CN103173595B - 一种轴类零件用淬火感应器及淬火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴类零件用淬火感应器及淬火方法，为解决现有轴类零件轴颈部淬火效果差的问题而设计。本发明轴类零件用淬火感应器为环状体，内表面为锥形面，底面为斜面。腔体内形成感应器自冷却水通道和淬火液通道。在淬火感应器外表面、内表面、顶面和底面上形成导磁层。本发明轴类零件淬火系统包括轴类零件和本发明轴类零件用淬火感应器。本发明淬火方法为感应器内表面与圆柱面之间形成夹角，底面与下端面之间形成夹角。本发明轴类零件用淬火感应器及系统结构合理，使用方便，制造成本低，适用于包括空心轴零件和薄壁管在内的轴类零件。本发明淬火方法工艺简明，对设备等硬件条件要求低。
Description
技术领域
本发明涉及一种淬火感应器及淬火方法，尤其涉及一种轴类零件用淬火感应器及淬火方法。
背景技术
对轴类零件（包括空心轴零件、薄壁管）的轴颈部（圆柱面和下端面的交接处）进行淬火是一道非常重要的工艺。其中，长/短空心轴回转结构件作为现代光电转台的关重零件，为了既保证光电系统长期工作状态的高精度，又增强车辆运动状态抵御强冲击振动的能力，要求对轴类零件上近直角导轨进行局部淬火强化，而同时轴类零件上的其余位置均不能受热变形。
现有的淬火方法中，激光淬火法因激光束的密度不均易导致零件淬火面质量不稳定；轴类零件的整体淬火易降低螺纹连接及抗冲击振动的可靠性。
通常使用的高频感应加热淬火方法因为感应器形状的限制而导致轴类零件上淬火部位处的磁力线分布不均衡，所形成的淬火面距轴颈部的直角点过远，淬火效果差。
发明内容
本发明的一个目的，是提出一种圆柱面和下端面感应加热均匀且下端面无尖角效应的轴类零件用淬火感应器。
本发明的另一个目的，是提出一种感应器外侧磁力线分布均匀的轴类零件用淬火感应器。
本发明的再一个目的，是提出一种淬火液喷射及时的轴类零件用淬火感应器。
本发明的另一个目的，是提出一种待淬火轴类零件上感应加热均匀的轴类零件淬火方法。
为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种轴类零件用淬火感应器，所述淬火感应器的本体为环状体，所述环状体包括外表面、内表面、顶面和底面，所述内表面为锥形面，所述内表面与底面交点距竖直轴线的距离小于所述内表面与顶面交点距竖直轴线的距离；所述底面与内表面交点距水平面的距离小于所述底面与外表面交点距水平面的距离。
特别是，所述淬火感应器的内表面与竖直轴线之间的夹角为α，α的范围为20°至40°；所述淬火感应器的底面与水平面之间的夹角为β，β的范围为2°至4°。
特别是，在所述淬火感应器的外表面、内表面、顶面和底面上涂抹导磁材料，形成导磁层；内表面和底面的交界处不涂抹导磁材料。
特别是，所述淬火感应器的内表面和底面交界处选择性地设置圆弧形倒角。
特别是，所述本体截面为中空的腔体，所述腔体为感应器自冷却水通道。
特别是，所述本体截面为中空的腔体，所述腔体为淬火液通道，在所述淬火感应器的内表面上设有第一喷液口和/或所述感应器的底面上设有第二喷液口，所设喷液口连通所述淬火液通道；优选地，所述第二喷液口与待淬火轴类零件下端面之间形成锐角，由第二喷液口喷出的淬火液直接作用于待淬火轴类零件下端面。
特别是，所述本体截面为中空的腔体，所述腔体内形成两个通道，位于外侧的第一通道为感应器自冷却水通道；位于内侧的第二通道为淬火液通道，在所述淬火感应器的内表面上设有第一喷液口和/或在所述淬火感应器的底面上设有第二喷液口，所设喷液口连通所述淬火液通道；优选地，所述第二喷液口与待淬火轴类零件下端面之间形成锐角，由第二喷液口喷出的淬火液直接作用于待淬火轴类零件下端面。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种轴类零件淬火系统，所述系统包括淬火感应器和轴类零件，所述轴类零件包括一下端面和一圆柱面，所述圆柱面与所述下端面相垂直；所述淬火感应器的本体为环状体，所述环状体包括外表面、内表面、顶面和底面，所述内表面为锥形面，所述内表面与顶面交点距竖直轴线的距离大于所述内表面与底面交点距竖直轴线的距离；所述底面与内表面交点距水平面的距离小于所述底面与外表面交点距水平面的距离；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间留有间隙，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间留有间隙。
