CN106244785A - 一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置及其工艺，属于金属淬火技术领域，本发明装置包括中频感应淬火机床、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构、支重轮轴部和端头感应淬火加热器、冷却水包、蓄水池、控制台；本发明工艺先将工件放入中频感应淬火机床中固定好，其次使用支重轮轴部和端头感应淬火加热器，在300—600Hz的频率下对工件加热，然后，再用支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构，以清水为冷却介质，对加热好的支重轮轴颈和端头部位进行喷水急冷。

Description

一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置及其工艺
技术领域
本发明涉及一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置及其工艺，属于金属淬火技术领域。
背景技术
大型挖掘机是露天矿山开矿作业的不可缺少的先进的装载工具，其中支重轮是矿山的大宗消耗备件之一。挖掘机支重轮作为挖掘机传动系统中重要的零件。它担负着承载挖掘机的静载荷或动载荷的任务。支重轮包括支撑滚道部分和轴头部分，支撑滚道部分作用在履带板上，轴头部分上安装的滑动轴承和轴承座，通过轴承座将支重轮固定挖掘机的框架上，支撑支重轮轮体旋转工作。
支重轮轴头和轴承座里的滑动轴承组成一对摩擦副。要求轴头颈部和端头具有一定深度和硬度的表面，延长该摩擦副的使用寿命。如果轴的表面硬度偏低，硬度不均匀造成轴部早期磨损，甚至导致轴承座和轴头粘接影响支重轮的正常工作。所以支重轮轴头端面的热处理质量对支重轮的使用寿命影响非常关键。
挖掘机支重轮一般采用42CrMo锻造材料。目前一般通过两种方法对支重轮轴头部分进行淬火热处理：
1.采用盐浴炉中或电阻炉中将支重轮整体加热到850℃保温一段时间后，再在含有添加10％NaOH(或10％NaCl)水溶液中进行冷却。
2.采用1-10kHz中频或100kHz高频对支重轮滚道部位进行感应加热后，再在含有8—10％PAG水溶液中冷却。
整体热处理淬火时应力较大，容易造成开裂，表面硬度低，硬度均匀性差，淬硬层较浅，能源消耗高等缺点。使用含有添加10％NaOH(或10％NaCl)水溶液冷却，成本相对高，不环保。
采用1-10kHz中频或100kHz高频感应加热淬火，尽管能耗低，表面硬度高，但是对于支重轮这样的大型工件，采用1-10kHz中频或100kHz高频感应加热，因集肤效应比较明显，所以在保证良好的组织情况下所获得的淬硬层浅，在3—5mm左右。此外该方法过渡区硬度梯度陡峭，在使用中容易产生剥落掉块。该方法使用含有8—10％PAG水溶液冷却，成本高，因添加PAG也不环保。
发明内容
本发明为解决目前技术中存在的问题，提供一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置及其工艺。本发明装置和方法生产的支重轮，能实现深层感应快速加热，晶粒细小，组织均匀，采用喷清水急冷，组织转变彻底，表面硬度高，表面硬度均匀，产品耐磨性好，使用寿命长。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置，包括中频感应淬火机床、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)、支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)、冷却水包(4)、蓄水池(15)、控制台。
所述中频感应淬火机床包括机械传动部分、供电部分、冷却部分三部分，所述机械传动部分包括支撑框架(8)、位于支撑框架(8)顶端的电机(10)、位于支撑框架(8)两边的丝杠(9)，及由上而下的上横梁(12)、中间横梁(13)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)，上横梁(12)的中间设有第一顶尖，第一顶尖旁边设有工件旋转电机(11)，由工件旋转电机(11)带动第一顶尖转动，丝杠(9)通过安装在上横梁(12)上的螺母(即丝杠穿过固定在上横梁中的铜合金螺母)，带动上横梁(12)上下移动；所述上横梁(12)、中间横梁(13)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)组成一个框架，其中上横梁(12)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)组成一个固定框架，固定框架中上横梁(12)的两端有滑轮，滑轮沿着固定在支撑框架(8)两边的轨道一里滑动；下横梁(14)的两端有滑轮，沿着固定在蓄水池两边的轨道二滑动；(轨道一为上横梁服务；轨道二为下横梁服务，两侧轨道平行，保证固定框架上升下降基本变化不大)
所述固定框架，由机床两侧的丝杠(9)带动框架沿着两侧的轨道(上横梁沿着轨道一，下横梁沿着轨道二)上下移动，固定框架中间设有中间横梁(13)，中间横梁(13上设有锁紧螺栓，将中间横梁(13)和光杠(16)锁紧，当锁紧螺栓与光杆的锁紧松开时，光杆(16)自由穿过中间横梁(13)，从而可调整机床上横梁(12)和中间横梁(13)的距离，一旦锁紧螺栓和光杠(16)后，那么中间横梁(13)就和上横梁(12)、下横梁(14)、光杠(16)构成为一个固定框架，可以一起上下移动；所述中间横梁上(13)设有第二顶尖，和机床的上横梁(12)的第一顶尖一起将准备感应热处理的工件纵向固定在机床上，工件随着丝杠(9)带动的固定框架上下移动；
