本發明涉及一種氮化爐的改進，具體地說是一種專用于楔橫軋模具表面氮化、溫度加熱到540—570℃、防高溫變形、硬度可提高到48-52HRC的楔橫軋模具表面氮化爐。

背景技術：

楔橫軋模具是采用楔橫軋工藝軋制軸類件的重要成型配件，包括弧形塊，在弧形塊的表面具有不同功能的楔角和不同功能的展寬楞；不同功能的楔角和不同功能的展寬楞按不同的軸類件設計；一套楔橫軋模具有8塊組成，按順序固定在楔橫軋輥的圓周表面，弧形塊的高度為900mm，弧長為600—700mm，厚度為110mm。其楔橫軋模具的制作工藝是：離心澆鑄→粗加工→調質→精車→切塊→鉆孔→精加工；展寬楞、楔角的起楔段處在軋制輥體的表面中部，成型段的寬度趨近于軋制輥體的兩端邊沿。這種楔橫軋模具制作工藝的不足在于：成型的楔橫軋模具的硬度低，特別是展寬楞、楔角部位的調質成型硬度只能達到28-32HRC，致使楔橫軋模具使用壽命短，一套楔橫軋模具使用壽命一般為軋制軸類件6—8萬件，由于一套楔橫軋模的價格在12—16萬元人民幣，所以提高了軸類軋件的生產成本；如果調質成型硬度過高，模具精車加工困難。為了提高楔橫軋模具表面的硬度，特別是展寬楞、楔角部位的硬度，目前通常采用常規的淬火方式，淬火過程是：將制作的楔橫軋模具再次加熱至830℃以上，保溫4個小時，使之奧氏體化，隨即浸入淬冷介質中，再快速冷卻至室，進行馬氏體轉變，使楔橫軋模具的硬度、強度、韌性及耐磨性得到提高。這種淬火方式所存在的不足在于：一是在高溫加熱時，容易使楔橫軋模具的展寬楞、楔角部位變形，影響軸類軋件的軋制精度；二是其弧形塊變形，弧形塊模具在上軋輥固定時，在連接處高低不平，影響尺寸精度；三是硬度及其使用壽命提高幅度有限。

相同技術領域的技術人員都知道，氮化工藝可大幅度的提高工件表面硬度、耐磨、抗蝕、抗疲勞，已廣泛用于鋸條、螺絲、曲軸、缸套、柱塞、氣門、齒輪、渦輪、鉆頭、刀具、緊固件、銷軸、鋁擠壓模、電氣動工具零件等。氮化工藝是在氮化爐內進行。目前所使用的氮化爐大多包括由不銹鋼圓筒和內襯組成的爐體、加熱元件、內膽、爐蓋、攪拌風機、鼓風機、氮氣輸入管和進、出水管；其中：所述的加熱元件敷設于爐體內壁；內膽置于爐體內中部，內膽的外壁與爐體內壁之間為加熱腔；氮氣輸入管從爐蓋的一側伸入內膽內的下部，內膽的內壁為光滑弧面；攪拌風機的電機安裝在爐蓋的上壁中部，風葉伸入內膽的內腔上部；鼓風機安裝在爐體的外壁一側下部，出風口伸入爐體內加熱腔的下部，與此對應，在爐體內的加熱腔上部設有出風管；在爐蓋的一側設有伸入爐蓋水封冷卻環的進水管，在爐蓋的另一側設有與進水管相對應的出水管。這種氮化爐所存在的不足在于：一是在淡化處理過程中，由于內膽是靜止的，作用于工件上的氮氣壓力是一致的，所以所處理工件表面的硬度是一致的，不能對工件不同硬度要求的部位區別處理；二是由于內膽的底壁厚度與內膽的側壁厚度一致，所以影響承重能力；三是內膽的深度和直徑不適應放置楔橫軋模具。

通過檢索可知，目前有多種關于采用氮化工藝提高工件硬度的報道，但尚未見用于提高楔橫軋模具硬度的報道；更未見使楔角位置硬度高于展寬楞位置硬度的氮化工藝的報道。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種采用氮化工藝提高楔橫軋模具表面的硬度和耐磨性，并且使楔角位置硬度高于展寬楞位置硬度，其硬度能夠達到48-52HRC，防止楔橫軋模具高溫加熱變形，專用于楔橫軋模具表面氮化處理的楔橫軋模具表面氮化爐。

