基于VB技術的滲碳熱處理裝量計算

■ 車永平，海俠女

滲碳熱處理是變速器零部件生產過程中關鍵的一環，實際生產中，在不改變設備參數、熱處理工藝的條件下，提高生產效率的唯一途徑便是增大裝爐量。不同零件裝量的設計主要從以下幾個方面進行考慮：設備類型、工裝參數、零件結構、零件熱變形規律、熱處理技術指標要求等。以我公司熱處理車間為例，設備類型主要分為兩類：多用爐、環形爐，爐腔的尺寸決定了基礎工裝（基礎料盤、承重盤、立柱等）的長、寬、高；而零件的結構和熱變形規律決定了零件的備料方式。

結合零件結構和熱變形規律，本文將零件的備料方式分為串放與平放。片齒類零件首選串放的備料方式，具有裝量大、效率高的特點；對于異形片齒類零件（薄壁件或成品尺寸要求精度高的零件等）則需采用平放的備料方式；軸齒類零件主要采用豎放、蹲放、掛放方式。可以認為，軸類零件的備料方式與齒輪類零件的平放備料方式相似，即軸齒類零件在高度方向上數量由軸長決定，而片齒類零件在高度方向數量由齒輪厚度決定。此外，軸類零件和某些平放片齒類零件需要進行位置約束，因此將平放又以無約束和定位約束兩種形式加以區分計算。

圖1 n/n型串放實物

一、串放計算

設定料盤的寬度為L1，長度為L2，高度為L3。沿寬度方向零件之間的間隙為t1，沿長度方向零件之間的間隙為t2，沿高度方向零件之間的間隙為t3。

1. n/n型（奇-奇、偶-偶）串放

（1）間隙t3≥0 如圖1所示，假設條件：①沿高度方向零件之間的間隙t3≥0。②高度方向每層串數相等。③零件-零件之間間隙與零件-邊界之間的間隙相同。

數學模型及計算過程：設零件的最大直徑為D，厚度為T，沿寬度、長度、高度方向所放零件數量分別為a1、a2、a3，且均為正整數，間隙值t1、t2、t3≥0。同時，對于特定零件及工裝，D、T、L1、L2、L3為已知值。n/n型串放正視狀態如圖2所示。

首先，L1方向計算。滿足條件：a1T+t1（a1+1）≤L1

則：t1≤（L1- a1T）/（a1+1）

由于t1＞0時，a1＜L1/T（t1=0時情況），且a1為正整數，則可利用VB分別計算當a1=1到L1/T之間t1值。當給定一個t1區間時，自動求出t1的最小值，即L1方向上可以擺放零件數的最大值。

其次，L2方向計算。滿足條件：a2D+t2（a2+1）≤L2

則：t2≤（L2-a2D）/（a2+1）

由于t2＞0時，a2＜ L2/D（t2=0時情況），且a2為正整數，則可利用VB分別計算當a2=1到L2/D之間t2值。當給定一個t2區間時，自動求出t2的最小值，即L2方向上可以擺放零件數的最大值。

再次，L3方向計算。當t3＞0時，L3方向與L2方向計算方式相同，此處不再贅述。

最后，裝量計算。設零件重量為W1（kg/件），料盤凈重為W2（kg/爐），料盤最大承重為W（kg/爐），零件個數為F，則實際生產中必須滿足以下關系式：W＞F W1+W2，其中F=a1a2a3。

若滿足上述條件，則裝量為F；若不滿足，則零件數減1，代入上述關系式，直到滿足條件為止。利用VB的do while循環進行操作，可快速、有效地進行計算。

（2）間隙t3＜0 假設條件：①沿高度方向零件之間的間隙t3＜0。②高度方向每層串數相等。③零件-邊界間隙 Δ＞0，但令其足夠小以至于計算中忽略不計。

數學模型及計算過程：①此種情況的L1、L2方向上的計算方式與上面類似，此處不再贅述。②L3方向計算。

此種情況時，高度方向擺放個數a3≥2，即a3-1＞0。

滿足條件：a3D+t3（a3-1）+2Δ≤L3

則：|t3|≥（a3D+2Δ-L3）/（a3-1）

如圖3所示，理論上|t3|是上圓A點與下圓B點之間的距離，最大值可以為D。但實際生產中，|t3|遠小于D值，因此，令|t3|＜D/2。此時，當上下層圓相切時，|t3|值最大。

