一种链轮全齿中频淬火感应器的制造方法
【专利摘要】一种链轮全齿中频淬火感应器，包括主感应圈、连接板、进水管和出水管。主感应圈包括按链轮全齿齿廓仿形的有效圈以及与有效圈两端连通的汇流条和与汇流条连通的过渡管，进水管和出水管分别与一根过渡管连通，连接板焊在过渡管外侧；主感应圈采用长方形紫铜管，其有效圈的与每一个轮齿对应的部分都按齿形分段焊接，形成与轮齿齿廓相仿的形状，多个这样形状的部分依次焊接连成一圈，即为全齿齿廓仿形的有效圈；所述汇流条从主感应圈的有效圈的一个齿顶面引出。本感应器可以提高感应器效率和生产效率，降低生产成本，实现链轮的大批量生产。
【专利说明】一种链轮全齿中频淬火感应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属材料热处理【技术领域】，尤其是一种重载链轮的中频感应同时加热淬火技术。
【背景技术】
[0002]链轮是与链条相配而使用的，其主要用途是传动、输送与传力三种。链条在链轮上顺利啮入和啮出时，轮齿根部承受很大的摩擦力和扭矩，啮合位置在齿面和齿根，因此，链轮感应加热淬火时，要求齿面和齿根均有一定的硬化层并且沿齿廓分布，才能保证链轮耐用。图2和图7中的涂黑部位为与重要的或高强度链条配用的大中型重载链轮表面淬火最佳硬化层分布形式的局部硬化层，沿齿廓分布，齿面与齿根的淬硬层深度要求一致且较深，通常采用沿齿槽单齿中频感应同时加热或连续加热后喷水冷却淬火法得到，中频淬火感应器按单齿齿槽仿形制成n型或V型的结构，并在感应圈各边钻喷水孔。感应器能量损耗大，效率低，需在感应器上加装导磁体驱流来提高感应器效率，并加装3?8mm的屏蔽铜片对已淬火的相邻轮齿面进行加热屏蔽或单独设置喷水圈对已淬硬的相邻轮齿面进行喷水冷却。
[0003]采用上述淬火方法，存在以下问题:
[0004](I)感应器结构复杂，不易仿形制作；
[0005](2)相邻已淬硬的轮齿，即使感应器加装了屏蔽铜片或向被加热轮齿的背面喷水间冷，也常常被感应回火软化而使表面硬度不均匀，齿面和齿根面的硬度差大且硬度不合格，降低了齿面和齿根面的疲劳强度和耐磨性；
[0006](3)40Cr或42CrMo等中碳合金钢制成的重载链轮，硬度要求55?60HRC时，中频淬火后硬度不易达到，并容易在齿面上产生裂纹而报废；
[0007](4)采用沿齿槽单齿中频感应加热淬火法，生产效率低，很难实现大批量生产。
[0008]
【发明内容】
:
[0009]本实用新型的目的就是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种由主、副仿形感应圈点焊并联的中频淬火感应器，它可以解决采用沿齿槽单齿中频感应淬火法存在的齿面和齿根的硬度不均匀且硬度差大而引起疲劳强度和耐磨性低的问题，并解决齿槽单齿中频淬火感应器制作困难、中碳合金结构钢齿面易产生淬火裂纹的问题，同时提高感应器效率和生产效率，降低生产成本，实现链轮的大批量生产。
[0010]为了解决本实用新型的技术问题，技术方案如下:
