RU2575262C1

RU2575262C1 - Method of induction hardening of tooth-wheel

Info

Publication number: RU2575262C1
Application number: RU2014124021/02A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Афанасьевич Куртесов; Валентин Николаевич Карасёв
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-02-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method includes successive heating by the local heating inductor of the teeth of the rotating tooth-wheel to the specified temperature, and their liquid cooling. The inductor with magnetic core is used, width of the work part of the inductor is made equal to at least tooth pitch of the tooth-wheel over its pitch line, and its length is equal to 1.2-1.5 of tooth length of the tooth-wheel. The work part of the inductor is located with its middle at distance 0.3-0.5 mm from surface of the tooth tip, and the longitudinal axis of the work part of the inductor is arranged at angle 15-30° relatively to the tooth direction.

EFFECT: high quality of heat treatment and expansion of the process abilities.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано при упрочняющей термообработке зубчатых колес.The invention relates to the field of mechanical engineering technology and can be used in hardening heat treatment of gears.

Известен способ закалки зубчатых колес, осуществляемый в кольцевом, охватывающем зубчатое колесо индукторе, при этом производится индукционный нагрев зубьев вращающегося колеса с последующим распылением на нагретые зубья охлаждающей жидкости (US 4675488 A, C21D 9/32, 23.06.1987). Недостатками такого способа закалки являются сложность и громоздкость используемого оборудования, особенно при обработке зубчатых колес большого размера, большие энергозатраты, медленный разогрев, который приводит к получению крупнозернистой закалочной структуры.There is a method of hardening gears, carried out in an annular, covering the gear wheel inductor, while induction heating of the teeth of the rotating wheel is carried out, followed by spraying onto the heated teeth of the coolant (US 4675488 A, C21D 9/32, 06.23.1987). The disadvantages of this hardening method are the complexity and cumbersomeness of the equipment used, especially when processing large gears, high energy consumption, slow heating, which leads to a coarse hardening structure.

Известен способ индукционной закалки шестерен, при котором закалку производят путем нагрева зубьев колеса индуктором локального нагрева при движении зубчатой поверхности относительно неподвижного индуктора с непрерывно меняющейся скоростью и их последующего охлаждения. Для реализации необходимого относительного перемещения зубчатой поверхности относительно индуктора используют эталонную шестерню и систему упоров (SU 1640180 A1, C21D 9/32, 07.04.1991). Недостатком этого способа закалки является сложность технологического процесса, при котором к тому же трудно обеспечить точное относительное перемещение зубчатой поверхности относительно индуктора с заданной скоростью, что приводит к снижению качества термообработки.A known method of induction hardening of gears, in which hardening is carried out by heating the teeth of the wheel with a local heating inductor when the gear surface moves relative to a stationary inductor with a continuously changing speed and their subsequent cooling. To implement the necessary relative movement of the gear surface relative to the inductor, a reference gear and a stop system are used (SU 1640180 A1, C21D 9/32, 04/07/1991). The disadvantage of this hardening method is the complexity of the process, in which it is also difficult to ensure accurate relative movement of the gear surface relative to the inductor at a given speed, which leads to a decrease in the quality of heat treatment.

Известен также способ индукционной закалки зубчатого колеса, принятый за прототип и заключающийся в последовательном нагреве зубьев индуктором локального нагрева с последующим охлаждением струями жидкости, при этом используют индуктор с рабочей головкой определенной формы, которую вводят во впадины между зубьями и соответствующим образом перемещают там, зубчатое колесо во время обработки вращается, а для перемещения индуктора по зубчатой поверхности используется специальный механизм с направляющими (US 4589935 A, C21D 1/10, 20.05.1986). Недостатками данного способа закалки также являются сложность технологического процесса и используемого оборудования, а также необходимость обеспечения точного перемещения головки индуктора относительно зубчатой поверхности, несоблюдение которого приводит к снижению качества термообработки. Необходимость использования направляющих для их введения во впадины зубьев ограничивает номенклатуру обрабатываемых колес, поскольку для мелкомодульных зубчатых колес использование таких направляющих может быть вообще не приемлемо.There is also known a method of induction hardening of a gear wheel, adopted as a prototype and consisting in sequential heating of the teeth with a local heating inductor followed by cooling by jets of liquid, using an inductor with a working head of a certain shape, which is introduced into the cavities between the teeth and accordingly moved there, the gear wheel during processing it rotates, and a special mechanism with guides is used to move the inductor along the gear surface (US 4589935 A, C21D 1/10, 05.20.1986). The disadvantages of this hardening method are also the complexity of the process and the equipment used, as well as the need to ensure accurate movement of the inductor head relative to the gear surface, the non-observance of which leads to a decrease in the quality of heat treatment. The need to use guides for their insertion into tooth cavities limits the range of machined wheels, since for small-modular gears the use of such guides may not be acceptable at all.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса закалки и используемого при этом технологического оборудования. Получаемый при этом технический результат заключается в снижении затрат на проведение термообработки зубчатых колес с обеспечением высокого качества термообработки. Расширяются также технологические возможности за счет обработки колес широкого диапазона по размерам и конструкции.The task of the invention is to simplify the hardening process and the technological equipment used. The technical result obtained in this case is to reduce the cost of heat treatment of gears while ensuring high quality heat treatment. Technological capabilities are also expanding by machining a wide range of wheels in size and design.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе индукционной закалки зубчатого колеса, включающем последовательный нагрев индуктором локального нагрева зубьев вращающегося зубчатого колеса до заданной температуры и их охлаждение жидкостью, используют индуктор с магнитопроводом, причем ширину рабочей части индуктора выполняют не менее шага зацепления зубчатого колеса по его делительной окружности, а ее длину выполняют равной 1,2-1,5 длины зуба зубчатого колеса, при этом рабочую часть индуктора размещают ее серединой на расстоянии 0,3-0,5 мм от поверхности вершины зуба, а продольную ось рабочей части индуктора размещают под углом 15-30° относительно направления зуба.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of induction hardening of the gear wheel, which includes sequential heating by the inductor of local heating of the teeth of the rotating gear to a predetermined temperature and their cooling by liquid, an inductor with a magnetic circuit is used, and the width of the working part of the inductor is performed at least by the gearing pitch of the gear its pitch circle, and its length is equal to 1.2-1.5 the length of the gear tooth, while the working part of the inductor is placed in the middle of it at distances and 0.3-0.5 mm from the surface of tooth tip and a longitudinal axis of the working part of the inductor is placed at an angle of 15-30 ° relative to the direction of the tooth.