為了達到以上目的，本發明所采用的技術方案是：該楔橫軋模具表面氮化爐，包括由不銹鋼圓筒和內襯組成的爐體、加熱元件、內膽、爐蓋、攪拌風機、鼓風機、氮氣輸入管和進水管、出水管；其中：所述的加熱元件鑲設于爐體內壁；內膽置于爐體內中部，內膽的外壁與爐體內壁之間為加熱腔；氮氣輸入管從爐蓋的一側伸入內膽內的下部；攪拌風機的電機安裝在爐蓋的上壁中部，風葉伸入內膽的內腔上部；鼓風機安裝在爐體的外壁一側下部，出風口伸入爐體內加熱腔的下部，與此對應，在爐體內的加熱腔上部設有帶閥門的出風管；在爐蓋的一側設有伸入爐蓋水封冷卻環的進水管，在爐蓋的另一側設有與進水管相對應的出水管；其特征在于：所述的內膽底壁為平面；所述內膽底壁的厚度為內膽周壁厚度的兩倍，而且內膽底壁置于轉動盤上；所述的轉動盤轉軸從爐體底壁中心下伸與低速電機的主軸連接為一體，低速電機安裝在爐體的底部中心位置；所述的內膽的內壁設有等距離排列的楔形凸條，楔形凸條的楔向和置入的楔橫軋模具的弧形塊狀模具的楔角方向均為順時針方向，內膽為順時針轉動；所述的爐蓋的底壁固定設有圓口，內膽的上端設有縮口，縮口插入圓口內，在圓口的內壁與縮口的外壁之間設有陶瓷環，陶瓷環套裝2—3環；同理，在低速電機的軸穿過爐體底壁的位置也套設2—3環陶瓷環；所述的內膽的有效深度為1000mm，比楔橫軋模具的高度大100mm；所述的內膽的內直徑為1200mm，內周長為3768mm，比楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具的弧長之和再加40mm還要大1368—967mm；所述的內膽的圓周壁厚為8mm。

本發明還通過如下措施實施：所述的加熱元件設有等距排列的6環，上部3環為第一加熱區，下部3環為第二加熱區，采用0Cr25AL5電阻帶制作，每環電阻帶均采用陶瓷螺釘與爐體的內壁固定，而且在每環電阻帶的外壁與爐體的內襯之間設有陶瓷墊套；第一加熱區的3環電阻帶與第二加熱區的3環電阻帶按排列順序依次對應并聯后與控制柜內的電流調整模塊連接；在第一加熱區的3環電阻帶與第二加熱區的3環電阻帶之間各設一個測溫探頭，測溫探頭通過電纜與控制柜前板面上部的溫度顯示表連接；通過控制柜控制爐體內加熱腔的加熱溫度穩定在600℃，并在溫度顯示表顯示，如果加熱腔內的溫度顯示超過600℃，則通過控制柜的鼓風機啟動按鈕開啟鼓風機，同時打開出風管的閥門，通過鼓風使加熱腔內的溫度降低，當加熱腔內的溫度降至600℃以下時，即可關閉鼓風機，同時關閉出風管的閥門；當需要加熱腔內快速降溫時，通過加熱開關停止加熱，并打開出風管的閥門，開啟鼓風機，輸入冷空氣，即可實現加熱腔內快速降溫。

所述的內膽為316L防腐不銹鋼板焊接而成，周壁的楔形凸條設有3條，為軸向排列，與內膽焊接為一體。

所述的氮氣輸入管的入口通過氮氣管與氨分解罐的上部連通，氨分解罐通過氨氣管與儲氨罐的上端連通，儲氨罐內的氨氣在自身壓力下通過氨氣管流入氨分解罐，在氨分解罐內分解為氮氣，在自身壓力下通過氮氣管流入氮氣輸入管內。

