專利名稱：鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑲鋼導(dǎo)軌中導(dǎo)軌鑲板的熱處理工藝。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外的超精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床對床身導(dǎo)軌的精度要求越來越高。公知的，床身導(dǎo)軌的力學(xué)性能和幾何精度的好壞直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力以及使用壽命。鑲鋼導(dǎo)軌具有比較好的力學(xué)性能和耐磨性，在加工中心以及數(shù)控機(jī)床中得到了越來越多的應(yīng)用。而導(dǎo)軌鑲鋼是鑲鋼導(dǎo)軌的核心部件。雖然鑲鋼導(dǎo)軌的應(yīng)用越來越受到重視，但決定導(dǎo)軌鑲板重要性能的是所用鋼板的厚度，受限于當(dāng)前的工藝條件，一直是機(jī)床行業(yè)難以解決的問題。進(jìn)一步地，厚度的難點(diǎn)就在于淬火工藝。若導(dǎo)軌板太厚，不僅浪費(fèi)鋼材，使得床身的材料去除量也較大，加工時(shí)間顯著增加。而且過厚的導(dǎo)軌板很難淬透。鑲到機(jī)床上后經(jīng)過導(dǎo)軌的粗磨和精磨工序，硬度層會有比較大的減少，達(dá)不到理想耐磨的效果，使用壽命也大大降低。而如果導(dǎo)軌板太薄，淬火后導(dǎo)軌板的變形量較大，變形量最大的可以達(dá)到l_2mm，而對面留磨量一般要控制在0. 4mm 左右，顯然在上述變形量條件下很難滿足后續(xù)加工工序的要求。如果沒有校正的措施，將給后續(xù)的磨工序帶來很大的加工難度。因此在導(dǎo)軌鑲鋼的初期，導(dǎo)軌板的厚度都在25mm-30mm 之間，材料面積在400 X IOOmm左右?！兑恢丶夹g(shù)》2007年第三期(總117期)提出了一種“中厚板淬火問題及變形研究” 有一定的參考價(jià)值，并介紹了原有熱處理工藝為防止變形通過一種等效增加鋼板厚度的方法，即將兩工件使用螺栓把合在一起，淬火面朝外，并具體分析了其工藝缺陷和原因。同時(shí)提出了一種新工藝，但也仍然采用把合兩個(gè)工件的方法，只是先用套筒把兩工件隔開約 30mm的間隙，再行把合；目的在于增加淬火面積，減小淬火截面積，從而保證了足夠的冷卻速度，有能使工件的兩個(gè)面均能與淬火油接觸。做到工件的兩個(gè)面均勻冷卻，減少熱應(yīng)力。然而，把合點(diǎn)的存在不可避免的會影響該點(diǎn)的淬火和后續(xù)的冷卻，其效果并沒有顯著的提高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以淬硬較薄鋼板的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝， 較之現(xiàn)有工藝使鋼板的變形量明顯減小，且能夠獲得較理想的硬度。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，所采用以下技術(shù)方案為
一種鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，包括依序進(jìn)行的把作為工件的導(dǎo)軌板加熱的步驟和淬火步驟，以及回火步驟，還包括在所述淬火步驟后的加壓步驟，該加壓步驟具體為在淬火步驟后把工件平置于剛性的板形工裝中，進(jìn)行3飛分鐘的壓制，然后再執(zhí)行回火步驟。依據(jù)上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝采用在淬火后對工件進(jìn)行壓制的方案，使鋼板在淬火出油后剛好完成鋼板內(nèi)金相組織的轉(zhuǎn)變，以保證鋼板壓平后沒有塑性反彈。關(guān)于機(jī)理，發(fā)明人認(rèn)為，在淬火后鋼板內(nèi)的金相組織為一種將要轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體一過冷奧氏體，此時(shí)鋼板的塑性最好，所以在這個(gè)時(shí)段將鋼板拿出壓平是最佳時(shí)機(jī)，而且經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，鋼板在這個(gè)階段壓平冷卻后就不會再有反彈。并且發(fā)現(xiàn)一旦錯(cuò)過這個(gè)時(shí)機(jī)，鋼板內(nèi)的過冷奧氏體就會發(fā)生轉(zhuǎn)化，使鋼板的變形量將增大，而且很難校正。