专利名称：：一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法
技术领域：
：本发明涉及一种变径轴类零件的感应热处理及淬火工艺方法，尤其是涉及一种大变径轴类零件感应热处理及淬火加工工艺方法。
背景技术：
：目前，由于拖拉机的产品更新换代较快，以我公司为例现引进开发的新产品SZ904拖拉机、开创公司的E304前桥等产品，技术含量高，制造难度相对较大，其中的一些特殊零件，如动力输出从动轴、前驱动轴、半轴等零件均具有3个或3个以上台阶，且截面尺寸变化较大"大小径变化单边在10mm以上"。对于多台阶轴类零件，感应加热通常采用纵向旋转加热整体淬火法"Singleshot"。这种方法的原理是因为有效圈平行于轴向"纵向"，故零件上的感应电流沿轴向"纵向"流动，这样流经台阶大小不同直径处的是同一感应电流，即电流的强度是相同的，同时有效加热面积也较一般圆环类感应器大若干倍，零件工作时自身旋转，但不作相对移动，有效圈有足够长度以使所需淬火区进行一次加热，淬火区内每一质点在整个加热过程中均受到感应电流的作用，达到淬火温度后由附加的喷水圈作喷射淬火，也可取下工件作浸液淬火；纵向一次加热淬火工艺有如下优点1.感应电流在零件表面沿轴向"纵向"流动；2.可以不受限制的设计长条状有效圈与复杂零件各段需淬火表面的间隙"仿形"，根据加热情况随时调整长条状有效圈上的导磁体数量，在简单设备条件下基本实现了复杂的跟踪加热"仿形加热"，控制了零件各段的加热温度；3.长条状有效圈对零件来说是不封闭的，零件取放自如，有利于实现自动化卸料；4.控制喷射或浸液淬火的时间可以获得一定的自回火温度，这一点对消除残余应力，避免淬火裂纹是至关重要的，同时可取消淬火后的回火工艺；5.由于获得了沿复杂零件表面轮廓均匀的淬硬层，以及一次加热冷却消除了连续淬火时所产生的轴向应力，提高了零件的抗弯扭疲劳强度；6.—次加热面积增大，可充分利用设备的有效功率，从而提高设备负荷率，达到省电节能的目的。纵向一次加热淬火法虽然是感应加热技术的重要突破，并且具有诸多优点，但是由于所述纵向一次加热淬火法使用的工装"感应器"的跨度比圆环类淬火感应器的大，设计较为复杂，所以加工制造难度也相对较大；另外，当零件淬硬区要求达到端头时，还应在零件端头加一个奥氏体耐热钢套，以保证轴端的加热和淬火。而对于阶梯轴淬火需纵向连续加热时，还应附加一个辅助喷水圈，以消除喷射"死角"造成的末端淬火软带或回火软带，且此时工件的移动速度要有所降低；对于直径较大的中碳钢件，工件必须强烈冷却，否则由于深层的热能较多，可能会产生高温自回火现象。在图1中，变截面轴类零件(1)通常要求具有不同的硬化层(2)深且硬化层连续，以提高零件抗扭强度，由于轴段的尺寸不同，采用连续淬火工艺时，零件硬化层(2)分布及深度受功率和移动速度影响很大，淬火过程中工艺参数变化较大，往往需要变速度、变功率来适应，感应淬火技术难度大，工艺技术要求高，普通淬火机床工艺参数调整很困难，所以精度不够，无法实现这种淬火工艺；而数控淬火机床具有变功率和变零件移动速度功能，按照设定的淬火程序进行功率、速度的准确变换，可方便地实现淬火过程中的工艺参数控制，从而获得满意的仿形硬化层(2)分布和表面硬度，对解决多台阶和变硬化层深轴类零件的感应淬火具有较好的效果。大直径差的阶梯轴通常情况下采用的是轴面仿形淬火感应器来实现所述感应淬火淬硬层连续的问题，它的加热原理属纵向一次加热淬火法。由于这种方法存在使用的感应器跨度比圆环类淬火感应器的大、设计复杂、加工制造难度也大、浪费能源等一系列缺点，所以需要改进工艺。纵向一次加热淬火法对于特殊的大变径、多台阶轴类零件则难以满足其淬火要求，属感应加热难点问题，迄今为止，未见有应用实例报道及文献可供参考。在热处理生产过程中，各种不同的工艺目的是通过相应的工艺设备实现的。随着计算机技术在热处理行业的运用与发展，数控淬火机床在实际生产当中越来越多的应用，使得热处理技术将在高效的精确的质量控制下，在清洁的环境中，通过智能控制方式依据人们的需求生产热处理产品。这些情况使得感应热处理生产已不再是仅仅依赖操作工人的技能，更多的是通过先进的热处理设备来保证的。由于感应热处理工艺技术是感应热处理技术水平高低的主要体现，同样也是技术发展的基础。本发明经过分析、研究先进的感应热处理工艺技术，并根据现有技术的特点来消化吸收，并通过数控技术用创新的淬火工艺方法来解决感应淬火技术中难度最大的大变径轴类零件感应淬火淬硬层连续的问题，并将这些问题作为主要突破点来研究；认为有必要提出一种新的大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法。