[0011]一种链轮全齿中频淬火感应器，包括主感应圈、连接板、进水管和出水管。所述主感应圈包括按链轮全齿齿廓仿形的有效圈以及与有效圈两端连通的汇流条和与汇流条连通的过渡管，进水管和出水管分别与一根过渡管连通，连接板焊在过渡管的侧面(具体是在过渡管与副感应线圈的汇流条连接水口的对侧面)；主感应圈采用长方形紫铜管，其有效圈的与每一个轮齿对应的部分都按齿形分段焊接，形成与轮齿齿廓相仿的形状，多个这样形状的部分依次焊接连成一圈，即为全齿齿廓仿形的有效圈；所述汇流条从主感应圈的有效圈的一个齿顶面引出。[0012]具体地，对于平顶齿顶面的链轮，与每一个轮齿对应的部分是由齿顶面直线段、两侧的齿面直线段和齿根面直线段焊接而成；对于R < 8mm的圆弧齿顶面链轮，与每一个轮齿对应的部分是与两侧的齿面和齿顶面形状相应的直线弧形段以及两侧底部的齿根面直线段焊接而成。
[0013]进一步，该中频淬火感应器还包括一匝或一匝以上副感应圈，与主感应圈沿径向平面重叠焊接在一起；副感应圈包括按链轮全齿齿廓仿形的有效圈以及与有效圈两端连通的汇流条，其有效圈与所述主感应圈的有效圈完全相同，副感应圈的汇流条分别与主感应圈过渡管侧面的各个水口连通，副感应圈的汇流条从其与主感应圈的有效圈引出汇流条所对应的那个齿顶面引出。副感应圈匝数由链轮轮齿的宽度确定，主感应圈和副感应圈的总高度为(链轮轮齿宽一齿边倒角宽)+ (2?5) mm。
[0014]链轮在中频设备功率和频率允许同时加热的条件下，采用以上中频淬火感应器进行全齿中频感应同时加热淬火，包含以下步骤:
[0015]1、首先调整好电容量和淬火变压器的变压比。
[0016]2、安装链轮中频淬火感应器，使主、副感应圈中按链轮全齿齿廓仿形的有效圈中心与中频淬火机床的下卡盘中心同心。
[0017]3、将链轮工件放在链轮专用淬火夹具后，安装在淬火机床的下卡盘上，保证工件的轮齿在有效圈的齿廓仿形位置。然后上下移动淬火机床下卡盘位置来调整链轮齿部的高度，再手动调整轮齿与有效圈之间的间隙，使有效圈与链轮齿部淬火部分的中心相对应及间隙均匀。图2和图7中，所述感应器与链轮齿顶面的间隙较大，与齿根面的间隙a3比与齿面工作面的间隙a2大I?2mm, —般S1取16?22mm, a2取4?7mm, a3取5?8_。
[0018]4、向感应圈通水通电，采用全齿预热一空冷一再加热的中频感应同时加热方法对链轮实施全齿加热处理。预热时，将齿根加热到700?800°C范围即可。
[0019]5、当链轮工件加热到淬火温度后，停止加热，立即将工件移出感应圈，并立即整体浸入盛有淬火介质的淬火槽中，用手移动工件进行人工搅拌淬火冷却。中碳钢链轮采用清水或盐水单液淬火方式，40Cr、42CrMo等合金结构钢链轮，采用先清水冷后再进入油冷(如N32全损耗系统用油中)的双液淬火方式，冷却过程中要严格控制水冷时间及冷却水温和油温，防止工件冷透，避免齿面产生淬火裂纹。水温和油温应分别控制在10?30°C和20?80。。。
[0020]5、对于R < 8_的圆弧齿顶面重载链轮及受弯曲负荷大的大模数重载齿轮，为避免齿顶在使用过程中因硬度高而发生脆性断裂，全齿中频感应同时加热淬火并回火后，还需用高频设备和平面感应器对齿顶进行逐齿高频感应加热退火处理，以降低齿顶面硬度。必须严格控制退火加热温度和加热时间，将齿顶的退火加热温度控制在600°C左右，使齿顶及以下2?6mm范围的硬度降低到< 35HRC即可，但必须保证啮合工作面不被退火。
[0021]本实用新型与现有的沿齿槽单齿中频淬火感应器相比具有如下效果:
[0022]1、由于淬火感应器的感应圈的有效圈采用分段拼焊成型，容易与链轮全齿的齿廓仿形，感应器容易加工制作。
[0023]2、主感应圈上焊接并联有一匝或一匝以上的副感应圈，加大了有效圈截面高度与宽度的比值，使感应器的环状效应变得显著而刚好被链轮轮齿表面感应加热充分利用，从而减少链轮轮齿表面感应加热的能量损耗，提高感应器的效率和链轮的感应加热速度，感应器上不需再加装导磁体和屏蔽铜片，简化了感应器结构。