所述供电部分包括中频电源柜、淬火变压器(5)、补偿电容(6)、机床操作控制台(7)，支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)(感应线圈)与淬火变压器(5)相连接，通过调整淬火变压器(5)的匝数和补偿电容(6)的数量，调节工件所需加热工作频率；
所述冷却系统包括泵站、冷却水包(4)，泵站的水通过管道流动到冷却水包(4)里进行储存均压，所述冷却水包(4)上面设有很多冷却出水管头，管头上带有阀门，用于机床电气和工件的冷却；机床电气冷却包括淬火变压器(5)的冷却、补偿电容(6)的冷却、支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的冷却，由耐高压水管从冷却水包连接到淬火变压器(5)、补偿电容(6)和支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)上，然后通过各自的回水管道流到机床蓄水池(15)里；工件喷水冷却是由耐高压水管从冷却水包(4)连接到支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的进水管(203)上，冷却水通过高压水管、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)后喷射在工件上，将工件迅速冷却后回到蓄水池(15)；所述工件为支重轮(1)。
所述支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)包括空心存水箱(204)、用于对支重轮轴端头面(111)淬火冷却的端头部带孔喷水板(201)、用于对支重轮轴颈外圆表面(112)淬火的颈部冷却带孔喷水板(202)，以及设置在箱体(204)上的进水管(203)；4个进水管(203)。
所述端头部带孔喷水板(201)为轴心缺口的扇形板，颈部冷却带孔喷水板(202)是带喷水孔的钢板做成的圆柱面，端头部带孔喷水板(201)，颈部冷却带孔喷水板(202)，与箱体(204)构成一个整体。
扇形板的端头部带孔喷水板(201)和圆柱型的颈部冷却带孔喷水板(202)上阵列设置有若干喷水孔。
所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)包括用于对支重轮的轴头端面(111)淬火的端头部加热紫铜管(301)、用于对支重轮的倒角交界部(113)淬火的端头部和颈部交界处加热紫铜管(302)、用于对支重轮的轴颈外圆表面(112)淬火的颈部加热竖向紫铜管(303)与颈部加热横向紫铜管(310)、第一电极(307)、第二电极(308)、冷却水进口(306)和冷却水出口(309)。
所述第二电极(308)、第一电极(307)之间设有绝缘板(305)。
所述端头部和颈部交界处加热紫铜管(302)为圆弧形，包括第一端颈交界处加热紫铜管(321)和第二端颈交界处加热紫铜管(322),两者结构相同；
所述颈部加热竖向紫铜管(303)包括第一竖向紫铜管(331)；第二竖向紫铜管(332)，两者结构相同。
颈部加热横向紫铜管(310)包括第一横向紫铜管(3101)；第二横向紫铜管(3102)，两者结构相同。
所述第一电极(307)、第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管301；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)；以及第二电极(308)依次串联连通，形成一个单匝线圈。
所述冷却水进口(306)通过冷却水通道与第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管(301)；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)、冷却水出口(309依次串联连通，通过冷却水对所述单匝线圈进行冷却。
所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)各部分与预于加工的支重轮的相应位置相适应。
优选的，所述颈部加热竖向紫铜管(303)上包裹有U型硅钢片导磁体(304)，U形口朝向轴颈外圆表面(112)。
一种使用所述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置进行淬火的工艺，包括以下步骤：
首先，将工件即经过半精加工的支重轮(1)放入中频感应淬火机床中固定好，其次，使用支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)，在300—600Hz的频率下对工件加热，然后，再用支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)，以清水为冷却介质，对加热好的支重轮轴颈和端头部位进行喷水急冷。
优选的，所述支重轮(1)的材质为4340锻钢，感应淬火前进行调质热处理，调质处理后支重轮1的表面硬度为220～250HB。
优选的，所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，包括以下具体步骤：
a.工件外形准备：将工件进行调质，调质后进行半精加工，为后续的感应淬火作组织准备，半精加工留余量，支重轮轴颈部也即轴颈外圆表面(112)的部分径向余量为2-2.5mm，长度余量为5—5.5mm，倒角交界处(113)加工半径为6mm圆弧，工件粗糙度全部为Ra1.6μm；与倒角交界处(113)相邻的两个面上下50mm范围内，用砂轮抛光机进行抛光，确保无肉眼可见加工刀痕。
