽。
该设计的好处是，本发明淬火冷却设备既可以实现风冷、液冷、雾冷、风+雾冷等方式，又可以实现穿水和驻波冷却。
优选地，所述下冷却箱设有若干并排设置、用于传送型材的传送辊。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明，淬火冷却通道中冷却量输出分段独立调节，实现淬火冷却量的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率；既可以避免淬火前半段冷却速度过快而导致型材开裂和变形，提升淬火工艺质量，又可加快淬火后半段冷却速度，提高设备整体淬火效率，缩短淬火距离；
2、本发明可避免型材各个面冷却不均匀而导致型材弯曲变形，可提升型材淬火后的平直度；
3、本发明可使冷却装置正对型材来输出冷却量，使型材各个面冷却均匀并有利于实现冷却速度相同，可提高冷却能效和冷却效率，进一步实现冷却输出的精细化控制；
4、本发明既可以实现风冷、液冷、雾冷、风+雾冷等方式，又可以实现穿水和驻波冷却。
附图说明
图1是本发明淬火冷却设备的结构示意图；
图2是本发明淬火冷却设备在上冷却箱倾斜状态下的剖面示意图；
图3是本发明淬火冷却设备的上冷却箱的结构示意图；
图4是图3中A部放大图；
图5是本发明淬火冷却设备的下冷却箱的结构示意图；
图6是图5中B部放大图；
图7是本发明淬火冷却设备的下冷却箱在侧挡板升高状态下的结构示意图；
图8是本发明淬火冷却设备中冷却输出器件布设示意图；
图9是本发明淬火冷却设备的风嘴、喷液嘴和喷雾嘴布设示意图；
其中，1为下冷却箱、1.1为传送辊、1.2为下箱本体、1.3为侧挡板、2为上冷却箱、3为升降装置、4为风嘴、5为喷液嘴、6为喷雾嘴。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
本实施例一种分段淬火冷却方法，型材在淬火冷却通道中传送，传送过程中对型材进行淬火冷却；淬火冷却通道沿型材传输方向分为至少两段区域；例如两段、三段、四段、五段、六段，甚至更多，分段越多控制越精确。根据型材在各段区域冷却速度保持相同的要求，来调节各段区域冷却量的输出，从而使型材在各段区域的冷却速度相同。
例如，型材从520℃淬火至120℃，设定冷却速度为N℃/sec，根据各段区域冷却平均速度达到N℃/sec所需的冷却量，来调节各段区域冷却量的输出。
本发明方法根据在各段区域型材冷却速度相同时所需要的冷却量，来调节各段区域冷却量的输出；即从靠近前一工位设备至远离前一工位设备方向上型材温度从高逐渐降低，为使型材在各段区域的冷却速度相同，各段区域冷却量的输出应该为从少变多。冷却量输出分段独立调节，实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率；与整个淬火冷却通道冷却量输出相同的传统方案相比，本发明既可以避免淬火前半段冷却速度过快而导致型材开裂和变形，提升淬火工艺质量，又可加快淬火后半段冷却速度，提高设备整体淬火效率，缩短淬火距离。
优选地，所述调节各段区域冷却量的输出是指在保证输出量不变的情况下，根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却量的输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。该设计可避免型材各个面冷却不均匀而导致型材弯曲变形，可提升型材平直度。
例如，通过视觉扫描型材横截面得到型材横截面形状，计算出型材各个面的厚度和面积；预先设置好经验数据库，根据型材各个面的厚度和面积从经验数据库中调取对应的数据，确定型材各个面对应的冷却量输出；或者是采用算法直接由型材各个面的厚度和面积得出型材各个面对应的冷却量输出。一般来说，厚度越厚，面积越大，对应的冷却量输出越多。
优选地，还通过调整冷却装置的角度使冷却装置正对型材来输出冷却量，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。例如，通过上冷却箱来布设用于冷却型材上端面、左端面和右端面的冷却装置；通过调整上冷却箱的水平夹角，使上冷却箱与型材平行设置，从而使上冷却箱的冷却装置正对型材输出冷却量；使型材各个面冷却均匀并有利于实现冷却速度相同，可提高冷却能效和冷却效率，进一步实现冷却输出的精细化控制。
实施例二
为实现实施例一所述的分段淬火冷却方法，本实施例提供一种淬火冷却设备，如图1至图9所示，包括上、下设置的上冷却箱2和下冷却箱1，以及供冷装置；上冷却箱2和下冷却箱1之间形成淬火冷却通道；淬火冷却通道在型材传输长度方向上分为至少两段区域；例如两段、三段、四段、五段、六段，甚至更多。各段区域分别布设有冷却输出器件组；各组冷却输出器件组分别与供冷装置连接，以实现各组冷却输出器件组分组启停和调节，以实现型材在各段区域的冷却速度相同。
本实施例中，淬火冷却设备可以实现风冷、液冷、雾冷、风+雾冷等多种方式。