發(fā)明人認(rèn)為利用鋼的熱處理的物理特性進(jìn)行導(dǎo)軌板的處理，是解決導(dǎo)軌板熱處理變形大的技術(shù)問題的新的嘗試，且經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過該技術(shù)途徑能夠產(chǎn)生較好的技術(shù)效果，為解決導(dǎo)軌板熱處理變形大的問題提供了新的途徑。同時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，所獲得導(dǎo)軌鑲板的硬度滿足使用要求。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，所述板形工裝選用雙鋼板工裝，把工件平置在兩鋼板之間，且鋼板厚度不小于工件厚度的五倍；同時(shí)，要進(jìn)行壓力調(diào)整。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，進(jìn)行壓力調(diào)整的結(jié)構(gòu)為螺紋聯(lián)接與上述兩鋼板間的預(yù)緊結(jié)構(gòu)。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，所述導(dǎo)軌板加熱的步驟控制加熱溫度到預(yù)定加熱溫度，并控制加熱溫度上下不超過預(yù)定加熱溫度10° C。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，所述預(yù)定加熱溫度為900° C，對應(yīng)的加熱時(shí)間為 8、分鐘。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，所述淬火步驟為油淬火工藝，淬火時(shí)間控制在4(Γ60 秒，匹配工件出油溫度150— 200° C。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，在淬火步驟中，要抖動(dòng)工件或擾動(dòng)淬火油。上述鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，所述回火步驟的回火時(shí)間為45分鐘，且控制回火溫度在沈0° C，回火后的工件平置自然冷卻。


圖1為壓制工裝的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為相應(yīng)于圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線部分為工作區(qū)域。圖中1、壓緊螺栓，2、上壓板，3、工件，4、下壓板，5、壓緊螺栓。
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，一種鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，包括依序進(jìn)行的把作為工件的導(dǎo)軌板加熱的步驟和淬火步驟，以及回火步驟，前期步驟還可包括下料、熱處理正火、機(jī)加工、鉆工藝孔等步驟。核心步驟是在所述淬火步驟后的加壓步驟，該加壓步驟具體為在淬火步驟后把工件平置于剛性的板形工裝中，進(jìn)行3飛分鐘的壓制，然后再執(zhí)行回火步驟。關(guān)于加壓步驟的壓力設(shè)定，經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加壓需要考慮的因素是淬火后工件的塑形回彈，因此，據(jù)此通過有限次試驗(yàn)可以確定加壓壓力。這種壓力在板形工裝中容易獲得，且也容易調(diào)整，壓力設(shè)定初期可以采用較高的壓力。另外一種情況則是可以通過工件材料的彈性模量，預(yù)估一個(gè)值，進(jìn)行初始壓力的調(diào)定。初始壓力調(diào)定一般情況下根據(jù)彈性模量和截面系數(shù)而得出的值再乘以上一個(gè)1. 5^1. 8的系數(shù)。發(fā)明人認(rèn)為，在淬火后，擦凈工件表面后，使用工裝壓平鋼板，此時(shí)應(yīng)該是鋼板塑性最好的階段，也比較軟，容易塑成外力所需要的形狀。成形后的鋼板自然冷卻，鋼板內(nèi)的組織變?yōu)榇慊瘃R氏體，此時(shí)鋼板內(nèi)組織相對穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力相對較小，其后的變形量較小。