b.工件的固定：先将支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)临时连接在淬火变压器(5)上，操作机床操作控制台(7)使淬火变压器(5)向后移动，再将支重轮(1)放在机床上，操作机床通过上横梁(12)移动，使机床上横梁(12)和中间横梁(13)的上下顶尖顶入支重轮中心孔内，锁死机床中间横梁；
操作机床控制台(7)，向下移动支重轮(1)，使支重轮轴头端面(111)低于支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的端头部加热紫铜管(301)15～20mm,以支重轮(1)为基准，移动淬火变压器(5)调整支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的第一竖向紫铜管(331)和第二竖向紫铜管(332)与支重轮(1)的轴颈外圆表面(112)之间的间隙15—25mm，保持支重轮和线圈合适的间隙(避免产生短路打火烧伤工件)，并且线圈和工件同心设置，保证加热时温度均匀。
利用水平仪测量，确保支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)水平放置；
将支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)和淬火变压器(5)固定好，两接触板表面清洁，无氧化现象，如发现氧化，用砂纸清理干净。
用高压水管连接冷却水包(4)和支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)和冷却水进口(306)；
用水管连接支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的冷却水出口(309)，将出水排在蓄水池(15)内；
c.安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)：以支重轮为基准安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)，支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的端面部、端头部冷却喷水板(201)下沿与支重轮轴头端面(111)的上沿之间的距离为15～25mm，支重轮轴颈外圆表面(112)与颈部冷却带孔喷水板(202)之间的距离为20～40mm，固定支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)；用高压水管连接冷却水包(4)和支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的所有的进水管(203)；
d.试水：打开通往支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的阀门，调整进口水压0.2～03MPa，旋转工件，观察冷却水是否均匀，确保工件支重轮整个轴颈和端面全部被水喷到，关闭阀门；
e.试送电：调整淬火变压器(5)的匝数为12:1，补偿电容(6)为3个；打开冷却水包(4)上通往支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的进水阀门，确认通水流畅，压力为0.15—0.2MPa。
送电，功率为200KW,观测操作机床控制台(7)上的频率表，频率为450--550Hz，工件和线圈间隙均匀，无激烈振动和无杂音，停止送电。
f.支重轮轴部和端面感应加热：
操作机床使工件旋转，工件转数为30转/分，然后送电，15秒内将功率调到200kw保持5分钟，用远红外测温仪测量工件支重轮的轴头端面(111)、轴外圆表面(112)处以及倒角交界部(113)处的温度均匀一致上升至880～920℃时，停止送电。
g.支重轮轴部和端面冷却阶段：
利用远红外测温仪，测定倒角交界部(113)处表面温度至790～810℃，迅速打开支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的阀门，对工件进行急剧冷却，要求水压0.2—0.3MPa，工件在支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)中冷却4—7分钟，关闭阀门，停止冷却，冷却后工件表面温度为40～50℃，停止旋转。
h.吊下工件，将工件掉头，重复上述动作，完成支重轮轴部和端头部的淬火工序。
优选的，所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后的表面硬度为48～52HRC；
硬度检测：用手砂轮打磨热处理后的工件表面，粗糙度Ra0.8μm，用硬度计检测表面硬度为49—52HRC，整理数据。
优选的，所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后，淬硬层8mm以上。
优选的，所述步骤f中支重轮轴部和端面感应加热温度为900℃。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
本发明能实现一次性对挖掘机支重轮的颈部和端头部要求不同淬硬深度加热功能，满足技术要求的深层加热，减少了加热次数，节约了工人劳动力，提高了工作效率，本发明工艺加工的产品与现有的易开裂的支重轮相比，并经久耐用、防开裂，节约了费用、降低了成本。
附图说明
图1为中频感应淬火机床示意图
图2为支重轮结构示意图
图3为支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构和支重轮轴部和端头感应淬火加热器的安装主视图
图4为图3的俯视图
图5为图3的AA剖视图
图6为支重轮轴部和端头感应淬火加热器的主视图
图7为支重轮图6的左视图
图8为支重轮轴部和端头部喷水急冷装置示意图。