特别是，淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角α，α的范围为20°至40°；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角β，β的范围为2°至4°；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间最短距离为δ1，δ1的范围为0.8mm至1.2mm；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间最短距离为δ2，δ2的范围为0.3mm至0.8mm。
再一方面，本发明采用以下技术方案：
一种轴类零件淬火方法，所述方法为使用淬火感应器对待淬火轴类零件的轴颈部进行感应加热，提供待淬火轴类零件和淬火感应器，所述淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角。
特别是，所述方法包括下述步骤：
所述淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间的夹角为α，α的范围为20°至40°；所述淬火感应器的底面与所述待淬火轴类零件下端面之间的夹角为β，β的范围为2°至4°；
所述淬火感应器被设置在待淬火轴类零件的轴颈部，淬火感应器的内表面距待淬火轴类零件圆柱面的最近距离为δ1，δ1的范围为0.8mm至1.2mm；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面的最近距离为δ2，δ2的范围为0.3mm至0.8mm；
对淬火感应器通电，感应淬火时间为Tr，Tr的范围为30秒至40秒；
向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液。
进一步地，向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液包括下述分步骤：
开启第一喷液口和/或第二喷液口；
从喷液口向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液。
本发明轴类零件用淬火感应器的环状内表面为锥形面，通过扩大淬火感应器内表面与待淬火轴类零件圆柱面外侧的间隙，减少磁力线在零件圆柱截面上的分布,有效克服或减轻了集肤效应和临近效应。淬火感应器的底面为斜面，有效克服了待淬火轴类零件下端面上的尖角效应。在淬火感应器的外层和环状内表面上涂抹导磁粉形成导磁层，利用磁力线分布导引与控制技术解决磁力线的漏磁与逸磁问题，改善了淬火感应器功率损耗及电效率性能。腔体内设有淬火液通道，保证了待淬火轴类零件的及时冷却。
本发明轴类零件用淬火感应器结构合理，使用方便，制造成本低，适用于包括空心轴零件和薄壁管在内的轴类零件轴颈部的淬火工艺。
本发明轴类零件淬火系统利用本发明轴类零件用淬火感应器对轴类零件进行淬火，效果良好，解决了轴类零件淬火不均匀及淬火面积不够的问题。
本发明淬火方法利用本发明轴类零件用淬火感应器对轴类零件的轴颈部进行淬火，淬火后的零件性能良好。本发明淬火方法工艺简明，对设备及其它硬件条件要求低，易于实现。
附图说明
图1是本发明第一优选实施例结构示意图。
图2是图1所示优选实施例截面放大示意图。
图3是无导磁层时感应器周围磁力线的分布示意图。
图4是形成导磁层后感应器周围磁力线的分布示意图。
图5是本发明第二优选实施例结构示意图。
图6是本发明第三优选实施例结构示意图。
图7是本发明第四优选实施例结构示意图。
图中标记为：
1、淬火感应器；2、腔体；3、内表面；4、底面；10、待淬火轴类零件；11、导磁层；21、第一通道；22、第二通道；23、第一喷液口；24、第二喷液口；101、待淬火轴类零件圆柱面；102、待淬火轴类零件下端面。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
第一组优选实施例：如图1至图4所示，轴类零件用淬火感应器1为环状体，淬火感应器1的环状内表面3为对应待淬火轴类零件圆柱面101的锥形面，淬火感应器1的环状内表面3与待淬火轴类零件圆柱面101之间的夹角为α；淬火感应器1的底面4为对应待淬火轴类零件下端面102的斜面，淬火感应器1的底面4与待淬火轴类零件下端面102之间的夹角为β。
