CN114350926A - 一种轴类感应淬火感应圈及加工方法 - Google Patents

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邱荣春
胡林森
黄俊琼
胡云波
朱美玲
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Abstract

本发明公开了一种轴类感应淬火感应圈，包括感应线圈，感应线圈与喷水圈之间通过绝缘连接板相互连接，感应线圈的进出口出分别连接有水管，水管与连接臂连接；感应线圈上端面的内圈设置有不小于120°的锥形导向槽，感应线圈下端面设置有导向台阶，导向台阶的底面为与水平面呈10°左右的斜面；感应线圈上布置有导磁体，一种台阶轴类的轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火的加工方法，解决轴类的轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火有效硬化层深不均匀、容易过热或欠热、温度不均匀有淬火软区、表面硬度难以满足技术要求等难题。

Description

一种轴类感应淬火感应圈及加工方法
技术领域
本发明涉及感应圈技术领域，具体涉及一种轴类感应淬火感应圈及加工方法。
背景技术
如图1所示的台阶轴，原材料采用40CrNiMoA,所标识的轴颈台阶端面和外圆(轴承安装位置)需感应淬火，有效硬化层深要求为1-3mm，表面硬度要求为≥HRC52.0。该台阶轴轴颈台阶端面和外圆相连，需采用同步感应淬火，感应淬火技术难度大，技术指标达成率低。一般情况，感应淬火的实现，主要是利用电磁感应具有集肤效应的特点，形成了工件表面加热淬火。感应加热在感应圈附近会形成圆环效应，对轴颈台阶端面进行感应淬火，加热区域不在感应圈圆环效应的区域范围内，则不能形成集中的、有规律的、高密度的涡流，需要通过引流，把磁力线导入到该区域上形成交变电流，否则平面上无法实现感应淬火。由于本发明涉及的台阶轴轴颈台阶端面较小(高度15mm左右)，如果通过传统感应加热，则涡流的透入范围、深度和密度很难精确控制，感应淬火的温度和层深也很难精确控制。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种台阶轴类的轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火的加工方法，解决轴类的轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火有效硬化层深不均匀、容易过热或欠热、温度不均匀有淬火软区、表面硬度难以满足技术要求等难题。适用的材料为40CrNiMo、42CrMo、40Cr等调质钢,适用的产品主要为台阶轴轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火的台阶轴类工件。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种轴类感应淬火感应圈，包括感应线圈，感应线圈与喷水圈之间通过绝缘连接板相互连接，感应线圈的进出口出分别连接有水管，水管与连接臂连接；感应线圈上端面的内圈设置有不小于120°的锥形导向槽，感应线圈下端面设置有导向台阶，导向台阶的底面为与水平面呈10°左右的斜面；感应线圈上布置有导磁体。
作为本发明进一步的方案：感应线圈的外圈设置有喷水圈，喷水圈内环线设置有多个喷水孔，感应加热和喷水冷却可实现时间差。
作为本发明进一步的方案：导向台阶最高点的高度为4mm，导向台阶的直径小于工件的直径3-4mm。
作为本发明进一步的方案：导磁体为7字形。
作为本发明进一步的方案：导磁体等间距设置有20个。
一种轴类感应淬火感应圈的加工方法，包括以下步骤：
步骤1：工件的台阶轴轴颈台阶端面开始进行高频感应加热，加热后进行喷水冷却的淬火处理；
步骤2：对工件的台阶端面采用脉冲感应加热；
步骤3：对工件的轴颈外圆采用自下而上的连续扫描加热。
作为本发明进一步的方案：感应加热采用加热3秒，停1秒。
作为本发明进一步的方案：加热后的工件的台阶端面有效层深为1.6-2.5mm，表面硬度为57.0；轴颈外圆有效层深为1.8-2.3mm，表面硬度为55.5；圆角处有效层深为1.3mm，表面硬度为54.5。
本发明的有益效果：
本发明通过对感应线圈的结构设计并结合加工方法，可以较为精确地控制台阶轴轴颈台阶端面和外圆同步感应淬火的涡流透入深度和密度，保证工件轴颈台阶端面和外圆硬度和有效硬化层深达到技术要求；
其中，通过在感应线圈的上下端面上分别设置两种导向结构，可以较为精确地把感应磁力线导入到工件轴颈台阶端面，形成密度和透入深度可控的均匀性较好的交变电流涡流，由此可较为精确地控制工件的表面温度和透热深度，且减少感应加热盲区的范围；感应线圈的导磁体提高台阶轴感应加热区的感应磁力线的密度，可以有效提高感应加热盲区的加热温度和透热深度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明中感应淬火工件的结构示意图；
图2是本发明中感应圈的结构示意图；
图3是本发明中感应圈与工件的加热配合原理示意图；
图4是本发明中图3的A处局部放大示意图；
图5是本发明中感应磁力线透入示意图；
