CN114807574A - 一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺及其淬火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺及其淬火装置，淬火工艺包括预备、加热、冷却、回火；淬火装置包括淬火机床，淬火机床包括取件部、冷却池和加热部，取件部上设置有用于输送从动齿轮的输送槽，加热部内滑动设有感应加热设备，冷却池内设有冷却装置，感应加热设备用于将从动齿轮从输送槽夹取到冷却装置上，冷却装置比输送槽的水平位置更低。本发明的有益效果：采取内外同时加热的方法消除内圈应力，让从动齿轮淬火加热时内圈筋板不会被外齿加热时热膨胀应力拉扯断裂，一举解决了早期粉末冶金从动齿轮存在的2大缺陷(软齿及强度低)的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺及其淬火装置，属于汽摩及机械制造加工领域。
背景技术
粉末冶金因成型精度高、周期短，生产成本相比钢件加工低很多，因此越来越广泛应用于汽车、摩托车、通用机械、电动工具等行业，以代替原本由钢制毛坯经锻打及各种机械加工制作的零件。但粉末冶金也具有其固有的缺陷：密度做高困难，存在大量的空隙及各个部位密度不均，产品抗拉强度及塑形比钢件差，特别是延伸率比钢件低很多。
摩托车离合器从动齿轮采用粉末冶金材料压制成型，通过高温烧结并整形，后续通过对齿部进行感应加热淬火，提高齿部强度及硬度，增加耐磨性。但因粉末冶金特性：延伸率特别差，当对外齿(产品外圈)进行感应加热时，产品外圈(齿部及齿根以下3-5mm)受热膨胀，但齿轮中心部位仍保持常温状态并不能随外圈进行热胀冷缩，因此在齿轮内圈筋板部位产生很大的拉应力，由于产品心部密度较低，而粉末冶金产品延伸率又差，难以通过材料的塑形变形释放应力，加之粉末冶金产品抗拉强度本就较低，因此当采用常规方法对粉末冶金齿轮进行感应淬火时，往往因齿轮中心部位应力过大筋板产生断裂造成产品报废，根据产品批次不同，断裂比例高达70％-100％。为解决这个问题，粉末冶金从动齿轮采用了滚动逐齿淬火的方法进行齿部淬火，但此方法有一个致命缺陷：整个齿轮淬火时必然存在交接过渡的齿，在过渡齿虽然已经被淬过火，但当后方相邻齿淬火时逸散磁场加热及热传导到已淬火的起始淬火齿，使起始齿高温回火，硬度大幅度降低(远低于产品要求的最低值)，因此，生产粉末冶金从动齿轮厂家约定成俗的允许淬火交界处存在2个齿的软齿。因齿轮存在2个齿的软齿，造成齿轮使用过程中出现早期磨损现象突出，断齿比例很高(淬火齿强度较低)。
针对此问题，我公司深入了解市场需求(重庆市场从动齿生产量在1200万件/年)，并深入分析齿轮产生断齿原因及软齿形成问题，断齿原因是因为齿轮滚动淬火特性，淬火时齿根硬化层分布不合理，造成齿根强度不够造成断齿，而异常磨损显而易见的就是软齿存在。问题虽然找到了，但解决起来特别困难，曾采取过各种措施：购买箱型电炉对产品进行批量预热、采用电磁炉对产品进行逐个预热、采用燃气火焰对齿轮中心筋板进行预热等等，不是效果有限就是可操作性太差，根本就难以解决实际问题。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺，采用齿轮齿部与齿轮心部筋板同步加热的方法，成功解决了齿轮心部筋板裂纹问题。
本发明还提供了一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，实现了上述的淬火工艺。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
包括以下步骤：