发明内容为了实现所述发明目的，本发明提出了一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，本发明所述的大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法通过数控技术、在现有的设备条件下通过对大变径轴类零件的感应器、工装夹具研制，以及淬火工艺试验研究，经过反复试验，提出一套能够满足产品图技术要求的成熟的淬火工艺来替代现在生产当中的淬火结果不能满足产品图技术要求的淬火工艺，达到解决大变径轴类零件感应淬火淬硬层连续分布的技术难题的目的，使产品整机性能得以提高，且具有节能降耗、便于操作、降低劳动强度、改善了劳动环境等诸多优点。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案—种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，动力输出从动轴为例，选用连续式加热淬火，喷液冷却的淬火方式，机床动作程序为先从花键上端预热连续变速走至①45轴颈处一预热、停滞、加热数秒"应根据实际情况定"一加热一停加热一移至①68处加热一滞后一加热一喷液一移至45处连续加热至花键上端35mm处"其中①45及①37.1两段移动速度不同，数控编程中加以体现"一移至①37.l上端某一位置"数控中X二-53"—喷液数秒"实验确定"一回零。5所述的大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，以动力输出从动轴为例具体包含如下技术参数和步骤；A技术参数要求1)加热频率f取=5000HZ;2)电源功率P:P花键取60KW;3)零件移动速度F:在数控机床编程时花键①37.1、①39.1、①45三段部位F分别取480、550、600;4)变压比B=20/1;5)电压U=400V500V;电流1=100A140A;6)电容C=1，2，3，5"左起";7)功率因数Cos①=1;8)零位"便于取拿零件的位置":X-238"①45与①68台阶处"感应器下端平面与台阶处平齐对零；B数控机床加工步骤1)零件旋转并以F=2500速度"G0=2500"，花键移至X-136"花键上端"，加热1.5秒；秒；2)以F=2800速度，零件移至X-234"①45与①39.1台阶处";3)以F=600速度，零件移至X-238"①45与①68台阶处"；加热4秒；4)以F=2000速度，零件移至X-256"①114与①68台阶上方3mm处"；加热15)以F=420速度，零件移至X-239"①45与①68台阶处"；加热5秒后断加热；再滞后3秒；6)以F7)以F=8)以F=9)以F=10)以F11)以F12)以F13)停旋转、停喷液；14)零件回到零位；C具体编程，编程号为581500速度，零件移至X-251处；加热5.5秒后断加热，滞后2秒；1000速度，零件移至X-211处；加热5.5秒;600速度，零件移至X-188处，加热0.2秒;600速度，零件移至X-180处，开始喷液；:600速度，零件移至X-125处，延时喷液1.5秒后断加热；:900速度，零件移至X-50处，延时喷液5秒；:900速度，零件回零"X0";訓S7腦0GlX-238F500腦G0X-136N210S2訓S2N220G4F5.5N40G4Fl.5N230GlX-211F1000N50GlX-234F2800N240GlX-188F600N60GlX-238F600N250G4F0.2訓G4F4N260GlX-180F600N80GlX-256F2000N270S5腦G4FlN280GlX-125F600訓0GlX-239F420N290G4Fl.5N110S2訓OS4N120G4F5N310GlX-50F900。N130S4N320G4F5N140G4F3N330GlXOF900N150GlX-251F500N340S6N160S2N350S8N170G4F5.5N360GOXO訓OS4N370M2N190G4F2。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优越性:1)本发明利用现有设备，采用特殊工艺方法进行感应淬火满足了大变径花键轴硬化层连续分布的技术要求，保证了新机型拖拉机的投产，在提高设备利用率的同时，也节约了设备投资；2)本发明克服了现生产工艺中生产的零件100%淬硬层不连续的重大质量和技术难题，保证了整机的可靠性和耐用性；3)本发明的工艺合理，硬化效果好，零件的强度、耐磨性和使用寿命有所提高"静扭强度提高23%25%"，满足产品设计和使用要求，具有可观的经济效益，可进一步推广应用至同类产品中；4)本发明在数控机床的应用，使得零件具有节能降耗、便于操作，降低劳动强度，改善了劳动环境等诸多优点，解决了长期以来人为因素操作、凭经验水平决定零件质量的弊端，以及随机定位等不安全等问题；提高了工作效率，并保证了产品质量；5)本发明所述的工艺技术在齿轮和轴类零件感应淬火方面有独到之处，解决了生产中存在的难题，经过技术检索在国内同行业中处于领先水平。