图中各部件标号说明：
包括中频感应淬火机床、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2、支重轮轴部和端头感应淬火加热器3、冷却水包4、蓄水池15、控制台7；
1、支重轮；2、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构；3、支重轮轴部和端头感应淬火加热器；4、冷却水包；5、淬火变压器；6、补偿电容；7、机床操作控制台；8、支撑框架；9、丝杠；10、电机；11、工件旋转电机；12、上横梁；13、中间横梁；14、下横梁；15、蓄水池；16光杆。111、轴头端面；112轴颈外圆表面；113、倒角交界部；
201、端头部冷却喷水板；202、颈部冷却带孔喷水板；203、进水管；204、箱体；301、端头部加热紫铜管；302、端头部和颈部交界处加热紫铜管；303、颈部加热竖向紫铜管；304、U型硅钢片导磁体；305、绝缘板；306、冷却水进口；307、第一电极；308、第二电极；309、冷却水出口；310、颈部加热横向紫铜管；321、第一端颈交界处加热紫铜管；322、第二端颈交界处加热紫铜管；331、第一竖向紫铜管；332、第二竖向紫铜管；3101、第一横向紫铜管；3102第二横向紫铜管。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参见图1～8。
本发明的淬火装置及其工艺的实施例是针对大型挖掘机支重轮的，也适于其他大型履带式挖掘机支重轮。
本发明用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置，包括中频感应淬火机床、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2、支重轮轴部和端头感应淬火加热器3、冷却水包4、蓄水池15、控制台；
所述中频感应淬火机床包括包括机械传动部分、供电部分、冷却部分三部分，所述机械传动部分包括支撑框架8、支撑框架8顶端的电机10、位于支撑框架8两边的丝杠9，及由上而下的上横梁12、中间横梁13、下横梁14和两侧的光杆16，上横梁12的中间设有第一顶尖，第一顶尖旁边设有工件旋转电机11，由工件旋转电机11带动第一顶尖转动，丝杠9通过安装在上横梁12上的螺母，带动上横梁12上下移动；所述上横梁12、中间横梁13、下横梁14和两侧的光杆16组成一个框架，其中上横梁12、下横梁14和两侧的光杆16组成一个固定框架，固定框架中上横梁12的两端有滑轮，滑轮沿着固定在支撑框架8两边的轨道一里滑动；下横梁14的两端有滑轮，沿着固定在蓄水池两边的轨道二滑动。(轨道一为上横梁服务；轨道二为下横梁服务。两侧轨道平行，保证固定框架上升下降基本变化不大。)
所述固定框架，由机床两侧的丝杠9带动框架沿着两侧的轨道上下移动，固定框架中间设有中间横梁13，中间横梁13上设有锁紧螺栓，将中间横梁13和光杠16锁紧，当锁紧螺栓与光杆的锁紧松开时，光杆16自由穿过中间横梁13，从而可调整机床上横梁12和中间横梁13的距离，一旦锁紧螺栓和光杠16后，那么中间横梁13就和上横梁12、下横梁14、光杠16构成为一个固定框架，可以一起上下移动；所述中间横梁上13设有第二顶尖，和机床的上横梁12的第一顶尖一起将准备感应热处理的工件纵向固定在机床上，工件随着丝杠9带动的固定框架上下移动；
所述供电部分包括中频电源柜、淬火变压器5、补偿电容6、机床操作控制台7，支重轮轴部和端头感应淬火加热器3(感应线圈)与淬火变压器5相连接，通过调整淬火变压器5的匝数和补偿电容6的数量，调节工件所需加热工作频率。
所述冷却系统包括泵站、冷却水包4，泵站的水通过管道流动到冷却水包4里进行储存均压，所述冷却水包4上面设有很多冷却出水管头，管头上带有阀门，用于机床电气和工件的冷却；机床电气冷却包括淬火变压器5的冷却、电容器(补偿电容6)的冷却、支重轮轴部和端头感应淬火加热器3(感应线圈)的冷却，由耐高压水管从冷却水包连接到淬火变压器5、补偿电容6和支重轮轴部和端头感应淬火加热器3上，然后通过各自的回水管道流到机床蓄水池15里；工件喷水冷却是由耐高压水管从冷却水包4连接到支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的进水管203上，冷却水通过高压水管、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2后喷射在工件上，将工件迅速冷却后回到蓄水池15；所述工件为支重轮1。
所述支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2包括空心存水箱204、用于对支重轮轴端头面111淬火冷却的端头部带孔喷水板201、用于对支重轮轴颈外圆表面112淬火的颈部冷却带孔喷水板202，以及设置在箱体204上的进水管203；进水管203为4～12个，本实施例为4个。
所述端头部带孔喷水板201为轴心缺口的扇形板，颈部冷却带孔喷水板202是带喷水孔的钢板做成的圆柱面，端头部带孔喷水板201，颈部冷却带孔喷水板202，与箱体204构成一个整体。扇形板的端头部带孔喷水板201和圆柱型的颈部冷却带孔喷水板202上阵列设置有若干喷水孔。
支重轮轴部和端头部喷水急冷装置2工作原理是：来自冷水包的清水通过进水管203到达箱体204内进行均压，再以较快的速度从端头部带孔喷水板201和/或颈部冷却带孔喷水板202上的喷水孔经过，分别喷射到工件支重轮的轴头端面111表面上和或支重轮的轴颈外圆表面112上，对感应加热的工件迅速实施冷却，完成马氏体的组织转变。这样冷却的工件淬硬层深，表面硬度均匀。