В частных случаях выполнения способа могут применяться следующие варианты - закалку производят при линейной скорости вращающегося зубчатого колеса, равной 2-8 мм/с, или используют индуктор с удельной мощностью на его рабочей поверхности не менее 5 кВт/см².In special cases of the method, the following options can be applied - hardening is carried out at a linear speed of the rotating gear equal to 2-8 mm / s, or an inductor with a specific power on its working surface of at least 5 kW / cm ^{2 is used} .

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 показана схема осуществления закалки данным способом,in FIG. 1 shows a diagram of the implementation of hardening in this way,

на фиг. 2 показано сечение индуктора А-А на фиг. 1,in FIG. 2 shows a cross section of inductor AA in FIG. one,

на фиг. 3 показана схема закалки на прямозубом колесе вид сверху,in FIG. 3 shows a hardening diagram on a spur wheel, top view,

на фиг. 4 показана схема закалки на косозубом колесе вид сверху.in FIG. 4 shows a hardening scheme on a helical wheel from a top view.

Способ может быть реализован следующим образом.The method can be implemented as follows.

Зубчатое колесо 1, подлежащее закалке, устанавливают в устройство вращения (условно не показано) и соответствующим образом закрепляют там. Над колесом 1 устанавливают индуктор 2 с тоководами 4, при этом используют индуктор, снабженный магнитопроводом 5, служащим для концентрации токов на поверхности рабочей части 3 индуктора. Индуктор 2 выполнен таким образом, что его рабочая часть 3 имеет ширину «В» не менее шага зацепления обрабатываемого зубчатого колеса 1 по его делительной окружности, а длина «L» равна 1,2-1,5 длины зуба зубчатого колеса 1. Индуктор 2 выставляется вдоль направления зуба серединой своей рабочей части 3 симметрично по центру зубчатого венца обрабатываемого колеса 1 с зазором h=0,3-0,5 мм от поверхности вершины зуба. Указанная длина рабочей части 3 индуктора позволяет осуществлять замыкание токов Фуко на боковых торцевых поверхностях колеса 1, производить быстрый локальный нагрев зуба на его полную высоту и получать при этом мелкозернистую закалочную структуру материала. Указанная величина зазора h определена из условия получения максимального к.п.д. при нагреве зуба.The gear wheel 1 to be hardened is installed in a rotation device (not shown conditionally) and is accordingly fixed there. An inductor 2 with current leads 4 is installed above the wheel 1, and an inductor equipped with a magnetic circuit 5 used to concentrate currents on the surface of the working part 3 of the inductor is used. The inductor 2 is made in such a way that its working part 3 has a width "B" of not less than the pitch of the gear being machined gear 1 along its pitch circle, and the length "L" is 1.2-1.5 the length of the gear tooth 1. Inductor 2 is set along the direction of the tooth by the middle of its working part 3 symmetrically in the center of the gear rim of the machined wheel 1 with a gap h = 0.3-0.5 mm from the surface of the tooth apex. The indicated length of the working part 3 of the inductor allows the closure of the Foucault currents on the lateral end surfaces of the wheel 1, to produce quick local heating of the tooth to its full height and to obtain a fine-grained quenching structure of the material. The specified gap value h is determined from the condition for obtaining maximum efficiency when the tooth is heated.

