王立洋

(贵州大学 机械工程学院，贵州 贵阳 550025)

0 引言

抽芯铆钉是飞机上使用的重要标准件，在国外，美国、德国和日本等制造业强国在抽芯铆钉的研制方面遥遥领先。美国的TEXTRON公司于70年代就己经研制成功各种类型的抽芯铆钉。近些年，我国抽芯铆钉的研制取得了一定的进展，但与美日等发达国家相比，在品种和质量上都存在很大差距。由于我国自行研制的抽芯铆钉达不到相关技术要求，不得不从外国进口。

热处理工艺对钉套产品质量起着至关重要的作用。本文针对抽芯铆钉钉套退火设备冷却系统进行设计，旨在优化钉套的热处理工艺，提高钉套产品合格率，打破国外技术封锁，实现A-286型抽芯铆钉的国产化。

1 局部退火工艺原理

本文研究的航空用抗拉型抽芯铆钉钉套如图 1 所示［1］。

图1 抽芯铆钉钉套及退火区尺寸要求

该铆钉钉套的工艺原理为:

零件上套有辅助加热套，利用高频机对零件退火区进行间接加热退火。钉套端部非退火区只有1 mm，退火过程中会被间接加热，为保证端部硬度，需要对端部进行冷却。加热完成后，零件风冷到400℃，之后需要进行快速水冷却。

2 冷却系统总体方案设计

如图2所示，抽芯铆钉钉套采用高频机进行加热，加热过程中要对高频机线圈进行冷却。此外，由于工艺要求加热过程中要对钉套端部进行冷却，在加热完成后，要对辅助加热套及钉套进行快速水冷却。所以本冷却系统应由高频机内部冷却系统、端部冷却系统和在线水冷却系统组成，并采用循环水冷系统。

图2 钉套退火设备冷却系统

2.1 高频机内部水冷系统

设计由泵对冷却水加压，流经出水口的镀锌钢管后，进行变径处理，而后连到高频机水管接头，对线圈进行冷却，最后冷却水回流到水箱中，完成一个循环。

2.2 端部水冷系统

设计由泵对冷却水加压，流经出水口的镀锌钢管后，进行变径处理，而后连到端部冷却接头，从而对钉套端部进行冷却，最后冷却水回流到水箱中，完成一个循环。

2.3 在线水冷系统

该冷却有一定的时间间隔，需要电磁阀来控制水通断。通过泵对冷却水加压，在管路的引流与运输作用下，冷却水通过电磁阀，流经高频机的前顶部，到达冷却喷头，通过喷头对铆钉钉套进行喷水冷却，之后经过水槽的收集经过过滤网过滤除杂，由管路引流回到水箱中，完成一个循环。

由于在铆钉局部退火过程中对钉套的快速水冷却会造成水污染，在线水冷系统单独使用一个水泵和水箱，高频机内部水冷系统和端部水冷系统共用一个水泵和水箱。

3 泵的计算选型

3.1 技术参数

工作台长×宽×高为1 000 mm×800 mm×1 200 mm，高频机功率15 kW，效率0.90，加热时间20 s，加热温度T=900℃，喷水冷却时间为2 s，水冷却喷嘴额定流量200 mL，端部冷却水管直径6 mm，高频机进出水口直径10 mm，考虑设备美观对称性，设计高频机放在工作台的中间。

3.2 泵

3.2.1 泵的基本参数

(1)额定流量Q

流量是泵在单位时间内输送出去的液体量。根据《工业泵选用手册》，额定流量不小于装置的正常流量或者最大流量的1.1～1.15倍。根据实际要求以及工件的大小和温度，选取在线水冷泵正常流量Q正为180 mL/s，则额定流量为Q=200 mL/s。

(2)扬程H

扬程H指工艺装置所需要的扬程值，也就是计算扬程。根据《工业泵选用手册》，一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.05～1.1倍。

在本冷却设备中工作台的高度为1.2 m，则取在线水冷泵额定扬程值为1.5 m。

3.2.2 泵的选型

根据泵的流量和扬程，查资料在线水冷泵选择WL-125L加压自吸泵，如图3左所示。

同理高频机和端部水冷泵选择25ZB-45自吸泵，如图3右所示。

图3 冷却水泵

4 水箱整体设计

在水箱的设计中，考虑水箱进行热交换的冷却效果和退火设备的整体结构布局两个因素。

以生产效率60 s/件，每班8 h，取30个班次计算，高频机功率15 kW/h，效率0.90，加热时间20 s，则钉套热能总变化量为:

忽略水箱散热和蒸发，钉套热能变化全部由水吸收，即:Q1=Q2。

设水体积为V，水的温度变化量为5℃，则有:

即V=51.4 L。

结合设备整体结构布局，则可设计水箱尺寸为3 dm×4 dm×6 dm=72 L，考虑水箱装水深为5 dm，则水箱装水体积为V=3×4×5=60 L，可行。两个水箱同等配置，设计水箱壳体厚度为5 mm，并在底板安装移动轮，水箱建模图如图2水泵下方所示。

5 冷却系统工作流程简图(图4)

图4 冷却系统工作流程图

6 结语

本文根据抽芯铆钉退火设备工艺要求，制定了冷却系统设计方案，完成了冷却系统的初步设计，经单机调试试验，该冷却系统能够实现钉套端部与高频机内部水冷，以及零件的在线快速水冷却功能，水流量、流速基本上满足工艺要求。该循环水循环系统易控制，与继电器连接，引入设备PLC系统进行模块化控制，将进一步提高设备自动化程度，提高工作效率。为使其更好地满足整机工艺要求，还需要不断地调试试验，进一步优化工作参数。

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