所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器3包括用于对支重轮的轴头端面111淬火的端头部加热紫铜管301、用于对支重轮的倒角交界部113淬火的端头部和颈部交界处加热紫铜管302、用于对支重轮的轴颈外圆表面112淬火的颈部加热竖向紫铜管303与颈部加热横向紫铜管310、第一电极307、第二电极308、冷却水进口306和冷却水出口309；
所述第二电极308、第一电极307之间设有绝缘板305；
所述端头部和颈部交界处加热紫铜管302为圆弧形，包括第一端颈交界处加热紫铜管
321和第二端颈交界处加热紫铜管322,两者结构相同；
所述颈部加热竖向紫铜管303包括第一竖向紫铜管331；第二竖向紫铜管332，两者结构相同；
颈部加热横向紫铜管(310)包括第一横向紫铜管(3101)；第二横向紫铜管(3102)，两者结构相同；
所述第一电极(307)、第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管301；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)；以及第二电极(308)依次串联连通，形成一个单匝线圈；
所述冷却水进口306通过冷却水通道与第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管301；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)、冷却水出口309依次串联连通，通过冷却水对所述单匝线圈进行冷却；
所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器3各部分与预于加工的支重轮的相应位置相适应。
优选的，所述颈部加热竖向紫铜管303上包裹有U型硅钢片导磁体304，U形口朝向轴颈外圆表面112，利用导磁体的槽口效应将磁力线聚集于轴肩上，提高肩部加热效率。
支重轮轴部和端头感应淬火加热器3的工作原理。
第一电极307和第二电极308和淬火变压器5相连接并入电源，电流顺次流经各个紫铜管组成的线圈，当线圈中通有交变电流时，在线圈的内部及其周围就产生一个交变磁场，置于线圈周围的工件就被交变磁场的作用下，产生邻近效应，于是在支重轮端面和轴颈部上将有感应电动势产生，并在电动势作用下产生涡流，由于涡流回路的阻抗很小，涡流强度自然很大，使涡流回路产生很大的热量，从而对线圈内的支重轮轴头端面111、轴颈外圆表面112以及倒角交界部113进行加热，其中端头部和颈部交界处加热紫铜管302，做成两个半圆形铜圈避免倒角交界部113尖角温度过高。
上述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置进行淬火的工艺，包括以下步骤：
首先，将工件即经过半精加工的支重轮1放入中频感应淬火机床中固定好，其次，使用支重轮轴部和端头感应淬火加热器3，在300—600Hz的频率下对工件加热，然后，再用支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2，以清水为冷却介质，对加热好的支重轮轴颈和端头部位进行喷水急冷。
所述支重轮1的材质为4340锻钢，感应淬火前进行调质热处理，调质处理后支重轮1的表面硬度为220～250HB。
调质后的支重轮在感应淬火前要进行半精加工。支重轮半精加工一方面为后道感应淬火做好外形准备，排除刀痕引发的倒角淬火开裂的因素，另一方面留有合适的加工余量即防止表面变形脱碳，又减少后道加工时间。
优选的，所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，包括以下具体步骤：
a.工件外形准备：将工件进行调质，调质后进行半精加工，为后续的感应淬火作组织准备，
半精加工留余量，支重轮轴颈部也即轴颈外圆表面112的部分径向余量为2-2.5mm，长度余量为5—5.5mm，倒角交界处113加工半径为6mm圆弧，工件粗糙度全部为Ra1.6μm；
与倒角交界处113相邻的两个面上下50mm范围内，用砂轮抛光机进行抛光，确保无肉眼可见加工刀痕。
由于感应加热对工件尖角处会产生涡流集中现象，工件倒角交界处113要进行圆弧处理，减少加热尖角处的急剧升温的倾向。
另外，工件倒角交界处(113)加热后冷却过程中，容易开裂。原因是该处加热易于温度偏高，另外，因为冷却时组织转变的组织应力和热应力叠加最后呈现出拉应力状态，如果存在尖锐的加工刀痕，在上述因素作用下引发开裂。
b.工件的固定：先将支重轮轴部和端头感应淬火加热器3临时连接在淬火变压器5上，操作机床操作控制台7使淬火变压器5向后移动，再将支重轮1放在机床上，操作机床通过上横梁12移动，使机床上横梁12和中间横梁13的上下顶尖顶入支重轮中心孔内，锁死机床中间横梁；
操作机床控制台7，向下移动支重轮1，使支重轮轴头端面111低于支重轮轴部和端头感应淬火加热器3的端头部加热紫铜管(301)15～20mm,以支重轮1为基准，移动淬火变压器5调整支重轮轴部和端头感应淬火加热器3的第一竖向紫铜管(331)和第二竖向紫铜管(332)与支重轮1的轴颈外圆表面(112)之间的间隙15～25mm，保持支重轮和线圈合适的间隙(避免产生短路打火烧伤工件)，并且线圈和工件同心设置，保证加热时温度均匀。
利用水平仪测量，确保支重轮轴部和端头感应淬火加热器3水平放置；
将支重轮轴部和端头感应淬火加热器3和淬火变压器5固定好，两接触板表面清洁，无氧化现象，如发现氧化，用砂纸清理干净。
用高压水管连接冷却水包4和支重轮轴部和端头感应淬火加热器3和冷却水进口306。
用水管连接支重轮轴部和端头感应淬火加热器3的冷却水出口309，将出水排在蓄水池15内；
