CN101089202A - 纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械零件的热处理装置及热处理方法，尤其是涉及一种纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺。纵导感应器包括线圈体和导磁体，阶梯轴穿过上半圆线圈体与下半圆线圈体所形成的空间，直管线圈体与上、下半圆线圈体所在的平面相垂直；直管线圈体上固定有U形导磁体，U形导磁体的开口端靠近阶梯轴端，导磁体U形截面的对称轴穿过阶梯轴的横截面的中心。阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，包括以下步骤：将纵导感应器放置于阶梯轴的下端，阶梯轴表面温度上升至淬火温度后，对阶梯轴表面进行扫描喷射淬火。采用纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，使感应器的结构更为简单，设备成本和淬火加工成本更为经济。

Description

纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺
技术领域
本发明涉及一种机械零件的热处理装置及热处理方法，尤其是涉及一种纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺。
背景技术
长期以来，轴类中频淬火采用圆环型连续淬火感应器，这种工艺本身具有一个难以克服的缺点，既工件轴向尺寸变化部位(如阶梯轴)(D-d)/2≥3-5mm就会出现不连续的淬硬层，且轴肩处很容易过热并产生裂纹。因为用圆环型感应器进行连续加热时，工件上的感应电流沿圆周方向流动，与感应器上中频电流的方向处处相反，由于邻近效应的产生，将会引起感应器上中频电流密度的变化，从而导致不同直径部位的感应电流有强有弱，造成加热温度不均而引起软带，导致阶梯轴不同直径部位淬硬层不连续，从而使整轴的机械强度达不到设计使用要求。
为了解决阶梯轴不同直径部位淬硬层连续的技术难题，国外如法国、日本采用纵向整体感应淬火技术。但纵向整体感应淬火对设备的中频电源要求较高，设备的制造成本较高；纵向整体感应器工装的设计制造技术很难，往往需要经过多次改进调试才能成功，且一次只能加工淬火一个零件，生产效率较低。
发明内容
本发明针对现有技术的工艺复杂、成本高的缺点，提出了一种结构简单、成本低廉的纵导感应器。
本发明目的通过下述技术方案得以解决：一种纵导感应器，包括与升降机构相连接，并与中频感应电源通过电源线连接的线圈体、固定于线圈体的导磁体，线圈体由上半圆线圈体、下半圆线圈体以及与上半圆线圈体和下半圆线圈体相连通的直管线圈体组成一个近似封闭的空间，阶梯轴穿过上半圆线圈体与下半圆线圈体所形成的空间；直管线圈体与上半圆线圈体和下半圆线圈体所在的平面相垂直，直管线圈体上固定有U形导磁体，U形导磁体的开口端靠近阶梯轴端，导磁体U形截面的对称轴穿过阶梯轴的横截面的中心。
作为优选，上半圆线圈体与进液管相连通，下半圆线圈体与出液体管相连通；固定于线直管线圈体上的导磁体为高磁通硅钢片。
纵导感应器由一组或一组以上的线圈体和导磁体组成，优选的纵导感应器由一组线圈体和导磁体组成。
本发明还根据上述的纵导感应器提供了一种阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺。
本发明目的通过下述技术方案得以解决：阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，包括以下步骤：
1)将纵导感应器放置于阶梯轴的下端，中频感应电源的输出频率设定为3～8kHz，纵导感应器的加热功率设定为150～250kW，扫描速率设定为2～5mm/s，接通电源对旋转的阶梯轴扫描加热；
2)阶梯轴表面温度上升至淬火温度后，对阶梯轴表面进行连续喷射淬火；
3)纵导感应器向上扫描移动，在阶梯轴的横截面积变化处调节中频感应电源的输出频率、纵导感应器的加热功率和扫描速率，使阶梯轴表面得到持续扫描加热淬火，从而完成整支阶梯轴的表面淬火。
扫描淬火过程中进液管中通入冷却介质并从出液体管流出；淬火介质温度为25～40℃。
横向磁场感应扫描加热淬火采用的是纵向加热而非圆周加热，利用两组沿轴线布置的有效导体以及设置于导体上的高磁通硅钢片导磁体产生沿阶梯轴表面流动的感应电流进行扫描加热，当阶梯轴旋转起来后，调整感应器加热功率和扫描速度，待达到淬火温度后再对连接轴表面进行连续喷射淬火，随着感应器的向上扫描移动，使连接轴表面得到持续扫描加热淬火，从而完成整支阶梯轴的表面淬火。
本发明目的可以进一步完善：两组或两组以上纵导感应器通过电源线与同一组的中频感应电源连接，并且与同一组纵导感应器升降机构相连，实现多工位阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺；优选双工位阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺。双工位的纵导感应器在淬火时可以采用串联联接，由于感应器的功率损耗，在同等条件下，左边感应器淬火温度比右边感应器温度高，从而使左右两支连接轴淬火深度不一；为解决该技术难题，通过反复试验，最终采用导磁体增减法来平衡双工位纵导感应器的输出功率，从而达到在同等条件工艺参数下，用双工位纵导感应器淬火加工后的两支阶梯轴的淬层深度保持一致。
由于采用了纵导感应器以及阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，使感应器的结构更为简单，设备成本和淬火加工成本更为经济。通过采用双工位阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，在保持相同淬火加工质量的条件下使中频感应电源、纵导感应器升降机构和其它附属设备的利用率提高，生产效率从而也提高了一倍。
附图说明
附图1是纵导感应器结构的主视图。
附图2是纵导感应器结构的俯视图。
附图3是纵导感应器结构的侧视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例
纵导感应器：如附图1-3所示，包括与升降机构相连接，并与中频感应电源通过电源线连接的线圈体8、固定于线圈体的高磁通硅钢片13，线圈体8为铜管弯曲而成，由上半圆线圈体81、下半圆线圈体83以及两段分别与上半圆线圈体81和下半圆线圈体83相连通的直管线圈体82组成一个近似封闭的空间，阶梯轴穿过上半圆线圈体81与下半圆线圈体83所形成的空间；直管线圈体82与上半圆线圈体81和下半圆线圈体83所在的平面相垂直，直管线圈体82上固定有U形高磁通硅钢片13，U形高磁通硅钢片13的开口端靠近阶梯轴端，高磁通硅钢片13的U形截面的对称轴穿过阶梯轴的横截面的中心；上半圆线圈体81与进液管7相连通，下半圆线圈体83与出液体管9相连通。
阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺：采用双工位淬火工艺，将纵导感应器放置于阶梯轴的下端，阶梯轴的材质为40Cr，下端直径为30mm，中频感应电源的输出频率设定为5kHz，纵导感应器的加热功率设定为200kW，扫描速率设定为3mm/s，接通电源对旋转的阶梯轴扫描加热；阶梯轴表面温度上升至950℃后，对阶梯轴表面进行连续喷射淬火；纵导感应器向上扫描移动，在阶梯轴阶梯面直径为38mm处设定中频感应电源的输出频率为3.5kHz、纵导感应器的加热功率为220kW和扫描速率为2.5mm/s，淬火参数的调节由微机程序控制，使阶梯轴表面得到持续扫描加热淬火，从而同时完成两个工位上的两支阶梯轴的表面淬火；扫描淬火过程中进液管7中通入冷却介质并从出液体管9流出；淬火介质选用BW型水性淬火液，淬火液的温度为25℃。

