CN110592359A - 一种齿轮感应淬火设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种齿轮感应淬火设备及工艺，其中，包括仿形感应圈，用于支撑齿轮的第一支撑盘以及驱动装置，所述仿形感应圈具有整齿圈结构的轮廓以与所述齿轮啮合，所述驱动装置驱动所述仿形感应圈或者第一支撑盘做上下升降运动。本案解决现有齿轮感应淬火技术仿形效果差、生产效率低以及感应双频淬火设备造价高的问题。

Description

一种齿轮感应淬火设备及工艺

技术领域

本发明涉及金属表面淬火技术领域，具体涉及的是一种齿轮感应淬火设备及工艺。

背景技术

齿轮感应淬火，使之具有仿形硬化层，可保障齿轮高质量及长寿命。现有的齿轮感应淬火方法主要包括有如下几种，每种方法都具有相应的缺陷：

第一种方法，感应器为单齿形状，用单齿结构采用″逐齿淬火″或″间隔淬火″感应淬火；通常用于大中齿轮的淬火，其可在齿轮表面形成均匀的仿形硬化层，缺点是每次单齿逐一淬火，效率低，耗时耗能耗人工。

第二种方法，感应器为普通感应圈，并由单一频率感应淬火，如中频或高频，然而，采用单一高频，仅仅淬火齿尖部分，而采用单一中频，则是全齿淬透。均无法在齿轮表面形成仿形硬化层，无法保证齿轮质量及寿命。

第三种方法，感应器为普通感应圈，并由双频感应淬火，方法是在圆柱型感应器内的旋转扫描淬火，淬火过程为双频感应加热，高频用于加热表面，即齿尖部分，中频用于加热较深部位，即齿根部分。具体有同步和不同步两种方式。相比之前的单频感应加热技术，可以获得齿轮均匀的仿形硬化层，但是由于需要使用双频电源设备，因此设备费用高，无功元件调整困难，使用、管理复杂。另外，旋转扫描淬火的方式要求感应器的厚度与齿轮的厚度匹配，才能保证整个齿轮都形成硬化层，因此每种齿轮的厚度规格都要配设一个感应器，也增加了设备费用。

有鉴于此，本申请人针对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种齿轮感应淬火设备，解决现有齿轮感应淬火技术仿形效果差、生产效率低以及感应双频淬火设备造价高的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种齿轮感应淬火设备，其中，包括仿形感应圈，用于支撑齿轮的第一支撑盘以及驱动装置，所述仿形感应圈具有整齿圈结构的轮廓以与所述齿轮啮合，所述驱动装置驱动所述仿形感应圈或者第一支撑盘做上下升降运动。

进一步的，还包括用于输送淬火液的第一输送管道，所述仿形感应圈内设有与所述第一输送管道连通的第一环状管道，所述第一环状管道设有若干个喷口。

进一步的，还包括用于输送冷却液的第二输送管道和用于输出冷却液的输出管道，所述仿形感应圈内设有与所述第二输送管道和输送管道连通的第二环状管道，所述第二环状管道套设在所述第一环状管道外圈。

进一步的，所述仿形感应圈采用采用数控加工中心减材制造或3D打印增材制造技术制作。

进一步的，所述驱动装置包括有驱动电机以及传动机构，所述驱动电机通过所述传动机构驱动所述第一支撑盘做上下升降运动。

进一步的，所述传动机构包括主动齿轮和升降齿排，所述主动齿轮与所述驱动电机的输出轴连接，所述升降齿排的上端与第一支撑盘固定连接，所述主动齿轮与升降齿排啮合连接。

进一步的，还包括转动电机、第二支撑盘、第三支撑盘和限位盖，所述驱动装置设在所述第二支撑盘上，所述第三支撑盘和第二支撑盘固定连接，所述转动电机驱动第三支撑盘转动，所述第一支撑盘上表面凸设有螺纹柱，齿轮穿过螺纹柱放置在所述第一支撑盘上，所述限位盖螺旋穿过螺纹柱并盖设在齿轮上。