c.安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2：以支重轮为基准安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2，支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的端面部、端头部冷却喷水板(201)下沿与支重轮轴头端面111的上沿之间的距离为15～25mm，支重轮轴颈外圆表面112与颈部冷却带孔喷水板202之间的距离为20～40mm，固定支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2。
用高压水管连接冷却水包4和支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的所有的进水管203；
d.试水。打开通往支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的阀门，调整进口水压0.2～03MPa，旋转工件，观察冷却水是否均匀，确保工件支重轮整个轴颈和端面全部被水喷到，关闭阀门；
e.试送电：调整淬火变压器5的匝数为12:1，补偿电容(6)为3个。打开冷却水包4上通往支重轮轴部和端头感应淬火加热器3的进水阀门，确认通水流畅，压力为0.15—0.2MPa。
送电，功率为200KW,观测操作机床控制台7上的频率表，频率为450--550Hz，工件和线圈间隙均匀，无激烈振动和无杂音，停止送电。
f.支重轮轴部和端面感应加热：
操作机床使工件旋转，工件转数为30转/分，然后送电，15秒内将功率调到200kw保持5分钟，用远红外测温仪测量工件支重轮的轴头端面111、轴外圆表面112处以及倒角交界部(113)处的温度均匀一致上升至880～920℃时，停止送电。
g.支重轮轴部和端面冷却阶段：
利用远红外测温仪，测定倒角交界部113处表面温度至790～810℃，迅速打开支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的阀门，对工件进行急剧冷却，要求水压0.2—0.3MPa，工件在支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2中冷却4—7分钟，关闭阀门，停止冷却，冷却后工件表面温度为40～50℃，停止旋转。
h.吊下工件，将工件掉头，重复上述动作，完成支重轮轴部和端头部的淬火工序。
所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后的表面硬度为48—52HRC。
硬度检测：用手砂轮打磨热处理后的工件表面，粗糙度Ra0.8μm，用硬度计检测表面硬度为49～52HRC，整理数据。
所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后，淬硬层8mm以上。
优选的，所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是所述步骤f中支重轮轴部和端面感应加热温度为900℃。
本发明的工作过程：简述一下固定好工件后的工作过程即可
操作机床使工件30转/分旋转，然后送电，15秒内将功率调到200kw保持5分钟，用远红外测温仪测量工件支重轮的轴头端面111、轴外圆表面112处以及倒角交界部113处的温度均匀一致上升至880～920℃时，停止送电。
利用远红外测温仪，测定倒角交界部113处表面温度至790～810℃，迅速打开支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2的阀门，对工件进行急剧冷却，水压0.2～0.3MPa，工件在支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构2中冷却4～7分钟，关闭阀门，停止冷却，冷却后工件表面温度为40～50℃，停止旋转，吊下工件。

Claims (10)

1.一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置，其特征是：包括中频感应淬火机床、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)、支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)、冷却水包(4)、蓄水池(15)、控制台；
所述中频感应淬火机床包括机械传动部分、供电部分、冷却部分三部分，所述机械传动部分包括支撑框架(8)、位于支撑框架(8)顶端的电机(10)、位于支撑框架(8)两边的丝杠(9)，及由上而下的上横梁(12)、中间横梁(13)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)，上横梁(12)的中间设有第一顶尖，第一顶尖旁边设有工件旋转电机(11)，由工件旋转电机(11)带动第一顶尖转动，丝杠(9)通过安装在上横梁(12)上的螺母，带动上横梁(12)上下移动；所述上横梁(12)、中间横梁(13)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)组成一个框架，其中上横梁(12)、下横梁(14)和两侧的光杆(16)组成一个固定框架，固定框架中上横梁(12)的两端有滑轮，滑轮沿着固定在支撑框架(8)两边的轨道一里滑动；下横梁(14)的两端有滑轮，沿着固定在蓄水池两边的轨道二滑动；
所述固定框架，由机床两侧的丝杠(9)带动框架沿着两侧的轨道上下移动，固定框架中间设有中间横梁(13)，中间横梁(13上设有锁紧螺栓，将中间横梁(13)和光杠(16)锁紧，当锁紧螺栓与光杆的锁紧松开时，光杆(16)自由穿过中间横梁(13)，从而可调整机床上横梁(12)和中间横梁(13)的距离，一旦锁紧螺栓和光杠(16)后，那么中间横梁(13)就和上横梁(12)、下横梁(14)、光杠(16)构成为一个固定框架，可以一起上下移动；所述中间横梁上(13)设有第二顶尖，和机床的上横梁(12)的第一顶尖一起将准备感应热处理的工件纵向固定在机床上，工件随着丝杠(9)带动的固定框架上下移动；