待淬火轴类零件圆柱面101和待淬火轴类零件下端面102交接处形成轴颈部（图中未标示）。环状内表面3的截面积从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件圆柱面101向外的方向而逐渐增大。底面4与待淬火轴类零件下端面102之间的距离从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件下端面102向外侧的方向而逐渐增大。环状体的体壁的截面为中空的腔体2。
在淬火感应器1的内表面、外表面、顶面和底面外侧都涂有一层铁粉，形成导磁层11。对应轴颈部的位置不做导磁层。
淬火过程：将淬火感应器1套在待淬火轴类零件10的轴颈部，淬火感应器1的内表面3距待淬火轴类零件圆柱面101的最近距离为δ1；淬火感应器1的底面4与待淬火轴类零件下端面102的最近距离为δ2。
对淬火感应器1通电，感应淬火时间为Tr。感应淬火结束后移开淬火感应器1，对淬火表面喷射冷却液。淬火工艺结束。
通过调整α、β、δ1、δ2、和Tr，得到的实验结果如下表所示。
第一组实验中，，待淬火轴类零件的圆柱面达到了约400℃，但此时下端面没有感应加热；
第二组实验中，圆柱面达到了约550℃，而此时下端面的温度大约为400℃，两者存在有约150℃的温度差；
第三组实验中，圆柱面达到了约700℃，此时下端面温度约为400℃～450℃的区域面积较第二组实验中变大了，但此时温度差增到250℃～300℃。过大的温度差造成圆柱面感应加热功率过大的同时下端面未达到感应加热的要求。
第四组实验中，α=20°,β=2°,δ1=0.8mm,δ2=0.3mm,Tr=30s，圆柱面的温度为795℃～804℃，下端面的温度为787℃～805℃；
第五组实验中，α=25°,β=2°,δ1=0.9mm,δ2=0.4mm,Tr=40s,圆柱面的温度为798℃～802℃，下端面的温度为788℃～803℃;
第六组实验中,α=40°,β=4°,δ1=1.2mm,δ2=0.8mm,Tr=40s，圆柱面的温度为795℃～804℃，下端面的温度为787℃～805℃。
在从第四组到第六组实验中，圆柱面和下端面温度均匀，感应加热效果达到最好。
本优选实施例中淬火感应器的内表面为锥形，通过扩大淬火感应器与零件外圆柱面之间的间隙有效地克服或减轻了集肤效应和临近效应。底面为斜面的设置，有效克服了图1中a处的尖角效应。由图3和图4的对比可知，在淬火感应器外侧和内表面上涂一层由导磁粉形成的导磁层，解决了感应器的漏磁和逸磁问题，从而提高了待淬火轴类零件下端面感应加热的效率，保证了轴类零件轴颈部的淬火面积和淬火深度。
第二组优选实施例：如图5所示，轴类零件用淬火感应器1为环状体，淬火感应器1的环状内表面3为对应待淬火轴类零件圆柱面101的锥形面。淬火感应器1的环状内表面3与待淬火轴类零件圆柱面101之间的夹角为α；淬火感应器1的底面4为对应待淬火轴类零件下端面102的斜面，淬火感应器1的底面4与待淬火轴类零件下端面102之间的夹角为β。
待淬火轴类零件圆柱面101和待淬火轴类零件下端面102交接处形成轴颈部（图中未标示），且该轴颈部为圆角，感应器的环状内表面3和底面4交接处形成圆弧形倒角。环状内表面3的截面积从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件圆柱面101向外的方向而逐渐增大。底面4与待淬火轴类零件下端面102之间的距离从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件下端面102向外侧的方向而逐渐增大。
环状体的体壁的截面为中空的腔体2。感应器的顶面和外表面形成圆弧形，更加有利于聚磁。
淬火过程：将淬火感应器1套在待淬火轴类零件10的轴颈部，感应器的环状内表面3距待淬火轴类零件圆柱面101的最近距离为δ1；感应器的底面4与待淬火轴类零件下端面102的最近距离为δ2。
对淬火感应器1通电，感应淬火时间为Tr。感应淬火结束后移开感应器或者保持感应器在原位，对淬火表面喷射冷却液。淬火工艺结束。
α、β、δ1、δ2、和Tr的范围与第一组优选实施例相同。
本优选实施例中轴类零件的轴颈部带有圆角，淬火感应器对应的位置也形成了圆弧形倒角，即淬火感应器进行了仿形设计，此结构上的改进令轴颈部的圆角部位淬火效果更好。
第三组优选实施例：如图6所示，轴类零件用淬火感应器为环状体，感应器的环状内表面为对应待淬火轴类零件圆柱面101的锥形面，感应器的环状内表面与待淬火轴类零件圆柱面101之间的夹角为α；感应器的底面为对应待淬火轴类零件下端面102的斜面，感应器的底面与待淬火轴类零件下端面102之间的夹角为β。
