压缩空气淬火装置的制作方法

本实用新型属于离合器加工技术领域。

背景技术：

膜片弹簧是膜片弹簧离合器的关键部件，膜片弹簧性能直接影响离合器总成的综合性能。膜片弹簧主要采用热处理加工，在同行业膜片弹簧指端淬火多采用251水溶液淬火。

采用有机水溶液淬火存在部分缺陷：

1、膜簧指端淬火方式为251淬火液淬火，在生产过程中由于清洗不彻底，造成个别膜簧存在生锈现象，导致废品率持续上升。同时，存在质量风险，该风险不可控制。

2、在淬火过程中，251淬火液温度会随着工件淬火发生变化，其温度不可控制，不能保证其产品指端硬度的一致性。

3、251淬火液淬火后，需经过清洗机高温清洗，清水清洗，然后控干回火。生产节拍长，人员作业强度大。

4、251淬火液属于危险废弃溶液，国家环保要求严禁随意排放，需要具有相关资质的公司进行回收处理。

技术实现要素：

本实用新型的目的是将淬火工艺中的液体淬火改为压缩空气淬火的压缩空气淬火装置。

本实用新型是由上模体和下模体构成，上模体结构是：上模通过螺栓安装在上架板上，在上模外套有外围板，外围板下面有上托板，并且和外围板通过螺栓安装在上架板上，外围板侧面开有围板气道，在上模侧面开有与围板气道想通的上模气道，上模内部为充气腔并与上模气道想通，在上模下面通过螺栓安装有上盖板，上盖板内有与充气腔相应的盖板气腔，上盖板上的盖板气腔处开有出气孔，出气孔对应下模体的工件放置处。

本实用新型的淬火工艺是：

①经过高周波加热后的膜片弹簧置于下模上，并对应在出气孔下；

②此时上模体下落，直至上托板下表面与下模体上表面接触，此时，膜片弹簧置于上模体上的上盖板下面的工件槽内；

③压缩机依次通过围板气道、上模气道向充气腔和盖板气腔注入压缩空气，压缩空气迅速充满充气腔和盖板气腔；

④由于出气孔孔径较小，所以压缩空气再从出气孔高压高速喷出对膜片弹簧进行快速冷却；

⑤冷却好后，上移上模体，将膜片弹簧取出即可。

本实用新型设备简单易操作，只是将现有的冲压设备的上模体结构进行改进，不用对下模体改造，就可以通过压缩空气对膜片弹簧进行冷却。由于膜片弹簧在冷却淬火过程中不接触任何液体，所以，就不会产生生锈的现象，同时解决现有251淬火液冷却的所有存在的缺点。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型上盖板结构示意图；

图3是本实用新型图2B-B示意图。

具体实施方式

本实用新型是由上模体和下模体11构成，

上模体结构是：上模9通过螺栓安装在上架板7上，在上模9外套有外围板6，外围板6下面有上托板8，并且和外围板6通过螺栓安装在上架板7上，外围板6侧面开有围板气道5，在上模9侧面开有与围板气道5想通的上模气道4，上模9内部为充气腔3并与上模气道4想通，在上模9下面通过螺栓安装有上盖板1，上盖板1内有与充气腔3相应的盖板气腔2，上盖板1上的盖板气腔2处开有出气孔10，出气孔10对应下模体11的工件放置处。

由于本实用新型是在现有冲压设备基础上进行的改进，所以，下模体11不做任何改变，保持原有结构形态，只是对上模体进行了结构改造。

本实用新型的淬火工艺流程是：

①经过高周波加热后的膜片弹簧置于下模11上，并对应在出气孔10下；

②此时上模体下落，直至上托板8下表面与下模体上表面接触，此时，膜片弹簧置于上模体上的上盖板1下面的工件槽12内；

③压缩机依次通过围板气道5、上模气道4向充气腔3和盖板气腔2注入压缩空气，压缩空气迅速充满充气腔3和盖板气腔2；

④由于出气孔10孔径较小，所以压缩空气再从出气孔10高压高速喷出对膜片弹簧进行快速冷却；

⑤冷却好后，上移上模体，将膜片弹簧取出即可。

以下结合实际对本实用新型做进一步详细描述：以下描述均是是以235膜片弹簧为例进行描述

本实用新型主要是用压缩空气淬火指端淬火代替251水溶液淬火。

1、淬火原理是将加热后的工件，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷工件，使之达到淬火效果。

2、膜片弹簧指端淬火工艺由压缩空气淬火代替251淬火液淬火。

3、制作压缩压缩空气淬火整体模具（如图1）。在围板气道5连接胶皮管以通入压缩空气，从而保证膜片弹簧指端淬火效果，保证其指端硬度达到工艺要求。压缩空气进入充气腔3和盖板气腔2的腔内，腔内体积为0.265m³，根据压缩空流速（如下方计算），压缩空气在1.5S内可以将缸内充满，压缩空气充满充气腔3和盖板气腔2腔内后，顺着导向，将压缩空气进行分流如图2，分流后从出气孔10位置高雅高速流出，根据计算小孔孔直径为2.5mm，并在图10Φ50mm（以235膜片弹簧为例其指端位置大致在Φ50圆周上）钻30个直径为2.5mm的小孔，具体计算如下：

