CN104372139A - 对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，采用单线圈感应装置，对大端直径为800～1000mm，小端直径为600～800mm，锥段母线长度为1000～2000mm的圆锥表面进行淬火；包括以下步骤：步骤一，将预热后的工件装夹到淬火机床上；步骤二，将工件沿轴线方向分为若干淬火工位；步骤三，在线圈不通电的状态下，将单线圈感应装置移动至第一淬火工位；步骤四，对工件的第一淬火工位进行淬火；步骤五，将单线圈感应装置向上移动至下一淬火工位；步骤六，对工件的下一淬火工位进行淬火。本发明采用“单线圈加热法”进行感应淬火，通过保证线圈相对于工件表面的线速度在各步时都相等，能够使大锥度长母线圆锥表面得到规定硬度及淬硬层均匀的表面，并得到最佳的淬火效果。

Description

对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法

技术领域

本发明涉及一种圆锥表面的淬火方法，具体涉及一种对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法。

背景技术

目前，对大锥度长母线圆锥表面的感应淬火方法大致有以下两种：

第一种方法如图1所示，锻造时先成型为阶梯轴状，然后根据阶梯轴不同段的不同直径配置多个线圈进行表面淬火，淬火完成后再进行机加工，以达到锥度要求；这种方法的优点是设备要求比较简单，可以在传统的立式或卧式淬火机床上实现，但是需要交替使用多个线圈，工装繁琐，导致加热不连续；并且在机加工时，由于零件已经完成表面淬火，表面硬度高，机加工难度大且切削量大，刀具损耗及材料浪费严重；最后完工后，其淬硬层厚度不均匀；

第二种方法如图2所示，使用矩形感应器，其加热的特点是在零件表面形成横向磁场，在零件旋转时切割磁力线，在零件的表面形成轴向的感应电流，从而形成集肤效应对零件表面进行加热，即横向磁场轴向电流加热；这种方法的优点是表面加热区连续，从而使淬硬区连续，但是由于锥体在各点的线速度不同，各点加热的速度也各不相同，在保证小端温度的情况下，在大端则会温度过高；在保证大端温度的情况下，在小端则会温度过低，导致在冷却时很难控制喷水时间以及喷水量，并且淬后得到的组织不理想，所以这种方法只适用于小锥度的零件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，它可以使大锥度长母线圆锥得到规定的硬度及淬硬层均匀的表面。

为解决上述技术问题，本发明对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法的技术解决方案为：

采用单线圈感应装置，对大端直径为800～1000mm，小端直径为600～800mm，锥段母线长度为1000～2000mm的圆锥表面进行淬火；包括以下步骤：

步骤一，将预热后的工件小端朝上装夹到淬火机床上；

步骤二，将工件沿轴线方向分为若干等分，每一等分作为一个淬火工位；并计算每个淬火工位所需的工件转速；

所述每个淬火工位所需的工件转速按下式进行计算：

$n=\frac{\stackrel{\‾}{V}}{\mathrm{\π}[D(2N-1)\mathrm{tg\α}\·L]}$

其中，n是指工件转速；

是指工件表面的平均线速度；

D是指工件的大端直径；

N是指工件的淬火工位数，N等分对应N个淬火工位；

α是指工件的母线与回转中心轴线之间所成夹角的度数；

L是指每个淬火工位的轴向投影长度。

所述每个淬火工位的母线长度略大于感应线圈的宽度。

步骤三，在感应线圈不通电的状态下，将单线圈感应装置移动至第一淬火工位；

所述单线圈感应装置移动至第一淬火工位后，感应线圈的宽度方向与工件的母线方向平行，感应线圈接近工件；冷却装置与感应线圈之间的周向距离为90～100mm，并且冷却装置滞后于感应线圈。

步骤四，对工件的第一淬火工位进行淬火；

工序一，使淬火机床的主轴带动工件旋转，当工件的转速达到第一淬火工位的转速n₁时，给感应线圈供电；

工件在旋转过程中经过带电的感应线圈时，感应线圈对淬火区进行加热；

工序二，工件保持旋转，当淬火区相对于线圈绕过的周向长度为130～160mm时，开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行冷却；

工序三，工件旋转完成一周时，使感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成第一淬火工位的淬火；

步骤五，将单线圈感应装置向上移动至下一淬火工位；

所述单线圈感应装置的轴向移动距离为L，径向移动距离B＝tgα·L。

所述单线圈感应装置向上移动之后，调整冷却装置与感应线圈之间的距离，使冷却装置沿周向远离感应线圈。

步骤六，对工件的下一淬火工位进行淬火；

调整淬火机床主轴的转速，当工件的转速达到下一淬火工位的转速n_N时，给感应线圈供电；带电的感应线圈对淬火区进行加热；当淬火区旋转至对应于冷却装置时，开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行冷却；工件旋转完成一周时，使感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成下一淬火工位的淬火；

