CN117947242A - 一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，包括步骤一、将工件平放在感应加热设备上，调整工件位置，使得工件能够在感应加热设备的驱动作用下绕自身中心轴线做水平回转运动；步骤二、移动感应加热设备的若干感应加热器，使若干感应加热器绕工件的中心线均匀分布，并使感应加热器靠近工件的工作面；本发明利用多个感应加热器在工件高速旋转过程中对工件的工作面进行加热，使得工件的淬火表面能够在同一状态下进行中频加热，随后再进行整体淬火，能够使得套圈的表面既具有高耐磨性能和抗疲劳性能，而且使得工件心部具有耐冲击性，使淬火表面组织均匀、变形小，且加工简单、成本低，提高了套圈淬火后的整体综合性能。
Description
技术领域
本发明属于回转支承套圈热处理技术领域，具体涉及一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法。
背景技术
回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。通常包括内套圈、外套圈、滚动体以及保持架等零部件，在对内外套圈的生产制作时，除了需要进行机械加工之外，还需要对套圈的工作面进行热处理。目前，现有回转支承套圈的材质有淬透性钢和表面淬硬钢，其中，淬透性钢如GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo等，采用整体淬火的方式进行热处理；表面淬硬钢分为渗碳钢和中碳合金钢，渗碳钢如20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo，经渗碳后再整体淬火，中碳合金钢如42CrMo、50Mn等，采用中频加热表面淬火的方式进行热处理。
淬透性钢的耐磨性和抗疲劳性能具有独特的优势被广泛应用。然而，对于冲击负荷大，要求轴承的工作表面既要有足够的强度、耐磨性和抗疲劳性外，还要求套圈的心部位置具有较强的抗冲击性能和韧性，此时，淬透性钢无法满足上述要求，而采用渗碳钢渗碳淬火的方案。中频加热表面淬火也具有渗碳钢的热处理特性，且相比于上述两种热处理方式，其具有淬火过程简单、污染小、周期短、成本低的优点，尤其是对于大尺寸回转支承套圈而言，由于直径尺寸大于或等于2000mm，采用中频加热表面淬火的方式能够大大降低热处理的难度、缩短热处理周期，因此，现有技术中大多采用中频加热表面淬火的方式对回转支承套圈工作面位置进行热处理。
目前，采用中频加热表面淬火的方式经历以下两种阶段：（1）将回转支承的套圈平放，套圈做回转运动，在套圈旋转的过程中，感应加热器对套圈的圆周工作面进行加热，但是这种热处理方式会使得套圈在处理完成后存在淬火软带，使得套圈只能应用到低速重载的场合，例如转盘轴承。（2）为了解决第一阶段存在的淬火软带问题，申请人于2018年提出了一种无软带回转支承套圈的淬火方法，申请号为CN201810111079.3，该淬火方法采用两组感应器从同一点预热、加热，然后绕工件做相向运动，边加热边淬火，转到合拢位置保温后，同时将两组感应器退出淬火，能够解决无软带中频淬火的瓶颈。然而，由于采用两组感应器，两组感应器在工作时，各自与待加热表面的距离、各自的加热温度、工件不同部位的加热深度以及感应器的移动速度等均存在一定的差别，使得两组感应器存在工作状态不一致的问题，从而造成工件在热处理完成后存在组织不均匀、热处理变形大的问题，继而影响回转支承的可靠性以及缩短回转支承的使用寿命。
上述两种热处理均为工件的局部淬火，存在淬火后套圈综合性能差的问题，因此，亟需一种能够在淬火后使工件具有表面高耐磨性能、抗疲劳性能、心部耐冲击性能、不污染环境、生产周期短、成本低、淬火时具有加热均匀、热处理组织均匀、硬度均匀、淬硬层均匀、零件热处理变形小、可靠性高、应用于特大型回转支承中频加热的整体淬火方法来解决上述问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，利用多个感应加热器在工件高速旋转过程中对工件的工作面进行加热，使得工件的淬火表面能够在同一状态下进行中频加热，随后再进行整体淬火，能够使得套圈的表面既具有高耐磨性能和抗疲劳性能，而且使得工件心部具有耐冲击性，使淬火表面组织均匀、变形小，且加工简单、成本低，提高了套圈淬火后的整体综合性能。
本发明所采用的技术方案是：一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，包括以下步骤：
步骤一、将工件平放在感应加热设备上，调整工件位置，使得工件能够在感应加热设备的驱动作用下绕自身中心轴线做水平回转运动；
步骤二、移动感应加热设备的若干感应加热器，使若干感应加热器绕工件的中心线均匀分布，并使感应加热器靠近工件的工作面；
步骤三、启动感应加热设备，使工件绕自身中心轴线进行高速旋转，在工件旋转的过程中，启动感应加热器，利用感应加热器对工件的工作面进行加热；
