CN109576461A - 一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，先选用一号管、二号管、三号管以制作有效圈，一、三号管均为外凸的弧形结构，一、三号管的外壁上均设置有导磁体，三号管的外壁上近其顶端的部位经连接件与喷水盒的侧壁相连接，再将金属壳体放置于感应淬火工件载物台上，然后将有效圈、喷水盒一同放入金属壳体内，有效圈近内球面设置，再驱动金属壳体自转，然后向内球面上喷淬火液，同时启动有效圈对内球面开始加热，待内球面全部加热完毕后即可，其中，内球面的球径可为目标尺寸与淬火变形预留量之和。本设计不仅能增强内球面耐磨性能，而且感应淬火变形的变形量较小、安全性较高。

Description

一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种金属壳体内球面的加工工艺，属于热处理工艺技术领域，尤其涉及一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，具体适用于既能增强内球面耐磨性能，又能实现淬火变形较小。

背景技术

现有的汽车差速器壳体为一种金属壳体，其基体及内球面硬度较低，与之接触的减磨垫片大多为软氮化处理件，硬度在HV400―500之间，汽车运行过程中，由于油润滑不足以及异常工况会导致汽车差速器壳体内球面发生磨损失效。

授权公告号为CN203348470U，授权公告日为2013年12月18日的实用新型专利公开了一种差速器壳体，其内的差速器右壳和差速器左壳通过连接螺栓连接，十字轴位于差速器右壳和差速器左壳的结合处，差速器右壳和差速器左壳的内腔与行星齿轮、半轴齿轮直接接触，其接触区域为进行感应淬火处理的接触区域，接触区域也可以为进行渗碳淬火处理的接触区域。虽然该实用新型通过对接触区域进行渗碳淬火或感应淬火处理以提高硬度，从而增强耐磨性能，但其仍旧具有以下缺陷：

若采用渗碳淬火，其为整体加热处理，加热温度高，加热时间长，存在能耗大、污染高、成本高等缺陷，更为不利的是渗碳淬火后差速器壳体的变形量较大，硬度较高，导致后续精加工十分困难，最终导致装配难度增大；

若采用感应淬火，现有感应淬火技术的变形虽然相比渗碳淬火较小，但依然很大，同样会影响后续精加工和装配，不满足应用需求。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不能同时满足增强内球面耐磨性能与淬火变形较小的缺陷与问题，提供一种既能增强内球面耐磨性能，又能实现淬火变形较小的提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，所述工艺方法包括用感应器进行的感应淬火；所述工艺方法包括以下步骤：

制作有效圈与喷水盒步骤：感应器上的有效圈包括一号管、二号管与三号管，所述一号管、三号管并排设置，二号管的左右两端分别与一号管、三号管的底端相联通，一号管、三号管的顶端与供交流电设备相连接，一号管、三号管均为外凸的弧形结构，一号管、三号管的外壁上均设置有导磁体，三号管的外壁上近其顶端的部位经连接件与喷水盒的侧壁相连接，喷水盒内盛装有淬火液，喷水盒的侧壁上设置有多个喷水孔，该喷水孔的出水方向与一号管、三号管的外凸方向同向，喷水盒的顶部与淬火液水管接头相连接；

放置零部件步骤：先将金属壳体放置于感应淬火工件载物台上，金属壳体为空心结构，其内壁为球面，即内球面，再将有效圈、喷水盒一同放入金属壳体内，有效圈近内球面设置，有效圈、内球面之间存在间隙；

周向扫描感应淬火步骤：先驱动金属壳体自转，再通过喷水盒的喷水孔向内球面上喷淬火液，同时，启动有效圈对内球面开始加热，待内球面全部加热完毕后，先停止加热与喷淬火液，再取下金属壳体以结束操作。

所述周向扫描感应淬火步骤中：喷淬火液时，喷液压力≥0.25Mpa；金属壳体自转时，转速为10―20转/min；有效圈加热时，电源频率为10―30KHz，加热功率为30―80KW。

