转向节双台阶淬火感应器及其淬火方法
【专利摘要】本发明涉及一种转向节双台阶淬火感应器及其淬火方法，所述淬火感应器的第二环状有效加热圈的内圆周部分下部截面为锐角形；第一环状有效加热圈位于该锐角形上方的位置，第一环状有效加热圈、第二环状有效加热圈的两端通过冷却水管与水管接头组焊在一起分别构成第一导电回路和第二导电回路；圆环喷水圈位于第二环状有效加热圈的外圆周一侧，其内圆周面上分布有喷水孔。本发明利用两个有效加热圈分段对转向节双台阶进行加热，利用圆环喷水圈进行冷却，加热效率高，冷却能力好，有效硬化层的分布均匀、连续。
【专利说明】转向节双台阶淬火感应器及其淬火方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于商用车前驱动桥零件加工【技术领域】，涉及一种转向节双台阶圆角及部分轴颈淬火感应器及其淬火方法。
【背景技术】:
[0002]转向节在前驱动桥中同时承担前轴载荷和转向功能，属于保安件。根据其服役条件和使用要求，需要双台阶过渡圆角和部分轴颈进行感应淬火强化，且要求有效硬化层连续分布。用整体淬火的方式，所需设备的功率较大，对感应器的制造精度要求高、工艺调整困难；用单圈感应器连续淬火方式，因磁场分布受零件结构的影响会产生磁场跳跃的现象，使有效硬化层均匀、连续分布困难。
【发明内容】
:
[0003]本发明要解决的一个技术问题是提供一种转向节硬化层分布均匀、连续，冷却能力强的转向节双台阶淬火感应器。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的转向节双台阶淬火感应器包括第一环状有效加热圈，第二环状有效加热圈，圆环喷水圈；所述第一环状有效加热圈和第二环状有效加热圈均为中空管状，第二环状有效加热圈的内圆周部分下部截面为锐角形；第一环状有效加热圈位于该锐角形上方的位置，第一环状有效加热圈的两端分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起构成第一导电回路，第二环状有效加热圈的两端也分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起构成第二导电回路；第一导电回路的两端和第二导电回路的两端分别与感应器的两个接触板焊在一起组成双圈并联导电回路；圆环喷水圈位于第二环状有效加热圈的外圆周一侧；圆环喷水圈上带有进水管接头，且其内圆周面上分布有喷水孔。
[0005]所述第一环状有效加热圈的截面为矩形，第一环状有效加热圈内圆周所对应的边垂直于第一环状有效加热圈所在的平面。
[0006]所述第二环状有效加热圈的截面为平行四边形，该平行四边形的一个锐角位于其下部内圆周位置。
[0007]所述圆环喷水圈的内圆周面为向下倾斜的圆锥面，喷水孔沿该圆锥面周向均匀分布。
[0008]所述圆环喷水圈的两端通过喷水圈连接板、喷水圈固定板、绝缘套管及紧固件与双圈并联导电回路固定连接，其中喷水圈连接板与喷水圈固定板之间用绝缘板隔离。
[0009]本发明利用两个有效加热圈同时对转向节双台阶进行加热，加热效率高；用第二环状有效加热圈的锐角形内圆周部分对R7和相邻轴颈加热；用第一环状有效加热圈的内下方直角对R2和相邻轴颈预热及连续淬火时对轴颈加热。所以，加热温度分布均匀，从而使有效硬化层的分布均匀、连续。加热过程中两个有效加热圈通入冷却水进行及时冷却，避免烧损。所述圆环喷水圈的内圆周面为向下倾斜的圆锥面，喷水孔沿该圆锥面周向均匀分布，使水柱直接喷射到两个有效加热圈刚刚离开，已完成奥氏体化的区域，提高了冷却能力，并解决了因受零件结构和空间的限制，喷水圈不好布置的困难。由于未使用导磁材料，避免了因电流过于集中在导磁体开口处所造成有效圈早期烧损，延长其使用寿命，减小感应器与工件的间隙，提高了轴颈部分连续淬火的加热效率和工艺及质量的稳定性。
[0010]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种利用上述转向节双台阶淬火感应器对转向节进行淬火的方法。