待淬火轴类零件圆柱面和待淬火轴类零件下端面交接处形成轴颈部。环状内表面的截面积从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件圆柱面101向外的方向而逐渐增大。底面与待淬火轴类零件下端面102之间的距离从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件下端面向外侧的方向而逐渐增大。感应器的外表面为斜面。
在淬火感应器的内表面、外表面、顶面和底面外侧都涂有一层铌-钛合金，形成导磁层。对应轴颈部的位置不做导磁层。
环状体的体壁的截面为中空的腔体。该腔体内形成两个通道，位于外侧的第一通道21为感应器自冷却水通道；位于内侧的第二通道22为淬火液通道，淬火液通道在感应器的环状内表面上设有第一喷液口23、在底面上设有第二喷液口24。
淬火过程：将感应器套在待淬火轴类零件10的轴颈部，感应器的内表面距待淬火轴类零件圆柱面101的最近距离为δ1；感应器的底面与待淬火轴类零件下端面102的最近距离为δ2。
对感应器通电，感应淬火时间为Tr。感应淬火结束后开启第一喷液口23和第二喷液口24，对淬火表面喷射冷却液。淬火工艺结束。
α、β、δ1、δ2、和Tr的范围与第一组优选实施例相同。
本优选实施例中的淬火感应器本身带有自冷却的功能，且同时带有喷射淬火液的喷液口，能够及时地对待淬火轴类零件进行冷却。保证待淬火轴类零件淬火冷却充分，淬火后金相组织为马式体，硬度、淬硬层深度等指标均达到工艺要求。
第四组优选实施例：如图7所示，轴类零件用淬火感应器为环状体，感应器的环状内表面为对应待淬火轴类零件圆柱面101的锥形面，感应器的环状内表面与待淬火轴类零件圆柱面101之间的夹角为α；感应器的底面为对应待淬火轴类零件下端面102的斜面，感应器的底面与待淬火轴类零件下端面102之间的夹角为β。
待淬火轴类零件圆柱面和待淬火轴类零件下端面交接处形成轴颈部。环状内表面的截面积从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件圆柱面101向外的方向而逐渐增大。底面与待淬火轴类零件下端面102之间的距离从轴颈部开始沿着待淬火轴类零件下端面向外侧的方向而逐渐增大。
感应器外表面为斜面，外表面与顶面连接处形成圆弧形倒角。在淬火感应器的内表面、外表面、顶面和底面外侧都涂有一层坡莫合金，形成导磁层。对应轴颈部的位置不做导磁层。
环状体的体壁的截面为中空的腔体。该腔体内形成两个通道，位于外侧的第一通道21为感应器自冷却水通道；位于内侧的第二通道22为淬火液通道，淬火液通道在感应器的环状内表面上设有第一喷液口23、在底面上设有第二喷液口24。缩小两个喷液孔的直径。
第二喷液口24与待淬火轴类零件下端面102之间形成锐角，即第二喷液口24的轴面形成一个顶角为φ的圆锥面。
淬火过程：将感应器套在待淬火轴类零件10的轴颈部，感应器的内表面距待淬火轴类零件圆柱面101的最近距离为δ1；感应器的底面与待淬火轴类零件下端面102的最近距离为δ2。
对感应器通电，感应淬火时间为Tr秒。感应淬火结束后开启第一喷液口23和第二喷液口24，对淬火表面喷射冷却液。由第一喷液口23和第二喷液口24喷出的淬火液交叉作用于待淬火轴类零件的表面，共同完成零件淬火的冷却。淬火工艺结束。
α、β、δ1、δ2、和Tr的取值与第一组优选实施例相同。
本优选实施例中缩小了淬火感应器喷液孔的直径，以保证淬火液的喷射压力。因为感应器的底面与待淬火轴类零件下端面的淬火间隙狭小导致淬火液很难在加热瞬间直接作用于待淬火轴类零件下端面，本优选实施例中将第二喷液口设计成与垂直方向呈一定角度的斜孔，与第一喷液口所喷出的淬火液交叉作用于待淬火轴类零件表面，共同完成零件淬火冷却过程。
Claims (10)
1.一种轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述淬火感应器的本体为环状体，所述环状体包括外表面、内表面、顶面和底面，所述内表面为锥形面，所述内表面与底面交点距竖直轴线的距离小于所述内表面与顶面交点距竖直轴线的距离；所述底面与内表面交点距水平面的距离小于所述底面与外表面交点距水平面的距离；
所述淬火感应器的内表面与竖直轴线之间的夹角为α，α的范围为20°至40°；所述淬火感应器的底面与水平面之间的夹角为β，β的范围为2°至4°；
所述本体截面为中空的腔体，所述腔体为淬火液通道，在所述淬火感应器的内表面上设有第一喷液口，所述感应器的底面上设有第二喷液口，所设喷液口连通所述淬火液通道。