图1是现有的大变径轴类"以动力输出从动轴为例"零件感应淬火区示意图；图2是本发明大变径轴类"以动力输出从动轴为例"零件感应淬火区示意图；图3是本发明大变径轴类"以动力输出从动轴为例"零件淬硬层深度及区域分布示意图。在图1、3中1、零件；2、硬化层。具体实施方式在图2或3中，一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，以动力输出从动轴为例选用连续式加热淬火，喷液冷却的淬火方式，机床动作程序为先从花键上端预热连续变速走至①45轴颈处一预热、停滞、加热数秒"应根据实际情况定"一加热一停加热一移至①68处加热一滞后一加热一喷液一移至45处连续加热至花键上端35mm处"其中①45及①37.1两段移动速度不同，数控编程中加以体现"一移至①37.1上端某一位置"数控中X=-53"—喷液数秒"实验确定"一回零。所述的大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，以动力输出从动轴为例具体包含如下技术参数和步骤；A技术参数要求1)加热频率f取=5000HZ;2)电源功率P:P花键取60KW;3)零件1移动速度F:在数控机床编程时花键①37.1、①39.1、①45三段部位F分别取480、550、600;4)变压比:B=20/15)电压U6)电容:C=1，2，3，5"左起";7)功率因数Cos①=1;8)零位"便于取拿零件1的位置与台阶处平齐对零；B数控机床加工步骤1)零件旋转并以F=2500速度1.5秒；秒；400V500V;电流1=100A140A2)以F3)以F4)以F:X-238"①45与①68台阶处"感应器下端平面'G0=2500"，花键移至X-136"花键上端"，加热2800速度，零件移至X-234"①45与①39.1台阶处";600速度，零件移至X-238"①45与①68台阶处"；加热4秒;2000速度，零件移至X-256"①114与①68台阶上方3mm处"；加热15)以F=420速度，零件移至X-239"①45与①68台阶处"；加热5秒后断加热；再滞后3秒；6)以F7)以F二8)以F二9)以F=10)以F11)以F12)以F500速度，零件移至X-251处；加热5.5秒后断加热，滞后2秒；1000速度，零件移至X-211处；加热5.5秒;600速度，零件移至X-188处，加热0.2秒;600速度，零件移至X-180处，开始喷液；=600速度，零件移至X-125处，延时喷液1.5秒后断加热；=900速度，零件移至X-50处，延时喷液5秒；=900速度，零件回零"XO";13)停旋转、停喷液；14)零件回到零位；工艺参数淬火方式金相检査加热频率(HZ)f(取>5000HZ连续加热；喷液淬火；采用5100;聚乙烯醇。1.物理探伤检杏-,2.组织级別检奔；3.淬硬层深度区域分布检测。电源功率(KW)F花键取60KW零件移动速度039.1、600必45、068二部位；F分别取480、550、变压比20/1电容01,2,3，5电压(V)40(T500V屯流a)I=100A~140A功率因数C具体编程，编程号为581:訓S7腦0GlX-238F500腦GOX-136N210S2訓S2N220G4F5.5N40G4Fl.5N230GlX-211F1000N50GlX-234F2800N240GlX-188F600N60GlX-238F600N250G4FO.2訓G4F4N260GlX-180F600N80GlX-256F2000N270S5腦G4FlN280GlX-125F600[o川]訓oGlX-239F420N290G4Fl.5N110S2訓0S4N120G4F5N310GlX-50F900N130S4N320G4F5N140G4F3N330GlXOF900N150GlX-251F500N340S6N160S2N350S8N170G4F5.5N360GOXO訓OS4N370M2N190G4F2。D零件表面硬度金相检验；1)零件表面硬度"HRC"①37.1、①39.1、①45、①68四处:HRC53'2)金相检验；下表为检验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本发明针对现有技术中对直径大小相差较大的阶梯轴感应热处理的不合理之处反复试验。