關(guān)于壓制時(shí)間，壓制過程也是個(gè)冷卻過程，選定的壓制時(shí)間是經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證的，滿足理論上的金相組織的變化過程，壓制時(shí)間是保證這一過程的完成。由于同一批工件也會存在個(gè)性，因此，在選定時(shí)間內(nèi)可以再適當(dāng)延長，以實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最大值取一個(gè)1.1的系數(shù)，可滿足同批次工件的熱處理。關(guān)于工裝的選擇，應(yīng)采用剛性比較強(qiáng)的壓板，壓板的結(jié)構(gòu)為所述板形工裝選用雙鋼板工裝，把工件平置在兩鋼板之間，且鋼板厚度不小于工件厚度的五倍，以滿足剛度要求；即便是有比較厚的工裝，但也未必能夠滿足壓力的要求，此時(shí)需要配合輔助加壓裝置， 可以額外的附加重物，不過這勢必會造成架構(gòu)的臃腫和操作的繁瑣。因此，較好的結(jié)構(gòu)是進(jìn)行壓力調(diào)整的結(jié)構(gòu)為螺紋聯(lián)接與上述兩鋼板間的預(yù)緊結(jié)構(gòu)，通過螺栓的預(yù)緊力獲得所需要的壓力，預(yù)緊力可以通過力矩扳手直接讀取，經(jīng)過換算可以獲得相應(yīng)的壓力。使用壓板壓制的工藝滿足較小板厚件淬火處理，理論上板厚不再是鑲鋼導(dǎo)軌考慮的范疇。自然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠知曉，鑲鋼導(dǎo)軌板也不可能太薄，所以應(yīng)用本方案可以獲得較好經(jīng)濟(jì)性的鑲鋼導(dǎo)軌板。另外，依據(jù)上述方案，發(fā)明人認(rèn)為，前期的工序會對后續(xù)的工序產(chǎn)生一定的影響， 上述淬火步驟使用的冷卻劑是油，要點(diǎn)是加熱時(shí)間和淬火時(shí)間、方法，使鋼板在淬火出油后剛好完成鋼板內(nèi)金相組織的轉(zhuǎn)變，以保證鋼板壓平后沒有塑性反彈，減小變形量。前期步驟中所述導(dǎo)軌板加熱的步驟控制加熱溫度到預(yù)定加熱溫度，并控制加熱溫度上下不超過預(yù)定加熱溫度10° C，控制溫度在一定區(qū)間內(nèi)，可以獲得較穩(wěn)定的金相組織， 顯見的是，金相組織滿足前述內(nèi)容所述的相關(guān)金相組織，因此，依據(jù)金屬熱處理工藝學(xué)可以得出相應(yīng)的熱處理溫度區(qū)間，也就是相關(guān)金屬的相應(yīng)相變溫區(qū)。在該溫區(qū)內(nèi)根據(jù)鑲鋼導(dǎo)軌材質(zhì)熱處理物理特性，進(jìn)一步的選擇則是所述預(yù)定加熱溫度為900° C，對應(yīng)的加熱時(shí)間為 8、分鐘，滿足相變金屬充分且均勻的獲得。進(jìn)一步保障的工藝條件為，如前所述，所述淬火步驟為油淬火工藝，對于依據(jù)本方案的目標(biāo)物，也就是薄板結(jié)構(gòu)，淬火時(shí)間控制在4(Γ60秒，就可以淬透，匹配工件出油溫度應(yīng)控制在150— 200° C。 較佳地，在淬火步驟中，要抖動(dòng)工件或擾動(dòng)淬火油。因?yàn)殇摪灞容^薄，在油中的時(shí)間又不宜過長，所以抖動(dòng)或者擾動(dòng)本身是為了加速油的流動(dòng)，防止油介質(zhì)冷熱不均勻，而導(dǎo)致鋼板變形量增大。還可以加快鋼板的受熱速度， 使鋼板均勻快速的達(dá)到出油的溫度。在試驗(yàn)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，鋼板內(nèi)的金相組織為一種將要轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體一過冷奧氏體，此時(shí)鋼板的塑性最好，所以在這個(gè)時(shí)段將鋼板拿出壓平是最佳時(shí)機(jī)，而且經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，鋼板在這個(gè)階段壓平冷卻后就不會再有反彈。一旦錯(cuò)過這個(gè)時(shí)機(jī)，鋼板內(nèi)的過冷奧氏體就會發(fā)生轉(zhuǎn)化，使鋼板的變形量將增大，而且很難校正。所述回火步驟的回火時(shí)間為45分鐘，且控制回火溫度在沈0° C，回火后的工件平置自然冷卻?；鼗鹗菫榱讼摪鍍?nèi)部的應(yīng)力，使鋼板內(nèi)組織達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，提高導(dǎo)軌的精度保持時(shí)間。這種回火屬于常規(guī)的中溫回火。實(shí)例1
