CN108546802B - 一种内腔体零件水下电磁热处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种内腔体零件水下电磁热处理装置，主要包括有进水阀、水槽、出水管、喷水端头、电磁线圈、出水阀、吸水端头、进水管、A电极和B电极。应用内腔体零件水下电磁热处理装置具体步骤如下：步骤a，明确加工淬硬深度等要求，建立有限元模型；步骤b，对步骤a中的有限元模型施加边界条件与相应载荷，求解的得到计算结果，得到多组结果进行优化处理，获得最优电磁工艺参数；步骤c，将工件完全浸入水下，使内腔体充满冷却液，加载步骤b所得到最优电磁工艺参数；步骤d，加热结束后，断开电源，同时在所述进水管通入高压水，进行淬火动作。本发明可以减小淬火变形，缩短冷却时间，破坏蒸汽膜的影响，提高热处理质量。

Description

一种内腔体零件水下电磁热处理装置及方法

技术领域

本发明涉及热处理领域，特别涉及一种内腔体零件水下电磁热处理装置及方法。

背景技术

在如今的机械产品中，带有内腔的零件十分常见，同时需要对内腔进行表面强化处理的零件也十分普遍，如汽车差速器前壳、等速万向节钟壳等。对于此等表面强化处理，常用表面淬火的方式进行，并且现在电磁加热淬火作为一种清洁高效的方式被普遍采用。感应加热淬火具有工件表面硬度高、脆性低、疲劳强度高、工件表面质量好(不易氧化脱碳)、以及加热温度、淬硬层深度等参数容易控制等特点。

然而对于壁厚相对较薄的内腔体零件，在进行感应淬火处理时易发生变形。同时，在电磁加热后的冷却过程中，冷却液与工件的高温表面接触，会在表面形成一层蒸汽膜，因蒸汽的导热不良，蒸汽膜就成为妨碍大量热量散发到水中的一种特殊障碍物，对零件的处理质量产生严重的不利的影响。目前现有的大型齿轮的埋油淬火时在淬火油页面下进行的，但是使用此种方式对于内腔体零件感应淬火处理并不能的到很好的处理效果。

发明内容

本发明的目的是提供有效减小零件的淬火变形，并且破坏冷却过程中的蒸气膜，提高处理质量的内腔体零件水下电磁热处理装置及方法。

本发明主要包括进水阀、水槽、出水管、喷水端头、电磁线圈、出水阀、吸水端头、进水管、A电极和B电极。

其中，水槽为上开口的腔体，在水槽的侧壁上设有进水阀和出水阀,进水阀的位置高于出水阀。冷却水液由进水阀进入水槽，充满后由出水阀流出。内腔体工件完全置于水槽内，且位于液面下方，腔体朝下。进水管的一端置于水槽的外部，进水管的另一端置于水槽内，与喷水端头相连接，喷水端头位于内腔体工件下方，喷水端头的上部设有若干分支喷水管，均布于内腔体工件的内腔四周。出水管的一端置于水槽的外部，出水管的另一端置于水槽内，与吸水端头相连接，吸水端头位于内腔体工件的内腔体上方四周，位置与喷水端头相对应，吸水端头的上部设有若干分支吸水管,吸水端头上的若干分支吸水管与喷水端头上的若干分支喷水管位置相对应。进水管中工作时通入高压冷却水，出水管向外吸水，流量与进水管相同。出水管与吸水端头相连接处设在电磁线圈内部，电磁线圈位于水槽内，置于内腔体中。电磁线圈两端分别与A电极的一端、B电极的一端连接，A电极、B电极的另一端分别位于水槽外侧。

内腔体零件在电磁线圈通电后，由于电磁效应在零件内部产生涡流，形成内热源将零件加热，一定温度后填充于电磁线圈与内腔体零件之间的冷却液气化，形成加热间隙，此时当中无冷却水液。而后零件温度继续升高，达到需求温度后断开电源停止加热，水槽中的冷却液迅速填充进间隙内，对零件的高温表面进行冷却，冷却速度快。同时进水管通入高压冷却水，吸水管向外吸水，形成强制冷却循环，破坏蒸汽膜，改善冷却状态，提高质量。

一种实施内腔体零件水下电磁热处理装置的方法，具体步骤如下：

步骤a，明确加工淬硬深度等要求，并根据待加工工件的几何结构参数，材料物理属性(包括电阻率、磁导率、导热系数等)建立有限元模型；

步骤b，对步骤a中的有限元模型施加边界条件与相应载荷，求解得到计算结果，更新加载参数后并重复进行此步骤，得到多组结果进行优化处理，获得最优电磁工艺参数；

步骤c，将工件完全浸入水下，使内腔体充满冷却液，将工件固定于工作位置，接通电源，加载步骤b所得到最优电磁工艺参数；

步骤d，加热结束后，断开电源，同时在所述进水管通入高压水，在所述出水管进行吸水操作，当进水管中通入高压水，经喷水端头向内腔体工件内表面喷射，由吸水端头向外吸出，形成的强制冷却水循环，破坏冷却时表层形成的蒸汽膜，进行淬火动作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、处理过程均置于液面下方，可以减小淬火变形，同时水下液体快速填充温度达到要求的空隙处，缩短冷却时间提高质量。

