熱處理雙排連續(xù)爐雙軌不同運(yùn)行模式的比較

格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司 （南昌 330013） 王陸軍

1. 熱處理連續(xù)爐

熱處理連續(xù)爐一般是兩端開(kāi)門(mén)的貫通式爐，利用機(jī)械推料或機(jī)械化爐底輸料，主要用于工件成批量連續(xù)熱處理生產(chǎn)。對(duì)于連續(xù)的熱處理流程，需配備合適的連續(xù)熱處理爐；對(duì)于周期工作的熱處理工藝，要采用強(qiáng)制循環(huán)的控制氣氛，并使?fàn)t子的操作機(jī)械化和自動(dòng)化。熱處理爐一般是非標(biāo)設(shè)備，制造商根據(jù)客戶(hù)需求量身定制，熱處理連續(xù)爐與工件的輸送機(jī)構(gòu)及冷卻設(shè)備、清洗設(shè)備組成熱處理生產(chǎn)線。按工件的運(yùn)送方式，有以下幾種：推桿式、輸送帶式、振底式、輥底式、轉(zhuǎn)底式、步進(jìn)式及牽引式等。

熱處理滲碳淬火爐主要由預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、滲碳區(qū)、擴(kuò)散區(qū)、淬火區(qū)、回火爐（可選項(xiàng)）構(gòu)成。整條生產(chǎn)線布局環(huán)形回路結(jié)構(gòu)，主爐區(qū)有單排、雙排兩種結(jié)構(gòu)，分別適用于不同產(chǎn)能的生產(chǎn)。

2. 熱處理雙排連續(xù)爐

為充分挖掘熱處理連續(xù)爐產(chǎn)能，提高淬火區(qū)利用率，主爐配置空間很長(zhǎng)，占地面積很大，熱處理爐生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)出一種雙排連續(xù)爐（見(jiàn)下圖），即主爐加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)、高溫?cái)U(kuò)散區(qū)，采取雙軌道，以節(jié)省占地面積，達(dá)到充分利用爐子的能力。

雙排連續(xù)爐布置示意

3. 熱處理雙排連續(xù)爐雙軌相同生產(chǎn)周期運(yùn)行模式

傳統(tǒng)工藝基本上都遵循這樣一種生產(chǎn)模式，即相同材料相同有效硬化層的同一種工藝的產(chǎn)品同時(shí)走雙軌運(yùn)行。以我公司產(chǎn)品為例，材料20MnCrS5，齒輪類(lèi)有效硬化層要求0.6～0.9mm，軸類(lèi)有效硬化層要求0.8～1.2mm，生產(chǎn)齒輪類(lèi)產(chǎn)品時(shí)用2#工藝，一軌二軌齒輪零件輪流依次交替進(jìn)爐，生產(chǎn)完齒輪類(lèi)產(chǎn)品再切換軸類(lèi)產(chǎn)品采用3#工藝生產(chǎn)，一軌二軌全部是軸零件依次交替進(jìn)爐，反之亦然（見(jiàn)表1）。

表1 雙排連續(xù)爐雙軌相同生產(chǎn)周期運(yùn)行模式

按此生產(chǎn)模式，齒輪類(lèi)及軸類(lèi)工藝分別進(jìn)行了六輪工藝調(diào)試及工藝驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果可行。由于生產(chǎn)的均衡性，每日的生產(chǎn)供應(yīng)量相對(duì)固定，另外考慮降低在線庫(kù)存積壓，生產(chǎn)切換很頻繁，且相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間、消耗能源，或一條熱處理生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種工藝的產(chǎn)品。

4. 熱處理雙排連續(xù)爐雙軌不同生產(chǎn)周期運(yùn)行模式

為減少頻繁生產(chǎn)切換的時(shí)間能源浪費(fèi)，有必要推進(jìn)工藝革新和技術(shù)進(jìn)步。在整合兩種工藝同時(shí)運(yùn)行之前，筆者注意到兩種工藝同時(shí)運(yùn)行的一些條件并在之前工藝調(diào)試階段考慮到這個(gè)問(wèn)題，在相關(guān)參數(shù)設(shè)置上注意滿(mǎn)足這些條件。

（1）兩種工藝同步運(yùn)行，各對(duì)應(yīng)區(qū)溫度，碳勢(shì)應(yīng)該相同。

（2）由于推桿爐的原因，兩軌生產(chǎn)周期不同，雙軌同時(shí)運(yùn)行時(shí)主軌道設(shè)定時(shí)間卻是相同 。

（3）兩者的淬火工藝時(shí)間都不能影響到主軌道設(shè)定時(shí)間的運(yùn)行。

整條熱處理生產(chǎn)線按照動(dòng)作控制劃分為4個(gè)功能區(qū)，即SS1區(qū)控制后清洗室及回火爐的動(dòng)作，SS2區(qū)控制淬火油槽區(qū)的動(dòng)作，SS3區(qū)控制主爐各區(qū)動(dòng)作，SS4區(qū)控制前清洗室及預(yù)氧化爐的動(dòng)作。淬火區(qū)的動(dòng)作包括降溫區(qū)至淬火室開(kāi)門(mén)，降溫區(qū)推料到淬火室，料盤(pán)下落油槽，料盤(pán)在油槽下方雙室轉(zhuǎn)移，料盤(pán)淬火停留，料盤(pán)上升，料盤(pán)停留瀝油，料盤(pán)推至倒油裝置，倒油裝置傾斜，料盤(pán)傾斜停留倒油，倒油裝置復(fù)位，所有這些動(dòng)作必須在一個(gè)主軌道設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成（見(jiàn)表2）。