金属壳体自转时，转速为15转/min；有效圈加热时，电源频率为20KHz，加热功率为55KW。

所述淬火液为PVA淬火液或PAG淬火液或环保型水基淬火介质；所述淬火液的体积浓度为5％―10％。

所述金属壳体为汽车上使用的差速器壳体，所述内球面为差速器壳体上近其顶部的差速器壳体内球面。

所述一号管、二号管、三号管的制作材料都为紫铜。

所述放置零部件步骤中，所述内球面的球径为目标尺寸与淬火变形预留量之和。

所述淬火变形预留量的取得步骤如下：以依次进行的制作有效圈与喷水盒步骤、放置零部件步骤、周向扫描感应淬火步骤为一个淬火操作单元；设定内球面的球径等于目标尺寸的金属壳体为测试样，先取多个测试样，再对测试样一一分别进行同样的淬火操作单元，即淬火操作单元中喷液压力、转速、电源频率、加热功率都保持一致，然后统计操作前后每个测试样中内球面的球径变形量，再计算出所有球径变形量的平均值，该平均值即为淬火变形预留量。

取得淬火变形预留量之后，在采用淬火变形预留量进行的周向扫描感应淬火步骤中的喷液压力、转速、电源频率、加热功率与取得淬火变形预留量时所述淬火操作单元内的喷液压力、转速、电源频率、加热功率都一致。

所述周向扫描感应淬火步骤结束后，所得到的金属壳体的内球面的表面硬度为45―65HRC，有效淬硬层深为1.5―3mm，淬硬层组织包括细针状M，球径变形量为±0.1mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法中，采用周向扫描感应淬火工艺对内球面进行感应淬火，同时，对有效圈、喷水盒的结构进行了专门的设计，应用时，有效圈中导磁体所在的一号管、三号管均为外凸的弧形结构，能够更好地贴近内球面，在此基础上，驱动金属壳体自转，以围绕有效圈转动，在转动的过程中，同时进行有效圈加热、喷淬火液这两个操作，从而确保内球面所受的感应电流分布更加均匀，进而实现周向、扫描的感应淬火，不仅能够增强内球面的硬度，提高其耐磨性能，而且淬火后的变形很小，内球面的变形量控制在±0.1mm，利于后续的精加工和装配。因此，本发明不仅能增强内球面耐磨性能，而且能实现淬火变形较小的优点。

2、本发明一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法中，限定喷液压力≥0.25Mpa，金属壳体自转的转速为10―20转/min，有效圈加热的电源频率为10―30KHz，加热功率为30―80KW，该设计不仅能够确保淬硬，以提高其耐磨性能，而且能够尽可能的减小形变，还能避免出现局部过热导致熔化的风险。因此，本发明不仅能够提高内球面的耐磨性能，而且能实现淬火变形较小的优点，安全性较高。

3、本发明一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法中，在放置零部件步骤中，可将内球面的球径设定为目标尺寸与淬火变形预留量之和，如此在进行后续的淬火时，淬火变形预留量就能抵消绝大部分的变形，使得最终产品的变形量与目标尺寸更加接近，整体的变形量得到进一步的削减。因此，本发明感应淬火变形的变形量较小。

4、本发明一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法中，淬火变形预留量能通过对多个测试样进行同样的淬火操作单元而得，采用该种淬火变形预留量进行的后续周向扫描感应淬火步骤，能够进一步的减小感应淬火的变形量，尤其当后续进行的周向扫描感应淬火步骤中的喷液压力、转速、电源频率、加热功率与之前取得淬火变形预留量时所述淬火操作单元内的喷液压力、转速、电源频率、加热功率都一致时，效果更佳。因此，本发明感应淬火变形的变形量较小。

