本實(shí)用新型屬于離合器加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

膜片彈簧是膜片彈簧離合器的關(guān)鍵部件，膜片彈簧性能直接影響離合器總成的綜合性能。膜片彈簧主要采用熱處理加工，在同行業(yè)膜片彈簧指端淬火多采用251水溶液淬火。

采用有機(jī)水溶液淬火存在部分缺陷：

1、膜簧指端淬火方式為251淬火液淬火，在生產(chǎn)過程中由于清洗不徹底，造成個別膜簧存在生銹現(xiàn)象，導(dǎo)致廢品率持續(xù)上升。同時，存在質(zhì)量風(fēng)險，該風(fēng)險不可控制。

2、在淬火過程中，251淬火液溫度會隨著工件淬火發(fā)生變化，其溫度不可控制，不能保證其產(chǎn)品指端硬度的一致性。

3、251淬火液淬火后，需經(jīng)過清洗機(jī)高溫清洗，清水清洗，然后控干回火。生產(chǎn)節(jié)拍長，人員作業(yè)強(qiáng)度大。

4、251淬火液屬于危險廢棄溶液，國家環(huán)保要求嚴(yán)禁隨意排放，需要具有相關(guān)資質(zhì)的公司進(jìn)行回收處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是將淬火工藝中的液體淬火改為壓縮空氣淬火的壓縮空氣淬火裝置。

本實(shí)用新型是由上模體和下模體構(gòu)成，上模體結(jié)構(gòu)是：上模通過螺栓安裝在上架板上，在上模外套有外圍板，外圍板下面有上托板，并且和外圍板通過螺栓安裝在上架板上，外圍板側(cè)面開有圍板氣道，在上模側(cè)面開有與圍板氣道想通的上模氣道，上模內(nèi)部為充氣腔并與上模氣道想通，在上模下面通過螺栓安裝有上蓋板，上蓋板內(nèi)有與充氣腔相應(yīng)的蓋板氣腔，上蓋板上的蓋板氣腔處開有出氣孔，出氣孔對應(yīng)下模體的工件放置處。

本實(shí)用新型的淬火工藝是：

①經(jīng)過高周波加熱后的膜片彈簧置于下模上，并對應(yīng)在出氣孔下；

②此時上模體下落，直至上托板下表面與下模體上表面接觸，此時，膜片彈簧置于上模體上的上蓋板下面的工件槽內(nèi)；

③壓縮機(jī)依次通過圍板氣道、上模氣道向充氣腔和蓋板氣腔注入壓縮空氣，壓縮空氣迅速充滿充氣腔和蓋板氣腔；

④由于出氣孔孔徑較小，所以壓縮空氣再從出氣孔高壓高速噴出對膜片彈簧進(jìn)行快速冷卻；

⑤冷卻好后，上移上模體，將膜片彈簧取出即可。

本實(shí)用新型設(shè)備簡單易操作，只是將現(xiàn)有的沖壓設(shè)備的上模體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，不用對下模體改造，就可以通過壓縮空氣對膜片彈簧進(jìn)行冷卻。由于膜片彈簧在冷卻淬火過程中不接觸任何液體，所以，就不會產(chǎn)生生銹的現(xiàn)象，同時解決現(xiàn)有251淬火液冷卻的所有存在的缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型圖2B-B示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是由上模體和下模體11構(gòu)成，

上模體結(jié)構(gòu)是：上模9通過螺栓安裝在上架板7上，在上模9外套有外圍板6，外圍板6下面有上托板8，并且和外圍板6通過螺栓安裝在上架板7上，外圍板6側(cè)面開有圍板氣道5，在上模9側(cè)面開有與圍板氣道5想通的上模氣道4，上模9內(nèi)部為充氣腔3并與上模氣道4想通，在上模9下面通過螺栓安裝有上蓋板1，上蓋板1內(nèi)有與充氣腔3相應(yīng)的蓋板氣腔2，上蓋板1上的蓋板氣腔2處開有出氣孔10，出氣孔10對應(yīng)下模體11的工件放置處。

由于本實(shí)用新型是在現(xiàn)有沖壓設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，所以，下模體11不做任何改變，保持原有結(jié)構(gòu)形態(tài)，只是對上模體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造。

