大型工件淬火冷却系统设计原则

一、大型工件淬火冷却系统设计原则

大型工件的淬火冷却，在工艺上不同于中小型工件，因而在冷却系统的设计和制造时必须充分考虑到这些特殊性。在设计时，应该根据大型工件淬火冷却的特点，通过采用新技术，最大限度地满足其在技术经济性能、安全、节能、环保、自动化甚至智能化等方面的要求。

工件淬火冷却系统的技术性能，主要指工件在加热后，在冷却系统中经快速冷却而使工件获得要求的组织和机械性能、防止淬火裂纹及控制淬火畸变的能力。通常认为，选择适当冷却性能的淬火介质或者调整淬火工艺可以满足这些要求。但实际上，由于大型工件在制造材料、工件形状和尺寸等相关方面的不确定性，依靠更换淬火介质或调整淬火工艺来满足不同要求很难实现，但却可以通过配备合理、可控的搅拌器和搅拌方式来解决。经济性能包括设备投资成本和生产运行成本两个方面，应通过合理的材料利用和优化系统配置获得最佳的经济效果。

冷却系统的安全性，包括槽体强度、安装位置及地面以上高度、自动灭火单元的可靠性、淬火油温度控制及含水量在线测控等。

槽体强度可使用ANSYS分析软件进行有限元计算。分析步骤分为模型建立、网格划分、变形云图、应力云图和分析结论五个部分。其中，变形云图和应力云图分别见图4－22和图4－23。

图4－22　变形云图

图4－23　应力云图

通过有限元分析，只要选择适当的安全裕量，即可以获得合理的设计结果。槽体安装时的地面以上高度，应按《机械制造企业安全质量标准化考核评级标准》执行。

热处理是一个高耗能工序，但同时也具有较大的节能空间。从冷却系统设计角度，则应在尽量减小装机容量、避免能源多次转换造成的损失、采用新型换热器、根据工艺要求自动切换耗能设备、降低淬火介质配备比例等方面，体现出节能效果。

热处理污染源主要表现在淬火油烟、淬火油或具有污染性质淬火介质排放及滴漏、设备运行噪声三个方面。从设计和制造的角度，控制污染是不能截然分开的，如选择低噪声辅机、可靠的焊接质量、有效的油温控制、负压足够的引风机和油烟净化器等。需要重点指出的是，排烟管的吸烟口都设置在淬火槽上口，工作时很容易将明火吸入排烟管道，点燃管道中的油垢，进而造成严重后果，因此，必须考虑自动灭火问题。

自动控制是保证实现上述各项功能的必要条件，但由于工程造价等因素的限制，也有手动/自动相结合的半自动控制设计。这种设计除灭火和淬火介质温度控制外，其余功能则采用手动控制。

大型工件淬火冷却系统的智能化以工控机和编程控制器为核心，具有人工智能的性质，是近年来才出现的高技术装备，目前尚在进一步完善和提高。