[0024]3、用所述感应器，可实现链轮全齿中频感应同时加热淬火。由于感应器的有效圈与链轮全齿的齿廓完全仿形，感应加热速度快，并采用全齿预热一空冷一再加热的中频感应同时加热方法对链轮实施全齿加热处理，因此，链轮齿面、齿根能同时获得均匀加热和沿齿廓分布的硬化层，保证了工件的淬火硬度、淬硬层深度和金相组织，大大提高生产效率，实现链轮表面淬火的大批量生产。本实用新型同样适用于受弯曲负荷大的大模数重载齿轮全齿中频感应同时加热淬火工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型实施例1和实施例2中的链轮中频淬火感应器的主视图。
[0026]图2是本实用新型实施例1中的链轮中频淬火感应器的俯视图，以及链轮与淬火感应器的相对位置示意。
[0027]图3是本实用新型实施例1和实施例2中的主感应圈I的主视图。
[0028]图4是本实用新型实施例1和实施例2中的主感应圈I的俯视图。
[0029]图5是本实用新型实施例1和实施例2中的副感应圈2和3的俯视图。
[0030]图6是本实用新型实施例2中的链轮中频淬火感应器俯视图，以及链轮与淬火感应器的相对位置示意。
[0031]图7是本实用新型实施例2中的主感应圈I和副感应圈2的有效圈18的主视图。
[0032]图8是图7中A-A处的剖视图。
[0033]图2和图7中涂黑为链轮表面淬火最佳硬化层分布形式的局部硬化层。
[0034]图中:1主感应圈、2和3副感应圈、4连接板、5长槽、6进水管、7出水管、8绝缘垫、9卡板、10螺栓、11螺母、12垫圈、13链轮、14主感应圈I及副感应圈2和3的有效圈、15主感应圈I的汇流条、16主感应圈I的过渡管、17水口、18副感应圈2和3的汇流条。
[0035]【具体实施方式】:
[0036]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0037]参见图1-图8，中频淬火感应器包括一匝仿形的主感应圈1、两匝仿形的副感应圈2和3 ;用黄铜焊丝焊接固装在主感应圈上的连接板4、进水管6和出水管7以及固定汇流条之间间距的绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11、垫圈12组成。其中绝缘垫和卡板分别用t3、tl0的酚醛层压布板制造。主感应圈I由按链轮全齿齿廓仿形的有效圈14以及汇流条15和过渡管16构成，副感应圈2或3由按链轮全齿齿廓仿形的有效圈14和汇流条18构成，主、副感应圈的有效圈完全相同。有效圈、汇流条和过渡管均用厚度为1.5_的长方形紫铜管制作，其中长方形紫铜管的长边作为有效圈和汇流条的高度尺寸。
[0038]对于平顶齿顶面的链轮13，如图2所示，感应器的主、副感应圈中的有效圈，与每一个轮齿对应的部分是由齿顶面直线段141、两侧的齿面直线段142和齿根面直线段143焊接而成。即首先按齿顶面直线段、齿面直线段和齿根面直线段下料，然后沿各个直线段两端方紫铜管长边中的其中一个边作为基准分别加工成斜面，再顺序首尾用紫铜焊丝焊接相连在一个径向平面上，形成齿顶面直线段与链轮轮齿齿顶面平行、齿面直线段与轮齿的齿面工作面直线段平行、齿根面直线段与轮齿齿根面平行的按链轮全齿齿廓仿形的有效圈，有效圈与链轮的齿顶面间隙大，与齿面和齿根面的间隙小。主、副感应圈的汇流条15和18分别从其有效圈的一个齿顶面直线段引出，主、副感应圈的汇流条之间的距离用绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11和垫圈12组件控制在3~5mm。感应圈与感应圈之间沿径向平面完全重叠后用紫铜焊丝均匀点焊并联在一起，形成按链轮全齿齿廓仿形的单匝中频淬火感应圈。
