專利名稱：對空心鋼棒進(jìn)行淬火的方法和實施該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)空心鋼棒的方法，尤其是生產(chǎn)穿孔鉆桿的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有已知的傳統(tǒng)空心鋼棒(以下簡稱“棒”)的淬火方法，包括將棒以自由懸浮狀態(tài)浸沒在液態(tài)淬火介質(zhì)中，井隨后仍以自由懸浮狀態(tài)等待熱處理工序(冷卻到淬火溫度、正常淬火和其他エ序)。棒通常以50至100根為ー組，浸入在淬火介質(zhì)中，隨后的實施仍保持以組進(jìn)行。換句話說，熱處理工藝過程中需要所有的棒在同一時間進(jìn)行。此外，每個棒都被垂直懸掛，本質(zhì)上每根棒都是ー個獨立的對象被進(jìn)行熱處理，與其他的棒沒有任何關(guān)系。最接近本申請的現(xiàn)有技木現(xiàn)有淬火方法的缺點是該方法所獲得的經(jīng)淬火的棒一般具有不穩(wěn)定的幾何形狀、機械性能和運行性能。這些缺陷對產(chǎn)品的負(fù)面影響最明顯的體 現(xiàn)在穿孔鉆桿這種類型的產(chǎn)品上。一方面，這種類型的產(chǎn)品的各部分在其幾何形狀和結(jié)構(gòu)上有嚴(yán)格的要求，另ー方面，由于他們具有較小的橫截面(直徑19mm至25mm)、具有很長的長度(長至3米)，以及具有復(fù)雜的橫截面形狀(通常為六邊形)，在中心孔(普遍被稱為“通道”，通道直徑6mm至8mm)的截面也很小，因此不利于組合。現(xiàn)有的這種方法的實際應(yīng)用提供了以下平均水平一組棒的硬度偏差在45至59HRC、橫截面從40HRC至59HRC、長度偏差在50-59HRC (均等同于瑞典生產(chǎn)的中等碳鋼40HGS2匪)。棒軸的彎曲度，在同一網(wǎng)箱內(nèi)鑒定的彎曲度可達(dá)到幾十毫米/每延米而不是允許的I毫米/每延米。以相同的硬度單位計算，例如顯微硬度Hl 00，頂部網(wǎng)箱內(nèi)和底部網(wǎng)箱內(nèi)棒的內(nèi)表面的同類指標(biāo)相差在100至150個單位，例如分別為440H100和590H100。網(wǎng)箱內(nèi)部頂端不合格的淬火棒可以解釋為是由狹窄的通道堵塞，而阻止了其淬火介質(zhì)通過通道，渦流不受控制，使棒之間出現(xiàn)重疊，而不是讓其有ー個獨立穩(wěn)定的冷卻條件等因素所造成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高空心鋼棒的幾何形狀一致性以及在鉆孔作業(yè)中的機械性能和使用性能。該目的是通過以下對空心鋼棒進(jìn)行淬火的方法實現(xiàn)的，該方法包括在液體淬火介質(zhì)中浸沒空心鋼棒并使其在隨后的熱處理工序中保持該狀態(tài)，棒水平放置且在淬火過程中獨立加熱并使其受到外部壓カ的影響，外部壓カ均衡分散在棒的側(cè)表面的施加點上，同時淬火介質(zhì)的液流對棒的內(nèi)表面產(chǎn)生壓力。外部壓カ的作用面積占棒的總側(cè)表面面積的14%至16%，而淬火介質(zhì)的流量壓カ在通道內(nèi)應(yīng)不間斷的達(dá)到30升/分鐘至40升/分鐘。優(yōu)選的是，經(jīng)實驗證明，令每延米棒能持續(xù)得到500千克的外部壓力，可保證直徑從19至25mm的淬火棒的翹曲得到抑制。為了達(dá)到這ー效果，提供了ー種帶擠壓裝置的淬火設(shè)備，該擠壓裝置以龐大的板形式實現(xiàn)，板與棒的接觸面積為120至200mm2。這種參數(shù)的擠壓裝置可獲得足夠的工作效率。
該方法使用的淬火棒設(shè)備包括上板1，下板2,液態(tài)淬火介質(zhì)容器3,上氣缸4,下氣缸5，泵6，螺樁7，導(dǎo)軌8。設(shè)備動作過程如下在初始位置一。上板I和下板2分離。下氣缸5的活塞桿推出。沿導(dǎo)板8抬至淬火介質(zhì)水平面之上。工作狀態(tài)ニ。提前在下板2上將棒碼放好，再將兩板合到一起，使棒在兩板間夾紫。下氣缸5的活塞桿縮回至最低位置。由兩板壓緊棒的這個整體結(jié)構(gòu)完全浸沒在淬火介質(zhì)中。經(jīng)過2至3秒的延遲。開啟泵6,向通道噴注淬火介質(zhì)。對淬火介質(zhì)的循環(huán)和冷卻由整體系統(tǒng)提供。
