CN102234708A

CN102234708A - 一种曲轴淬火方法及淬火装置

Info

Publication number: CN102234708A
Application number: CN2010101613777A
Authority: CN
Inventors: 苏伟
Original assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Current assignee: Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明公开了一种曲轴淬火方法，包括以下步骤：将中频感应器安放于曲轴连杆轴颈的相应位置处；在曲轴旋转过程中，将所述中频感应器保持垂直状态；PLC通过角度编码器获取曲轴旋转角度参数；PLC输出模拟量电压值控制中频电源的输出功率；根据不同的所述旋转角度参数，PLC对所述中频电源提供不同淬火功率的设定值，中频电源通过淬火变压器对中频感应器输出相应淬火功率的电流，本发明还公开了与上述方法相应的淬火装置。本发明的曲轴淬火方法及装置实现在曲轴的不同角度可变功率加热淬火，使连杆轴颈各个角度的表面获得基本相同的加热状态从而得到基本相同的淬火层深度和硬度。

Description

一种曲轴淬火方法及淬火装置

技术领域

本发明涉及一种淬火方法和淬火装置，特别涉及一种高自动化的曲轴淬火方法及装置。

背景技术

曲轴轴颈中频淬火工艺目前广泛使用于发动机曲轴轴颈表面处理。设备多采用交直交无源逆变型中频电源，控制系统采用PLC(即Programmable Logic Controller，可编程控制器)。这种配置控制性能优越，可以根据各种工艺要求，不增加设备投资，设计加工程序，获得较高的加工质量.

曲轴轴颈中频淬火工艺多采用工件转速恒定、加热功率固定的方法，由于发动机曲轴由于本身结构的不对称性，中频感应器旋转对连杆轴颈加热过程连杆轴颈各个角度上热能传导的多少和速度差异很大。具体讲连接连杆轴颈的曲臂的部位散热条件差，换言之连杆轴颈外侧远离曲轴旋转中心的部位表面容易加热到高温，连接主轴轴颈的曲臂的部位散热条件好，换言之连杆轴颈内侧接近曲轴旋转中心的部位表面难于加热到高温。因此，如果在连杆轴颈整个圆周上采用同一功率加热，则可能出现连杆轴颈外侧表面淬火硬度高而内侧表面淬火硬度低，外侧淬火层深而内侧淬火层浅的不均匀现象，严重影响曲轴的各种使用性能，因此传统的曲轴轴颈淬火工艺程序无法克服由于曲轴本身结构特点造成加热不均匀的不足。

发明内容

为了解决上述传统曲轴淬火工艺不能对轴颈均匀加热的不足，本发明提供了一种曲轴颈可变功率淬火的工艺方法和装置，实现曲轴在不同的旋转角度下的可变功率加热淬火，使连杆轴颈各个角度的表面获得基本相同的加热状态从而得到基本相同的淬火层深度和硬度。

为了实现以上目的，本发明提供了一种曲轴淬火方法，包括以下步骤：将中频感应器安放于曲轴连杆轴颈的相应位置处；在曲轴旋转过程中，将中频感应器保持垂直状态上下运动；PLC获取曲轴旋转角度参数；根据不同的旋转角度参数，PLC通过模拟量输出设定值控制中频电源的输出功率，中频电源通过淬火变压器对中频感应器提供不同的淬火功率电流。

其中，PLC获取曲轴旋转角度参数具体包括：PLC通过角度编码器获得曲轴的施转角度，并控制机床提供曲轴在淬火过程中的瞬时角度位置。

其中，PLC通过输出一个可编程的模拟量电压值控制中频电源输出功率，中频电源通过淬火变压器对所述中频感应器提供不同的淬火功率电流。

其中，中频感应器通过上下、左右移动保持所述的垂直状态；上下、前后移动分别通过连接在一起的随动气缸和铰链结构实现。

本发明还提供了一种曲轴淬火装置，包括中频感应器、淬火变压器、中频电源、PLC以及垂直保持装置。PLC与中频电源连接，PLC用于获取曲轴旋转角度参数并根据所述参数，通过模拟量输出设定值控制中频电源的输出功率；中频电源根据设定值通过淬火变压器对中频感应器提供不同淬火功率的电流；中频感应器位于曲轴连杆轴颈的相应位置处，当中频感应器线圈流过中频电流时可将工件表面加热；淬火变压器连接在中频电源之中频感应器线圈之间，用于调整负载的阻抗，使之与中频电源匹配；中频感应器、淬火变压器固定于垂直保持装置上。