S1，预备工序：将从动齿轮感应淬火专用感应器(64)安装到感应加热设备(6)输出端，调整好与淬火机床(1)的位置，从动齿轮感应淬火专用感应器(64)分为外齿加热感应器(614)和齿轮内孔加热感应器(611)两部分，让待淬火的从动齿轮处于外齿加热感应器(614)的中心位置，从动齿轮内孔的中心位置设有齿轮内孔加热感应器(611)；
S2，加热：升温时间为1.2-2.5秒，升温之后外齿温度为870-900℃，内孔温度为300-500℃；
S3，冷却：齿轮落下侵入淬火油中冷却淬火或者采用水基介质进行喷淋冷却淬火；
S4，回火：回火温度180-200℃，时间为120-200min。
进一步的,从动齿轮感应淬火专用设备为电子管感应加热设备(6)：频率100-300khz，阳极高压：11.5-12.3kv，加热时间：1.2-2.5秒，冷却时间3秒，或者晶体管感应加热设备(6)：频率30-80khz，直流电压430-450v，加热时间1.2-2.5秒。
进一步的，从动齿轮为摩托车从动直齿轮，材质为铁基粉末冶金。
本发明的另一种方案是：包括淬火机床，淬火机床包括取件部、冷却池和加热部，取件部上设置有用于输送从动齿轮的输送槽，加热部内滑动设有感应加热设备，冷却池内设有冷却装置，感应加热设备用于将从动齿轮从输送槽夹取到冷却装置上，冷却装置比输送槽的水平位置更低。
进一步的，输送槽底部设有夹取槽，夹取槽与输送槽的延伸方向相同，夹取槽比输送槽的槽口更小，且比从动齿轮的内孔孔径更大。
进一步的，感应加热设备包括设于加热部的斜槽，斜槽内滑动有支臂，支臂由位于斜槽内的气缸驱动，气缸所在的一端比支臂运动的一端位置低，支臂的前端且下侧设有用于从动齿轮感应淬火的专用感应器；
专用感应器包括套筒，套筒与输送槽槽口垂直且筒口朝下，套筒内设有爪盘，爪盘为圆柱状，套筒上方设有驱动件驱动爪盘在套筒内进行运动，爪盘沿轴心设有轴心孔，爪盘的两侧且以轴心线对称设有两个连接槽，爪盘的底部且绕爪盘的轴心线均匀设有数个爪槽，爪槽连接爪盘外侧与轴心孔，每个爪槽的两个槽壁之间设有旋转杆，旋转杆上铰接有爪钩，数个爪钩可相对轴心孔的轴心相对运动，套筒内且穿过两个连接槽固定设置有支撑杆，支撑杆设有齿轮内孔加热感应器；
齿轮内孔加热感应器包括位于支撑杆中部且向下延伸的加热杆，加热杆与支撑杆的连接处设有锥形导向件，锥形导向件的锥尖位于支撑杆上，锥形导向件的底盘设于支撑杆上，且底盘的圆心位于支撑杆与加热杆的连接处；
套筒还设有外齿加热感应器，外齿加热感应器包括感应线圈，感应线圈设于套筒的筒口且内圈处，爪盘在运动过程中与感应线圈之间留有预留的空隙，加热杆的端部与套筒处于同一水平面且相对静止。
进一步的，爪钩包括与旋转杆进行铰接的铰接部，铰接部的一端与套筒内壁设有弹性件，弹性件的另一端在套筒内壁的弹性槽里面滑动，铰接部还设有可与锥形限位件相配合的限位面，用于使爪钩向轴心孔轴心处转动，爪钩还包括钩体，钩体端部设有可与从动齿轮内孔相接触的楔形导向部，用于驱动爪钩向轴心孔轴心处转动，钩体端部还设有用于勾住从动齿轮内孔凸缘的定位部。
进一步的，冷却装置包括立柱，立柱顶端设有放置槽，放置槽底设有喷液口，立柱内部设有用于将冷却液从冷却池中抽取到喷液口的抽液泵。
本发明的有益效果：采取内外同时加热的方法消除内圈应力，让从动齿轮淬火加热时内圈筋板不会被外齿加热时热膨胀应力拉扯断裂，一举解决了早期粉末冶金从动齿轮存在的2大缺陷(软齿及强度低)的问题。
附图说明
图1为本发明示意图。
图2为感应加热设备示意图。
图3为感应加热设备仰视图。
图4为A-A剖视图。
图5为B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
装置实施例：一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，包括淬火机床1，淬火机床1包括取件部2、冷却池3和加热部4，取件部2上设置有用于输送从动齿轮的输送槽5，在输送槽5上均匀地排列有数个从动齿轮，加热部4内滑动设有感应加热设备6，冷却池3内设有冷却装置7，感应加热设备6用于将从动齿轮从输送槽5夹取到冷却装置7上，冷却装置7比输送槽5的水平位置更低，为了使冷却装置7进行喷淋冷却时，冷却液不会溅出，冷却液包括了水、淬火油等。