所述的爐體的外壁采用鋼板焊接而成，鋼板的厚度為4mm，外壁按相關標準刷兩遍底漆、兩遍面漆，關鍵部位用耐中溫漆；內襯為全纖維復合材料，壓縮容重≥230Kg/m3，耐高溫1000℃，厚度250—260mm，采用標準的耐熱圓鋼鑲裝固定；在內襯的內表面噴涂一層高溫固化劑。

所述的爐蓋采用厚度為40mm碳鋼板制作；爐蓋的周邊通過等距離排列的螺桿與爐體的上壁連接。

所述的內膽的外壁上部設有“L”形下口沿，與此對應，在爐體的上壁設有“U”形環槽，“L”形下口沿卡入“U”形環槽內。

所述的低速電機的轉速為12轉/分鐘。

所述的控制柜內設有智能控溫儀，智能控溫儀內置“專家PID”調節模型，具有無超調、無欠調的高調節品質，質量可靠，電壓、環境溫度適應范圍寬，抗干擾能力強等優點；而且操作簡單，雙排數顯，分別顯示設定值和實測值，具有PID參數自整定，熱電偶或系統誤差校正等多種功能；控制柜內的加熱主回路采用大功率可控硅作為調功執行元件，模塊與風冷裝置、散熱器、過熱保護、阻容吸收、觸發器組成一體化調功組件，且結構緊湊，便于維護、更換；在控制柜的上部設有復合式自動空氣開關，用于切斷電源及短路、過載、過流保護；在控制柜內下部設交流接觸器，當超溫時或爐蓋開啟時自動切斷主回路，以確保設備和楔橫軋模具的安全；當一體化大功率半導體模塊或智能控溫儀意外故障時，經簡單調整記錄儀和接觸器可繼續控溫；由于控制柜為現有設備，可直接購買，所以對其結構和工作原理不作多描述。

本發明的有益效果在于：該楔橫軋模具表面氮化爐，由于內膽的周壁設有楔形凸楞，而且內膽是轉動的，所以氮氣相對楔橫軋模具表面的壓力隨著楔角的轉動增加了壓力，使楔角部位的硬度更加大，更有利于提高楔橫軋模具的使用壽命；經過試用檢測，其楔角位置的硬度能夠達到52HRC，其展寬楞位置的硬度能夠達到50 HRC；采用此方法，可防止楔橫軋模具高溫加熱變形，提高了軸類軋件的精度。