[0039]进一步，该中频淬火感应圈的有效圈和汇流条的表面缠绕玻璃纤维带作为感应圈绝缘层以防加热短路而损坏工件。主感应圈的过渡管16的一端与汇流条连接，另一端焊有进水管6和出水管7，并在其过渡管上的一侧分别设与其它各副感应圈相通的方型水口 17，用于进水或出水，保证主、副感应圈通水后均能得到充分冷却。为便于淬火感应器与淬火变压器连接，焊装在主感应圈上的连接板4还设置有与淬火变压器连接的长槽5。
[0040]参见图6和图7，对于R≤8mm的圆弧齿顶面链轮，淬火感应器主、副感应圈的有效圈与每一个链轮轮齿对应的部分是由与两侧的齿面和齿顶面形状相应的直线弧形段以及两侧的齿根面直线段143焊接而成。即有效圈按齿根面直线段和齿顶面与齿面合并直线段下料，且将齿顶面与齿面的合并直线段按链轮轮齿的单齿齿形仿形，齿顶折弯与齿面直线段形成圆环连接外，其余结构与平顶齿顶面的链轮淬火感应器相同。
[0041]实施例1:1S0 6972中齿数为8的W82平顶齿顶面的弯板链链轮全齿中频感应同时加热淬火:
[0042]图2中的13为农机产品所用的与链条号为W82配用的链轮。其材料为40Cr和42CrMo两种，齿顶圆直径da为227mm，分度圆直径d为204.2mm,齿根圆直径df为172.5mm,节距P为78.1mm，齿深27.25mm，齿宽匕为35mm，压力角0为11°，齿槽中心分离量s为8mm,齿根与齿侧之间各设置有根部圆弧,齿根部两端面设有倒角56° ,链滚子直径为31.75mm，热处理要求(I)锻后调质225~255HBW ; (2)齿形槽表面淬火，硬化层深度为7~9mm,硬度55~60HRC。链轮轮齿的表面淬火加热采用全齿预热一空冷一再加热的中频感应同时加热方式加热，中频设备额定输出功率为125KW，频率可在I~8KHZ范围调整。在感应加热工序中，链轮13装于专用淬火夹具(图中略)后再装在淬火机床(图中略)上，将链轮轮齿与感应器之间的间隙调整均匀，感应器与链轮齿顶面的间隙B1为19~20_，与齿面工作面的间隙a2为6~6.5mm,与齿根面的间隙a3为7~7.5mm,淬火感应圈由主感应圈1、副感应圈2和3构成。淬火加热工艺参数是:变压比18:2，直流电压400~430V，直流电流110~140A，电流频率2000~2200HZ，淬火加热温度880~920°C，加热时间为预热50秒，停15秒空冷，再加热20秒，淬火加热到温后立即提出工件并放入清水槽中，手动工件搅拌冷却12秒后再用N32全损耗系统用油冷却，水温和油温分别控制在10~30°C和20~80℃。
[0043]待工件在油中冷至150°C左右，取出工件放入箱式炉中回火，回火工艺参数是:加热温度140~170°C，保温时间180~240min，空冷。
[0044]回火后进行硬度、硬化层深度和金相组织检查。用HL-2000里氏硬度计测试齿面和齿根硬度，为55~59HRC ;硬化层为齿廓硬化，深度为7.2~8.5mm，马氏级5.5~6级。硬度、硬化层深度和金相组织均达到产品要求。