所述供电部分包括中频电源柜、淬火变压器(5)、补偿电容(6)、机床操作控制台(7)，支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)与淬火变压器(5)相连接，通过调整淬火变压器(5)的匝数和补偿电容(6)的数量，调节工件所需加热工作频率；
所述冷却系统包括泵站、冷却水包(4)，泵站的水通过管道流动到冷却水包(4)里进行储存均压，所述冷却水包(4)上面设有很多冷却出水管头，管头上带有阀门，用于机床电气和工件的冷却；机床电气冷却包括淬火变压器(5)的冷却、补偿电容(6)的冷却、支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的冷却，由耐高压水管从冷却水包连接到淬火变压器(5)、补偿电容(6)和支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)上，然后通过各自的回水管道流到机床蓄水池(15)里；工件喷水冷却是由耐高压水管从冷却水包(4)连接到支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的进水管(203)上，冷却水通过高压水管、支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)后喷射在工件上，将工件迅速冷却后回到蓄水池(15)；所述工件为支重轮(1)。
2.如权利要求1所述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置,其特征是，所述支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)包括空心存水箱(204)、用于对支重轮轴端头面(111)淬火冷却的端头部带孔喷水板(201)、用于对支重轮轴颈外圆表面(112)淬火的颈部冷却带孔喷水板(202)，以及设置在箱体(204)上的进水管(203)；
所述端头部带孔喷水板(201)为轴心缺口的扇形板，颈部冷却带孔喷水板(202)是带喷水孔的钢板做成的圆柱面，端头部带孔喷水板(201)，颈部冷却带孔喷水板(202)，与箱体(204)构成一个整体；
扇形板的端头部带孔喷水板(201)和圆柱型的颈部冷却带孔喷水板(202)上阵列设置有若干喷水孔。
3.如权利要求1所述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置，其特征是，所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)包括用于对支重轮的轴头端面(111)淬火的端头部加热紫铜管(301)、用于对支重轮的倒角交界部(113)淬火的端头部和颈部交界处加热紫铜管(302)、用于对支重轮的轴颈外圆表面(112)淬火的颈部加热竖向紫铜管(303)与颈部加热横向紫铜管(310)、第一电极(307)、第二电极(308)、冷却水进口(306)和冷却水出口(309)；
所述第二电极(308)、第一电极(307)之间设有绝缘板(305)；
所述端头部和颈部交界处加热紫铜管(302)为圆弧形，包括第一端颈交界处加热紫铜管(321)和第二端颈交界处加热紫铜管(322),两者结构相同；
所述颈部加热竖向紫铜管(303)包括第一竖向紫铜管(331)；第二竖向紫铜管(332)，两者结构相同；
颈部加热横向紫铜管(310)包括第一横向紫铜管(3101)；第二横向紫铜管(3102)，两者结构相同；
所述第一电极(307)、第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管301；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)；以及第二电极(308)依次串联连通，形成一个单匝线圈；
所述冷却水进口(306)通过冷却水通道与第一横向紫铜管(3101)、第一竖向紫铜管(331)、第一端颈交界处加热紫铜管(321)、端头部加热紫铜管(301)；第二端颈交界处加热紫铜管(322)、第二竖向紫铜管(332)；第二横向紫铜管(3102)、冷却水出口(309依次串联连通，通过冷却水对所述单匝线圈进行冷却；
所述支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)各部分与预于加工的支重轮的相应位置相适应。
4.如权利要求3所述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置，其特征是，所述颈部加热竖向紫铜管(303)上包裹有U型硅钢片导磁体(304)，U形口朝向轴颈外圆表面(112)。
5.使用权利要求1所述的用于挖掘机支重轮轴头部的淬火装置进行淬火的工艺，其特征是包括以下步骤：
首先，将工件即经过半精加工的支重轮(1)放入中频感应淬火机床中固定好，其次，使用支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)，在300—600Hz的频率下对工件加热，然后，再用支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)，以清水为冷却介质，对加热好的支重轮轴颈和端头部位进行喷水急冷。
6.如权利要求5所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是，所述支重轮(1)的材质为4340锻钢，感应淬火前进行调质热处理，调质处理后支重轮1的表面硬度为220～250HB。