工件選擇材料為40Cr熱軋鋼板；按照長X寬X厚下料，獲得坯件 400mmX 190mmX IOmm 的鋼板。
基本工藝流程為下料一熱處理正火一機(jī)加工銑四周一機(jī)加工鉆孔一熱處理鹽爐加熱一油淬火一專用工裝壓平導(dǎo)軌板一冷卻一回火一機(jī)加工磨上下面一磨四周。初始的檢驗(yàn)條件除考量薄板件(實(shí)例厚度10mm，遠(yuǎn)小于同類一般鑲鋼導(dǎo)軌坯件的 25mnT30mm)的有淬火時(shí)間相應(yīng)減少，以及增加的專用工裝壓平導(dǎo)軌板外，其他的工藝條件， 可與現(xiàn)有工藝條件相同。當(dāng)然，其中的鹽爐加熱步驟的時(shí)間也可以因板厚較小也可以相應(yīng)減小，這里只在于驗(yàn)證專用工裝壓平導(dǎo)軌板的技術(shù)效果。工件在鹽爐加熱時(shí)間為8分鐘，加熱溫度控制在900士 10° C，然后把工件轉(zhuǎn)入淬火油中，淬火時(shí)間控制在40秒，油溫控制在65° C，紅外測溫測定的出油溫度為177° C，因受環(huán)境和個(gè)體影響，各工件在相同的工藝條件下的出油溫度會有不同。然后，擦干凈導(dǎo)軌板表面后，使用如附圖1和2所示的專用工裝壓平鋼板，壓制時(shí)間3分鐘。測定工件壓平步驟后的硬度達(dá)到HRC48。然后進(jìn)行回火處理，回火條件為回火時(shí)間45分鐘，回火溫度沈0° C，回火后硬度為 HRC45。變形量測定__
權(quán)利要求
1.一種鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，包括依序進(jìn)行的把作為工件的導(dǎo)軌板加熱的步驟和淬火步驟，以及回火步驟，其特征在于還包括在所述淬火步驟后的加壓步驟，該加壓步驟具體為在淬火步驟后把工件平置于剛性的板形工裝中，進(jìn)行3飛分鐘的壓制，然后再執(zhí)行回火步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，所述板形工裝選用雙鋼板工裝，把工件平置在兩鋼板之間，且鋼板厚度不小于工件厚度的五倍；同時(shí)，要進(jìn)行壓力調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，進(jìn)行壓力調(diào)整的結(jié)構(gòu)為螺紋聯(lián)接與上述兩鋼板間的預(yù)緊結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，所述導(dǎo)軌板加熱的步驟控制加熱溫度到預(yù)定加熱溫度，并控制加熱溫度上下不超過預(yù)定加熱溫度10° C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，所述預(yù)定加熱溫度為 900° C，對應(yīng)的加熱時(shí)間為8、分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，所述淬火步驟為油淬火工藝，淬火時(shí)間控制在4(Γ60秒，匹配工件出油溫度150— 200° C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，在淬火步驟中，要抖動(dòng)工件或擾動(dòng)淬火油。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，其特征在于，所述回火步驟的回火時(shí)間為45分鐘，且控制回火溫度在沈0° C，回火后的工件平置自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，包括依序進(jìn)行的把作為工件的導(dǎo)軌板加熱的步驟和淬火步驟，以及回火步驟，還包括在所述淬火步驟后的加壓步驟，該加壓步驟具體為在淬火步驟后把工件平置于剛性的板形工裝中，進(jìn)行3~5分鐘的壓制，然后再執(zhí)行回火步驟。依據(jù)本發(fā)明的鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝，較之現(xiàn)有工藝使鋼板的變形量明顯減小，且能夠獲得較理想的硬度。
文檔編號C21D9/00GK102492818SQ201110438359
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者王一嶺, 王曉剛, 閆克泉, 陳海玲 申請人:山東普利森集團(tuán)有限公司