雙軌以不同生產(chǎn)周期運(yùn)行時(shí)，程序會(huì)根據(jù)兩種工藝的生產(chǎn)周期計(jì)算出最小公倍數(shù)作為一個(gè)總循環(huán)，計(jì)算出兩種工藝的生產(chǎn)周期乘積除以?xún)煞N工藝的生產(chǎn)周期之和為主軌道的設(shè)定時(shí)間，主軌道按此設(shè)定時(shí)間分別提示上料，程序根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別讓料盤(pán)進(jìn)入各自的軌道（一軌或二軌）。

運(yùn)行此種模式，同步進(jìn)行了三輪齒輪類(lèi)及軸類(lèi)工藝試驗(yàn)及驗(yàn)證，結(jié)果都達(dá)到了各自的有效硬化層、硬度、金相組織、非馬氏體組織等方面的工藝技術(shù)要求。

5. 兩種不同運(yùn)行模式的聯(lián)系與區(qū)別

采用兩種運(yùn)行模式雖然都生產(chǎn)出符合工藝技術(shù)要求的合格產(chǎn)品，但兩者之間各有優(yōu)劣。

（1）工藝參數(shù)、相對(duì)應(yīng)區(qū)的溫度、碳勢(shì)相同，時(shí)間上略有不同，但比較接近。如表1所示齒輪類(lèi)采用雙軌相同生產(chǎn)周期工藝（2#工藝，一軌道二軌道）在主爐內(nèi)總時(shí)間是420min，回火時(shí)間204min（回火爐內(nèi)總時(shí)間含升溫、保溫時(shí)間，下同），采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝（4#工藝，第二軌道）在主爐內(nèi)總時(shí)間是441.2min，回火時(shí)間241.9min。軸類(lèi)采用雙軌相同生產(chǎn)周期工藝（3#工藝，一軌道二軌道）在主爐內(nèi)總時(shí)間是574min，回火時(shí)間297.5min，采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝（4#工藝，第一軌道）在主爐內(nèi)總時(shí)間是597.8min，回火時(shí)間241.9min。采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝在主爐內(nèi)總時(shí)間都比相同生產(chǎn)周期長(zhǎng)20min左右，回火時(shí)間都能夠超過(guò)2h。

（2）采用雙軌相同生產(chǎn)周期工藝零件進(jìn)入主爐依次交替，輪流分別進(jìn)入一軌道、二軌道，采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝不再是依次輪流，也是有規(guī)律地循環(huán)有序進(jìn)入。初步研究結(jié)果表明：當(dāng)兩種工藝生產(chǎn)周期接近時(shí)，也是依次輪流交替進(jìn)入；當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)周期是另一個(gè)生產(chǎn)周期的約1.5倍時(shí)，長(zhǎng)周期的進(jìn)1個(gè)料盤(pán)后，短周期進(jìn)2個(gè)，再長(zhǎng)周期的進(jìn)1個(gè)，短周期也進(jìn)1個(gè)，如此循環(huán)；當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)周期是另一個(gè)生產(chǎn)周期的約2倍時(shí)，長(zhǎng)周期的進(jìn)1個(gè)料盤(pán)后，短周期的進(jìn)2個(gè)，如此循環(huán)。

（3）采用雙軌相同生產(chǎn)周期工藝只能生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，生產(chǎn)另外一種產(chǎn)品時(shí)必須切換工藝，切換時(shí)至少主爐內(nèi)產(chǎn)品必須走完，浪費(fèi)時(shí)間及能源。另外，要注意兩種淬火工藝切換時(shí)是否與主軌道周期干涉。

（4）采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝可以同時(shí)生產(chǎn)兩種工藝的產(chǎn)品，要使這種生產(chǎn)模式持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，兩種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量負(fù)荷匹配關(guān)系基本上是兩種零件裝料的料盤(pán)數(shù)與兩者生產(chǎn)周期成反比。

6. 試驗(yàn)結(jié)果比較與驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)兩種不同運(yùn)行模式各20輪生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，采用雙軌不同生產(chǎn)周期工藝較之采用雙軌相同生產(chǎn)周期工藝，結(jié)果齒輪類(lèi)有效硬化層平均值淺0.01mm，軸類(lèi)有效硬化層平均值深0.01mm，其他指標(biāo)表面硬度（80.5～83HRA），心部硬度（最低300HV10），金相組織（QC/T262－1999，馬氏體3～4級(jí)，奧氏體3～4級(jí)），非馬氏體組織（≤0.03mm）基本一致，都在合格范圍內(nèi)，見(jiàn)表3、表4。

表3 齒輪零件用兩種工藝生產(chǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表4 軸零件用兩種工藝生產(chǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)