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42CrMo数控刀杆热处理变形量超差的分析与改进

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    发表于 2019-4-28 08:24:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    42CrMo数控刀杆热处理变形量超差的分析与改进
    沈仕奇
    (中石化江钻石油机械有限公司,湖北 潜江 433124)
    摘 要:热处理变形量是刀具加工过程中的重要指标之一。变形量严重超差,不仅会照成后续校正加工的不便,甚至会导致产品报废,给企业和用户造成重大经济损失。文章对数控刀杆在箱式多用炉热处理生产的流程进行分析,剖析装料方式及工艺参数对数控刀杆热处理变形的影响,制订出合理的热处理工艺,减少了刀杆热处理变形,保证质量稳定,解决了车间和用户的困扰。
    关键词:刀杆;变形量;箱式多用炉

    [size=1em]江钻热处理厂对客户提供的42CrMo数控刀杆进行加工,客户要求硬度要求HRC42~45,刀杆跳动小于0.2mm,按照立装方式在爱协林箱式多用炉中试生产后,检测发现刀杆变形量7件只有1件跳动小于0.2mm,合格率只有13%,最大跳动达到1mm,不能满足客户需求。因而急需针对该变形量要求高的特殊产品设计在箱式多用炉的专用热处理方式,达成客户需求。

    1 原因调查及分析

    [size=1em]热处理变形受到诸多因素的影响,从原材料到成品的各个环节都可能对最终的热处理变形造成一定影响,如:材料、原始组织、预备热处理、结构设计、加工工艺、热处理工艺、装料方式、热处理设备及淬火介质等。由于刀杆属于来料直接热处理加工的对象,所以主要针对热处理工艺、装料方式、热处理设备及淬火介质环节进行调查和分析。

    [size=1em]在对首炉热处理后刀杆产品进行变形量检查发现,由于刀杆为长圆柱体,在生产过程中容易滑动与装料夹具碰撞。在对变形量较大的刀杆进行检查时,发现变形部位也集中在与料盘及其他刀杆的接触面上,所以判断产品在生产过程中与装料夹具、其他刀杆之间的磕碰是造成变形的主要因素之一。

    [size=1em]首炉刀杆热处理工艺为850℃下保温3h,油淬时间为30h,由于刀杆截面较小,奥氏体转化及马氏体转化所需要的时间较短,过长保温时间及油淬时间对刀杆变形造成了不利影响。刀杆在箱式多用炉内油淬时,在保证产品的冷却均匀性的同时,所使用的高速搅拌速度,造成淬火油流速较快,对刀杆在料盘中的稳定带来不利影响。

    2 工艺改进实验2.1 装料方式改进

    [size=1em]1)第二次试验:42CrMo刀杆10件,为解决变形,改变刀杆装夹方式,装炉方式设计为两种吊装方法,一种穿孔吊装(怕影响螺纹孔);另一种绑扎吊装(绑扎困难易掉)。两种方法各使用5件,其中绑扎吊装掉了3件,进炉前改了穿孔吊装。试验结果:刀杆变形量10件只有6件跳动小于0.2mm,3件超,1件不能测量,合格率只有60%,绑扎2件、1件掉落,不能进行绑扎调质。由客户厂家后确认穿孔吊装不会影响产品质量及后续生产后,确立刀杆的吊装方式为穿孔吊装。

    [size=1em]2)为完善不同类型的刀杆穿孔吊装的装料方式,在便于装料的同时提升单炉刀杆装料量,装炉方式为穿孔吊装刀杆,通过用细铁丝吊绑的方式,保证刀杆重心与铁丝挂点垂直。同时为了便于控制刀杆之间的相互磕碰,避免放置刀杆所悬挂的支撑杆晃动,在料框上放置带孔扣盘,控制每个孔内的刀杆数量。

    2.2 热处理工艺改进

    [size=1em]在确认装料方式后,结合前两次试验的结论,通过调整热处理工艺时间开展第三次试验。查阅资料[3]42CrMo材质的刀杆Ac3线为800℃,推测淬火温度Ac3+(30~50)℃,大致范围为830~850℃,根据刀杆横截面直径为<30mm,据此调整工艺,淬火850℃保温1.5h,油淬30min,回火工艺为420℃保温3h(HRC40~45)。此时试验应厂家要求追加了200L*20d刀杆,与之前试验的150L*25d刀杆共同生产。