本发明还提供一种齿轮感应淬火工艺，其中，包括如下步骤：

1)将仿形感应圈置于齿轮下方，对齿轮底部进行预热；

2)仿形感应圈对齿轮进行在上下方向的扫描淬火，扫描淬火的同时喷射淬火液；

3)将经过扫描淬火的齿轮沉入淬火液中，旋转并冷却。

进一步的，所述步骤2)中，所述齿轮保持不动，所述仿形感应圈垂直上升进行扫描同时喷射淬火液。

进一步的，所述步骤2)中，所述仿形感应圈保持不动，所述齿轮垂直下降进行扫描同时所述仿形感应圈喷射淬火液。

进一步的，所述步骤2)中，所述齿轮垂直下降的同时进行自转。

进一步的，所述仿形感应圈采用中频、超音频或高频电源中的任意一种。

进一步的，所述仿形感应圈与所述齿轮的间隙尺寸范围为1-5mm。

采用上述结构后，本发明涉及的一种齿轮感应淬火设备及工艺，与现有技术相比，至少包括如下有益效果：

其一，本案采用仿造完整全齿的仿形感应圈对齿轮进行淬火，由于仿形感应圈可与齿轮匹配，因此采用一种单频电源即可在齿轮表面形成一层均匀完整的仿齿形硬化层，无需采用双频电源，也就无需进行频率切换，从而降低设备成本，而且优化硬化层分布，保障齿轮淬火质量。

其二，仿形感应圈的整圈仿形结构使本案可采用整圈淬火方式，避免逐齿淬火，从而提升淬火效率，节能能源及人工。

其三，本案采用的是在上下方向的扫描淬火，即在齿轮厚度方向上进行扫描淬火，根据齿轮厚度确定齿轮和仿形感应圈相对移动的距离，所以一种仿形感应圈就可以对若干种厚度规格的齿轮进行扫描，灵活性更强，从而也降低设备购置成本。

附图说明

图1为本发明涉及一种齿轮感应淬火设备的整体结构示意图；

图2为本发明涉及一种齿轮感应淬火设备的仿形感应圈的截面图；

图3为本发明涉及一种齿轮感应淬火设备的仿形感应圈与齿轮配合示意图。

图中：

仿形感应圈-1，第一环状管道-11，喷口-111，第二环状管道-12，齿轮-13；

第一支撑盘-2，螺纹柱-21；

驱动电机-31，主动齿轮-32，升降齿排-33；

第一输送管道-4；

第二输送管道-51，输出管道-52；

转动电机-61，传动皮带-62，限位盖-63；

第二支撑盘-7，第三支撑盘-8，支撑底座-9。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1-3所示，一种齿轮感应淬火设备，其中，包括仿形感应圈1，用于支撑齿轮的第一支撑盘2以及驱动装置，所述仿形感应圈1具有整齿圈结构的轮廓以与所述齿轮13啮合，仿形感应圈1仿造齿轮的外轮廓。所述驱动装置驱动所述仿形感应圈1或者第一支撑盘2做上下升降运动，实现仿形感应圈1与齿轮产生在上下方向的相对移动。

这样，本案的主要创新点在于增设仿形感应线圈的驱动装置，实现通过仿形感应圈1对齿轮进行在上下方向的扫描淬火，其至少具有如下技术效果：

其一，本案采用仿造完整全齿的仿形感应圈1对齿轮进行淬火，由于仿形感应圈1可与齿轮匹配，因此采用一种单频电源即可在齿轮表面形成一层均匀完整的仿齿形硬化层，无需采用双频电源，也就无需进行频率切换，从而降低设备成本，而且优化硬化层分布，保障齿轮淬火质量。

其二，仿形感应圈1的整圈仿形结构使本案可采用整圈淬火方式，避免逐齿淬火，从而提升淬火效率，节省能源及人工。

其三，本案采用的是在上下方向的扫描淬火，即在齿轮厚度方向上进行扫描淬火，根据齿轮厚度确定齿轮和仿形感应圈1相对移动的距离，所以一种仿形感应圈1就可以对若干种厚度规格的齿轮进行扫描，灵活性更强，从而也降低设备购置成本。

优选的，如图2所示，本案还包括用于输送淬火液的第一输送管道4，所述仿形感应圈1内设有与所述第一输送管道4连通的第一环状管道11，所述第一环状管道11设有若干个喷口111，淬火液通过第一输送管道4流入第一环状管道11，最终由喷口111向齿轮喷射淬火液。