附圖說明

圖1、為本發明的結構軸向局剖視示意圖。

圖2、為本發明的結構內膽的橫斷面剖視放大示意圖。

圖3、為本發明的結構爐蓋的圓口與內膽的縮口裝配橫斷面剖視放大示意圖。

圖4、為本發明的結構爐體的側壁橫斷面剖視放大示意圖。

圖5、為本發明的內膽楔橫軋模具置入狀態橫斷面剖視放大示意圖。

具體實施方式

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5給出了本發明的一個實施例。參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5制作本發明。該楔橫軋模具表面氮化爐，包括由不銹鋼圓筒和內襯組成的爐體1、加熱元件2、內膽3、爐蓋4、攪拌風機5、鼓風機6、氮氣輸入管7和進水管8、出水管9；其中：所述的加熱元件2鑲設于爐體1內壁；內膽3置于爐體1內中部，內膽3的外壁與爐體1內壁之間為加熱腔10；氮氣輸入管7從爐蓋4的一側伸入內膽3內的下部；攪拌風機5的電機安裝在爐蓋4的上壁中部，風葉伸入內膽3的內腔上部；鼓風機6安裝在爐體1的外壁一側下部，出風口伸入爐體1內加熱腔10的下部，與此對應，在爐體1內的加熱腔10上部設有帶閥門的出風管11；在爐蓋4的一側設有伸入爐蓋水封冷卻環15的進水管8，在爐蓋4的另一側設有與進水管8相對應的出水管9；其特征在于：所述的內膽3底壁為平面，以利于楔橫軋模具的弧形塊的端面放置平穩；所述內膽3底壁的厚度為內膽3周壁厚度的兩倍，而且內膽3底壁置于轉動盤12上，由于楔橫軋模具共有上、下8塊弧形塊，其總重量可達2000—3000kg，一爐裝4塊，重量有1000—1500kg，通過內膽3的底壁加厚和置于轉動盤12上可使內膽3具有承載楔橫軋模具的承重能力；所述的轉動盤12轉軸從爐體1底壁中心下伸與低速電機13的主軸連接為一體，低速電機13安裝在爐體1的底部中心位置，通過低速電機13的轉動，實現內膽3的轉動，從而使置于內膽3內的楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具16處于低速轉動狀態；所述的內膽3的內壁設有等距離排列的楔形凸條14，楔形凸條14的楔向和置入的楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具16的楔角方向均為順時針方向，內膽3為順時針轉動，這樣，氮氣在楔形凸條14的楔角和置入的楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具16的楔角之間從寬間隙到窄間隙流動，使楔角處的壓力高于其他位置的壓力，從而使4塊弧形塊狀模具16的楔角處的強度更高；所述的爐蓋4的底壁固定設有圓口17，內膽3的上端設有縮口18，縮口18插入圓口17內，在圓口17的內壁與縮口18的外壁之間設有陶瓷環19，陶瓷環19套裝2—3環，通過陶瓷環19實現縮口18相對圓口17的密封轉動，而且摩擦力小，容易轉動；同理，在低速電機13的軸穿過爐體1底壁的位置也套設2—3環陶瓷環，實現密封轉動；所述的內膽3的有效深度為1000mm，比楔橫軋模具的高度大100mm；所述的內膽3的內直徑為1200mm，內周長為3768mm，比楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具16的弧長之和再加40mm還要大1368—967mm；所述的內膽3的圓周壁厚為8mm，適應楔橫軋模具的4塊弧形塊狀模具16的按順序放置。

作為本發明的改進：所述的加熱元件2設有等距排列的6環，上部3環為第一加熱區，下部3環為第二加熱區，采用0Cr25AL5電阻帶制作，每環電阻帶均采用陶瓷螺釘與爐體1的內壁固定，而且在每環電阻帶的外壁與爐體1的內襯之間設有陶瓷墊套26，從而增加電阻帶的發熱效果；第一加熱區的3環電阻帶與第二加熱區的3環電阻帶按排列順序依次對應并聯后與控制柜20內的電流調整模塊連接；在第一加熱區的3環電阻帶與第二加熱區的3環電阻帶之間各設一個測溫探頭21，測溫探頭21通過電纜與控制柜20前板面上部的溫度顯示表201連接；通過控制柜20控制爐體1內加熱腔10的加熱溫度穩定在600℃，并在溫度顯示表201顯示，如果加熱腔10內的溫度顯示超過600℃，則通過控制柜20的鼓風機啟動按鈕202開啟鼓風機6，同時打開出風管11的閥門，通過鼓風使加熱腔10內的溫度降低，當加熱腔10內的溫度降至600℃以下時，即可關閉鼓風機6，同時關閉出風管11的閥門；當需要加熱腔10內快速降溫時，通過加熱開關203停止加熱，并打開出風管11的閥門，開啟鼓風機6，輸入冷空氣，即可實現加熱腔10內快速降溫。

所述的內膽3為316L防腐不銹鋼板焊接而成，周壁的楔形凸條14設有3條，為軸向排列，與內膽3焊接為一體。

所述的氮氣輸入管7的入口通過氮氣管22與氨分解罐23的上部連通，氨分解罐23通過氨氣管24與儲氨罐25的上端連通，儲氨罐25內的氨氣在自身壓力下通過氨氣管24流入氨分解罐23，在氨分解罐23內分解為氮氣，在自身壓力下通過氮氣管22流入氮氣輸入管7內。

所述的爐體1的外壁采用鋼板1a焊接而成，鋼板1a的厚度為4mm，外壁按相關標準刷兩遍底漆、兩遍面漆，關鍵部位用耐中溫漆；內襯1b為全纖維復合材料，壓縮容重≥230Kg/m3，耐高溫1000℃，厚度250—260mm，采用標準的耐熱圓鋼鑲裝固定；在內襯1b的內表面噴涂一層高溫固化劑1c，形成一層隔熱墻，增大內襯面的強度及熱輻射性能，并進一步減小內襯蓄熱損失，達到快速升溫的效果，最大限度提高熱效率。