附图说明

图1是感应淬火时，本发明中有效圈与金属壳体的相对位置示意图。

图2是图1中有效圈的左视图及其所连接的喷水盒的结构示意图。

图3是图1中有效圈正对的内球面中感应电流的分布示意图。

图4是本发明中的金属壳体为差速器壳体时的结构示意图。

图中：有效圈1、导磁体2、喷水盒3、淬火液水管接头31、连接件32、喷水孔33、一号管4、二号管5、三号管6、内球面7、金属壳体8、差速器壳体9、差速器壳体内球面91、感应电流10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，所述工艺方法包括用感应器进行的感应淬火；所述工艺方法包括以下步骤：

制作有效圈与喷水盒步骤：感应器上的有效圈1包括一号管4、二号管5与三号管6，所述一号管4、三号管6并排设置，二号管5的左右两端分别与一号管4、三号管6的底端相联通，一号管4、三号管6的顶端与供交流电设备相连接，一号管4、三号管6均为外凸的弧形结构，一号管4、三号管6的外壁上均设置有导磁体2，三号管6的外壁上近其顶端的部位经连接件32与喷水盒3的侧壁相连接，喷水盒3内盛装有淬火液，喷水盒3的侧壁上设置有多个喷水孔33，该喷水孔33的出水方向与一号管4、三号管6的外凸方向同向，喷水盒3的顶部与淬火液水管接头31相连接；

放置零部件步骤：先将金属壳体8放置于感应淬火工件载物台上，金属壳体8为空心结构，其内壁为球面，即内球面7，再将有效圈1、喷水盒3一同放入金属壳体8内，有效圈1近内球面7设置，有效圈1、内球面7之间存在间隙；

周向扫描感应淬火步骤：先驱动金属壳体8自转，再通过喷水盒3的喷水孔33向内球面7上喷淬火液，同时，启动有效圈1对内球面7开始加热，待内球面7全部加热完毕后，先停止加热与喷淬火液，再取下金属壳体8以结束操作。

所述周向扫描感应淬火步骤中：喷淬火液时，喷液压力≥0.25Mpa；金属壳体8自转时，转速为10―20转/min；有效圈1加热时，电源频率为10―30KHz，加热功率为30―80KW。

金属壳体8自转时，转速为15转/min；有效圈1加热时，电源频率为20KHz，加热功率为55KW。

所述淬火液为PVA淬火液或PAG淬火液或环保型水基淬火介质；所述淬火液的体积浓度为5％―10％。

所述金属壳体8为汽车上使用的差速器壳体9，所述内球面7为差速器壳体9上近其顶部的差速器壳体内球面91。

所述一号管4、二号管5、三号管6的制作材料都为紫铜。

所述放置零部件步骤中，所述内球面7的球径为目标尺寸与淬火变形预留量之和。

所述淬火变形预留量的取得步骤如下：以依次进行的制作有效圈与喷水盒步骤、放置零部件步骤、周向扫描感应淬火步骤为一个淬火操作单元；设定内球面7的球径等于目标尺寸的金属壳体8为测试样，先取多个测试样(测试样的数量优选为10至30个)，再对测试样一一分别进行同样的淬火操作单元，即淬火操作单元中喷液压力、转速、电源频率、加热功率都保持一致，然后统计操作前后每个测试样中内球面7的球径变形量，再计算出所有球径变形量的平均值，该平均值即为淬火变形预留量。

取得淬火变形预留量之后，在采用淬火变形预留量进行的周向扫描感应淬火步骤中的喷液压力、转速、电源频率、加热功率与取得淬火变形预留量时所述淬火操作单元内的喷液压力、转速、电源频率、加热功率都一致。

所述周向扫描感应淬火步骤结束后，所得到的金属壳体8的内球面7的表面硬度为45―65HRC，有效淬硬层深为1.5―3mm，淬硬层组织包括细针状M，球径变形量为±0.1mm。

本发明的原理说明如下：

本发明中淬火液的最佳选择为体积浓度为8％的PVA淬火液。

本发明在进行淬火时，有效圈、内球面之间存在的间隙最佳为2±0.6mm。

本发明限定“喷液压力≥0.25Mpa，转速为10―20转/min，电源频率为10―30KHz，加热功率为30―80KW”的原因在于：

若喷液压力小于限定值，则零件淬不硬，耐磨性较差；

若转速低于限定范围，零件加热区域单位时间内接受的热量变多，会导致淬硬层层深变大，变形较大；若转速高于限定范围，则会导致零件加热区域单位时间内接受的热量变少，淬硬层层深变浅，耐磨性变差；

