专利名称：高频接触感应埋液式齿廓淬火机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属热处理技术，特别是用于对齿轮的接触加热与感应加热相复合的高频淬火设备。
以高频率交变电流的电磁感应、集肤效应和热传导的原理，用感应器对机械零件进行加热淬火，可使零件的表层得到强化而耐磨和提高疲劳极限，心部仍然保持原来的韧性而耐受冲击，从而使零件的综合机械性能大大提高，这种工艺属于感应加热表面淬火热处理，通常称为高频淬火。
齿轮高频淬火的淬硬表层形态对齿轮性能影响显著。理想的淬硬层的形态，应是沿齿廓硬化(图1中阴影部分)。模数大的齿轮，如M6以上的齿轮，生产中多用单齿加热淬火，容易获得沿齿廓分布的硬化层。但M5以下的齿轮，由于轮齿尺寸小，加热感应器需要通水内冷受到尺寸上的限制，就不能单齿淬硬，通常是采取整体齿轮加热进行表面淬火。整体齿轮表面淬火是将一环状感应器套在齿轮外缘，二者之间不接触，(见图2，其中g为齿轮，h为感应器，i为间隙)，对感应器通入高频电流，于是，齿轮中就感应出同频率的感应电流，由于该电流具有在工件截面的心部电流密度几乎为零，而表层密度极大，且频率愈高，电流密度极大的表层愈薄的集肤效应，而钢材本身具有电阻，因而集中于齿轮表层的电流使表层迅速被加热，几秒钟上升至800～1000℃的淬火温度，此时立即通水冷却，即得到一整体表面淬火的齿轮。然而，整体齿轮表面淬火，要想获得沿齿廓的淬硬层，其感应电流的频率与齿轮模数必须符合下列对应关系齿轮模数M12 3 4 5 6 7 8 9 10电流频率KHz 250 63 28 16 10 7 5 4 3 2.5而现在实际使用的感应加热电源设备的频率，除可控硅中频电源能在1～10KHz范围内可调外，电子管式高频电源的频率为250～400KHz(高频)和30～70KHz(超音频)两类均是不可调的，这样在M5以下的齿轮淬火时，就得不到理应的淬硬层。结果是，多数情况下是轮齿整体淬透，部分情况下是似仿形淬硬(见图3阴影部分j为似仿形淬硬，k为整体淬硬)。这类淬硬层大大削弱了齿轮的机械性能。由于这样的齿轮冲击韧性很差，易出现崩齿，于是不得不降低齿轮的齿面硬度。这使材料的性能不能充分发挥。另一方面，由于整体加热，使齿轮变形较大，导致装配精度(齿轮内孔变形引起)和运动精度(齿轮轮齿变形引起)下降，运行噪声上升。这样，在生产中又不得不增加许多减小变形影响的工艺措施，如补偿热处理、磨齿、磨孔等等，生产成本和时间随之增加。此外，整体齿轮加热电流大，设备功率一般都在60～100KW，使用户的装机容量增大，常常因要使用这样一台设备而进行电力增容。
本实用新型的目的，在于提供一种高频接触感应埋液式齿廓淬火机床，特别用以解决M5以下齿轮，淬火设备不受频率限制而获得沿齿廓的淬硬层，从而克服现行的整体齿轮淬火存在的因淬硬层不理想，使材料性能不能充分利用和淬后齿轮变形大两大不足。
上述目的是这样予以实现的本实用新型由高频电源，感应器，冷却循环机构，分度机构和进给机构组成，所述感应器为单独的两支片形，对称地安装在所述高频电源淬火变压器的两极上，所述冷却循环机构由淬火槽和与之相连的其内置有泵和热交换器的冷却液箱构成，淬火槽位于机床上部，装有加热感应器的淬火变压器输出极伸入槽内，分度机构与进给机构相联位于机床床身内，分度机构上的工件安装座伸入淬火槽内，位于感应器附近。将冷却液充入冷却循环机构，让淬火槽中的液体浸没感应器。将需淬火的齿轮在冷却液中装夹于分度机构上的工件安装座上，通过与分度机械相联的进给机构将齿轮送入感应器，感应器的两片从齿两侧插入与齿底接触。接通高频电源，高频电流在齿上产生感应电流，其集肤效应使该电流沿齿面流过，从而构成A-B-C-D-E回路，使齿面被感应加热，而在B点和D点，则被接触加热，复合加热的结果，使轮齿从齿底到齿面的整个齿廓获得较好的仿形加热(见图4，其中6为淬火变压器输出极汇流排，7为片式感应器，箭头为电流方向，e为轮齿感应加热层，f为齿底接触加热区)。按规范控制加热时间，断开高频电流后，被加热齿随即被冷却淬火，即得到一个具有沿齿廓淬硬层的淬火齿。进给机构将齿轮退出感应器，分度机构将齿轮转过一齿，再由进给机构将齿轮送入感应器，如此自动循环，直到淬完整体齿轮。整个淬火过程在机床的淬火槽中埋液进行，在通电加热时，冷却液对感应器进行冷却；加热终了后，冷却液对齿轮进行淬火冷却。从淬火槽排入冷却液箱的冷却液，经冷却液箱内热交换器散热冷却，再由泵循环送到淬火槽内。