2、在零件的内腔体表面形成强制水流循环，冲击处理表面，破坏蒸汽膜的影响，提高热处理质量。

附图说明

图1是本发明的优选实例主剖视图；

图2是本发明优选实例强制水流方向说明图。

图中，1-进水阀、2-水槽、3-出水管、4-喷水端头、5-内腔体工件、6-电磁线圈、7-出水阀、8-吸水端头、9-进水管、10-A电极、11-B电极、12-强制水流方向。

具体实施方式

在图1和图2所示的本发明的示意简图中，水槽2为上开口的腔体，在水槽2的侧壁上设有进水阀1和出水阀7,进水阀的位置高于出水阀。冷却水液由进水阀1进入水槽2，充满后由出水阀7流出。内腔体工件5完全置于水槽2内，且位于液面下方，腔体朝下。进水管9的一端置于水槽的外部，进水管9的另一端置于水槽2内，与喷水端头4相连接，喷水端头4位于内腔体工件5下方，喷水端头4的上部设有分支喷水管，均布于内腔体工件5的内腔四周。出水管3的一端置于水槽2的外部，出水管3的另一端置于水槽2内，与吸水端头8相连接，吸水端头8位于内腔体工件5的内腔体上方四周，吸水端头8的上部设有分支吸水管,吸水端头上8的分支吸水管与喷水端头4上的分支喷水管位置相对应。进水管9中工作时通入高压冷却水，出水管3向外吸水，流量与进水管9相同。出水管3与吸水端头8相连接处设在电磁线圈6内部，电磁线圈6位于水槽2内，置于内腔体中。电磁线圈6两端分别与A电极10的一端、B电极11的一端连接，A电极10、B电极11的另一端分别位于水槽2外侧。

一种实施内腔体零件水下电磁热处理装置的方法，具体步骤如下：

步骤a，明确加工淬硬深度等要求，并根据待加工工件的几何结构参数，材料物理属性(包括电阻率、磁导率、导热系数等)建立有限元模型；

步骤b，对步骤a中的有限元模型施加边界条件与相应载荷，求解得到计算结果，更新加载参数后并重复进行此步骤，得到多组结果进行优化处理，获得最优电磁工艺参数；

步骤c，将工件完全浸入水下，使内腔体充满冷却液，将工件固定于工作位置，接通电源，加载步骤b所得到最优电磁工艺参数；

步骤d，加热结束后，断开电源，同时在所述进水管9通入高压水，在所述出水管3进行吸水操作，当进水管9中通入高压水，经喷水端头4向内腔体工件5内表面喷射，由吸水端头8向外吸出，形成的强制冷却水循环，破坏冷却时表层形成的蒸汽膜，进行淬火动作。

Claims (3)

1.一种内腔体零件水下电磁热处理装置，主要包括有进水阀、水槽、出水管、喷水端头、电磁线圈、出水阀、吸水端头、进水管、A电极和B电极，其特征在于：水槽为上开口的腔体，在水槽的侧壁上设有进水阀和出水阀,进水阀的位置高于出水阀，冷却水液由进水阀进入水槽，充满后由出水阀流出，内腔体工件完全置于水槽内，且位于液面下方，腔体朝下，进水管的一端置于水槽的外部，进水管的另一端置于水槽内，与喷水端头相连接，喷水端头位于内腔体工件下方，喷水端头的上部设有分支喷水管，均布于内腔体工件的内腔四周，出水管的一端置于水槽的外部，出水管的另一端置于水槽内，与吸水端头相连接，吸水端头位于内腔体工件的内腔体上方四周，位置与喷水端头相对应，吸水端头的上部设有分支吸水管,进水管中工作时通入高压冷却水，出水管向外吸水，流量与进水管相同，出水管与吸水端头相连接处设在电磁线圈内部，电磁线圈位于水槽内，置于内腔体中，电磁线圈两端分别与A电极的一端、B电极的一端连接，A电极、B电极的另一端分别位于水槽外侧。

2.根据权利要求1所述的一种内腔体零件水下电磁热处理装置，其特征在于：吸水端头上的分支吸水管与喷水端头上的分支喷水管位置相对应。

3.一种使用权利要求1所述的内腔体零件水下电磁热处理装置进行热处理的方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤a，明确加工淬硬深度等要求，并根据待加工工件的几何结构参数，材料物理属性，建立有限元模型；

步骤b，对步骤a中的有限元模型施加边界条件与相应载荷，求解得到计算结果，更新加载参数后并重复进行此步骤，得到多组结果进行优化处理，获得最优电磁工艺参数；

步骤c，将工件完全浸入水下，使内腔体充满冷却液，将工件固定于工作位置，接通电源，加载步骤b所得到最优电磁工艺参数；

步骤d，加热结束后，断开电源，同时在所述进水管通入高压水，在所述出水管进行吸水操作，当进水管中通入高压水，经喷水端头向内腔体工件内表面喷射，由吸水端头向外吸出，形成的强制冷却水循环，破坏冷却时表层形成的蒸汽膜，进行淬火动作。