若频率低于限定范围，淬硬层会变的更深，变形会变大，若频率高于限定范围，则淬硬层太浅，耐磨性变差；

若功率低于限定范围，则加热温度不够，无法淬硬，若功率高于限定范围，则温度过高，会出现淬火组织粗大，甚至出现零件受热熔化的风险。

实施例1：

一种差速器壳体，技术要求如下：淬火后差速器壳体内球面硬度为58―63HRC，感应淬火后差速器壳体的球径为170±0.1mm。

A、差速器壳体感应淬火变形量测试：先选取15组测试样一一进行淬火操作单元，淬火操作单元中的感应淬火参数为：电源频率10KHz，加热功率为75KW，差速器壳体转速为10转/min，喷水压力为0.25Mpa，再测量差速器壳体感应淬火前后球径的变形量，统计结果如表1所示，平均变形量为-0.12mm，以0.12mm作为淬火变形预留量，即差速器壳体感应淬火前把球径尺寸控制在170.12mm。

表1.球径170差速器壳体感应淬火前后变形量

B、对留有淬火变形预留量的差速器壳体进行感应淬火，感应淬火参数同步骤A中所述淬火操作单元内的感应淬火参数相同，感应淬火结束后，测得淬火之后的差速器壳体的球径皆控制在170±0.1mm以内，且差速器壳体内球面表面硬度为58―62HRC，有效淬硬层深为2.5―3mm，淬硬层组织为细针状M。

实施例二：

一种差速器壳体，技术要求如下：淬火后差速器壳体内球面硬度为45―55HRC，感应淬火后差速器壳体的球径为195±0.1mm。

A、差速器壳体感应淬火变形量测试：先选取15组测试样一一进行淬火操作单元，淬火操作单元中的感应淬火参数为：电源频率27KHz，加热功率为33KW，差速器壳体转速为15转/min，喷水压力为0.27Mpa，再测量差速器壳体感应淬火前后球径的变形量，统计结果如表2所示，平均变形量为-0.26mm，以0.26mm作为淬火变形预留量，即差速器壳体感应淬火前把球径尺寸控制在195.26mm。

表2.球径195差速器壳体感应淬火前后变形量

B、对留有淬火变形预留量的差速器壳体进行感应淬火，感应淬火参数同步骤A中所述淬火操作单元内的感应淬火参数相同，感应淬火结束后，测得淬火之后的差速器壳体的球径皆控制在195±0.1mm以内，且差速器壳体内球面表面硬度为49―55HRC，有效淬硬层深为1.7―2mm，淬硬层组织为细针状M+少量P+少量F+球状石墨。

实施例三：

一种差速器壳体，技术要求如下：淬火后差速器壳体内球面硬度为45―55HRC，感应淬火后差速器壳体的球径为165±0.1mm。

A、差速器壳体感应淬火变形量测试：先选取15组测试样一一进行淬火操作单元，淬火操作单元中的感应淬火参数为：电源频率30KHz，加热功率为30KW，差速器壳体转速为20转/min，淬火液为体积浓度为8％的PVA淬火液，喷水压力为0.3MPa，再测量差速器壳体感应淬火前后球径的变形量，统计结果如表3所示，平均变形量为-0.29mm，以0.29mm作为淬火变形预留量，即差速器壳体感应淬火前把球径尺寸控制在165.29mm。

表3.球径165差速器壳体感应淬火前后变形量

B.对留有淬火变形预留量的差速器壳体进行感应淬火，感应淬火参数同步骤A中所述淬火操作单元内的感应淬火参数相同，感应淬火结束后，测得淬火之后的差速器壳体的球径皆控制在165±0.1mm以内，且差速器壳体内球面表面硬度为45―50HRC，有效淬硬层深为1.5―1.8mm，淬硬层组织为针状M+少量P+少量F+球状石墨。