输送槽5底部设有夹取槽8，夹取槽8与输送槽5的延伸方向相同，夹取槽8比输送槽5的槽口更小，且比从动齿轮的内孔孔径更大，爪钩616的楔形导向部622先触碰到内孔因此夹角变小用来通过内孔，当定位部623通过内孔之后，由于夹取槽8的槽口更大一些，爪钩616的夹角会变大，定位部623就会勾住从动齿轮内孔的边沿。
感应加热设备6包括设于加热部4的斜槽61，斜槽61内滑动有支臂62，支臂62由位于斜槽61内的气缸63驱动，气缸63所在的一端比支臂62运动的一端位置低，以吻合冷却装置7的高度，支臂62的前端且下侧设有用于从动齿轮感应淬火的专用感应器64；
专用感应器64包括套筒65，套筒65与输送槽5槽口垂直且筒口朝下，套筒65内设有爪盘66，爪盘66为圆柱状，套筒65上方设有驱动件67驱动爪盘66在套筒65内进行运动，爪盘66沿轴心设有轴心孔68，爪盘66的两侧且以轴心线对称设有两个连接槽69，爪盘66的底部且绕爪盘66的轴心线均匀设有数个爪槽624，爪槽624连接爪盘66外侧与轴心孔68，每个爪槽624的两个槽壁之间设有旋转杆68，旋转杆68上铰接有爪钩616，数个爪钩616可相对轴心孔68的轴心相对运动，用于抓取，当这些爪钩616之间的夹角变大时(即一般工位)，这个时候是用来夹取从动齿轮，当夹角变小时，是用来取下从动齿轮。套筒65内且穿过两个连接槽69固定设置有支撑杆610，支撑杆610设有齿轮内孔加热感应器611；
齿轮内孔加热感应器611包括位于支撑杆610中部且向下延伸的加热杆612，加热杆612上可以缠绕有加热线圈，加热杆612与支撑杆610的连接处设有锥形导向件613，锥形导向件613的锥尖位于支撑杆610上，锥形导向件613的底盘设于支撑杆610上，且底盘的圆心位于支撑杆610与加热杆612的连接处；
套筒65还设有外齿加热感应器614，外齿加热感应器614包括感应线圈615，感应线圈615设于套筒65的筒口且内圈处，爪盘66在运动过程中与感应线圈615之间留有预留的空隙，加热杆612的端部与套筒65处于同一水平面且相对静止。专用感应器64的具体流程为：套筒65到达输送槽5上方，内部的爪盘66向下运动抓取了从动齿轮，然后又运动到冷却装置7上方，爪盘66向上运动，使从动齿轮到大感应线圈615和加热杆612之间，进行内齿外齿同时加热，当加热完成之后，爪盘66再向上运动，此时的爪钩616又被锥形导向件613导向夹角变小，从动齿轮缺少了限位，从爪钩616上掉下，进入冷却槽72之中。
爪钩616包括与旋转杆68进行铰接的铰接部617，铰接部617的一端与套筒65内壁设有弹性件618，弹性件618的另一端在套筒65内壁的弹性槽619里面滑动，弹性槽619的延伸长度可变，只要满足爪盘66的运动路程。铰接部617还设有可与锥形限位件619相配合的限位面620，该限位面620的极限位置应该与锥形导向件619的锥形导向面的锥度吻合，此处以说明书为准，用于使爪钩616向轴心孔68轴心处转动。爪钩616还包括钩体621，钩体621端部设有可与从动齿轮内孔相接触的楔形导向部622，用于驱动爪钩616向轴心孔68轴心处转动，钩体621端部还设有用于勾住从动齿轮内孔凸缘的定位部623。
冷却装置7包括立柱71，立柱71顶端设有放置槽72，放置槽72底设有喷液口73，立柱71内部设有用于将冷却液从冷却池3中抽取到喷液口73的抽液泵，喷冷的好处在于从动齿轮掉下的时候不会溅出水花。
工艺实施例1，一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺，包括以下步骤：
