本發明涉及一種抽芯鉚釘釘套退火技術，特別是一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法及退火裝置。

背景技術：

高溫合金鋼（a-286）抽芯鉚釘釘套是航空標準件。抽芯鉚釘釘套的體積和有效加熱面積都很小，熱處理過程中存在如下一些問題:高頻感應加熱過程中釘套表面傳熱過快，加熱區域難以控制，特別是在局部退火處理時，往往很容易超出設定的退火區域；加熱不均勻，容易引起局部溫差過大，常常是部分區域低于熱處理設定溫度，而其他區域溫度偏高，甚至造成零件開裂，達不到局部熱處理的要求；熱處理過程控制不精確，重復性差，操作過程常常僅憑工人經驗，批量生產時產品質量穩定性差，成品率低。目前，市面上大多數熱處理設備只適合于對工件進行整體處理，而對工件進行局部熱處理的設備較少，特別是針對抽芯鉚釘釘套這類小型薄壁管狀零件的局部熱處理，缺少相應有效的方法和設備。

因此，抽芯鉚釘釘套生產過程中存在局部熱處理效果較差，產品質量不穩定、產品質量較差、成品率低、成本高、難以批量生產、熱處理過程控制不精確的缺點。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法及退火裝置。本發明在抽芯鉚釘釘套生產過程中可精確控制釘套局部加熱區域溫度，局部熱處理效果較好，可使釘套硬度呈現梯度變化、使釘套生產質量穩定、提高釘套質量、提高成品率、操作簡單、便于批量生產、熱處理過程控制精確。

本發明的技術方案：一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法，該方法是通過使釘套在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對釘套局部進行退火。

前述的一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法中，所述方法是通過使釘套的退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對退火區進行退火。

前述的一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法中，所述方法是通過加熱系統和輔助加熱套對釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對退火區進行退火。

前述的一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法中，所述方法是通過在輔助加熱套中設置內孔，且內孔的壁厚呈梯度變化，使輔助加熱套在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對放入內孔中的釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，從而使釘套硬度呈現梯度變化。

前述的一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法中，所述退火區加熱過程中，通過冷卻裝置對釘套端部非退火區進行冷卻；退火區加熱結束后，釘套溫度達到冷卻設定值對釘套進行冷卻。

按照前述的一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法所用的退火裝置，包括加熱系統和套在釘套外的輔助加熱套。

前述的退火裝置中，所述輔助加熱套，包括設在輔助加熱套中心位置的內孔，所述內孔壁厚呈梯度變化，內孔的長度為7~8mm，所述內孔的壁厚為1～3mm。

前述的退火裝置中，所述加熱系統前端一側設有冷卻裝置，所述冷卻裝置包括立柱，立柱上方設有安裝支座，安裝支座一設有端部冷卻管路和輔助加熱套，所述安裝支座另一端設有與端部冷卻管路連接的軟管b，所述端部冷卻管路包括一對與安裝支座連接的圓銅管，圓銅管與方銅管連接；所述輔助加熱套設在圓銅管之間，輔助加熱套前端設有插孔，方銅管設在插孔中，輔助加熱套和設在加熱系統中的感應線圈處于同一水平線。

前述的退火裝置中，所述輔助加熱套可選用中碳鋼、鐵基高溫合金、高mn鋼或cr鋼等鐵磁性材料制成。

前述的退火裝置中，所述退火裝置還包括工作臺，加熱系統設在工作臺上，工作臺上還設有在線冷卻系統，所述在線冷卻系統包括設在感應線圈上方的循環水管和設在感應線圈下方的水槽；所述工作臺中設有水箱a、水箱b、水泵a以及水泵b，所述水箱a和水泵a經軟管ａ與加熱系統連接，水箱a和水泵a經軟管ｂ與冷卻裝置連接；所述水箱ｂ和水泵ｂ經軟管ｃ與在線冷卻系統中的循環水管以及水槽連接。

前述的退火裝置中，所述退火裝置還包括設在加熱系統前端一側的夾持旋轉機構和設在加熱系統前端另一側的溫度檢測裝置，夾持旋轉機構下方設有移動平臺。

前述的退火裝置中，所述夾持旋轉機構包括固定板，固定板上設有直流電機和軸承座，軸承座中設有自緊鉆夾，自緊鉆夾與桿芯連接；直流電機和軸承座通過聯軸器連接。

前述的退火裝置中，所述溫度檢測裝置包括雙頭螺桿，雙頭螺桿上方設有安裝支架，紅外測溫儀設在安裝支架上。

前述的退火裝置中，所述移動平臺包括精密線性模組，精密線性模組一端設有步進電機，精密線性模組上方設有移動滑塊，精密線性模組上一側設有光電限位開關。

前述的退火裝置中，所述桿芯和感應線圈的圓心與輔助加熱套處于同一水平線上。

與現有技術相比，本發明采用高頻加熱技術，其工藝簡單，設備操作方便，不僅提高零件熱處理工作效率，而且能確保零件退火質量，同時降低工人勞動強度。本發明的應用，對提高航空標準件的制造技術水平和制造效率、提升我國航空標準件企業的市場競爭力起到很好的作用。