Claims (10)

1.一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，所述工艺方法包括用感应器进行的感应淬火，其特征在于：所述工艺方法包括以下步骤：

制作有效圈与喷水盒步骤：感应器上的有效圈(1)包括一号管(4)、二号管(5)与三号管(6)，所述一号管(4)、三号管(6)并排设置，二号管(5)的左右两端分别与一号管(4)、三号管(6)的底端相联通，一号管(4)、三号管(6)的顶端与供交流电设备相连接，一号管(4)、三号管(6)均为外凸的弧形结构，一号管(4)、三号管(6)的外壁上均设置有导磁体(2)，三号管(6)的外壁上近其顶端的部位经连接件(32)与喷水盒(3)的侧壁相连接，喷水盒(3)内盛装有淬火液，喷水盒(3)的侧壁上设置有多个喷水孔(33)，该喷水孔(33)的出水方向与一号管(4)、三号管(6)的外凸方向同向，喷水盒(3)的顶部与淬火液水管接头(31)相连接；

放置零部件步骤：先将金属壳体(8)放置于感应淬火工件载物台上，金属壳体(8)为空心结构，其内壁为球面，即内球面(7)，再将有效圈(1)、喷水盒(3)一同放入金属壳体(8)内，有效圈(1)近内球面(7)设置，有效圈(1)、内球面(7)之间存在间隙；

周向扫描感应淬火步骤：先驱动金属壳体(8)自转，再通过喷水盒(3)的喷水孔(33)向内球面(7)上喷淬火液，同时，启动有效圈(1)对内球面(7)开始加热，待内球面(7)全部加热完毕后，先停止加热与喷淬火液，再取下金属壳体(8)以结束操作。

2.根据权利要求1所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述周向扫描感应淬火步骤中：喷淬火液时，喷液压力≥0.25Mpa；金属壳体(8)自转时，转速为10―20转/min；有效圈(1)加热时，电源频率为10―30KHz，加热功率为30―80KW。

3.根据权利要求2所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：金属壳体(8)自转时，转速为15转/min；有效圈(1)加热时，电源频率为20KHz，加热功率为55KW。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述淬火液为PVA淬火液或PAG淬火液或环保型水基淬火介质；所述淬火液的体积浓度为5％―10％。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述金属壳体(8)为汽车上使用的差速器壳体(9)，所述内球面(7)为差速器壳体(9)上近其顶部的差速器壳体内球面(91)。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述一号管(4)、二号管(5)、三号管(6)的制作材料都为紫铜。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述放置零部件步骤中，所述内球面(7)的球径为目标尺寸与淬火变形预留量之和。

8.根据权利要求7所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述淬火变形预留量的取得步骤如下：以依次进行的制作有效圈与喷水盒步骤、放置零部件步骤、周向扫描感应淬火步骤为一个淬火操作单元；设定内球面(7)的球径等于目标尺寸的金属壳体(8)为测试样，先取多个测试样，再对测试样一一分别进行同样的淬火操作单元，即淬火操作单元中喷液压力、转速、电源频率、加热功率都保持一致，然后统计操作前后每个测试样中内球面(7)的球径变形量，再计算出所有球径变形量的平均值，该平均值即为淬火变形预留量。

9.根据权利要求8所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：取得淬火变形预留量之后，在采用淬火变形预留量进行的周向扫描感应淬火步骤中的喷液压力、转速、电源频率、加热功率与取得淬火变形预留量时所述淬火操作单元内的喷液压力、转速、电源频率、加热功率都一致。

10.根据权利要求8所述的一种提高金属壳体内球面耐磨性能的工艺方法，其特征在于：所述周向扫描感应淬火步骤结束后，所得到的金属壳体(8)的内球面(7)的表面硬度为45―65HRC，有效淬硬层深为1.5―3mm，淬硬层组织包括细针状M，球径变形量为±0.1mm。