优选的，本案还包括用于输送冷却液的第二输送管道51和用于输出冷却液的输出管道52，所述仿形感应圈1内设有与所述第二输送管道51和输送管道连通的第二环状管道12，所述第二环状管道12套设在所述第一环状管道11外圈。冷却液经第二输送管道51流入第二环状管道12，再从输出管道52流出，形成反复流动，实现冷却仿形感应圈1。这样，本案的仿形感应圈1内具有通冷却液的外环，直接对仿形感应圈冷却，冷却效果更好，还设有喷淬火液的内环，在仿形感应圈1内部形成双闭合环道水路，节约空间。

优选的，所述仿形感应圈1采用采用数控加工中心减材制造或3D打印增材制造技术制作，加工高质量又高效。

要实现仿形感应圈1与齿轮发生相对移动，只要其中一个做升降移动即可，在本实施例中，所述驱动装置包括有驱动电机31以及传动机构，所述驱动电机31通过所述传动机构驱动所述第一支撑盘2做上下升降运动，从而驱动齿轮相对仿形感应圈1做升降运动，驱动电机31可以是伺服电机或者步进电机，由数控系统控制，移动更精准。

传动机构可以是皮带等，作为本案传动机构的一种具体实施例，所述传动机构包括主动齿轮32和升降齿排33，所述主动齿轮32与所述驱动电机31的输出轴连接，所述升降齿排33的上端与第一支撑盘2固定连接，所述主动齿轮32与升降齿排33啮合连接。这样，驱动电机31驱动主动齿轮32转动，主动齿轮32转动带动升降齿排33上升。

本案可以对直齿轮和斜齿轮进行淬火，为适应斜齿轮的倾斜设置，本案还包括转动电机61、第二支撑盘7、第三支撑盘8和限位盖63，所述驱动装置设在所述第二支撑盘7上，第二支撑盘7上设有供升降齿排33穿过的穿孔，所述第三支撑盘8和第二支撑盘7固定连接，可采用连接柱固定连接，所述转动电机61驱动第三支撑盘8转动，具体为转动电机61的输出轴通过传动皮带62驱动第三支撑盘8转动，第三支撑盘8底部还设有支撑底座9。

所述第一支撑盘2上表面的中心凸设有螺纹柱21，限位盖63中心设有与螺纹柱21螺纹配合的内螺纹，齿轮穿过螺纹柱21放置在所述第一支撑盘2上，所述限位盖63螺旋穿过螺纹柱21并盖设在齿轮上，通过限位盖63和第一支撑盘2固定齿轮，使齿轮可随第一支撑盘2转动而转动。对斜齿轮淬火时，在齿轮上盖设限位盖63，转动电机61驱动第二支撑盘7转动，带动驱动装置转动，驱动装置带动第一支撑盘2转动，从而实现齿轮在上升过程也可产生自转。

采用上述设备进行的一种齿轮感应淬火工艺，具体包括如下步骤：

1)将仿形感应圈1置于齿轮下方，对齿轮底部进行预热；

2)仿形感应圈1对齿轮进行在上下方向的扫描淬火，扫描淬火的同时喷射淬火液；

3)将经过扫描淬火的齿轮沉入淬火液冷却中，旋转并冷却。

仿形感应圈1对齿轮进行在上下方向的扫描淬火有两种方式，第一种方式，所述步骤2)中，所述齿轮保持不动，所述仿形感应圈1垂直上升进行扫描同时喷射淬火液。

第二种方式，所述步骤2)中，所述仿形感应圈1保持不动，所述齿轮垂直下降进行扫描同时所述仿形感应圈1喷射淬火液，最终离开感应器底部。

本案对直齿轮的淬火步骤更具体为：

直齿齿轮放在第一支撑盘2上，首先对直齿齿轮底部进行加热，按下总开关→直齿齿轮不旋转，开始加热，不喷淬火液，并延时N1秒→延时结束驱动电机31驱动直齿齿轮离开原位以设定M1mm/min速度缓慢垂直下降，仿形感应圈1开始喷淬火液，当有效圈上端面超越被淬火直齿齿轮上端面X1mm时停止加热→继续喷淬火液并延时Y1秒→直齿齿轮沉入淬火液中冷却Z1秒，完成一个直齿齿轮工件淬火。