其中，垂直保持装置包括控制中频感应器上下运动的随动气缸以及随动气缸底部的铰链结构，铰链结构呈平行四边形，四边中的任意相邻两边相互铰接，铰链结构用于控制中频感应器的左右运动。

其中，PLC包括：角度参数获取模块，用于在淬火过程中获取曲轴旋转角度参数；淬火功率输出控制模块，用于根据不同的所述旋转角度参数，对中频电源提供不同的淬火功率的设定值。

本发明提供的曲轴淬火方法及装置实现曲轴在不同的旋转角度下的可变功率加热淬火，使连杆轴颈各个角度的表面获得基本相同的加热状态从而得到基本相同的淬火层深度和硬度。

附图说明

图1是本发明曲轴淬火方法中连杆轴颈表面淬火深度不均匀程度示意图；

图2是本发明曲轴淬火方法中主轴轴颈旋转角度和连杆轴颈旋转角度关系示意图(图中箭头方向为加工旋转方向)；

图3是本发明曲轴淬火方法中变功率流程图；

图4是淬火变压器支架运动图；

图5是图3细化的程序流程图。

结合附图标注以下附图标记：

1-曲轴旋转中心；2-曲轴主轴轴颈；3-曲轴连杆轴颈；4-曲臂；5-中频感应器；6-淬火变压器；7-随动气缸；8-铰链结构；9-曲轴连杆轴颈转动轨迹。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，阴影部分表示了曲轴连杆轴颈3表面淬火深度的不均匀程度，很明显，曲轴连杆轴颈3远离曲轴旋转中心1的区域淬火程度高，与曲轴旋转中心1近距离的区域淬火程度低。如果在曲轴连杆轴颈3旋转加热过程中，连杆轴颈各个角度位置在中频感应器中时对中频感应器提供不同功率，并适当选择功率转换角和各个角度上的功率大小比例，上述容易加热到高温的连杆轴颈部位在感应器中时对感应器提供较小功率，上述难于加热到高温的连杆轴颈部位在感应器中时对感应器提供较大功率(功率具体比例由于曲轴结构，材料的不同需要经过试验确定)，由于热的传导效应，有限分段阶梯型功率变换，可以使连杆轴颈各个角度的表面获得基本相同的加热状态从而得到基本相同的淬火层深度和硬度。

在旋转加热过程中旋转速度较高时，考虑到PLC(即可编程控制器，图中未示出)循环处理时间和线路转换时间造成的功率转换滞后现象，可适当调整编程角度。

本发明涉及的方法具体为：如图4所示，通过锁紧螺母将淬火变压器6与中频感应器5连接在一起。如图2所示，中频感应器5安装于曲轴连杆轴颈3的相应位置处；在曲轴曲臂4绕曲轴旋转中心1旋转的过程中，中频感应器5可以上下，左右移动，始终将中频感应器保持垂直状态，以上动作由一个随动气缸7悬挂一个平行式铰链机构8实现，铰链结构呈平行四边形，四边中的任意相邻两边相互铰接，用于控制中频感应器的左右运动，随动气缸7用于控制中频感应器5的上下移动，如图4所示。因此主轴轴颈旋转角度和连杆轴颈旋转角度两者是一致的，如图2所示，即主轴轴颈旋转角度α＝连杆轴颈旋转角度α′。旋转加工过程中，曲轴绕曲轴旋转中心旋转，PLC需要获取曲轴旋转角度参数，并根据该参数对中频感应器5提供不同的淬火功率的相应指令。即通过一个光电编码器(图中未示出)获得曲轴的施转角度，程序使用主轴轴颈旋转角度编程，但工艺图纸一般注明的是连杆轴颈功率转换角度(角度参数由于曲轴结构，材料的不同需要经过试验确定)。程序控制的机床能提供曲轴在加工过程中的瞬时角度位置；之后根据不同的角度位置通过PLC输出一个可编程模拟量电压值作为中频电源的输入设定值，中频电源根据设定值的大小通过中频变压器(即淬火变压器6)输出相应的中频电流到中频感应器线圈，产生相应的淬火功率，具体地，通过程序对电压设定值进行处理并输出，使淬火功率随曲轴旋转角度的变化实现无级调整，变功率流程如图3、图5所示。