S1，预备工序：将从动齿轮感应淬火专用感应器64安装到感应加热设备6输出端，调整好与淬火机床1的位置，从动齿轮感应淬火专用感应器64分为外齿加热感应器614和齿轮内孔加热感应器611两部分，让待淬火的从动齿轮处于外齿加热感应器614的中心位置，从动齿轮内孔的中心位置设有齿轮内孔加热感应器611；
S2，加热：加热升温时间为1.2s，升温之后外齿温度为870℃，内孔温度为300℃；
S3，冷却：齿轮落下侵入淬火油中冷却淬火；
S4，回火：回火温度180℃，时间为200min。
工艺实施例2，
S1，预备工序：将从动齿轮感应淬火专用感应器64安装到感应加热设备6输出端，调整好与淬火机床1的位置，从动齿轮感应淬火专用感应器64分为外齿加热感应器614和齿轮内孔加热感应器611两部分，让待淬火的从动齿轮处于外齿加热感应器614的中心位置，从动齿轮内孔的中心位置设有齿轮内孔加热感应器611；
S2，升温：升温时间为2s，升温之后外齿温度为900℃，内孔温度为500℃；
S3，加热：保持S2步骤中的温度，同时对齿轮外齿及内孔进行加热，加热时间：2.5秒；
S4，冷却：采用水基介质进行喷淋冷却淬火；
S5，回火：回火温度200℃，时间为120min。
实施例1和2中的设备与产品的共同点在于：从动齿轮感应淬火专用感应器64为电子管感应加热设备6：频率100-300khz，阳极高压：11.5-12.3kv，加热时间：1.2-2.5秒，冷却时间3秒，或者晶体管感应加热设备6：频率30-80khz，直流电压430-450v，加热时间1.2-2.5秒。
从动齿轮为摩托车从动直齿轮，材质为铁基粉末冶金钢。
工艺实施例与装置实施例中用到的淬火装置相同。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1，预备工序：将用于从动齿轮感应淬火的专用感应器(64)安装到感应加热设备(6)输出端，调整好与淬火机床(1)的位置，所述专用感应器(64)分为外齿加热感应器(614)和齿轮内孔加热感应器(611)两部分，让待淬火的从动齿轮处于外齿加热感应器(614)的中心位置，所述从动齿轮内孔的中心位置设有齿轮内孔加热感应器(611)；
S2，加热：升温时间为1.2-2.5秒，升温之后外齿温度为870-900℃，内孔温度为300-500℃；
S3，冷却：齿轮落下侵入淬火油中冷却淬火或者采用水基介质进行喷淋冷却淬火；
S4，回火：回火温度180-200℃，时间为120-200min。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺，其特征在于：所述专用感应器(64)可替换为电子管感应加热设备：频率100-300khz，阳极高压：11.5-12.3kv，加热时间：1.2-2.5秒，冷却时间3秒，或者晶体管感应加热设备：频率30-80khz，直流电压430-450v，加热时间1.2-2.5秒。
3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金从动齿轮淬火工艺，其特征在于：所述从动齿轮为摩托车从动直齿轮，材质为铁基粉末冶金钢。
4.一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，其特征在于：包括淬火机床(1)，所述淬火机床(1)包括取件部(2)、冷却池(3)和加热部(4)，所述取件部(2)上设置有用于输送从动齿轮的输送槽(5)，所述加热部(4)内滑动设有感应加热设备(6)，所述冷却池(3)内设有冷却装置(7)，所述感应加热设备(6)用于将所述从动齿轮从所述输送槽(5)夹取到所述冷却装置(7)上，所述冷却装置(7)比所述输送槽(5)的水平位置更低。
