井式爐組合吊具的創新設計與應用

張宇涵，楊杰

寧夏天地西北煤機有限公司 寧夏石嘴山 753000

1 序言

工裝夾具在熱處理作業中具有非常重要的作用，尤其在采用井式爐作業時，更是離不開工裝夾具，同時與熱處理質量也有密切的關系。其中熱處理工裝夾具通常會隨著工件一起加熱、冷卻，需要重復使用，易產生氧化、變形和開裂等問題，同時還會帶走部分熱量，占總熱量的18%～29%[1]，這無疑也增加了熱處理的生產成本。由于工裝夾具設計、材料選用不合理等原因，造成產品次品率居高不下、熱處理成本高、生產效率低等問題屢見不鮮，同時存在一定的安全隱患。

寧夏天地西北煤機有限公司熱處理設備多為井式爐，產品種類較多、批量大，因此設計一種通用性強、簡便輕量、經久耐用、安全可靠的熱處理組合吊具尤為重要。

2 組合吊具設計

結合常見零部件的結構特點、裝爐方式及加熱時爐內放置位置，根據“積木式”的設計思路，設計的吊具采用分體式結構，如圖1所示，由吊桿將圓盤、底座、調整套串聯起來。根據處理工件的大小、重量、形狀，通過更換調整套任意組合，實現吊具的層次、高度及裝載量的靈活適配。吊具上的柵孔設計可實現工件自由懸掛、平穩固定，保證爐內氣氛的流動性，并能夠滿足加熱均勻和冷卻均勻兩方面的要求，以保證工件熱處理后的硬度均勻和變形量最小。

圖1 組合吊具

優點在于吊具各個組成部分裝卸組裝簡單，調試、維護保養簡單易行，而且安全可靠，避免工件在起吊過程中因滑落而造成安全隱患及質量事故。

此外，圓盤正反面均可以使用，具有互換性，拉筋可有效地控制吊具的變形并提高其使用壽命。

3 實用案例

滲碳工件的裝爐、出爐工序一般都在比較高的溫度下操作，因此對吊具要求較高：需定位準確、吊掛安全牢靠、省時省力、輕巧靈活、操作方便，同時還要具備足夠的強度和剛度，不易變形開裂[2]。常見的吊具一般為兩腳或四腳吊具配合料框使用，安全可靠性差，出爐時，兩個工人分別站在爐臺旁，一人進行操作指揮，憑經驗和感覺吊鉤料框，操作時間較長，稍有不慎就會被高熱氣浪灼傷面部，有時還會因吊具變形造成起吊不準而翻框，給人員、設備、質量帶來一定的損失[3]。

逆止器是大型帶輪機制動系統的關鍵部件之一，其中逆止器內外圈，如圖2所示，其要求具有較高的表面硬度、耐磨性和承載能力。通常內外圈有效厚度較大，而綜合性能要求較高，常用的大型逆止器直徑高達2m以上，工件有效厚度≥120mm。如果采用普通熱處理方法，性能指標始終達不到技術要求。相關資料顯示，滲碳鋼深層滲碳可有效解決這一難題[4]。

圖2 逆止器內外圈

深層滲碳是滲層有效厚度＞3.5mm的滲碳。與普通滲碳相比，深層滲碳工藝非常復雜，滲層的厚度不單純是靠溫度、爐內碳勢及保溫時間的增加而增大，技術難度較高，代表了滲碳的綜合技術水平[5]。通常深層滲碳工藝周期達幾十甚至上百小時，因此對滲碳設備和工藝、吊具具有相當苛刻的要求：要有穩定的滲碳爐系統，設計使用可靠的深層滲碳工藝及吊具，以及在變形控制和開裂預防上采用有效措施，完善的深層滲碳質量控制體系。

在試驗過程中，采用這種組合吊具，可滿足滲碳工件加熱均勻、裝卸便捷的要求。爐內滲碳氣氛可通過底座及圓盤中的柵孔有效流動，有利于工件表面吸收。吊桿便于起吊，一人便可進行出爐操作，工人距離爐臺較遠，避免了熱浪的灼傷，如圖3所示。

圖3 逆止器內外圈深層滲碳

此外，由于工件始終處于自由、平穩、懸掛狀態，可有效地防止熱處理工件的變形。該組合吊具簡單、強度高，在進行熱處理時能夠均勻地釋放淬火應力，減少吊具開裂，可以延長使用壽命，保證生產安全，具有顯著的經濟效益。

該組合吊具已批量投入使用，可適用于工件滲碳、淬火、回火、正火及退火等多種熱處理作業。該組合吊具靈活性好，可合理裝爐，最大限度地利用設備空間，節約40%的裝爐、出爐和裝卸零件等輔助時間，更好地適應熱處理作業特點，使裝爐量提高了3～8倍，提高工作效率，降低了工人的勞動強度，保證了工人職業健康安全。