重复步骤五和步骤六，直到完成全部淬火工位的淬火。

所述单线圈感应装置包括一感应线圈、一冷却装置，感应线圈固定设置于基座上，基座能够带动感应线圈移动；冷却装置活动设置于基座上，冷却装置能够相对于基座移动，以调整冷却装置与感应线圈之间的距离。

所述冷却装置的顶部连接一挡水板。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明采用“单线圈加热法”进行感应淬火，通过保证线圈相对于工件表面的线速度在各步时都相等，能够使大锥度长母线圆锥表面得到规定硬度及淬硬层均匀的表面，并得到最佳的淬火效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术阶梯轴的表面淬火示意图；

图2是现有技术采用矩形感应器进行表面淬火的示意图；

图3是本发明对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法的示意图；

图4是本发明的工作过程示意图；

图5显示本发明对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火时，线圈和冷却装置的相对位置和加热开始、加热结束、冷却开始、冷却结束等关键时间节点线圈和冷却装置相对工件的位置。

具体实施方式

如图3所示，本发明对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，采用单线圈感应装置，对大端直径为800～1000mm，小端直径为600～800mm，锥段母线长度为1000～2000mm的圆锥表面进行淬火；

如图4所示，单线圈感应装置包括一矩形感应线圈、一冷却装置，矩形感应线圈固定设置于基座上，基座能够带动矩形感应线圈移动；冷却装置活动设置于基座上，冷却装置能够相对于基座移动，以调整冷却装置与矩形感应线圈之间的距离；冷却装置的顶部连接一挡水板；挡水板用于防止水流飞溅；

本发明的淬火方法包括以下步骤：

步骤一，将预热后的工件小端朝上竖直装夹到淬火机床上；

预热后的工件小端朝上连接淬火机床的主轴，使淬火机床的主轴能够带动工件同步旋转；

步骤二，将工件沿轴线方向分为若干等分，每一等分作为一个淬火工位，并在工件表面作标记；计算每个淬火工位所需的工件转速；

每一淬火工位的母线长度略大于矩形感应线圈的宽度H；

工件转速按下式进行计算：

$n=\frac{\stackrel{\‾}{V}}{\mathrm{\π}[D(2N-1)\mathrm{tg\α}\·L]}$

其中，n是指工件转速；

是指工件表面的平均线速度；

D是指工件的大端直径；

N是指工件的淬火工位数，N等分对应N个淬火工位；

α是指工件的母线与回转中心轴线之间所成夹角的度数；

L是指每个淬火工位的轴向投影长度；

从上式可以看出，由于各淬火工位的表面线速度不同，故各淬火工位所需的工件转速也不同；

步骤三，在矩形感应线圈不通电的状态下，将单线圈感应装置移动至第一淬火工位；

移动单线圈感应装置的基座，使矩形感应线圈的宽度方向与工件的母线方向平行，矩形感应线圈接近工件的第一淬火工位；

调整冷却装置与矩形感应线圈之间的周向距离为90～100mm，并且冷却装置滞后于矩形感应线圈，即工件旋转时，先经过矩形感应线圈，再经过冷却装置，如图5所示；

本发明通过调整冷却装置与矩形感应线圈之间的周向距离，能够满足淬火工艺要求。如冷却装置与线圈的周向距离太小，会出现淬火区内的金属奥氏体转变不完全，无法满足淬火要求；如冷却装置与线圈的周向距离太大，则会出现因淬火区内的金属暴露在空气中的时间过长，即使加大后续喷水的速度和流量，也不能提高淬硬层的硬度。

步骤四，对工件的第一淬火工位进行淬火；

工序一，使淬火机床的主轴带动工件开始旋转，当工件的转速达到第一淬火工位的转速n₁时，给矩形感应线圈供电；

工件在旋转过程中经过带电的矩形感应线圈，线圈对淬火区（淬火区即线圈对应的工件区域）进行加热，使淬火区的温度达到淬火温度；

工序二，工件保持旋转，当淬火区相对于线圈绕过的周向长度为130～160mm时（此时淬火区经过冷却装置，并滞后冷却装置40～60mm），开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行喷水冷却；工序三，工件旋转完成一周时，使矩形感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成第一淬火工位的淬火；