[0011]为了解决上述技术问题，本发明的转向节双台阶感应淬火方法包括下述步骤:
[0012]步骤一:将待处理零件的轴颈部分朝上放置在机床下顶尖的夹具上，将上顶尖加紧；按启动按钮，使待处理零件开始旋转；
[0013]步骤二:待零件旋转2秒后，淬火感应器以3000mm/min由初始位置快速移动到第一段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈对应于零件的第二圆角，第二环状有效加热圈的锐角形部分对应于第一圆角，利用第一环状有效加热圈和第二环状有效加热圈同时对转向节的第一圆角、第二圆角及部分轴颈进行加热，加热10~12秒后，圆环喷水圈开始喷水；
[0014]步骤三:圆环喷水圈喷水的同时，淬火感应器以3000mm/min速度快速向上移动
13.8-14.8mm至第二段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈对应于零件的轴颈部分，第二环状有效加热圈锐角形处对应于第二圆角，利用第一环状有效加热圈和第二环状有效加热圈同时对轴颈部分和第二圆角进行加热，加热3~5秒；
[0015]步骤四:淬火感应器以220~320mm/min速度进行连续淬火，移动至淬火区的结束位置，停止加热，同时感应淬火器以3000mm/min速度快速向上移动22~28mm至静止喷水位置，喷水30~40秒，喷水停止，零件旋转停止；
[0016]步骤五:淬火感应器向·上移动至便于上下零件的初始位置，将零件从机床的下顶尖上取下，放置在料架，完成全部感应淬火过程。
[0017]因为零件结构不对称，旋转过程中偏心，所述步骤二中“待零件旋转2秒后”是为了观察工件旋转是否正常，如果出现异常，立即停止工作循环，避免发生安全事故。
[0018]本发明的积极效果是:
[0019]1、利用有效圈中的电流和磁场随着感应器与零件的耦合程度的变化动态分布的特性，用近似平行四边形截面环状有效圈对圆角R7及相邻轴颈加热；用矩形环状有效圈对圆角R2及相邻轴颈进行预热和连续淬火，使加热温度分布均匀，从而得到均匀、连续的有效硬化层分布。
[0020]2、利用当加热温度超过居里点后钢铁材料导磁率发生明显下降，磁场向未失磁区域集中的特点，第一环状有效加热圈和第二环状有效加热圈对第二圆角和轴颈上产生磁场跳跃的部位强制性加热；使有效硬化层的分布均匀、连续。
[0021]3、所述圆环喷水圈的内圆周面为向下倾斜的圆锥面,喷水孔沿该圆锥面周向均匀分布，使水柱直接喷射到两个有效加热圈刚刚离开，已完成奥氏体化的区域，提高了冷却能力，并解决了因受零件结构和空间的限制，喷水圈不好布置的困难。
[0022]4、通过合理控制感应淬火器与零件的轴向和径向间隙及其比例，可以实现转向节双台阶圆角和部分轴颈的同步加热。
[0023]5、由于未使用导磁材料，避免了因电流过于集中在导磁体开口处所造成有效圈早期烧损，感应器寿命有所提高，减小感应器与工件的间隙，提高了轴颈部分连续淬火的加热效率和工艺及质量的稳定性。
[0024]6、采用分段静止加热的工艺方法，避免了加热温度的分布不均，使有效硬化层的分布均匀、连续。
[0025]7、采用的是分段静止加热淬火和连续加热淬火方式，减小了同时加热的面积，提高了感应加热时的比功率，用较小功率的设备就能实现零件较大面积的感应淬火强化。此方式具有工艺调整方便灵活、设备的柔性化程度高、工艺成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】:
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0027]图1转向节双台阶感应淬火不连续分布有效硬化层示意图。
[0028]图2本发明的转向节双台阶淬火感应器主视图。
[0029]图3本发明的转向节双台阶淬火感应器俯视图。
[0030]图4利用本发明的转向节双台阶淬火感应器及其淬火方法得到的有效硬化层分布示意图。