步骤四、当工作面的温度达到一定值时，感应加热器停止加热，且工件停止旋转，感应加热器移动至不影响工件上下运动的位置；
步骤五、在工件停止旋转后，控制感应加热设备，使得工件竖直向下运动，从而浸入下方冷却池的冷却液中，利用冷却液对已经加热的工件进行整体冷却；
步骤六、冷却完成后，控制感应加热设备，使冷却后的工件重新移动至冷却池的冷却液上方，完成整个淬火过程。
所述步骤二中，感应加热器的数量为四组。
所述步骤二中，工件的工作面包括与滚动体外径相接触的滚道面。
所述步骤二中，工件的工作面还包括与滚动体端面相接触的挡边表面。
所述步骤二中，工件的工作面位于工件的内壁位置或外壁位置。
所述步骤三中，工件在旋转时，通过测温计对工作面的实时温度进行监控。
所述工件的直径尺寸大于或等于2000mm。
本发明的有益效果为：
（1）本发明采用中频加热表面淬火的方式，能够替代传统淬透性钢的整体淬火方式，使得套圈的工作表面不仅具有较强的耐磨性能和抗疲劳性能，而且可以提高套圈心部位置的韧性，从而提高套圈心部的耐冲击性能；
（2）本发明采用中频加热表面淬火的方式，能够替代传统的渗碳后整体淬火的方式，可以降低热处理过程中的污染问题，同时具有周期短、成本低、加工难度小的优点；
（3）本发明采用套圈高速旋转、感应加热器静止加热的方式，可以解决传统中频淬火时工件上存在的淬火软带问题，解决传统淬火有软带的方式造成的套圈无法高速运转、软带处易疲劳损坏的问题；
（4）本发明利用套圈高度旋转加热的热处理方式，可以使得工件受热均匀，工件各部位热处理组织、硬度、淬硬层均匀一致，从而可以使工件热处理之后具有变形小、可靠性高、整体综合性能好的优点。
附图说明
图1为本发明工件在热处理时的安装结构图；
图2为本发明感应加热设备的局部结构图；
图3为本发明第一种工件的结构图；
图4为本发明第二种工件的结构图；
图5为本发明第三种工件的结构图；
图6为本发明第四种工件的结构图。
图中标记：1、冷却池；2、工作台；3、感应加热器；4、测温计；5、移动座；6、支撑辊；7、限位辊。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图所示，一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，包括以下步骤：
步骤一、如图1所示，将工件平放在感应加热设备上，本例中，工件的直径尺寸大于或等于2000mm，工件可以是回转支承的外套圈（如图3、5所示）或内套圈（如图4、6所示），调整工件位置，使得工件能够在感应加热设备的驱动作用下绕自身中心轴线做水平回转运动。
其中，如图1-2所示，上述感应加热设备主要包括有能够容纳冷却液的冷却池1，冷却池1的内部具有能够升降的工作台2，工作台2的表面设有四个移动座5，四个移动座5绕工作台2的中心均匀分布，移动座5能够向着工作台2的中心或者远离工作台2的中心方向进行移动，以便适用于不同尺寸大小的套圈，每个移动座5上均安装有水平设置且能够转动的支撑辊6、安装有竖直设置且能够转动的限位辊7，支撑辊6用于与工件的下端面接触，从而对工件进行支撑，限位辊7用于与工件的内壁或外壁相贴合，从而在不影响工件旋转的情况下来限制工件水平方向的移动，使得工件在自身重力作用下只具有绕其中心轴线旋转的自由度，更进一步的，为了驱动工件的转动，其中一个支撑辊6的端部连接有电机，在电机驱动下，支撑辊6转动，继而带动上方的工件进行旋转。
感应加热设备还包括四个可以前后上下左右移动的感应加热器3，感应加热器3的加热面可以与工件的工作面形状一致，可通过PLC控制器对感应加热器3的位置进行快速调节。
更为具体地，冷却池1内部还设有对冷却液进行搅拌的搅拌杆，冷却池1的侧壁设置进液口和出液口，从而实现冷却液的搅拌和循环效果，在冷却液局部温度变化时，搅拌杆工作，使得冷却液整体温度保持一致，在冷却液温度过高或者冷却液污染较多时，将冷却液从进液口和出液口进行循环。
上述工作台2的升降功能、感应加热器3的安装结构和工作原理、冷却池1内部的搅拌杆结构和原理、冷却液循环结构和原理均属于现有技术中的常规技术，在此不作过多赘述。
步骤二、移动感应加热设备的若干感应加热器3，本例中，感应加热器3的数量为四组，使若干感应加热器3绕工件的中心线均匀分布，并使感应加热器3靠近工件的工作面。
工件的工作面位于工件的内壁位置或外壁位置，即当工件为外套圈时，如图3、5所示，由于外套圈的工作面位于内壁方向，则感应加热器3运动至外套圈的内部位置；当工件为内套圈时，如图4、6所示，由于内套圈的工作面位于外壁方向，则感应加热器3运动之内套圈的外部位置。
其中，工件的工作面包括与滚动体外径相接触的滚道面，如图3-6所示，滚道面包括面a、面b、面c、面d、面e、面f、面g。
更为具体地，工件的工作面还包括与滚动体端面相接触的挡边表面，如图4所示的面c，在进行滚道面b和挡边表面c的热处理时，感应加热器3的截面结构与图4中滚道面和挡边表面的结构相匹配，从而既可以对滚道面b进行加热，还可以同时对挡边表面c进行加热。