本實(shí)用新型的淬火工藝流程是：

①經(jīng)過高周波加熱后的膜片彈簧置于下模11上，并對應(yīng)在出氣孔10下；

②此時上模體下落，直至上托板8下表面與下模體上表面接觸，此時，膜片彈簧置于上模體上的上蓋板1下面的工件槽12內(nèi)；

③壓縮機(jī)依次通過圍板氣道5、上模氣道4向充氣腔3和蓋板氣腔2注入壓縮空氣，壓縮空氣迅速充滿充氣腔3和蓋板氣腔2；

④由于出氣孔10孔徑較小，所以壓縮空氣再從出氣孔10高壓高速噴出對膜片彈簧進(jìn)行快速冷卻；

⑤冷卻好后，上移上模體，將膜片彈簧取出即可。

以下結(jié)合實(shí)際對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：以下描述均是是以235膜片彈簧為例進(jìn)行描述

本實(shí)用新型主要是用壓縮空氣淬火指端淬火代替251水溶液淬火。

1、淬火原理是將加熱后的工件，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷工件，使之達(dá)到淬火效果。

2、膜片彈簧指端淬火工藝由壓縮空氣淬火代替251淬火液淬火。

3、制作壓縮壓縮空氣淬火整體模具（如圖1）。在圍板氣道5連接膠皮管以通入壓縮空氣，從而保證膜片彈簧指端淬火效果，保證其指端硬度達(dá)到工藝要求。壓縮空氣進(jìn)入充氣腔3和蓋板氣腔2的腔內(nèi)，腔內(nèi)體積為0.265m³，根據(jù)壓縮空流速（如下方計(jì)算），壓縮空氣在1.5S內(nèi)可以將缸內(nèi)充滿，壓縮空氣充滿充氣腔3和蓋板氣腔2腔內(nèi)后，順著導(dǎo)向，將壓縮空氣進(jìn)行分流如圖2，分流后從出氣孔10位置高雅高速流出，根據(jù)計(jì)算小孔孔直徑為2.5mm，并在圖10Φ50mm（以235膜片彈簧為例其指端位置大致在Φ50圓周上）鉆30個直徑為2.5mm的小孔，具體計(jì)算如下：

1、壓縮空氣冷卻的換熱過程：

當(dāng)一束壓縮空氣流射向需要冷卻的工件表面時，其中只有一小部分氣流能垂直到達(dá)工件表面，大部分氣流發(fā)生彎曲，與工件表面平行流動。垂直到達(dá)工件表面的空氣分子碰到熾熱的工件表面時將熱量以傳導(dǎo)的方式帶走，冷卻效率較高，而與工件表面平行流動的空氣分子只能按照邊界層理論與接近工件表面的低速流動邊界層氣體作對流換熱。通過邊界層再冷卻，冷卻效率極低。

要提高冷卻速度，就要突破邊界層，加大直達(dá)工件表面的氣流量，因此需要提高噴出氣流的速度，使其達(dá)到超音速氣流，要使壓縮空氣噴出速度達(dá)到超音速就必須使用拉瓦爾噴孔。

2、拉瓦爾噴孔原理：

1883年瑞典工程師拉瓦爾在制造蒸汽輪機(jī)時，發(fā)現(xiàn)有足夠壓力的蒸汽在先收縮后擴(kuò)張到噴孔上能獲得很高的氣體流速，這種類型的噴孔被稱作拉瓦爾噴孔。

通常氣體通過收縮的管徑時壓力下降，流速增加，在恢復(fù)到原來的管徑時壓力又上升、流速減小。如果在擴(kuò)張段后將管子鋸開，讓氣流噴射到大氣中，情況就不一樣了，在擴(kuò)張段氣體就會憑借足夠的壓力繼續(xù)膨脹使壓力進(jìn)一步下降，而膨脹使氣體流速進(jìn)一步增加，從而獲得高速氣流。在足夠壓力和正確的拉瓦爾噴孔的參數(shù)條件下，氣體可以超過音速的幾倍。

3、拉瓦爾噴孔設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)拉瓦爾噴孔的目的是為了獲得超音速氣流，并且氣流要均勻一致。

噴孔設(shè)計(jì)中最重要的幾何參數(shù)是喉徑d_c，其他參數(shù)由他而來。D_c取決于穩(wěn)定段空氣壓力P₀和通過噴孔的空氣流量（質(zhì)量流量Q或體積流量V）。