【具体实施方式】:
[0031]如图1所示，转向节双台阶结构包括轴颈部分30、第一圆角R7和第二圆角R2。图中示出了利用现有技术的单圈感应器进行连续淬火方式得到不连续的有效硬化层分布。
[0032]如图2、3所示，本发明的转向节双台阶淬火感应器包括:第一环状有效加热圈1，第二环状有效加热圈2，接触板14、15，圆环喷水圈3，喷水圈连接板16，喷水圈固定板17。
`[0033]所述第一环状有效加热圈I采用12X10X1.5mm矩形截面紫铜管制成；第二环状有效加热圈2采用20X15X2.5_矩形截面紫铜管制成截面近似平行四边形，该平行四边形的一个锐角位于其下部内圆周位置；圆环喷水圈3用22X IOX 1.5mm矩形截面紫铜管制成截面近似平行四边形，其内圆周面为向下倾斜的圆锥面，喷水孔31沿该圆锥面周向均匀分布。
[0034]所述第一环状有效加热圈I的两端分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起，构成第一导电回路。第一导电回路水流管道包括汇流管4、5和过渡管6、7 ;第一环状有效加热圈I的两端分别与汇流管4、5的一端焊接，汇流管4、5的另一端分别与过渡管6、7的一端焊接在一起，过渡管6、7的另一端分别焊接水管接头81、82。第二环状有效加热圈2的两端分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起，构成第二导电回路。第二导电回路的水流管道包括；汇流管9、10和过渡管11、12 ;第二环状有效加热圈2的两端分别与汇流管9、10的一端焊接，汇流管9、10的另一端分别与过渡管11、12的一端焊在一起，过渡管11、12的另一端分别焊接水管接头83、84。第一导电回路的两端和第二导电回路的两端分别与感应淬火器接触板14、15分别焊在一起，组成感应淬火器的双圈并联导电回路；感应淬火器接触板14、15之间由绝缘板27隔离，由紧固件24~26连接固定。两个喷水圈连接板16分别焊在圆环喷水圈3的两侧；四个水管接头13焊在圆环喷水圈3上，且沿周向均匀分布；两个喷水圈固定板17分别焊在过渡管11、12上，用绝缘套管19和绝缘板18做好绝缘后由紧固件20~23将喷水圈连接板16与喷水圈固定板17连接固定，从而将圆环喷水圈3与双圈并联导电回路组装在一起。[0035]实施例1:
[0036]步骤一:将待处理零件的轴颈部分30朝上放置在机床下顶尖的夹具上，将上顶尖加紧；按启动按钮，使待处理零件开始旋转；
[0037]步骤二:待零件旋转2秒后，淬火感应器以3000mm/min由初始位置快速移动到第一段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的第二圆角R2，第二环状有效加热圈2的锐角形部分对应于第一圆角R7，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对转向节的第一圆角R7、第二圆角R2及部分轴颈进行预热,加热10秒后，圆环喷水圈3开始喷水；
[0038]步骤三:圆环喷水圈3喷水的同时，淬火感应器以3000mm/min速度快速向上移动 14.8mm至第二段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的轴颈部分30，第二环状有效加热圈2对应于第二圆角R2，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对轴颈部分30和第二圆角R2进行加热，加热3秒；
[0039]步骤四:淬火感应器以320mm/min速度进行连续淬火，移动至淬火区的结束位置，停止加热，同时感应淬火器以3000mm/min速度快速向上移动22mm至静止喷水位置，喷水30秒，喷水停止，零件旋转停止；
[0040]步骤五:淬火感应器向上移动至便于上下零件的初始位置，将零件从机床的下顶尖上取下，放置在料架，完成全部感应淬火过程。