图3-4中所示的为圆锥滚子回转支承的内外套圈结构，图5-6为三排圆柱滚子回转支承的内外套圈结构，此外，还可以适用于不同类型回转支承内外套圈的热处理加工。
步骤三、启动感应加热设备，即利用电机驱动支撑辊6转动，继而带动支撑辊6上方的工件转动，使工件绕自身中心轴线进行高速旋转，在工件旋转的过程中，启动感应加热器3，利用感应加热器3对工件的工作面进行加热，工件在旋转时，通过测温计4对工作面的实时温度进行监控。由于工件处于旋转状态，且采用四组感应加热器3对工作面进行加热，可以使得工件工作面的不同位置能够均匀受热和同时升温，避免出现局部温度过高或过低的问题，继而可以防止在淬火完成后出现软带区域和变形过大的问题。
步骤四、当工作面的温度达到一定值时，感应加热器3停止加热，且工件停止旋转，感应加热器3移动至不影响工件上下运动的位置，即停止对工件进行加热。
步骤五、在工件停止旋转后，控制感应加热设备，使得工件竖直向下运动，从而浸入下方冷却池1的冷却液中，利用冷却液对已经加热的工件进行整体冷却。其中，工作台2可在液压缸等动力设备的作用下实现升降，当工件加热完成后，工作台2下移，从而可以带动上方工件下降，使得工件完全浸入冷却液内，这种冷却方式能够替代传统的中频感应加热过程中边加热边冷却的方式，可实现工件各部位工作面同时降温，实现工件的整体淬火过程，进一步防止工件由于冷却不均匀而产生变形等问题。
步骤六、冷却完成后，控制感应加热设备，使冷却后的工件重新移动至冷却池1的冷却液上方，完成整个淬火过程。
本实施例中，工件材质为中碳合金钢（例如42CrMo、50Mn等），采用中频感应表面加热的方式，具体采用工件高速旋转，四个感应加热器3对工件加热的工作方式，一方面可以解决传统淬透性钢（如GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo等）采用整体淬火方式而导致工件心部韧性差、抗冲击性能弱的问题；另一方面可以解决渗碳钢（如20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo等）采用渗碳后整体淬火方式而导致的污染严重、周期长、成本高以及加工难度大的问题；再一方面解决了传统的中频感应表面淬火方式带来的淬火后存在软带的问题；再一方面解决了传统无软带淬火方式带来的由于感应器工作状态不一致而导致的工件淬火后组织不均匀、热处理变形大的问题。
这种回转支承中频加热的整体淬火方法，使得最终工件在热处理完成后，既可以使工件具有表面耐磨性能好、抗疲劳性高、心部耐冲击的优点，还可以使工件各部位组织、硬度、淬硬层均匀一致，使工件经热处理后具有变形小的优点，此外，也具有环境污染程度小、生产周期短、成本低的优点，在装配后，使得回转支承的整体使用寿命长、可靠性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将工件平放在感应加热设备上，调整工件位置，使得工件能够在感应加热设备的驱动作用下绕自身中心轴线做水平回转运动；
步骤二、移动感应加热设备的若干感应加热器，使若干感应加热器绕工件的中心线均匀分布，并使感应加热器靠近工件的工作面；
步骤三、启动感应加热设备，使工件绕自身中心轴线进行高速旋转，在工件旋转的过程中，启动感应加热器，利用感应加热器对工件的工作面进行加热；
步骤四、当工作面的温度达到一定值时，感应加热器停止加热，且工件停止旋转，感应加热器移动至不影响工件上下运动的位置；
步骤五、在工件停止旋转后，控制感应加热设备，使得工件竖直向下运动，从而浸入下方冷却池的冷却液中，利用冷却液对已经加热的工件进行整体冷却；
步骤六、冷却完成后，控制感应加热设备，使冷却后的工件重新移动至冷却池的冷却液上方，完成整个淬火过程。
2.根据权利要求1所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：步骤二中，感应加热器的数量为四组。
3.根据权利要求1所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：步骤二中，工件的工作面包括与滚动体外径相接触的滚道面。
4.根据权利要求3所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：步骤二中，工件的工作面还包括与滚动体端面相接触的挡边表面。
5.根据权利要求1所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：步骤二中，工件的工作面位于工件的内壁位置或外壁位置。
6.根据权利要求1所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：步骤三中，工件在旋转时，通过测温计对工作面的实时温度进行监控。
7.根据权利要求1所述的一种优质高效特大型回转支承中频旋转加热整体淬火方法，其特征在于：工件的直径尺寸大于或等于2000mm。
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