2.根据权利要求1所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，在所述淬火感应器的外表面、内表面、顶面和底面上设置有导磁材料，形成导磁层；内表面和底面的交界处不设置导磁材料。
3.根据权利要求1所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述淬火感应器的内表面和底面交界处选择性地设置圆弧形倒角。
4.根据权利要求1所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述本体截面为中空的腔体，所述腔体为感应器自冷却水通道。
5.根据权利要求1所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述第二喷液口与待淬火轴类零件下端面之间形成锐角，由第二喷液口喷出的淬火液直接作用于待淬火轴类零件下端面。
6.根据权利要求1所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述本体截面为中空的腔体，所述腔体内形成两个通道，位于外侧的第一通道为感应器自冷却水通道；位于内侧的第二通道为淬火液通道，在所述淬火感应器的内表面上设有第一喷液口和/或在所述淬火感应器的底面上设有第二喷液口，所设喷液口连通所述淬火液通道。
7.根据权利要求6所述的轴类零件用淬火感应器，其特征在于，所述第二喷液口与待淬火轴类零件下端面之间形成锐角，由第二喷液口喷出的淬火液直接作用于待淬火轴类零件下端面。
8.一种轴类零件淬火系统，所述系统包括淬火感应器和轴类零件，其特征在于，所述轴类零件包括一下端面和一圆柱面，所述圆柱面与所述下端面相垂直；所述淬火感应器的本体为环状体，所述环状体包括外表面、内表面、顶面和底面，所述内表面为锥形面，所述内表面与顶面交点距竖直轴线的距离大于所述内表面与底面交点距竖直轴线的距离；所述底面与内表面交点距水平面的距离小于所述底面与外表面交点距水平面的距离；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间留有间隙，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间留有间隙；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角α，α的范围为20°至40°；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角β，β的范围为2°至4°；淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间最短距离为δ1，δ1的范围为0.8mm至1.2mm；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间最短距离为δ2，δ2的范围为0.3mm至0.8mm。
9.一种轴类零件淬火方法，所述方法为使用淬火感应器对待淬火轴类零件的轴颈部进行感应加热，其特征在于，提供待淬火轴类零件和淬火感应器，所述淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间形成夹角，淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面之间形成夹角；所述方法包括下述步骤：
所述淬火感应器的内表面与待淬火轴类零件圆柱面之间的夹角为α，α的范围为20°至40°；所述淬火感应器的底面与所述待淬火轴类零件下端面之间的夹角为β，β的范围为2°至4°；
所述淬火感应器被设置在待淬火轴类零件的轴颈部，淬火感应器的内表面距待淬火轴类零件圆柱面的最近距离为δ1，δ1的范围为0.8mm至1.2mm；淬火感应器的底面与待淬火轴类零件下端面的最近距离为δ2，δ2的范围为0.3mm至0.8mm；
对淬火感应器通电，感应淬火时间为Tr，Tr的范围为30秒至40秒；
向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液。
10.根据权利要求9所述的轴类零件淬火方法，其特征在于，向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液包括下述分步骤：
开启第一喷液口和/或第二喷液口；
从喷液口向待淬火轴类零件的淬火表面喷射淬火液。
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