本发明的提出克服了现有技术存在的使用感应器跨度比圆环类淬火感应器的大，设计复杂，加工制造难度也大，且淬硬层较浅"很难达到较深的连续的淬硬层"等缺点，通过利用现有设备，采用特殊工艺方法进行感应淬火满足了大变径花键轴硬化层2连续分布的技术要求，保证了新机型拖拉机的投产，在提高设备利用率的同时，也节约了设备投资；并且本发明克服了现生产工艺中生产的零件100%淬硬层不连续的重大质量和技术难题，保证了整机的可靠性和耐用性；本发明的工艺性能较为合理，硬化效果比较理想，零件的强度、耐磨性和使用寿命均有所提高"静扭强度提高23%25%";本发明在数控机床的应用，使得零件具有节能降耗、便于操作，降低劳动强度，改善了劳动环境等诸多优点，解决了长期以来人为因素操作、凭经验水平决定零件质量的弊端，以及随机定位等不安全等问题；提高了工作效率，并保证了产品质量；本发明所述的工艺技术在齿轮和轴类零件1感应淬火方面有独到之处，解决了现有技术中存在的难题，经过技术检索尚未发现相同技术的报道，所以本发明应该属于国内领先。权利要求一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，其特征在于；以动力输出从动轴为例，首先选用连续式加热淬火，喷液冷却的淬火方式，机床动作程序为先从花键上端预热连续变速走至Φ45轴颈处→预热、停滞、加热数秒“应根据实际情况定”→加热→停加热→移至Φ68处加热→滞后→加热→喷液→移至45处连续加热至花键上端3～5mm处“其中Φ45及Φ37.1两段移动速度不同，数控编程中加以体现”→移至Φ37.1上端某一位置“数控中X＝-53”→喷液数秒“实验确定”→回零。2.根据权利要求1所述的大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，其特征在于；以动力输出从动轴为例，所述方法具体包含如下技术参数和步骤；A技术参数要求1)加热频率f取=5000HZ;2)电源功率P:P花键取60KW;3)零件移动速度F:在数控机床编程时花键。37.1、。39.1、①45三段部位F分别取480、550、600;4)变压比:B=20/1;5)电压U=400V500V;电流1=100A140A;6)电容C=1，2，3，5"左起"；7)功率因数C0S①=1;8)零位"便于取拿零件的位置":X-238"①45与①68台阶处"感应器下端平面与台阶处平齐对零；B数控机床加工步骤1)零件旋转并以F二2500速度"G0=2500"，花键移至X-136"花键上端"，加热1.5秒；2)以F二2800速度，零件移至X-234"①45与。39.1台阶处"；3)以F=600速度，零件移至X-238"①45与①68台阶处"；加热4秒；4)以F=2000速度，零件移至X-256"①114与①68台阶上方3mm处"；加热1秒；5)以F=420速度，零件移至X-239"①45与①68台阶处";加热5秒后断加热；再滞后3秒；6)以F=500速度，零件移至X-251处；加热5.5秒后断加热，滞后2秒；7)以F=1000速度，零件移至X-211处；加热5.5秒；8)以F=600速度，零件移至X-188处，加热0.2秒；9)以F=600速度，零件移至X-180处，开始喷液；10)以F=600速度，零件移至X-125处，延时喷液1.5秒后断加热；11)以F=900速度，零件移至X-50处，延时喷液5秒；12)以F=900速度，零件回零"XO";13)停旋转、停喷液；14)零件回到零位；C具体编程，编程号为581:訓S7N20GOX-136N40G4Fl.5N50GlX-234F2800N60GlX-238F600訓G4F4N80GlX-256F2000腦G4Fl訓0GlX-239F420N110S2N120G4F5N130S4N140G4F3N150GlX-251F500N160S2N170G4F5.5訓OS4N190G4F2腦OGlX-238F500N210S2N220G4F5.5N230GlX-211FIOOON240GlX-188F600N250G4FO.2N260GlX-180F600N270S5N280GlX-125F600N290G4Fl.5訓OS4N310GlX-50F900。全文摘要一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法，以动力输出从动轴为例，选用连续式加热淬火，喷液冷却的淬火方式，机床动作程序为先从花键上端预热连续变速走至Φ45轴颈处→预热、停滞、加热数秒“应根据实际情况定”→加热→停加热→移至Φ68处加热→滞后→加热→喷液→移至45处连续加热至花键上端3～5mm处“其中Φ45及Φ37.1两段移动速度不同，数控编程中加以体现”→移至Φ37.1上端某一位置“数控中X＝-53”→喷液数秒“实验确定”→回零；本发明所述方法且具有节能降耗、便于操作、降低劳动强度、改善了劳动环境等诸多优点。文档编号C21D9/28GK101787425SQ20091006570公开日2010年7月28日申请日期2009年7月31日优先权日2009年7月31日发明者丁芳,刘俊杰,刘进营,孔春花,张沈洁,杨峰,蔡安克,陆志明,靖琦,马春庆申请人:中国一拖集团有限公司