Для исключения влияния на работу генератора, от которого запитан индуктор, чередующихся при обработке зубьев и впадин колеса 1, т.е. для стабилизации нагрузки генератора, индуктор 2 из указанного выше положения поворачивают (в плоскости его рабочей части 3) относительно зубчатого венца таким образом, что продольная ось 6 рабочей части 3 индуктора устанавливается под углом α=15-30° относительно направления зуба. При этом рабочая часть 3 индуктора кроме зуба, находящегося по центру, одновременно захватывает еще соседние с ним зубья. Таким образом, при обработке колеса площадь поверхности, которая нагревается индуктором 2, практически не меняется, что позволяет стабилизировать нагрузку и создать благоприятные условия для работы генератора индуктора 2.To exclude the influence on the operation of the generator, from which the inductor is powered, alternating during the processing of teeth and cavities of the wheel 1, i.e. to stabilize the load of the generator, the inductor 2 from the above position is rotated (in the plane of its working part 3) relative to the ring gear so that the longitudinal axis 6 of the working part 3 of the inductor is set at an angle α = 15-30 ° relative to the direction of the tooth. In this case, the working part 3 of the inductor, in addition to the tooth located in the center, simultaneously captures the teeth adjacent to it. Thus, when processing the wheel, the surface area that is heated by the inductor 2 is practically unchanged, which allows to stabilize the load and create favorable conditions for the operation of the generator of the inductor 2.

Угол α=15-30° выбран из условия обеспечения максимально стабильной нагрузки. При уменьшении угла α<15° на нагрузке начинает сказываться чередование зубьев и впадин колеса, а при увеличении α>30° на нагрузке начинает сказываться увеличивающийся зазор между рабочей частью 3 индуктора и соседними зубьями, захватываемыми ею.The angle α = 15-30 ° is selected from the condition of ensuring the most stable load. With decreasing angle α <15 °, the alternation of teeth and wheel depressions begins to affect the load, and with increasing α> 30 °, the increasing gap between the working part 3 of the inductor and adjacent teeth captured by it begins to affect the load.

После необходимой установки индуктора 2 относительно обрабатываемого колеса 1 включается питание индуктора и осуществляется вращение колеса 1, причем скорость его вращения устанавливается исходя из условий обработки - прогрев зуба на всю высоту, материал колеса, модуль зацепления колеса, его размеры, мощность индуктора и т.п. Так, например, для мелкомодульных колес линейная скорость вращающегося зубчатого колеса может быть порядка 8 мм/с, а для крупномодульных - порядка 2 мм/с. При этом желательно использовать индуктор с удельной мощностью на его рабочей поверхности не менее 5 кВт/см². При необходимости скорость вращения обрабатываемого колеса может быть скорректирована в процессе обработки.After the necessary installation of the inductor 2 relative to the machined wheel 1, the power of the inductor is turned on and the rotation of the wheel 1 is carried out, and its rotation speed is set based on the processing conditions - heating the tooth to the entire height, the material of the wheel, the gearing module of the wheel, its dimensions, power of the inductor, etc. . So, for example, for small-module wheels, the linear speed of a rotating gear may be about 8 mm / s, and for large-module wheels, about 2 mm / s. It is desirable to use an inductor with a specific power on its working surface of at least 5 kW / cm ² . If necessary, the rotation speed of the machined wheel can be adjusted during processing.

Таким образом, для проведения закалки осуществляется последовательный локальный нагрев зубьев до заданной температуры, а затем их охлаждение жидкостью любым известным способом (условно не показано). После проведения обработки всех зубьев колеса питание индуктора отключается, а колесо снимается с устройства вращения.Thus, for quenching, sequential local heating of the teeth to a predetermined temperature is carried out, and then their cooling by liquid in any known manner (not shown conditionally). After processing all the teeth of the wheel, the power of the inductor is turned off, and the wheel is removed from the rotation device.

Использование изобретения позволяет упростить процесс закалки зубчатых колес и используемого при этом технологического оборудования. Соответственно снижаются затраты на проведение термообработки и обеспечивается ее высокое качество за счет получения мелкозернистой закалочной структуры материала. Расширяются также технологические возможности, когда индуктором относительно небольшого размера и мощности можно проводить закалку колес широкого диапазона по размерам и конструкции.The use of the invention allows to simplify the process of hardening gears and used technological equipment. Accordingly, the costs of heat treatment are reduced and its high quality is ensured by obtaining a fine-grained quenching structure of the material. Technological capabilities are also expanding when a relatively small size and power inductor can be used for hardening a wide range of wheels in size and design.

Claims

1. A method of induction hardening of a gear wheel, comprising sequential local heating of the teeth of a rotating gear wheel by an inductor to a predetermined temperature and their cooling by liquid, characterized in that they use an inductor with a magnetic circuit, the width of the working part of which is not less than the pitch of gearing of the gear along its pitch circle, and the length of the working part is 1.2-1.5 the length of the tooth of the gear wheel, while the middle of the working part of the inductor is placed at a distance of 0.3-0.5 mm from the surface of the top of the tooth, and nuyu working part of the inductor axis disposed at an angle of 15-30 ° relative to the direction of the tooth.

2. The method according to p. 1, characterized in that the linear speed of the rotating gear is set equal to 2-8 mm / s

3. The method according to p. 1, characterized in that they use an inductor with a specific power on its working surface of at least 5 kW / cm ² .