本发明中，线圈先对淬火区进行加热，淬火区经过冷却装置并滞后冷却装置40～60mm后，冷却装置才开始进行冷却，这是为避免出现线圈对已淬火区重复加热，进而导致已淬火区的金属退火，从而导致零件表面出现软带。

步骤五，将单线圈感应装置向上移动至下一淬火工位（此时矩形感应线圈仍为断电状态）；

单线圈感应装置的轴向移动距离为L，径向移动距离B＝tgα·L，使矩形感应线圈接近工件；

调整冷却装置与矩形感应线圈之间的距离，使冷却装置沿周向远离感应线圈（由于圆锥上部的直径小于下部，圆锥上部在空气中的冷速比下部低，因此需要增加冷却装置与矩形感应线圈之间的距离，以保证工件各部的冷却速度接近一致）；

步骤六，对工件的下一淬火工位进行淬火；

调整淬火机床主轴的转速，当工件的转速达到下一淬火工位的转速n_N时，给矩形感应线圈供电；带电的矩形感应线圈对淬火区进行加热；当淬火区旋转至对应于冷却装置时，开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行冷却；工件旋转完成一周时，使矩形感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成下一淬火工位的淬火；

重复步骤五和步骤六，直到完成全部淬火工位的淬火。

本发明可应用于碾环机锥辊等具有大锥度长母线圆锥表面特征零件的制造。

Claims (8)

1.一种对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，采用单线圈感应装置，对大端直径为800～1000mm，小端直径为600～800mm，锥段母线长度为1000～2000mm的圆锥表面进行淬火；包括以下步骤：

步骤一，将预热后的工件小端朝上装夹到淬火机床上；

步骤二，将工件沿轴线方向分为若干等分，每一等分作为一个淬火工位；并计算每个淬火工位所需的工件转速；

步骤三，在感应线圈不通电的状态下，将单线圈感应装置移动至第一淬火工位；

步骤四，对工件的第一淬火工位进行淬火；

工序一，使淬火机床的主轴带动工件旋转，当工件的转速达到第一淬火工位的转速n₁时，给感应线圈供电；

工件在旋转过程中经过带电的感应线圈时，感应线圈对淬火区进行加热；

工序二，工件保持旋转，当淬火区相对于线圈绕过的周向长度为130～160mm时，开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行冷却；

工序三，工件旋转完成一周时，使感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成第一淬火工位的淬火；

步骤五，将单线圈感应装置向上移动至下一淬火工位；

步骤六，对工件的下一淬火工位进行淬火；

调整淬火机床主轴的转速，当工件的转速达到下一淬火工位的转速n_N时，给感应线圈供电；带电感应线圈对淬火区进行加热；当淬火区旋转至对应于冷却装置时，开启冷却装置，冷却装置对淬火区进行冷却；工件旋转完成一周时，使感应线圈断电；工件继续旋转完成第二周时，关闭冷却装置，完成下一淬火工位的淬火；

重复步骤五和步骤六，直到完成全部淬火工位的淬火。

2.根据权利要求1所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述步骤二中每个淬火工位所需的工件转速按下式进行计算：

$n=\frac{\stackrel{\‾}{V}}{\mathrm{\π}[D(2N-1)\mathrm{tg\α}\·L]}$

其中，n是指工件转速；

是指工件表面的平均线速度；

D是指工件的大端直径；

N是指工件的淬火工位数，N等分对应N个淬火工位；

α是指工件的母线与回转中心轴线之间所成夹角的度数；

L是指每个淬火工位的轴向投影长度。

3.根据权利要求1所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述步骤二中每个淬火工位的母线长度略大于感应线圈的宽度。

4.根据权利要求1所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述步骤三中单线圈感应装置移动至第一淬火工位后，感应线圈的宽度方向与工件的母线方向平行，感应线圈接近工件；冷却装置与感应线圈之间的周向距离为90～100mm，并且冷却装置滞后于感应线圈。

5.根据权利要求1所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述步骤五中单线圈感应装置的轴向移动距离为L，径向移动距离B＝tgα·L。

6.根据权利要求1或5所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述步骤五单线圈感应装置向上移动之后，调整冷却装置与感应线圈之间的距离，使冷却装置沿周向远离感应线圈。

7.根据权利要求1所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述单线圈感应装置包括一感应线圈、一冷却装置，感应线圈固定设置于基座上，基座能够带动感应线圈移动；冷却装置活动设置于基座上，冷却装置能够相对于基座移动，以调整冷却装置与感应线圈之间的距离。

8.根据权利要求7所述的对大锥度长母线圆锥表面进行感应淬火的方法，其特征在于，所述冷却装置的顶部连接一挡水板。