图6是本发明中感应圈导磁体分布示意图；
图7是本发明中工件各部位感应淬火有效层深分布示意图。
图中：1、感应线圈；2、喷水圈；3、绝缘连接板；4、导磁体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-7所示，本发明为一种轴类感应淬火感应圈，感应线圈1的外圈设置有喷水圈2，喷水圈2内环线设置有多个喷水孔，喷水圈2将浓度为4-6％的PAG淬火液喷向工件上；感应线圈1与喷水圈2之间通过绝缘连接板3相互连接，绝缘连接板3通过螺钉和螺母对应安装在感应线圈1与喷水圈2上，该感应线圈1的进出口出分别连接有水管，水管与连接臂连接；
优选的，感应线圈1上端面的内圈设置有不小于120°的锥形导向槽，感应线圈1下端面设置有导向台阶，导向台阶最高点的高度为4mm左右，导向台阶的直径小于工件的直径3-4mm，其可以避免工件端面边缘产生边角效应涡流密度过大而过热，导向台阶的底面为与水平面呈10°左右的斜面，使得感应线圈1与工件台阶端面之间形成间隙差，通过在感应线圈1的上下端面上分别设置两种导向结构，可以较为精确地把感应磁力线导入到工件轴颈台阶端面，形成密度和透入深度可控的均匀性较好的交变电流涡流，由此可较为精确地控制工件的表面温度和透热深度，且减少感应加热盲区的范围；
优选的，在感应线圈1上布置有7字形的导磁体4，该导磁体4提高台阶轴感应加热区的感应磁力线的密度，可以有效提高感应加热盲区的加热温度和透热深度；导磁体4的具体数量根据感应加热区的温度和透热深度，并结合工艺参数确定；本发明台阶轴类的工件，采用了20个导磁体4。
实施例2
一种轴类感应淬火感应圈的加工方法，包括以下步骤：
步骤1：工件的台阶轴轴颈台阶端面开始进行高频感应加热，加热后进行水冷的淬火处理；
步骤2：对工件的台阶端面采用脉冲感应加热；
步骤3：对工件的轴颈外圆采用自下而上的连续扫描加热。
通过轴类感应淬火感应圈对台阶轴类进行感应淬火，结果如下：如图7，台阶端面有效层深为1.6-2.5mm(技术要求1-3mm)，表面硬度为57.0(技术要求≥HRC52.0)；轴颈外圆有效层深为1.8-2.3mm(技术要求1-3mm)，表面硬度为55.5(技术要求≥HRC52.0)；圆角处有效层深为1.3mm(技术要求1-3mm)，表面硬度为54.5(技术要求≥HRC52.0)；
优选的，从工件的台阶轴轴颈台阶端面开始进行高频感应加热；由于感应线圈1导向台阶端面为10°左右的斜面，使得与轴颈台阶端面的间隙沿径向是不一致的，靠近轴颈的位置最小(约2mm)，靠近外圆的位置最大(约4.5mm)，该斜面对感应磁力线进行二次导向，感应加热时，轴颈台阶端面的感应磁力线在不同部位的透入深度和密度更均匀，工件的表面温度和透热深度一致性也更好；
优选的，由于工件的轴颈外圆和台阶端面与感应圈有一定的间隙，造成轴颈外圆和台阶端面靠近圆角的位置(各2-4mm左右)为感应磁力线透入盲区(包括圆角处)，该两个部位感应磁力线的密度小深度浅，感应加热温度低；采用脉冲加热方法，通过热传导提高工件感应加热盲区的加热温度和透热深度，脉冲加热后再进行喷水冷却，同时启动对轴颈外圆的连续扫描感应加热淬火，保证了该区域感应淬火满足技术要求；该感应加热采用加热3秒，停1秒，进行了三次该周期的脉冲加热。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种轴类感应淬火感应圈，其特征在于，包括感应线圈(1)，感应线圈(1)与喷水圈(2)之间通过绝缘连接板(3)相互连接，感应线圈(1)的进出口处分别连接有水管，水管与连接臂连接；感应线圈(1)上端面的内圈设置有不小于120°的锥形导向槽，感应线圈(1)下端面设置有导向台阶，导向台阶的底面为与水平面呈10°的斜面；感应线圈(1)上布置有导磁体(4)。
2.根据权利要求1所述的一种轴类感应淬火感应圈,其特征在于，感应线圈(1)的外圈设置有喷水圈(2)，喷水圈(2)内环线设置有多个喷水孔。
3.根据权利要求1所述的一种轴类感应淬火感应圈,其特征在于，导向台阶的下端面最高点的高度为3.5-4.5mm，最低点不小于1.5mm，导向台阶的底面为与水平面呈9-11°的斜面，导向台阶的直径小于工件的直径3-4mm。
4.根据权利要求1所述的一种轴类感应淬火感应圈,其特征在于，导磁体(4)为7字形。
5.根据权利要求1所述的一种轴类感应淬火感应圈,其特征在于，导磁体(4)等间距设置有20个。
6.一种轴类感应淬火感应圈的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：工件的台阶轴轴颈台阶端面开始进行高频感应加热，加热后进行喷水冷却的淬火处理；
步骤2：对工件的台阶端面采用脉冲感应加热；
步骤3：对工件的轴颈外圆采用自下而上的连续扫描加热。
7.根据权利要求6所述的一种轴类感应淬火感应圈的加工方法,其特征在于，步骤2中，脉冲感应加热的周期采用加热3秒，停1秒，对工件的台阶端面进行三次该周期的脉冲感应加热。
8.根据权利要求6所述的一种轴类感应淬火感应圈的加工方法,其特征在于，加热后的工件的台阶端面有效层深为1.6-2.5mm，表面硬度为57.0；轴颈外圆有效层深为1.8-2.3mm，表面硬度为55.5；圆角处有效层深为1.3mm，表面硬度为54.5。
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