Claims (8)

1.纵导感应器，包括与升降机构相连接，并与中频感应电源通过电源线连接的线圈体、固定于线圈体的导磁体，其特征在于线圈体(8)由上半圆线圈体(81)、下半圆线圈体(83)以及与上半圆线圈体(81)和下半圆线圈体(83)相连通的直管线圈体(82)组成一个近似封闭的空间，阶梯轴穿过上半圆线圈体(81)与下半圆线圈体(83)所形成的空间；所述的直管线圈体(82)与上半圆线圈体(81)和下半圆线圈体(83)所在的平面相垂直，直管线圈体(82)上固定有U形导磁体(13)，所述的U形导磁体(13)的开口端靠近阶梯轴端，导磁体(13)U形截面的对称轴穿过阶梯轴的横截面的中心。
2.根据权利要求1所述的纵导感应器，其特征在于所述的上半圆线圈体(81)与进液管(7)相连通，下半圆线圈体(83)与出液体管(9)相连通。
3.根据权利要求1所述的纵导感应器，其特征在于所述的固定于线直管线圈体(82)上的导磁体(13)为高磁通硅钢片。
4.根据权利要求1或2或3所述的纵导感应器，其特征在于纵导感应器由一组或一组以上的线圈体(8)和导磁体(13)组成。
5.阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)将纵导感应器放置于阶梯轴的下端，中频感应电源的输出频率设定为3～8kHz，纵导感应器的加热功率设定为150～250kW，扫描速率设定为2～5mm/s，接通电源对旋转的阶梯轴扫描加热；
2)阶梯轴表面温度上升至淬火温度后，对阶梯轴表面进行连续喷射淬火；
3)纵导感应器向上扫描移动，在阶梯轴的横截面积变化处调节中频感应电源的输出频率、纵导感应器的加热功率和扫描速率，使阶梯轴表面得到持续扫描加热淬火，从而完成整支阶梯轴的表面淬火。
6.根据权利要求5所述的阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，其特征在于扫描淬火过程中进液管(7)中通入冷却介质并从出液体管(9)流出。
7.根据权利要求5所述的阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，其特征在于淬火介质温度为25～40℃。
8.根据权利要求5或6或7所述的阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺，其特征在于两组或两组以上纵导感应器通过电源线与同一组中频感应电源连接，并且与同一组纵导感应器升降机构相连，实现多工位阶梯轴纵导感应器扫描淬火工艺。
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