    [size=1em]按照该装料方式及热处理工艺进行热处理加工后,经淬回火后的金相组织为索氏体,硬度满足符合质量要求。刀杆的变形量得到大幅缩小,刀杆变形量100件只有21件跳动超0.2mm,合格率近80%,200*20型号跳动最大,分析油搅拌速度影响变形主因。

    2.3 油淬工艺的改进

    [size=1em]1)第四次试验:按照厂家需求对200L*15d、250L*32d、150L*25d、200L*32d四种刀杆进行试验加工,其中250*30刀杆采用三种吊装,一孔吊装、二孔吊装、三孔吊装对比变形。

    [size=1em]查阅资料对42CrMo刀杆的淬透性进行确认,如表1所示。同时查阅现场淬火炉中科润快速淬火油KR118的冷却参数指标,如表2所示。

    [size=1em]确定油淬时间为20min,同时降低刀杆淬火油搅拌速度,初始速度定为零,同时油搅拌速度为100转/min。同时为了避免刀杆在下油池的过程中受到油流速对产品稳定性的影响,设置油搅拌的开启时间为下油池后1分钟,工艺在爱协林设备淬火4号炉16号工艺上进行调整。

    [size=1em]刀杆变形量67件只有23件跳动超0.2mm,合格率近60%;200*15型跳动最大30件有20件超,合格率30%;250*30刀杆三种吊装,合格率50%,一孔、二孔、三孔吊装合格率分别为0%、100%、50%。

    [size=0.8em]表1 第四次试验刀杆变形量数据表
    88906287d2660fc9e145dcec38224040.jpg

    [size=1em]经过试验得出以下结论:①经过调整油淬时间及油搅拌转速、开启时间,刀杆变形量控制有所提升;②250L*32d装吊装方式二孔吊装合格率最大,150L*25d刀杆已满足质量要求,200L*32d基本满足质量要求,200L*15d合格率较低不能满足质量要求。

    [size=1em]2)第五次试验:此次试验按厂家要求同四次试验相同工艺生产,250L*32d刀杆用二孔、三孔吊装,刀杆淬火油搅拌停转2分钟,搅速100转。

    [size=1em]试验结果:①刀杆200L*15d变形合格率只有32%,直径小于20mm的变形率高;②刀杆250L*30d二孔吊装合格率100%。

    [size=0.8em]表2 第五次试验刀杆变形数据表
    1e4cdd6c58f1cb6b16457e6be504dec9.jpg

    [size=1em]在与客户沟通后确定除200L*15d刀杆外其他类型合格率可以达到后续生产要求,同时根据之前全部试验过程确定下一步改进方向为:①淬火温度、保温时间向下调整,减少热应力对工件产出的蠕变;②增加油淬前预冷时间和油淬前期油搅拌停止时间。制定符合客户要求的热处理工艺标准和执行工艺。

    3 结束语

    [size=1em]经过实验及分析,刀杆热处理过程中装料方式、保温及油淬时间过长是导致刀杆变形量超标的原因。通过改进工艺,跟踪统计共13炉,抽检显示刀杆的变形量得到稳定控制,保持在90%以上的合格范围内,厂家验收后反馈后续生产及成品各项指标均符合要求,后期使用没有因为热处理原因而报废的工件,同时,由于热处理保温时间缩短,也降低了单炉生产的成本。如果按年产量1万件,变形量超差报废率20%,一件刀杆成本30元算的话,一年可以替厂家节约成本6万元,热处理每炉保温时间由3h缩短至1.5h,单炉成本由2435元/炉降低至1704.5元/炉,提高了该产品的热处理创效能力。

    [size=1em]参考文献:

    [size=1em][1]张智源,兖利鹏,程芳.《金属学及热处理》课程改革探索[J].内江科技,2016,37(4):155-156.

    [size=1em][2]陈子潘,孙建.金属学与热处理教学方法探讨[J].教育教学论坛,2018(14):177-178.

    [size=1em][3]张江锋.金属材料热处理节能新技术分析[J].经贸实践,2017(10):19.



    [size=1em]中图分类号:TG155

    [size=1em]文献标志码:A

    [size=1em]文章编号:1672-3872(2018)20-0070-02

    [size=1em]作者简介: 沈仕奇(1983-),男,湖北孝感人,工程师,研究方向:机械工程及其自动化。



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