本实用新型的优点在于1．由于采取两支片形感应器包夹一颗轮齿在冷却液中淬火方式，解决了M5以下齿轮感应加热淬火的仿形硬化难题。使淬火后的齿轮能获得高硬度的齿面与原有心部材料的韧性相结合的良好综合机械性能，充分利用材料的能力，使之既好用，又耐用。
2．由于加热局限在单齿表面，工件受热范围远比环形感应圈整体齿轮加热小得多，且加热时齿轮浸泡在冷却液中，因此加热时产生的有限的热变形几乎不对齿轮的几何形状构成影响，因而不必要对齿轮进行淬后补偿性修补，使生产周期缩短，成本下降。
3．本实用新型为单齿淬火，所需功率比现行的整体齿轮淬火的高频设备的功率大为下降，使工厂的装机容量有较显著的节约。
4．本实用新型结构简单，占地面积小，完全可以安装在齿轮生产流水线上，大大提高生产效率。
图1轮齿理想淬硬层示意图。
图2整体齿轮高频淬火示意图。
图3轮齿似仿形淬硬层和整体淬硬示意图。
图4本实用新型电流回路与加热层示意图。
图5本实用新型结构示意图。
图6本实用新型分度、进给机构结构图。
图7本实用新型液压传动原理图。
以下结合附图谈谈实施例。
如图5，制作具有内空腔体的床身1，淬火槽2置于床身上部，高频电源3的淬火变压器4置于淬火槽上，淬火变压器与淬火槽之间设置齿轮齿条机构5，用以调节变压器前后位置，在淬火变压器输出极上各安装伸向槽内的汇流排6，在二汇流排末端上各安装一支片式感应器7，分度机构8与进给机构9相联(见图6)位于机床床身内，分度机构的末端设置工件安装座10，该座从淬火槽底部伸入淬火槽内并位于感应器附近，冷却液箱11内设置泵12和热交换器13，冷却液箱与淬火槽之间使用通道14相连。所述分度机构和进给机构，已有多种实现形式，本例分度机构采用棘轮挂轮分度形式，进给机构采用油缸推进，分度与进给共用液压系统(见图7)启动油泵电机D，压力油经电磁阀A、B使进给油缸9处于左端原始位置，分度油缸15处于上端位置，完成准备工作。接通电磁阀A，压力油进入进给油缸左端，工件驱进感进器压紧，开启高频电源，经过控制的淬火时间后断电淬火，释放电磁阀A，压力油进入进给油缸右端，工件退回原位置，在退回过程中接通电磁阀B，压力油进入分度油缸上端推动活塞杆齿条移动，从而带动扇形齿轮16转动而使棘爪17拨动棘轮18经挂轮a、b、c、d和锥齿轮19而使工件回转一个齿。分度完成后，经时间继电器，行程开关，中间继电器，使电磁阀B断电，分度油缸回复到原始位置，电磁阀A又被接通进行循环动作，直至工件回转360°碰行程开关而停止。
权利要求高频接触感应埋液式齿廓淬火机床，其特征在于由高频电源，感应器，冷却循环机构，分度机构和进给机构组成，所述感应器为单独的两支片形，对称地安装于所述高频电源淬火变压器的两极上，所述冷却循环机构由淬火槽和与之相连的其内置有泵和热交换器的冷却液箱构成，淬火槽位于机床上部，装有感应器的淬火变压器输出极伸入槽内，分度机构与进给机构相联位于机床床身内，分度机构上的工件安装座伸入淬火槽内，位于加热感应器附近。
专利摘要本实用新型为齿轮淬火机床,它采用的感应器分成独立的两支片形,单独与高频电源淬火变压器的输出两极相联结,淬火时,感应器的两支包夹一只轮齿,其端部与齿底紧密接触,在埋液条件下,构成接触加热与感应加热相复合的表面淬火,从而获得整个轮齿沿齿廓的淬硬层,使轮齿具有硬齿面与韧性心部相结合的良好综合机械性能;本实用新型中所设置的分离、进给机构使整个齿轮的淬火在连续自动状态下完成。
文档编号C21D9/32GK2338349SQ9823637
公开日1999年9月15日 申请日期1998年9月18日 优先权日1998年9月18日
发明者陈志松, 樊哲树, 秦昌福 申请人:陈志松, 樊哲树, 秦昌福