由于斜齿轮的具有倾斜角度，因此，所述步骤2)中，所述齿轮垂直下降的同时进行自转。

本案对斜齿轮的淬火步骤更具体为：

斜齿齿轮放在第一支撑盘2上，首先对斜齿齿轮底部进行加热，按下总开关→开始加热，不喷淬火液，并延时N2秒→延时结束，驱动电机31驱动斜齿齿轮离开原位以设定M2mm/min速度缓慢垂直下降，同时转动电机61驱动斜齿齿轮以设定Lr/min速度旋转，仿形感应圈1开始喷淬火液，当有效圈上端面超越被淬火斜齿齿轮上端面X2mm时停止加热→继续喷淬火液并延时Y2秒→斜齿齿轮沉入淬火液中冷却Z2秒，完成一个斜齿齿轮工件淬火。

需要说明的是，其中的N1、M1、L1、X1、Y1、Z1、N2、M2、L2、X2、Z2、Y2和L数据根据实际齿轮的尺寸和形状根据淬火工艺要求设定。

优选的，所述仿形感应圈1采用中频、超音频或高频电源，即在三种频率中任意选择一种就能实现均匀完整的仿齿形硬化层，无需设置两种频率和切换频率的结构，大大降低了设备成本。

优选的，所述仿形感应圈1与所述齿轮的间隙尺寸范围为1-5mm，根据选择的电源频率以及仿形硬化层厚度要求设计间隙尺寸。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，包括仿形感应圈，用于支撑齿轮的第一支撑盘以及驱动装置，所述仿形感应圈具有整齿圈结构的轮廓以与所述齿轮啮合，所述驱动装置驱动所述仿形感应圈或者第一支撑盘做上下升降运动。

2.如权利要求1所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，还包括用于输送淬火液的第一输送管道，所述仿形感应圈内设有与所述第一输送管道连通的第一环状管道，所述第一环状管道设有若干个喷口。

3.如权利要求2所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，还包括用于输送冷却液的第二输送管道和用于输出冷却液的输出管道，所述仿形感应圈内设有与所述第二输送管道和输送管道连通的第二环状管道，所述第二环状管道套设在所述第一环状管道外圈。

4.如权利要求3所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，所述仿形感应圈采用采用数控加工中心减材制造或3D打印增材制造技术制作。

5.如权利要求4所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，所述驱动装置包括有驱动电机以及传动机构，所述驱动电机通过所述传动机构驱动所述第一支撑盘做上下升降运动。

6.如权利要求5所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，所述传动机构包括主动齿轮和升降齿排，所述主动齿轮与所述驱动电机的输出轴连接，所述升降齿排的上端与第一支撑盘固定连接，所述主动齿轮与升降齿排啮合连接。

7.如权利要求6所述的一种齿轮感应淬火设备，其特征在于，还包括转动电机、第二支撑盘、第三支撑盘和限位盖，所述驱动装置设在所述第二支撑盘上，所述第三支撑盘和第二支撑盘固定连接，所述转动电机驱动第三支撑盘转动，所述第一支撑盘上表面凸设有螺纹柱，齿轮穿过螺纹柱放置在所述第一支撑盘上，所述限位盖螺旋穿过螺纹柱并盖设在齿轮上。

8.一种齿轮感应淬火工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)将仿形感应圈置于齿轮下方，对齿轮底部进行预热；

2)仿形感应圈对齿轮进行在上下方向的扫描淬火，扫描淬火的同时喷射淬火液；

3)将经过扫描淬火的齿轮沉入淬火液中，旋转并冷却。

9.如权利要求8所述的一种齿轮感应淬火工艺，其特征在于，所述步骤2)中，所述齿轮保持不动，所述仿形感应圈垂直上升进行扫描同时喷射淬火液。

10.如权利要求8所述的一种齿轮感应淬火工艺，其特征在于，所述步骤2)中，所述仿形感应圈保持不动，所述齿轮垂直下降进行扫描同时所述仿形感应圈喷射淬火液。