装载机铲刀刃热处理生产线的研制与应用
发布时间：2008-04-06
装载机铲刀刃在作业中，受强烈的冲击和磨擦，要求有良好的韧性的耐磨性， 时铲刀刃须与铲斗底、侧壁焊接，要求有良好的焊接性能 。大型装载机的铲刀刃尺寸很大，要保证热处理后无显著变形，其难度是很大的。因此，国产装载机将铲刀刃分为数段加工和热处理，然后焊接组装。而国外进口的装载机铲刀刃是整体式的。为了提高国产装载机的质量和竞争能力，1993年厦门工程机械股份有限公司、山东工业大学工业炉研究所承接了国家重大引进技术消化吸收项目的子项目——装载机铲刀刃热处理及焊接工艺攻关材料性能论证。1996年1月研制成功，同年6月由国家机电部鉴定验收。
1 生产线组成及其技术关键
生产线由推料机、淬火炉、淬火压床、中间输送辊道、回火炉、末端输送辊道、供水及冷却系统、保护气供气系统和微机控制系统等组成。设备平面布置如图1，主要技术参数见表1。
1.供气系统 2.推料机 3.淬火加热炉 4.供水及冷却系统 5.淬火压床 6.中间输送辊道 7.回火炉 8.末端输送辊道 9.微机控制系统
表1
设备名称 技术参数
推料机 最大推力（kn）
推料速度(m/s)
最大移动距离(mm) 117
0.2
4400
淬火炉 额定温度(?c)
额定功率(kw)
炉膛工作尺寸(mm)
（长×宽×高）
氨气纯度（%） 950
144
3400×650×180
99.5
淬火压床 标称压力（kn）
活动横梁行程(mm)
最大供水量(m?/h) 2000
0-350
500
输送辊道 传输速度(m/s) 0.26
回火炉 额定温度(?c)
额定功率(kw)
炉膛工作尺寸(mm)
（长×宽×高）
工件输送速度（%） 200
90
7600×650×180
0.26
铲刀刃生产过程为：由推料机将待处理铲刀刃推入淬火炉，在保护气氛中加热至920?c，保温1h后迅速推入淬火压床，冷却，再经中间输送辊道进入回火炉，回火2h后送至末端辊道，处理完毕。
该生产线研制的主要技术关键是工件平衡输送，少无氧加热淬火后变形量很小，实现全自动控制。
1.1 工件输送机构
铲刀刃是大型板件，采用推送式或辊棒式两种方式输送。当采用推送式输送时，吊车待处理工件吊到辊道上，把工件推入淬火炉加热，该工件顶着炉内已经加热好的工件，将其推出炕外，送到淬火压床辊道上。当推料小车推 到预定的位置后，触动限位开关，减速器反向运动，带动小车返回原位。如此循环将工件推入、顶出淬火炉。采用辊棒式输送量，铲刀刃直接放在辊道上，随四其的转动前进。在淬火炉、淬 火压床、回火炉中均采用该输送方式。
1.2 减少铲刀刃热处理变形的措施
该生产线的技术关键是，保证铲刀刃在淬火回火且的变形量控制在允许的范围内。我们选择在淬火压床下进行淬火的方案，主要采取旭下技术措施。
（1）提高炉温均匀性 淬火炉采用电热辐射客加热，通过理论计算，铲刀刃淬火加热时比欧数bi<0.23，故将辐射管水平布置在铲刀刃上方200mm处。淬火炉分前、中、后三区，各区独立供电控温，提高炉门字符封性，炉子两端及炉门均选用耐火纤维预制件保温。
（2）淬火床设有浮动输送辊道 大淬火压床中设计了置于上下喷头之间的可浮动输送辊道，在输送工件时，辊道的工作面高度现淬火炉轨道面一致，待铲刀刃送至淬火位置后，由压床推动横梁下移使输送辊道下移，并将铲刀刃放置在下压诚意上该结构可实现工亻由淬火炉到淬火压床最快的传递，减少工件降温。
（3）确定理想的喷水结构 这里的关键问题是解决好压头结构和喷水系统的设计问题，压头结构选用对置式，上下各16个压头，压头喷沙土孔的位置和孔大小，经过多次喷水试验和改进，可实现均匀喷水。按淬火工艺要求，淬火工件一旦就位，上下喷头应立即同时喷水且喷水量均匀。由于水泵远离淬火压床，抽出的水要经管道延时后才能到达喷头；为此，设计了水包分水器，将其放在淬火压床的这边。水包始终充满水，一旦水泵开动，水包内的水立即喷出，保证喷水的及时和均匀。
喷水系统通过改变5台抽水泵的组合及调节32个水阀的开启度，调节上下喷头的喷水量。并通过plc控制系统控制喷水冷却时间，以便控制淬火组织的转变。
1.3 保护气氛的选用
淬火炉中保护气氛的种类是根据其淬火前材料状态及要求来确定的。因制作铲刀刃的ie0912钢板是轧制退火状态，表面有一层氧化薄层，在淬火加热时不应再加重氧化，故选用99.5%的氨气，这种气氛对工件氧化少，且成本较低，对环境无污染，无爆炸危险。
1.4 生产线实现全自动控制
该生产线选用日本欧姆龙系列模块可编程控制器儿为plc控制系统。考虑到生产线周围环境恶劣，且须对水、电、温度、压力、气氛、时间及工件输送等多种综合因素进生严格控制，做到动作准确，安全可靠，既方便操作，又 方便维修保养，因此该系统通过6个控制柜和3个操作台连接整条生产线及其配套系统，即从推料机、淬火炉、淬火压床、回火炉、输送辊道直运载供电、供水、供气系统的各个触点，进行实现对生产过程的全自动控制。为满足生产线调试及生产中可能遇到的各种需要，本系统学没有单机自动操作和手动操作等两种控制方式。
2 生产应用
2.1 材料
采用由鞍山钢铁公司按照cat公司ie0912标准研制，已经国家鉴定验收的低合金高强度钢制造，钢材的化学成分详见表2。
钢号 c si mn p s cr mo b
ie0921 0.15--0.21 0.15--0.35 0.95--1.3 <=0.035 <=0.04 0.4--0.65 0.25--0.35 0.0005--0.003
2.2 工艺
用ie0912钢制造铲刀刃的热处理工艺：淬火920?c经1h喷水冷却，喷水时间随板厚而异。在200?c以2h回火后，表面硬度hrc39--47。淬硬层深度>=10mm，距表面10mm处硬度hrc>=35。变形要求：全长3315mm板件的变形<=6.5mm,任意300mm内变形量<=1.5mm。
产品质量达到美国cat公司ie0912标准。
2.3 生产应用
到目前为止，该生产线已生产各种型号和铲刀刃、侧角刃1200多（套），除满足980s装载机配套外，已广泛用于zl50、zl40等各种型号的装载机产品上，生产、技术、工艺日趋成熟，，完全适用于规模生产需要。
根据广大用户的反馈住处表明，使用该生产线生产的整体式铲刀刃，其耐磨性能好，适用性强，可操作性好，装配方便，质量稳定，比分体式铲刀刃的耐磨性能提高3倍以上。厦门中建四局使用980s装载机，铲刀刃使用寿命达4300h以上（物料为碎石、砂土）。厦门zl50c装载机，用于铲挖碎石块、石子等，每副整体式铲刀刃的平均寿命为1400h左右，其作业时间是分体式的铲刀刃的3倍以上。因此，新型铲刀刃投产应用以来，深受广大用户的欢迎和信赖。