上述PLC(即可编程控制器)为SIEMENS STEP5，对SIEMENSSTEP5编辑一个功能模块(见图3的变功率流程图)，该功能模块可以包括角度参数获取子模块，用于在淬火过程中获取曲轴旋转角度参数；以及淬火功率输出控制子模块，用于根据不同的旋转角度参数，对中频感应器提供不同的淬火功率的相应指令。并由有关模块调用使执行，可以获得上述效果。编程参考零件程序借助连杆轴颈零件编程特点由有关PLC程序定义连杆轴颈淬火程序段标志F66.0。根据曲轴实际旋转角度定义需要较大功率加热的连杆轴颈表面角度范围标志F66.1。中频电源输出电压指令电压数字值由PLC外围字PW128设定。程序根据判断对主轴轴颈使用全设定电压不分度加热。对连杆轴颈分度使用不同电压加热。数字电压值经处理后由外围字传送给D/A转换模块，经D/A转换后的模拟量电压作为中频电源的输入设定值。当该值随连杆轴颈的旋转角度而变化时，输出功率随之变化。

本发明的曲轴淬火方法和相应的装置实现曲轴在不同的旋转角度下的可变功率加热淬火，使连杆轴颈各个角度的表面获得基本相同的加热状态从而得到基本相同的淬火层深度和硬度。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种曲轴淬火方法，其特征在于，包括以下步骤：

将中频感应器安放于曲轴连杆轴颈的相应位置处；

在曲轴旋转过程中，将所述中频感应器保持垂直状态上下运动；

PLC获取曲轴旋转角度参数；

根据不同的所述旋转角度参数，PLC通过模拟量输出设定值控制中频电源的输出功率，中频电源通过淬火变压器对所述中频感应器提供不同的淬火功率电流。

2.根据权利要求1所述的曲轴淬火方法，其特征在于，所述PLC获取曲轴旋转角度参数具体包括：PLC通过角度编码器获得曲轴的施转角度，并控制机床提供所述曲轴在淬火过程中的瞬时角度位置。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴淬火方法，其特征在于，所述PLC通过输出一个可编程的模拟量电压值控制中频电源输出功率，中频电源通过淬火变压器对所述中频感应器提供不同的淬火功率电流。

4.根据权利要求1或2所述的曲轴淬火方法，其特征在于，所述中频感应器通过上下、左右移动保持所述的垂直状态。

5.根据权利要求4所述的曲轴淬火方法，其特征在于，所述上下、前后移动分别通过连接在一起的随动气缸和铰链结构实现。

6.一种曲轴淬火装置，其特征在于，包括中频感应器、淬火变压器、中频电源、PLC以及垂直保持装置，

PLC与中频电源连接，PLC用于获取曲轴旋转角度参数并根据所述参数，通过模拟量输出设定值控制中频电源的输出功率；中频电源根据设定值通过淬火变压器对中频感应器提供不同淬火功率的电流；

所述中频感应器位于曲轴连杆轴颈的相应位置处，当中频感应器线圈流过中频电流时可将工件表面加热；

淬火变压器连接在中频电源之中频感应器线圈之间，用于调整负载的阻抗，使之与中频电源匹配；

中频感应器、淬火变压器固定于垂直保持装置上。

7.根据权利要求6所述的曲轴淬火装置，其特征在于，所述垂直保持装置包括控制中频感应器上下运动的随动气缸以及随动气缸底部的铰链结构，铰链结构呈平行四边形，所述四边中的任意相邻两边相互铰接，所述铰链结构用于控制中频感应器的左右运动。

8.根据权利要求6或7所述的曲轴淬火装置，其特征在于，所述PLC包括：

角度参数获取模块，用于在淬火过程中获取曲轴旋转角度参数；

淬火功率输出控制模块，用于根据不同的所述旋转角度参数，对所述中频电源提供不同的淬火功率的设定值。