7.如权利要求5所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是包括以下具体步骤：
a.工件外形准备：将工件进行调质，调质后进行半精加工，为后续的感应淬火作组织准备，半精加工留余量，支重轮轴颈部也即轴颈外圆表面(112)的部分径向余量为2-2.5mm，长度余量为5-5.5mm，倒角交界处(113)加工半径为6mm圆弧，工件粗糙度全部为Ra1.6μm；
与倒角交界处(113)相邻的两个面上下50mm范围内，用砂轮抛光机进行抛光，确保无肉眼可见加工刀痕。
b.工件的固定：先将支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)临时连接在淬火变压器(5)上，操作机床操作控制台(7)使淬火变压器(5)向后移动，再将支重轮(1)放在机床上，操作机床通过上横梁(12)移动，使机床上横梁(12)和中间横梁(13)的上下顶尖顶入支重轮中心孔内，锁死机床中间横梁；
操作机床控制台(7)，向下移动支重轮(1)，使支重轮轴头端面(111)低于支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的端头部加热紫铜管(301)15～20mm,以支重轮(1)为基准，移动淬火变压器(5)调整支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的第一竖向紫铜管(331)和第二竖向紫铜管(332)与支重轮(1)的轴颈外圆表面(112)之间的间隙15—25mm，保持支重轮和线圈合适的间隙(避免产生短路打火烧伤工件)，并且线圈和工件同心设置，保证加热时温度均匀；
利用水平仪测量，确保支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)水平放置；
将支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)和淬火变压器(5)固定好；
用高压水管连接冷却水包(4)和支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)和冷却水进口(306)；
用水管连接支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的冷却水出口(309)，将出水排在蓄水池(15)内；
c.安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)：以支重轮为基准安装支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)，支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的端面部、端头部冷却喷水板(201)下沿与支重轮轴头端面(111)的上沿之间的距离为15～25mm，支重轮轴颈外圆表面(112)与颈部冷却带孔喷水板(202)之间的距离为20～40mm，固定支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)；
用高压水管连接冷却水包(4)和支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的所有的进水管(203)；
d.试水：打开通往支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的阀门，调整进口水压0.2～03MPa，旋转工件，观察冷却水是否均匀，确保工件支重轮整个轴颈和端面全部被水喷到，关闭阀门；
e.试送电：调整淬火变压器(5)的匝数为12:1，补偿电容(6)为3个；打开冷却水包(4)上通往支重轮轴部和端头感应淬火加热器(3)的进水阀门，确认通水流畅，压力为0.15—0.2MPa。
送电，功率为200KW,观测操作机床控制台(7)上的频率表，频率为450--550Hz，工件和线圈间隙均匀，无激烈振动和无杂音，停止送电。
f.支重轮轴部和端面感应加热：
操作机床使工件旋转，工件转数为30转/分，然后送电，15秒内将功率调到200kw保持5分钟，用远红外测温仪测量工件支重轮的轴头端面(111)、轴外圆表面(112)处以及倒角交界部(113)处的温度均匀一致上升至880～920℃时，停止送电。
g.支重轮轴部和端面冷却阶段：
利用远红外测温仪，测定倒角交界部(113)处表面温度至790～810℃，迅速打开支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)的阀门，对工件进行急剧冷却，要求水压0.2—0.3MPa，工件在支重轮轴部和端头淬火喷水急冷机构(2)中冷却4—7分钟，关闭阀门，停止冷却，冷却后工件表面温度为40～50℃，停止旋转。
h.吊下工件，将工件掉头，重复上述动作，完成支重轮轴部和端头部的淬火工序。
8.如权利要求5所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后的表面硬度为48～52HRC；
硬度检测：用手砂轮打磨热处理后的工件表面，粗糙度Ra0.8μm，用硬度计检测表面硬度为49—52HRC，整理数据。
9.如权利要求5所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是所述工件轴颈和端头部经过淬火工艺热处理后，淬硬层8mm以上。
10.如权利要求7所述的一种用于挖掘机支重轮轴头部的淬火工艺，其特征是所述步骤f中支重轮轴部和端面感应加热温度为900℃。
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