5.根据权利要求4所述的一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，其特征在于：所述输送槽(5)底部设有夹取槽(8)，所述夹取槽(8)与所述输送槽(5)的延伸方向相同，所述夹取槽(8)比所述输送槽(5)的槽口更小，且比所述从动齿轮的内孔孔径更大。
6.根据权利要求4所述的一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，其特征在于：所述感应加热设备(6)包括设于所述加热部(4)的斜槽(61)，所述斜槽(61)内滑动有支臂(62)，所述支臂(62)由位于所述斜槽(61)内的气缸(63)驱动，所述气缸(63)所在的一端比所述支臂(62)运动的一端位置低，所述支臂(62)的前端且下侧设有用于从动齿轮感应淬火的专用感应器(64)；
所述专用感应器(64)包括套筒(65)，所述套筒(65)与所述输送槽(5)槽口垂直且筒口朝下，所述套筒(65)内设有爪盘(66)，所述爪盘(66)为圆柱状，所述套筒(65)上方设有驱动件(67)驱动所述爪盘(66)在所述套筒(65)内进行运动，所述爪盘(66)沿轴心设有轴心孔(68)，所述爪盘(66)的两侧且以轴心线对称设有两个连接槽(69)，所述爪盘(66)的底部且绕所述爪盘(66)的轴心线均匀设有数个爪槽(624)，所述爪槽(624)连接所述爪盘(66)外侧与所述轴心孔(68)，每个所述爪槽(624)的两个槽壁之间设有旋转杆(68)，所述旋转杆(68)上铰接有爪钩(616)，数个所述爪钩(616)可相对所述轴心孔(68)的轴心相对运动，所述套筒(65)内且穿过两个所述连接槽(69)固定设置有支撑杆(610)，所述支撑杆(610)设有齿轮内孔加热感应器(611)；
所述齿轮内孔加热感应器(611)包括位于所述支撑杆(610)中部且向下延伸的加热杆(612)，所述加热杆(612)与所述支撑杆(610)的连接处设有锥形导向件(613)，所述锥形导向件(613)的锥尖位于所述支撑杆(610)上，所述锥形导向件(613)的底盘设于所述支撑杆(610)上，且所述底盘的圆心位于所述支撑杆(610)与加热杆(612)的连接处；
所述套筒(65)还设有外齿加热感应器(614)，所述外齿加热感应器(614)包括感应线圈(615)，所述感应线圈(615)设于所述套筒(65)的筒口且内圈处，所述爪盘(66)在运动过程中与所述感应线圈(615)之间留有预留的空隙，所述加热杆(612)的端部与所述套筒(65)处于同一水平面且相对静止。
7.根据权利要求6所述的一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，其特征在于：所述爪钩(616)包括与所述旋转杆(68)进行铰接的铰接部(617)，所述铰接部(617)的一端与所述套筒(65)内壁设有弹性件(618)，所述弹性件(618)的另一端在所述套筒(65)内壁的弹性槽(619)里面滑动，所述铰接部(617)还设有可与所述锥形限位件(619)相配合的限位面(620)，用于使所述爪钩(616)向所述轴心孔(68)轴心处转动，所述爪钩(616)还包括钩体(621)，所述钩体(621)端部设有可与所述从动齿轮内孔相接触的楔形导向部(622)，用于驱动所述爪钩(616)向所述轴心孔(68)轴心处转动，所述钩体(621)端部还设有用于勾住所述从动齿轮内孔凸缘的定位部(623)。
8.根据权利要求4所述的一种粉末冶金从动齿轮的淬火装置，其特征在于：所述冷却装置(7)包括立柱(71)，所述立柱(71)顶端设有放置槽(72)，所述放置槽(72)底设有喷液口(73)，所述立柱(71)内部设有用于将冷却液从所述冷却池(3)中抽取到所述喷液口(73)的抽液泵。
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