工作狀態(tài)三。持續(xù)將棒冷卻到淬火溫度，泵6工作。工作狀態(tài)四。出產(chǎn)關(guān)閉泵6，下氣缸5的活塞桿將兩板抬起至淬火介質(zhì)水平面之上。驅(qū)動上氣缸4使兩板分離，將棒從下板上取下。使淬火介質(zhì)從通道中倒出。再將經(jīng)熱處理的棒放置在熱硬化棒架上。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的帶擠壓裝置的淬火設(shè)備的示意圖；圖2a為示出擠壓裝置，即兩板與棒的接觸面的側(cè)視示意圖。圖2b為示出擠壓裝置，即兩板與棒的接觸面的主視剖視示意圖。其中上板I，下板2，液態(tài)淬火介質(zhì)容器3，上氣缸4，下氣缸5，泵6，螺樁7，導(dǎo)軌8
具體實施例方式參照圖l、2a、2b的本發(fā)明的ー種實施例為加工出長度I. 8米至2. 2米的空心棒，例如穿孔鉆桿，該空心棒的材料為具有六邊形截面的預(yù)先滲碳過的高碳鋼棒，其外切圓直徑25暈米，內(nèi)徑為8. 6暈米。預(yù)先根據(jù)經(jīng)驗判斷上述設(shè)備的參數(shù)。確認(rèn)淬火作業(yè)的可能性，閉合擠壓裝置。擠壓裝置被設(shè)計為由龐大的上板、下板構(gòu)成，在上、下板的工作表面設(shè)置有由耐熱鋼(鋼標(biāo)號5XHM)形成的棱柱。通過確定閉合的面積可以確保淬火的質(zhì)量以及合理的棱柱結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際經(jīng)驗所知，為了線性硬度需求，該棒(每延米彎曲度不超過1_)，六面體上施壓點之間的距離在22mm至25mm不能超過25mm,而接觸面積不能超過200臟2。在這種條件下對該預(yù)先滲碳的高合金鋼進(jìn)行淬火時，棱柱封閉的區(qū)域和未封閉區(qū)域在硬度和結(jié)構(gòu)上沒有顯著區(qū)別。當(dāng)鋼棒承受500千克/每延米壓カ時，可確保彎曲被抑制。棱柱由具有足夠的穩(wěn)定性的5XHM鋼制成。負(fù)載施加點的布局可如圖2所示。淬火介質(zhì)可以為在溫度為30至40攝氏度的變壓器油。設(shè)備連接到廠房淬火介質(zhì)降溫系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，棒在爐內(nèi)加熱后被單獨處理，爐的加熱溫度為830° C，加熱時間為24分鐘，加熱后手動取出到淬火設(shè)備去。
提前移開上板，將從爐內(nèi)取出被加熱的棒放置在下板的棱柱上；然后再驅(qū)動上板和下板合在一起。三個氣缸直徑分別為300mm，當(dāng)空氣壓カO. 8至I個大氣壓時，可建立所需的2000千克壓力。此后將所有結(jié)構(gòu)浸沒入油中。應(yīng)特別注意將棒安裝在棱柱中的過程。需將作業(yè)中疏忽大意等因素排除在外。延遲2至3秒鐘。將兩板浸沒在油中后開啟泵，泵將油送入通道并開始為棒的淬火進(jìn)行倒計時。通過以前的經(jīng)驗確定通過管道的泵油量可在約30至40升/分鐘之間，例如，油的流速可為約30升/分鐘。用了 7分鐘將棒在30至40攝氏度的油中完全冷卻。然后再將兩板置于空氣中，控干，將棒從設(shè)備上取下并傾斜放置以便油從通道中排出。然后傳送棒去清洗并作低溫回火。淬火金相質(zhì)量控制必要的測試證實了整個棒的直徑和長度的結(jié)構(gòu)均勻性及硬度的均勻性。 該方法的產(chǎn)量為9根桿/小時。淬火棒經(jīng)過后續(xù)加工程序，即清洗，低溫回火，之后出產(chǎn)。取得了積極的成果。在棒上平均排列350至400炮眼米(m nypoMeTp u )，棒彈性性能水平足夠從而可以在鉆孔過程中防止棒發(fā)生塑性變形，從棒到棒的熱處理結(jié)果具有高一致性。相比按照本申請?zhí)幚淼陌?，按照?biāo)準(zhǔn)方法制作的棒有以下缺陷，首先，其曲率不可接受，即偏轉(zhuǎn)一般是8mm至10mm，因此需要作出修正；第二，由于豎井鉆探工作的塑性變形，15%左右的桿發(fā)生故障，這意味著棒在淬火是有缺陷的；第三，現(xiàn)有的棒應(yīng)用范圍過寬，即從50炮眼米至400炮眼米，從不是按照本申請的方法的350炮眼米至500炮眼米。表格I
生產(chǎn)—ノ3式
指標(biāo)本申請的方法原方法
平均制出，炮眼米400200
由于鉆孔塑性變形引起的故障率O15
適用范國，炮眼米350-50050 400由此，該方法具有明顯的優(yōu)勢，與原有方法相比較，可使棒的性能得到顯著的改