由于a3為正整數，則可利用VB分別計算當a3=1到2L3/D（|t3|=D/2時的極限值）之間t3值。當給定一個t3區間時（包含于0＜|t3|＜D-H區間），自動求出t3的最小值，即L3方向上可以擺放零件數的最大值。

此種情況的裝量計算與以上類似，此處不再贅述。

2. n/n+1型（奇-偶）串放

圖4為n/n+1型實物串放狀態，圖5為n/n+1型串放正視狀態。結合上面的思路，計算出L2、L3方向上零件個數a2、a3，令n=a3/2（高度方向上零件個數除于2），則零件總數F=（a2a3-n）a1，運用上面提到的方法進行超重判別即可。

圖2 n/n型串放正視狀態

圖3 n/n型串放

圖4 n/n+1型實物

二、平放計算

1. 無約束放置

無約束放置主要針對于片齒輪平放，即L2L1（長度×寬度平面方向）平面放置，其數學模型與串放的L2L3（長度×高度）平面類似，因此，采用類似的方法進行計算，此處不再討論。

2. 定位約束放置

（1）設計思路 軸類零件和部分平放齒輪類零件在備料時需要進行約束，軸類零件豎放、蹲放、掛放均需要導向盤、定位孔等工裝輔助，以保證其豎直狀態；而部分平放齒輪類零件則需要定位孔+桿，以防止其在淬火入油位置移動導致的磕碰、損傷或淬火不佳等情況。通過對現有工裝的定位約束所需的導向盤進行梳理，建立零件尺寸及工裝尺寸的對應關系，如圖6所示。對于報價零件，可比較現有零件和報價零件的結構，若為類似結構，可采用現有導向盤，根據導向盤中孔的數量及總重量約束，得出零件裝量；如結構差異較大，可重新設計導向盤，得出零件裝量。

圖5 n/n+1型串放正視狀態

圖6 定位約束放置示意

圖7 n/n型串放

（2）設計過程 該過程計算重點主要對料盤參數信息的梳理及管理。將料盤信息數據儲存在Access數據庫中，運用Adodc、DataGrid控件進行后臺關聯，利用ShellExecute方法對PDF文檔進行打開操作，以更直觀地顯示料盤的信息。

三、測算過程

為了測試該計算系統的準確性，選取我公司常用零件的備料裝量進行計算，間隙值根據零件的性能需求經驗計算，具體過程如下。

1. n/n型（奇-奇/偶-偶）串放

選取零件進行測算如圖7所示，結構如圖7b所示，計算過程如圖7a所示。計算結果顯示可擺放齒輪數量為20個，與實際環形爐備料數量相同。

2. 無約束平放

選取零件進行測算如圖8所示，結構如圖8b所示，計算過程如圖8a所示。計算結果顯示可擺放零件數量為72個，與實際環形爐備料數量相同。由于該零件性能要求較高，因此，t1、t2間隙值設置較大，使其滲碳氣氛和淬火過程更加均勻。

3. 定位約束平放

選取零件進行測算如圖9所示，結構如圖9b所示，計算過程如圖9a所示，計算結果顯示可擺放零件數量為20個，與實際環形爐備料數量相同。值得一提的是，導向盤的最大孔數為28個，由于重量約束，其最終的零件數量限制在20個之內。

使用該系統計算零件的裝量方式與數量，在實際生產中具有較好的可實施性，在保證零件熱處理技術指標滿足圖樣要求和熱變形規律趨勢一致的情況下，最優化零件的備料方式。

圖8 無約束平放

圖9 定位約束平放

四、結語

該系統的建立，簡化了滲碳熱處理備料過程裝量計算的問題，對新產品的備料設計及成熟產品的備料優化均具有一定的指導意義；使車間備料工裝進行條理化，有助于工裝的統籌管理、使用；將理論與實踐有機結合起來，使備料過程不局限于經驗，而是借助于編程軟件的使用，在“兩化”的范疇中指導生產。

參考文獻：

[1] 胡光立，謝希文.鋼的熱處理（原理和工藝）[M].西安：西北工業大學出版社，1993.

[2] 明日科技. Visual Basic從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2015.