計(jì)算dc的空氣動力學(xué)近似公式可用：莫勒公式

D_c=0.353[v/(p₀+1)]^1/2t0^1/4

v---標(biāo)準(zhǔn)狀況下每小時通過噴孔的空氣體積

P₀—穩(wěn)定段空氣的表壓（相對壓力Mpa）

T₀---穩(wěn)定段空氣的絕對溫度，一般為313K—323K(40度-50度)

d_c----喉部直徑（mm）

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場使用直徑15mm壓縮空氣管路，壓縮空氣壓力調(diào)定位0.6Mpa,因此根據(jù)公式：V=Πr²*v,及P₀=p/2*v²計(jì)算出管路通過的空氣體積。

P為壓縮空氣密度為1.2千克/立方米

0.6*10⁶=1.2/2*v² v=1000米/秒

V=3.14*（0.015/2）²*1000=0.176立方米/秒

=10.6立方米/分鐘=632立方米/小時

以235膜片彈簧為例，其有15個指，設(shè)計(jì)圖1，上蓋板上30個孔，所以每個噴孔流量為：632/30=21.1立方米/小時。

所以根據(jù)公式：D_c=0.353[v/(p₀*10+1)]^1/2*t₀^1/4

得D_c=0.353*[21.1/7]^1/2*323^1/4=2.63

考慮到管道的壓力損失及氣流干擾效應(yīng)，計(jì)算值應(yīng)減去0.1-0.2mm，因此Dc=2.43-2.53mm。理論計(jì)算，圖1，鉆孔直徑為2.5mm。

從如圖2，通過出氣孔為2.5mm直徑小孔流出的壓縮空氣可以對膜片彈簧指端進(jìn)行快速冷卻，冷卻時間10S（10S為反復(fù)試驗(yàn)得出），以達(dá)到淬火效果，10S后壓縮空氣停止工作，接通信號，上模體上移至上限位位置，機(jī)械手將淬火后膜片彈簧工件抓至卸料區(qū)，然后下一件膜片彈簧繼續(xù)按照此流程進(jìn)行反復(fù)動作加工。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

1、膜片彈簧指端淬火通過采用壓縮空氣淬火，膜片彈簧指端不與液體淬火介質(zhì)接觸，工件生銹現(xiàn)象大幅度下降，廢品率由原來的1.12%降至0.024%。

2、以180系列膜片彈簧為例，采用壓縮空氣淬火與251水溶液淬火各生產(chǎn)100件膜片彈簧進(jìn)行對比，膜片彈簧指端硬度要求為55-60HRC，硬度分布如下：

表1：壓縮空氣淬火硬度分布表

表2251水溶液淬火硬度分布表

壓縮空氣淬火硬度偏差為1.5HRC,251水溶液淬火硬度偏差為2.7HRC, 膜片彈簧指端淬火介質(zhì)采用壓縮空氣，其淬火介質(zhì)本身穩(wěn)定性良好，排除溫度、溶度等影響因素。

在膜片彈簧指端淬火工序采用了壓縮空氣指端淬火生產(chǎn)100件，加熱時間為3S，壓縮空氣淬火時間為10S,加工成品后，在室溫25℃，相對濕度52%，放置了10天，未發(fā)現(xiàn)有生銹跡象。而同樣環(huán)境下，251水溶液淬火后，放置10天有6件生銹。

膜片彈簧指端淬火通過采用壓縮空氣淬火后，不與液體淬火介質(zhì)接觸，無需清洗，降低生產(chǎn)節(jié)拍由原來的班產(chǎn)1440件提升至1800件，降低人員作業(yè)強(qiáng)度。

膜片彈簧指端淬火通過采用壓縮空氣淬火后，無需251淬火液廢液排放，符合國家環(huán)保要求。

對壓縮空氣指端淬火的膜片彈簧進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，峰谷值為438/220，隨后裝配蓋總成，分別做了30萬、60萬次蓋總成動態(tài)分離耐久性試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求，實(shí)驗(yàn)后峰谷值分別為432/219，416/219。同時，在裝配分廠裝配的5個批次共4500件膜片彈簧生產(chǎn)過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)100%滿足總成技術(shù)要求。

改為壓縮空氣淬火，不使用251淬火液，全年使用淬火液約600公斤，每公斤20元，淬火液節(jié)約1.2萬元，每年產(chǎn)量約為50萬件，節(jié)約廢品金額=50（1.12%-0.024%)*7=3.836元，小組在活動在制作模具以及其他費(fèi)用共計(jì)4850元，節(jié)約金額=3.836+1.2=5.036萬元。