茲優(yōu)選的設(shè)備清單 豎井淬火爐SSHTSM8. 24/9. 5大氣環(huán)境帶配件安裝。P=140kw。 為了冷卻井坑及自身空氣冷卻的豎井風(fēng)扇——《穿透500》。 中溫豎井爐 24/7，00 P=100kw。 高溫爐腔內(nèi) 600 X 400 X 2400mm T=950。。P=120kw。 低溫爐腔內(nèi) 600 X 400 X 2400mm。T=200°。P=50kw。 淬火過程定制生產(chǎn)。 清洗機器單獨定制生產(chǎn)。
為了鋼棒施工作業(yè)的施工臺架?！?10噸橫梁起重機，起重機下空檔高度為5米。 金相實驗室(準(zhǔn)備顯微分析的設(shè)備) 所需最小生產(chǎn)面積為600平方米。 實驗室面積50平方米。 電源-變壓器-1000千伏安。 生產(chǎn)量1000桿組/月。
工作人員數(shù)量13人。 工人晝夜替班-除去兩人看設(shè)備，全天候運營。 遇到鐓頭圓邊需要獨立生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.對空心鋼棒進(jìn)行淬火的方法，其特征在于該方法包括以下步驟將空心鋼棒浸沒在液體淬火介質(zhì)中，并保持該狀態(tài)至熱處理工序，其特征在于將空心鋼棒預(yù)先加熱后，水平逐個擺放完全浸沒在淬火介質(zhì)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于使空心鋼棒側(cè)表面負(fù)載的壓力均勻的分布，使封閉區(qū)域面積為棒的總側(cè)表面積總和的14%至16%，在將棒從加熱爐取出放置于淬火介質(zhì)中這一過程中施加壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于在施加負(fù)載點中擠壓裝置接觸面積應(yīng)該在IOOmm2至200mm2范圍內(nèi)，施加負(fù)載點的數(shù)量在一個截面的外周上應(yīng)該不少于三個，各負(fù)載施加點之間的角度是120°，而開放區(qū)的長度應(yīng)該在25mm至30mm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于對空心鋼棒的外表面、內(nèi)表面的淬火是同時進(jìn)行的,并且內(nèi)表面的冷卻與噴注的液體淬火介質(zhì)的壓力有關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于施加于空心鋼棒的壓力負(fù)載不少于500千克/每延米，而通道中加壓淬火介質(zhì)的流速應(yīng)該確保在30升/分鐘至40升/分鐘之間。
6.使用前述I至5項中任意一項的方法的對空心鋼棒進(jìn)行淬火的設(shè)備，包括 用于將空心鋼棒浸入液體淬火介質(zhì)，以及用于將空心鋼棒在整個淬火過程以及取經(jīng)淬火的空心鋼棒的過程都保持浸在介質(zhì)中的裝置，還包括 對空心鋼棒進(jìn)行擠壓的擠壓裝置，該擠壓裝置包括兩個龐大的帶氣動傳動機構(gòu)的金屬板，在每個板的工作表面均設(shè)有棱柱，以及， 用于向通道內(nèi)傳送液體淬火介質(zhì)的高壓泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)空心鋼棒，由其是空心鉆桿的方法和設(shè)備。為了提高在液態(tài)淬火介質(zhì)下淬火棒的操作性能。為了實現(xiàn)抑制翹曲這一目的，施加在棒表面的擠壓負(fù)載不能少于500千克/每延米。這種情況下必須滿足的條件包括，使封閉區(qū)域面積為棒外側(cè)表面積總和的14%至16%，在施加負(fù)載點中擠壓裝置接觸面積應(yīng)該在100mm2至200mm2范圍內(nèi)，施加負(fù)載點的數(shù)量在一個界面周圍應(yīng)該不少于三個。水平逐個擺放的棒的外表面和內(nèi)表面同時淬火，且保證噴注在內(nèi)表面上的淬火介質(zhì)的流速為30升/分鐘至40升/分鐘。為了加工棒，設(shè)備配備了兩個龐大的帶氣壓傳動的板，頂部板棱柱設(shè)計，設(shè)備裝有高壓泵，以便將液體淬火介質(zhì)送至通道。
文檔編號C21D1/63GK102839267SQ201210190409
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者A·I·古路別夫, 馬利克·M·艾哈邁托夫, 格列布·B·羅西欣 申請人:A·I·古路別夫, 馬利克·M·艾哈邁托夫, 格列布·B·羅西欣