各组冷却输出器件组均包括风嘴4、喷液嘴5和喷雾嘴6。相应地，当各组冷却输出器件组均包括风嘴4时，供冷装置包括吹风装置；各组风嘴4分别通过设置在上冷却箱2和下冷却箱1中的风道与吹风装置连接；冷却量是指出风量。当各组冷却输出器件组均包括喷液嘴5时，供冷装置包括供液装置；各组喷液嘴5分别通过设置在上冷却箱2和下冷却箱1中的输液管与供液装置连接；冷却量是指喷液量；供液装置可提供水或其它冷却液。当各组冷却输出器件组均包括喷雾嘴6时，供冷装置包括雾气发生装置；各组喷雾嘴6分别通过设置在上冷却箱2和下冷却箱1中的管道与雾气发生装置连接；冷却量是指喷雾量。下冷却箱1设有排水口，以排走冷却型材后的水、冷却液或雾气形成的冷凝水。
实际应用中，各组冷却输出器件组可只包括风嘴4、喷液嘴5和喷雾嘴6中的任一种或两种。
本发明设备的工作原理是：型材在淬火冷却通道中传输，供冷装置使各组冷却输出器件组对型材进行冷却，并通过调节各组冷却输出器件组的冷却量输出，使型材在各段区域的冷却速度相同。冷却输出器件的冷却量输出分段独立调节，实现淬火冷却的精细化控制，兼顾工艺质量和加工效率；与整个淬火冷却通道冷却量输出相同的传统方案相比，本发明既可以避免淬火前半段冷却速度过快而导致型材开裂，提升淬火工艺质量，又可加快淬火后半段冷却速度，提高设备整体加工效率，缩短淬火距离和设备长度。
上冷却箱2包括开口向下、呈半包围状的冷却槽；每组冷却输出器件组包括若干冷却输出器件；冷却输出器件布设在冷却槽的槽底和两侧槽侧壁以及下冷却箱上。用于冷却型材上端面和左右侧面的冷却输出器件呈半包围状布设，整合布设于上冷却箱上，有利于减少供冷装置的数量，并便于冷却输出器件与供冷装置之间的连接器件布设。
每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为六组。六组冷却输出器件分别为：位于冷却槽底左半部、用于冷却型材上端面左半部分的冷却输出器件，位于冷却槽底右半部、用于冷却型材上端面右半部分的冷却输出器件，位于冷却槽其中左侧槽侧壁、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件，位于冷却槽右侧槽侧壁、用于冷却型材右侧面的冷却输出器件，位于下冷却箱左半部、用于冷却型材下端面左半部分的冷却输出器件，以及位于位于下冷却箱右半部、用于冷却型材下端面右半部分的冷却输出器件；六组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。如图8所示，11为下冷却箱左半部区域，12为冷却槽底右半部区域，13为冷却槽右侧槽侧壁区域，14为冷却槽底右半部区域，15为冷却槽底左半部区域，16为冷却槽左侧槽侧壁区域；冷却输出器件在该六个区域布设。
例如，本实施例中，风嘴4和喷液嘴5在上冷却箱2冷却槽槽底左半部和右半部、冷却槽两侧槽侧壁，以及下冷却箱1左半部和右半部均有设置，形成对型材六个方向上冷却输出。
实际应用中，也可以是每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为四组。四组冷却输出器件分别为：位于冷却槽槽底、用于冷却型材上端面的冷却输出器件，位于冷却槽左侧槽侧壁、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件，位于冷却槽右侧槽侧壁、用于冷却型材右侧面的冷却输出器件，以及位于下冷却箱、用于冷却型材下端面的冷却输出器件；四组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。
各组冷却输出器件分别与供冷装置连接，各组冷却输出器件冷却量的输出可根据型材各个面的厚度和面积进行独立调节，可避免型材各个面冷却不均匀而导致型材弯曲变形，可提升型材平直度。
下冷却箱1包括下箱本体1.2和侧挡板1.3；侧挡板1.3通过挡板升降机构连接在下箱本体1.2的两侧；两侧侧挡板1.3之间可拆装地设置有至少两个连接挡板；相邻连接挡板之间留有距离，以实现侧挡板1.3升高时下箱本体1.2、侧挡板1.3和连接挡板共同形成冷却槽。本发明淬火冷却设备既可以实现风冷、液冷、雾冷、风+雾冷等方式，又可以实现穿水和驻波冷却。下箱本体1.2设有若干并排设置、用于传输型材的传送辊1.1。
本实施例中，两侧侧挡板分别在两侧设有卡槽；连接挡板卡设在卡槽中；穿水和驻波冷却时，可从喷液嘴将水输入冷却槽，也可以另外设置入水口以将水从入水口输入冷却槽；连接挡板高度较矮，水可从连接挡板上溢出，流到下箱本体两端，再从下箱本体两端的排水口排出，形成水的流动。
上冷却箱2通过升降装置3实现定位；升降装置3的数量为两组以上，例如两组、三组、四组，甚至更多；各组升降装置3沿型材传输长度方向布设，以实现通过调节各组升降装置3的升降高度来调节上冷却箱2的水平夹角。