根據釘套表面硬度需求的，制定釘套表面的功能區域，同過設置輔助加熱工裝套，利用熱傳導對釘套表層進行熱處理，控制熱源的溫度分布及梯度，建立與硬度梯度對應的溫度梯度，達到釘套表面局部退火目的，使釘套硬度形成梯度變化。同時，利用輔助加熱工裝套對釘套進行間接加熱處理，避免了對釘套的直接加熱導致的灼傷。

通過在輔助加熱套中設置內孔，且內孔的壁厚呈梯度變化，使輔助加熱套在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對放入內孔中的釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，從而使釘套硬度呈現梯度變化。

輔助加熱套的內孔表面與釘套的外表面的間隙范圍0.1~0.5mm，通過選用中碳鋼、鐵基高溫合金、高mn鋼或cr鋼等鐵磁性材料制造輔助加熱套，具有耐高溫、熱傳導性能好等特點；

加熱過程中，由于輔助加熱套外圓壁厚不均勻導致內孔表面產生的熱不均勻，形成具有軸向溫度梯度的溫度場，然后利用熱輻射原理，使釘套退火區產生具有梯度變化的硬度。

通過使用紅外測溫儀檢測感應加熱溫度，并設定通斷溫度和冷卻溫度，當溫度達到設定值時輸出信號控制加熱系統和在線冷卻系統通斷。相對控制加熱時間的工藝方案，提高了加熱溫度與硬度對應性，減小了溫度對硬度靈敏性的影響。

通過設置冷卻裝置，可有效保護釘套自由端端部0～1mm范圍內，在退火過程中不被完全加熱，硬度形成梯度變化。

通過模塊設計，可更換不同規格的感應線圈、輔助加熱工裝套或芯桿等部件能滿足不同規格的釘套的生產制造，且安裝方便，可重復使用，降低生產成本。

以上內容實現了加熱退火過程自動控制、溫度在線檢測、精確控制釘套加熱區域、在線冷卻等功能，而且還具有操作簡單、制作成本低、適合于系列化釘套的批量生產制造等特點。

操作過程中選用功率范圍在15kw~20kw，頻率范圍在30khz～100khz的高頻機，感應線圈的匝數為1~3圈，感應線圈內圈直徑比輔助加熱套的直徑大10~30mm，方銅管內切圓和圓銅管的直徑范圍：?5~?10mm，壁厚1mm。退火過程中，利用溫度檢測裝置的紅外測溫儀標定檢測輔助加熱工裝套前端表面的溫度，該線紅外測溫儀測溫范圍為600~1600℃，調整角度范圍為：30°~80°。

利用溫度檢測裝置檢測輔助加熱套前端表面的溫度，并設定通斷溫度1300℃，設定冷卻溫度600℃，當檢測點溫度達到斷電設定值時，輸出信號使高頻機的斷電停止加熱，當檢測點溫度達到冷卻設定值時，輸出信號使在線冷卻系統工作，使釘套快速冷卻降溫，提高熱系統響應，減小了加熱溫度對硬度靈敏性的影響。

夾持旋轉機構中的直流電機轉速范圍為：300rpm~600rpm。夾持旋轉機構轉動過程中釘套徑向跳動小于0.1~0.5mm，使加熱退火過程加工均勻穩定。

移動平臺的進給距離范圍：0mm~200mm；精密線性模組的側面裝兩個光電限位開關，光電限位開關之間距離為釘套從起始位置到加熱位置的長度，精準控制釘套給進距離。

高溫合金釘套材料原始硬度在340hv，常規退火方法處理后釘套退火區材料硬度均勻約為200hv~220hv，尺寸范圍5-6mm。本方案處理后釘套退火區材料硬度具有梯度變化，退火區尺寸范圍7-8mm，最低硬度值約為200hv~220hv，尺寸范圍3mm，最高硬度340hv，尺寸范圍0.1~1mm。

綜上所述，本發明在抽芯鉚釘釘套生產過程中可精確控制釘套局部加熱區域溫度，局部熱處理效果較好，可使釘套硬度呈現梯度變化、使釘套生產質量穩定、提高釘套質量、提高成品率、操作簡單、便于批量生產、熱處理過程控制精確。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是輔助加熱套的透視結構示意圖；

圖3是加熱系統的結構示意圖；

圖4是溫度檢測裝置的結構示意圖；

圖5是冷卻裝置的結構示意圖；

圖6是夾持旋轉機構的結構示意圖；

圖7是移動平臺的結構示意圖；

圖8是在線冷卻系統的結構示意圖；

圖9是圖8中a部分的結構示意圖；

圖10是釘套剖視圖。

附圖中的標記為：1-輔助加熱套，2-內孔，3-立柱，4-安裝支座，5-軟管b，6-圓銅管，7-方銅管，8-插孔，9-加熱系統，10-感應線圈，11-工作臺，12-循環水管，13-水槽，14-水箱a，15-水箱b，16-水泵a，17-水泵b，18-軟管a，19-夾持旋轉機構，20-溫度檢測裝置，21-移動平臺，22-固定板，23-直流電機，24-軸承座，25-自緊鉆夾，26-桿芯，27-聯軸器，28-雙頭螺桿，29-安裝支架，30-紅外測溫儀，31-步進電機，32-移動滑塊，33-光電限位開關，34-軟管c，35-冷卻裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但并不作為對本發明限制的依據。