[0041]采用实施例1进行感应淬火后，表面硬度及第一圆角R7处有效硬化层深度均为技术要求的下限。
[0042]实施例2:
[0043]步骤一:将待处理零件的轴颈部分30朝上放置在机床下顶尖的夹具上，将上顶尖加紧；按启动按钮，使待处理零件开始旋转；
[0044]步骤二:待零件旋转2秒后，淬火感应器以3000mm/min由初始位置快速移动到第一段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的第二圆角R2，第二环状有效加热圈2的锐角形部分对应于第一圆角R7，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对转向节的第一圆角R7、第二圆角R2及部分轴颈进行加热,加热12秒后，圆环喷水圈3开始喷水；
[0045]步骤三:圆环喷水圈3喷水的同时，淬火感应器以3000mm/min速度快速向上移动
13.8至第二段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的轴颈部分30，第二环状有效加热圈2对应于第二圆角R2，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对轴颈部分30和第二圆角R2进行加热，加热5秒；
[0046]步骤四:淬火感应器以220mm/min速度进行连续淬火，移动至淬火区的结束位置，停止加热，同时感应淬火器以3000mm/min速度快速向上移动28mm至静止喷水位置，喷水40秒，喷水停止，零件旋转停止；
[0047]步骤五:淬火感应器向上移动至便于上下零件的初始位置，将零件从机床的下顶尖上取下，放置在料架，完成全部感应淬火过程。
[0048]采用实施例2进行感应淬火后，表面硬度及轴颈部分30有效硬化层深度均为技术要求的上限。
[0049]实施例3:[0050]步骤一:将待处理零件的轴颈部分30朝上放置在机床下顶尖的夹具上，将上顶尖加紧；按启动按钮，使待处理零件开始旋转；
[0051]步骤二:待零件旋转2秒后，淬火感应器以3000mm/min由初始位置快速移动到第一段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的第二圆角R2，第二环状有效加热圈2的锐角形部分对应于第一圆角R7，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对转向节的第一圆角R7、第二圆角R2及部分轴颈进行加热,加热11秒后，圆环喷水圈3开始喷水；
[0052]步骤三:圆环喷水圈3喷水的同时，淬火感应器以3000mm/min速度快速向上移动
14.3_至第二段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈I对应于零件的轴颈部分30，第二环状有效加热圈2对应于第二圆角R2，利用第一环状有效加热圈I和第二环状有效加热圈2同时对轴颈部分30和第二圆角R2进行加热，加热4秒；
[0053]步骤四:淬火感应器以280mm/min速度进行连续淬火，移动至淬火区的结束位置，停止加热，同时感应淬火器以3000mm/min速度快速向上移动28mm至静止喷水位置，喷水35秒，喷水停止，零件旋转停止；
[0054]步骤五:淬火感应器向上移动至便于上下零件的初始位置，将零件从机床的下顶尖上取下，放置在料架，完成全部感应淬火过程。
[0055]采用实施例3进行感应淬火后，表面硬度及轴颈部分30有效硬化层深度均为技术要求的中间值。
[0056]本发明不限于上述实施方式，第一环状有效加热圈1、第二环状有效加热圈2、圆环喷水圈3的尺寸根据待处理转向节第一圆角、第二圆角和轴颈部分的尺寸而定，第一环状有效加热圈1、第二环状有效加热圈2、圆环喷水圈3的形状也不限于上述具体方式的描述，如第一环状有效加热圈I还可以是正方形或其他内圆周面垂直于该加热圈所在平面的形状；第二环状有效加热圈2还可以是内圆周部分下部截面为锐角形的其他形状；圆环喷水圈3还可以采用截面为三角形或其他形状的管材制成。因此，凡是在本发明权利要求1技术方案基础上作出的任何简单变形都在本发明意图保护范围之内。