各组升降装置3的升降高度调节，可实现上冷却箱2的水平夹角调节，从而使上冷却箱2与型材平行设置，从而使上冷却箱的冷却输出器件正对型材输出冷却量；使型材各个面冷却均匀并有利于实现冷却速度相同，可提高冷却能效和冷却效率，进一步实现冷却量输出的精细化控制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分段淬火冷却方法，其特征在于：型材在淬火冷却通道中传送，传送过程中对型材进行淬火冷却；淬火冷却通道沿型材传输方向分为至少两段区域；根据型材在各段区域冷却速度保持相同的要求，来调节各段区域冷却量的输出，使型材在各段区域的冷却速度相同。
2.根据权利要求1所述的分段淬火冷却方法，其特征在于：所述调节各段区域冷却量的输出是指在保证输出量不变的情况下，根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却量的输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。
3.根据权利要求1或2所述的分段淬火冷却方法，其特征在于：还通过调整冷却装置的角度使冷却装置正对型材来输出冷却量，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。
4.一种分段淬火冷却设备，其特征在于：包括上、下设置的上冷却箱和下冷却箱，以及供冷装置；上冷却箱和下冷却箱之间形成用于传输和冷却型材的淬火冷却通道；淬火冷却通道在型材传输方向上分为至少两段区域；各段区域分别布设有用于输出冷却物质的冷却输出器件组；各组冷却输出器件组分别与供冷装置连接，以实现各组冷却输出器件组分组启停和调节，以实现型材在各段区域的冷却速度相同。
5.根据权利要求4所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：所述上冷却箱包括开口向下、呈半包围状的冷却槽；每组冷却输出器件组包括若干冷却输出器件；冷却输出器件布设在冷却槽以及下冷却箱上。
6.根据权利要求5所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：每组冷却输出器件组的冷却输出器件采用如下方案之一设置：
一、每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为四组；四组冷却输出器件分别为：用于冷却型材上端面的冷却输出器件、用于冷却型材下端面的冷却输出器件、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件以及用于冷却型材右侧面的冷却输出器件；四组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同；
二、每组冷却输出器件组的冷却输出器件分为六组；六组冷却输出器件分别为：用于冷却型材上端面左半部分的冷却输出器件、用于冷却型材上端面右半部分的冷却输出器件、用于冷却型材下端面左半部分的冷却输出器件、用于冷却型材下端面右半部分的冷却输出器件、用于冷却型材左侧面的冷却输出器件以及用于冷却型材右侧面的冷却输出器件；六组冷却输出器件分别与供冷装置连接，以根据型材各个面的厚度和面积，分配型材各个面对应的冷却输出器件的冷却量输出，使型材各个面冷却均匀且冷却速度相同。
7.根据权利要求5所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：所述冷却输出器件组和供冷装置采用如下方案中的任一种或两种以上：
一、各组冷却输出器件组均包括风嘴；供冷装置包括吹风装置；各组风嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的风道与吹风装置连接；
二、各组冷却输出器件组均包括喷液嘴；供冷装置包括供液装置；各组喷液嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的输液管与供液装置连接；
三、各组冷却输出器件组均包括喷雾嘴；供冷装置包括雾气发生装置；各组喷雾嘴分别通过设置在上冷却箱和下冷却箱中的管道与雾气发生装置连接。
8.根据权利要求4所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：所述上冷却箱通过至少两组升降装置实现定位；各组升降装置沿型材传输方向布设，以实现通过调节各组升降装置的升降高度来调节上冷却箱的水平夹角。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：所述下冷却箱包括下箱本体和侧挡板；所述侧挡板通过挡板升降机构连接在下箱本体的两侧；两侧侧挡板之间可拆装地设置有至少两个连接挡板；相邻连接挡板之间留有距离，以实现侧挡板升高时装入连接挡板，使下箱本体、侧挡板和连接挡板共同形成冷却槽。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的分段淬火冷却设备，其特征在于：所述下冷却箱设有若干并排设置、用于传送型材的传送辊。
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