所述的爐蓋4采用厚度為40mm碳鋼板制作，保證使用中不漏氣，達到接近真空效果；爐蓋4的周邊通過等距離排列的螺桿27與爐體1的上壁連接。

所述的內膽3的外壁上部設有“L”形下口沿31，與此對應，在爐體1的上壁設有“U”形環槽32，“L”形下口沿31卡入“U”形環槽32內，使其密封固定。

所述的低速電機13的轉速為12轉/分鐘。

所述的控制柜20內設有智能控溫儀，智能控溫儀內置“專家PID”調節模型，具有無超調、無欠調的高調節品質，質量可靠，電壓、環境溫度適應范圍寬，抗干擾能力強等優點；而且操作簡單，雙排數顯，分別顯示設定值和實測值，具有PID參數自整定，熱電偶或系統誤差校正等多種功能；控制柜20內的加熱主回路采用大功率可控硅作為調功執行元件，模塊與風冷裝置、散熱器、過熱保護、阻容吸收、觸發器組成一體化調功組件，且結構緊湊，便于維護、更換；在控制柜20的上部設有復合式自動空氣開關，用于切斷電源及短路、過載、過流保護；在控制柜20內下部設交流接觸器，當超溫時或爐蓋4開啟時自動切斷主回路，以確保設備和楔橫軋模具的安全；當一體化大功率半導體模塊或智能控溫儀意外故障時，經簡單調整記錄儀和接觸器可繼續控溫；由于控制柜20為現有設備，可直接購買，所以故對其結構和工作原理不作多描述。

使用本發明時需按以下步驟操作：

1、首先按照現有離心澆鑄→粗加工→調質→精車→切塊→鉆孔→精加工的工藝，制作出8塊弧形塊狀模具16；

2、將步驟1制作的弧形塊狀模具16用汽油將表面清洗干凈，不得存在銹斑、贓物；

3、將內膽3置入爐體1內，并使內膽3的“L”形下口沿31卡入爐體1“U”形環槽31內，使其密封固定；

4、再將步驟2中處理的8塊弧形塊狀模具16按組裝順序分為兩組，第一組4塊再按組裝順序、沿內膽3內一周、垂直放入內膽3內，相鄰弧形塊狀模具16之間的距離為10mm，并使弧形塊狀模具16表面的楔角方向與楔形凸條14的楔向一致；

5、再在內膽3的縮口18上套設陶瓷環19，然后將爐蓋4蓋上，并使爐蓋4的圓口17扣在陶瓷環19的外側；

6、再用螺桿27將爐蓋4與爐體1固定，接通進水管8和出水管9，實現爐蓋4的水封和冷卻。

7、開啟氮氣輸入管7的閥門，向內膽3內輸入氮氣，對內膽3內進行排氣，排氣10—15分鐘，將智能控溫儀設定為150℃；

8、開啟加熱元件2的開關，邊排氣、邊加熱至150℃，保持2小時排氣，同時開啟低速電機13，使內膽3轉動，再將智能控溫儀設定至530℃，保持內膽3內的壓力為正壓，當內膽3內溫度達到530℃時，恒溫、恒流滲氮3—20小時，再調大氨氣壓力，讓排氣壓力適宜，滲氮4—70小時，再調小氨氣壓力，關閉氮氣輸入管7，退氮1—2小時，切斷電源停止加熱和轉動，給少量氨氣，使內膽3內維持正壓，待內膽3內的溫度降至150℃以下時，停止供氨，第一組即可出爐；

9、按以上步驟，再對第二組4塊弧形塊狀模具16進行氮化處理。

通過以上步驟，在本公司試用，淡化處理后的楔橫軋模具，經過檢測，其楔角位置的硬度能夠達到52HRC，其展寬楞位置的硬度能夠達到48-50 HRC；合格率98%；而且楔橫軋模具無變形；軋制軸類件20萬件，比原來提高了2倍。