【权利要求】
1.一种转向节双台阶淬火感应器，其特征在于包括第一环状有效加热圈(1)，第二环状有效加热圈(2)，圆环喷水圈(3);所述第一环状有效加热圈(I)和第二环状有效加热圈(2)均为中空管状，第二环状有效加热圈(2)的内圆周部分下部截面为锐角形；第一环状有效加热圈(I)位于该锐角形上方的位置，第一环状有效加热圈(I)的两端分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起构成第一导电回路，第二环状有效加热圈(2)的两端也分别通过冷却水管与水管接头组焊在一起构成第二导电回路；第一导电回路的两端和第二导电回路的两端分别与感应器的两个接触板焊在一起组成双圈并联导电回路；圆环喷水圈(3)位于第二环状有效加热圈(2)的外圆周一侧；圆环喷水圈(3)上带有进水管接头，且其内圆周面上分布有喷水孔(31)。
2.根据权利要求1所述的转向节双台阶淬火感应器，其特征在于所述第一环状有效加热圈(I)的截面为矩形，第一环状有效加热圈(I)内圆周所对应的边垂直于第一环状有效加热圈(I)所在的平面。
3.根据权利要求1所述的转向节双台阶淬火感应器，其特征在于所述第二环状有效加热圈(2)的截面为平行四边形，该平行四边形的一个锐角位于其下部内圆周位置。
4.根据权利要求1所述的转向节双台阶淬火感应器，其特征在于所述圆环喷水圈(3)的内圆周面为向下倾斜的圆锥面，喷水孔沿该圆锥面周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的转向节双台阶淬火感应器，其特征在于所述圆环喷水圈(3)的两端通过喷水圈连接板(16)、喷水圈固定板(17)、绝缘套管(19)及紧固件与双圈并联导电回路固定连接，其中喷水圈连接板(16)与喷水圈固定板(17)之间用绝缘板隔离。
6.—种利用权利要求1所述的转向节双台阶淬火感应器进行转向节双台阶感应淬火的方法，其特征在于包括下述步骤: 步骤一:将待处理零件的轴颈部分(30)朝上放置在机床下顶尖的夹具上，将上顶尖加紧；按启动按钮，使待处理零件开始旋转； 步骤二:待零件旋转2秒后，淬火感应器以3000mm/min由初始位置快速移动到第一段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈(I)对应于零件的第二圆角(R2)，第二环状有效加热圈(2)的锐角形部分对应于第一圆角(R7)，利用第一环状有效加热圈(I)和第二环状有效加热圈(2)同时对转向节的第一圆角(R7)、第二圆角(R2)及部分轴颈进行加热，加热10~12秒后，圆环喷水圈(3)开始喷水； 步骤三:圆环喷水圈(3)喷水的同时，淬火感应器以3000mm/min速度快速向上移动.13.8-14.8_至第二段静止加热位置，此时第一环状有效加热圈(I)对应于零件的轴颈部分(30)，第二环状有效加热圈(2)锐角形处对应于第二圆角(R2)，利用第一环状有效加热圈(I)和第二环状有效加热圈(2)同时对轴颈部分(30)和第二圆角(R2)进行加热，加热3~5秒； 步骤四:淬火感应器以220~320mm/min速度进行连续淬火，移动至淬火区的结束位置，停止加热，同时感应淬火器以3000mm/min速度快速向上移动22~28mm至静止喷水位置，喷水30~40秒，喷水停止，零件旋转停止； 步骤五:淬火感应器向上移动至便于上下零件的初始位置，将零件从机床的下顶尖上取下，放置在料架，完成全部感应淬火过程。
【文档编号】C21D9/00GK103589846SQ201310544113
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】姜波, 崔凯, 李航宇, 王宏, 孙凤池, 毛春力, 付吉顺, 郇宜梅, 高霞, 王建莉 申请人:中国第一汽车股份有限公司