1、压缩空气冷却的换热过程：

当一束压缩空气流射向需要冷却的工件表面时，其中只有一小部分气流能垂直到达工件表面，大部分气流发生弯曲，与工件表面平行流动。垂直到达工件表面的空气分子碰到炽热的工件表面时将热量以传导的方式带走，冷却效率较高，而与工件表面平行流动的空气分子只能按照边界层理论与接近工件表面的低速流动边界层气体作对流换热。通过边界层再冷却，冷却效率极低。

要提高冷却速度，就要突破边界层，加大直达工件表面的气流量，因此需要提高喷出气流的速度，使其达到超音速气流，要使压缩空气喷出速度达到超音速就必须使用拉瓦尔喷孔。

2、拉瓦尔喷孔原理：

1883年瑞典工程师拉瓦尔在制造蒸汽轮机时，发现有足够压力的蒸汽在先收缩后扩张到喷孔上能获得很高的气体流速，这种类型的喷孔被称作拉瓦尔喷孔。

通常气体通过收缩的管径时压力下降，流速增加，在恢复到原来的管径时压力又上升、流速减小。如果在扩张段后将管子锯开，让气流喷射到大气中，情况就不一样了，在扩张段气体就会凭借足够的压力继续膨胀使压力进一步下降，而膨胀使气体流速进一步增加，从而获得高速气流。在足够压力和正确的拉瓦尔喷孔的参数条件下，气体可以超过音速的几倍。

3、拉瓦尔喷孔设计：

设计拉瓦尔喷孔的目的是为了获得超音速气流，并且气流要均匀一致。

喷孔设计中最重要的几何参数是喉径d_c，其他参数由他而来。D_c取决于稳定段空气压力P₀和通过喷孔的空气流量（质量流量Q或体积流量V）。

计算dc的空气动力学近似公式可用：莫勒公式

D_c=0.353[v/(p₀+1)]^1/2t0^1/4

v---标准状况下每小时通过喷孔的空气体积

P₀—稳定段空气的表压（相对压力Mpa）

T₀---稳定段空气的绝对温度，一般为313K—323K(40度-50度)

d_c----喉部直径（mm）

根据生产现场使用直径15mm压缩空气管路，压缩空气压力调定位0.6Mpa,因此根据公式：V=Πr²*v,及P₀=p/2*v²计算出管路通过的空气体积。

P为压缩空气密度为1.2千克/立方米

0.6*10⁶=1.2/2*v² v=1000米/秒

V=3.14*（0.015/2）²*1000=0.176立方米/秒

=10.6立方米/分钟=632立方米/小时

以235膜片弹簧为例，其有15个指，设计图1，上盖板上30个孔，所以每个喷孔流量为：632/30=21.1立方米/小时。

所以根据公式：D_c=0.353[v/(p₀*10+1)]^1/2*t₀^1/4

得D_c=0.353*[21.1/7]^1/2*323^1/4=2.63

考虑到管道的压力损失及气流干扰效应，计算值应减去0.1-0.2mm，因此Dc=2.43-2.53mm。理论计算，图1，钻孔直径为2.5mm。

从如图2，通过出气孔为2.5mm直径小孔流出的压缩空气可以对膜片弹簧指端进行快速冷却，冷却时间10S（10S为反复试验得出），以达到淬火效果，10S后压缩空气停止工作，接通信号，上模体上移至上限位位置，机械手将淬火后膜片弹簧工件抓至卸料区，然后下一件膜片弹簧继续按照此流程进行反复动作加工。

实验验证：

1、膜片弹簧指端淬火通过采用压缩空气淬火，膜片弹簧指端不与液体淬火介质接触，工件生锈现象大幅度下降，废品率由原来的1.12%降至0.024%。

2、以180系列膜片弹簧为例，采用压缩空气淬火与251水溶液淬火各生产100件膜片弹簧进行对比，膜片弹簧指端硬度要求为55-60HRC，硬度分布如下：

表1：压缩空气淬火硬度分布表

表2251水溶液淬火硬度分布表

压缩空气淬火硬度偏差为1.5HRC,251水溶液淬火硬度偏差为2.7HRC, 膜片弹簧指端淬火介质采用压缩空气，其淬火介质本身稳定性良好，排除温度、溶度等影响因素。

在膜片弹簧指端淬火工序采用了压缩空气指端淬火生产100件，加热时间为3S，压缩空气淬火时间为10S,加工成品后，在室温25℃，相对湿度52%，放置了10天，未发现有生锈迹象。而同样环境下，251水溶液淬火后，放置10天有6件生锈。

膜片弹簧指端淬火通过采用压缩空气淬火后，不与液体淬火介质接触，无需清洗，降低生产节拍由原来的班产1440件提升至1800件，降低人员作业强度。

膜片弹簧指端淬火通过采用压缩空气淬火后，无需251淬火液废液排放，符合国家环保要求。

对压缩空气指端淬火的膜片弹簧进行负荷试验，峰谷值为438/220，随后装配盖总成，分别做了30万、60万次盖总成动态分离耐久性试验，各项指标均达到技术要求，实验后峰谷值分别为432/219，416/219。同时，在装配分厂装配的5个批次共4500件膜片弹簧生产过程中各项数据100%满足总成技术要求。

改为压缩空气淬火，不使用251淬火液，全年使用淬火液约600公斤，每公斤20元，淬火液节约1.2万元，每年产量约为50万件，节约废品金额=50（1.12%-0.024%)*7=3.836元，小组在活动在制作模具以及其他费用共计4850元，节约金额=3.836+1.2=5.036万元。