實施例。一種高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法，如圖1至圖9所示，該方法是通過使釘套在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對釘套局部進行退火；所述方法是通過使釘套的退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對退火區進行退火；所述方法是通過加熱系統9和輔助加熱套對釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對退火區進行退火；所述方法是通過在輔助加熱套1內設置壁厚呈梯度變化的內孔2，使輔助加熱套1在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對放入內孔2中的釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，從而使釘套硬度呈現梯度變化。

高溫合金鋼抽芯鉚釘釘套局部退火方法所用的退火裝置，包括加熱系統9和套在釘套外的輔助加熱套1；所述輔助加熱套1，包括設在輔助加熱套1中心位置的內孔2，所述內孔2壁厚呈梯度變化，內孔2的長度為7.5mm，所述內孔2的壁厚呈梯度變化，壁厚依次為1mm、2mm和3mm；所述加熱系統9前端一側設有冷卻裝置35，所述冷卻裝置35包括立柱3，立柱3上方設有安裝支座4，安裝支座4一端設有端部冷卻管路和輔助加熱套1，所述安裝支座4另一端設有與端部冷卻管路連接的軟管b5，所述端部冷卻管路包括一對與安裝支座4連接的圓銅管6，圓銅管6與方銅管7連接；所述輔助加熱套1設在圓銅管6之間，輔助加熱套1前端設有插孔8，方銅管7設在插孔8中，輔助加熱套1和設在加熱系統9中的感應線圈10處于同一水平線；所述輔助加熱套1選用中碳鋼、鐵基高溫合金、高mn鋼或cr鋼制成；所述退火裝置還包括工作臺11，加熱系統9設在工作臺11上，工作臺11上還設有在線冷卻系統，所述在線冷卻系統包括設在感應線圈10上方的循環水管12和設在感應線圈10下方的水槽13；所述工作臺11中設有水箱a14、水箱b15、水泵a16以及水泵b17，所述水箱a14和水泵a16經軟管ａ18與加熱系統9連接，水箱a14和水泵a16經軟管ｂ5與冷卻裝置35連接；所述水箱ｂ15和水泵ｂ17經軟管ｃ34與在線冷卻系統中的循環水管12以及水槽13連接；所述退火裝置還包括設在加熱系統9前端一側的夾持旋轉機構19和設在加熱系統9前端另一側的溫度檢測裝置20，夾持旋轉機構19下方設有移動平臺21；所述夾持旋轉機構包括固定板22，固定板22上設有直流電機23和軸承座24，軸承座24中設有自緊鉆夾25，自緊鉆夾25與桿芯26連接；直流電機23和軸承座24通過聯軸器27連接；所述溫度檢測裝置20包括雙頭螺桿28，雙頭螺桿28上方設有安裝支架29，紅外測溫儀30設在安裝支架29上；所述移動平臺21包括精密線性模組，精密線性模組一端設有步進電機31，精密線性模組上方設有移動滑塊32，精密線性模組上一側設有光電限位開關33；所述桿芯26和感應線圈10的圓心與輔助加熱套1處于同一水平線上。

按照本發明上述實施例所制得的釘套的剖視圖如圖10所示，釘套硬度呈現梯度變化，相比現有技術的制得的釘套局部熱處理效果更好。

工作原理：設備工作過程：移動平臺21處于起始位置（右側光電開關處），將釘套安裝在夾持旋轉機構19的芯桿端部，夾持旋轉機構19的直流電機23通電，帶動釘套旋轉；水泵a16通電，同時開啟加熱系統9和冷卻裝置35的冷卻水循環；移動平臺21的步進電機31通電開始進給，當到達給進距離設定值時左側光電開關獲得信號，移動平臺21停止，釘套進入輔助加熱套1，釘套端部與冷卻裝置35的方銅管7接觸，通過方銅管7中的冷卻水熱交換帶走釘套自由端部的熱量，形成非退火區，保護釘套自由端部不被完全退火；釘套到達工作位置后，加熱系統9的高頻機通電，感應線圈10開始加熱，輔助加熱套1逐漸加熱，通過在輔助加熱套1內設置壁厚呈梯度變化的內孔2，使輔助加熱套1在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，對放入內孔2中的釘套的退火區進行加熱，使退火區在加熱過程中形成具有溫度梯度的溫度場，從而使釘套硬度呈現梯度變化；當在線紅外測溫儀30檢測輔助加熱套1前端表面的標定點溫度到達斷電溫度設定值時，高頻機斷電，停止加熱；當在線紅外測溫儀30檢測輔助加熱套1前端表面的標定點溫度到達冷卻溫度設定值時，在線冷卻系統的水泵通電，循環水管12出水，持續時間5s，隨后移動平臺21后退，當右側光電開關獲得信號，移動平臺21停止，回到初始位置，取下加工完成的釘套。