[0045]上述感应加热工序中采用的淬火感应器如图1和图2所示。由主感应圈1、副感应圈2和3、连接板4、进水管6和出水管7以及固定汇流条之间间距的绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11、垫圈12构成。[0046]图3、图4、图5、图6是主感应圈I及副感应圈2和3的结构示意图。主感应圈I由有效圈14、汇流条15和过渡管16构成。副感应圈2和3由与主感应圈的有效圈相同的有效圈14和汇流条18构成。主、副感应圈均用厚度为1.5mm、llX8的长方形紫铜管制作，其中长方形紫铜管的Ilmm尺寸作为有效圈14、汇流条15和18的高度尺寸。有效圈14先按齿顶面直线段、齿面直线段和齿根面直线段下料，然后将直线段两端沿Ilmm尺寸的其中一个边作为基准分别加工成斜面，再顺序首尾用紫铜焊丝焊接相连在一个径向平面上，形成齿顶面直线段与链轮轮齿齿顶面平行、齿面直线段与链轮轮齿的齿面工作面直线段平行、齿根面直线段与链轮轮齿齿根面平行的仿链轮全齿齿廓的有效圈14，有效圈14与链轮齿顶面的间隙a:为19?20mm,与齿面工作面的间隙a2为6?6.5mm,与齿根面的间隙a3为7?7.5mm。主感应圈1、副感应圈2和3的汇流条15和18分别从其有效圈14的一个齿顶面直线段引出，主感应圈I的汇流条15之间及副感应圈2和3的汇流条18之间的距离为3mm。主感应圈I和副感应圈2之间、副感应圈2和3之间均按径向平面完全重叠后用紫铜焊丝点焊并联在一起，形成按链轮全齿齿廓仿形的单匝中频淬火感应圈。主感应圈1、副感应圈2和3的有效圈14、汇流条15和汇流条18的表面缠绕玻璃纤维带作为感应圈绝缘层以防加热短路而损坏工件，主感应圈I上焊装有一个进水管6和一个出水管7，并在过渡管接近有效圈14的一侧分别设一个与副感应圈2或3相通的方型进水口或出水口 17，保证主感应圈I及副感应圈2和3通水后均能得到充分冷却。为便于淬火感应圈与淬火变压器连接，焊装在主感应圈I上的连接板4上设置有与淬火变压器连接的长槽5。
[0047]实施例2-齿数为8的齿顶为R3的圆弧齿顶面链轮全齿中频感应同时加热淬火
工艺
[0048]图6中的链轮13，材料为40Cr和42CrMo两种，齿顶圆直径da为254mm，分度圆直径d为204.2mm,齿根圆直径df为171.45mm,节距p为78.1mm,齿深41.275mm，齿宽bf为28mm,齿槽中心分尚量s为4.76mm,齿根与齿侧之间各设置有根部圆弧,齿根部两端面设有倒角30°，链滚子直径为30.5mm，热处理要求(I)锻后调质241?286HBW ; (2)齿形槽表面淬火，硬化层深度为7?9mm，硬度> 55HRC。链轮的淬火加热设备、淬火加热方式、装卡方式以及淬火、回火工艺参数与实施例1相同。感应器与链轮齿顶面的间隙为19?20_，与齿面工作面的间隙为5?5.5mm,与齿根面的间隙为6.5?7mm,淬火感应圈由主感应圈I和副感应圈2构成。
[0049]回火后进行硬度、硬化层深度和金相组织检查。实物零件用HL-2000里氏硬度计测试齿面和齿根硬度，为55?59HRC。硬化层为沿齿廓硬化，齿顶硬度为55?58HRC，硬化层深度为7.1?8.2mm ;马氏级5?6级。除齿顶硬度高外,齿面和齿根的硬度、硬化层深度和金相组织均达到了设计要求。
[0050]为避免齿顶在使用过程中因硬度高而发生脆性断裂，全齿中频感应同时加热淬火并回火后，用高频设备和平面感应器对链轮齿顶逐个进行感应加热退火处理，以降低齿顶面硬度。每齿退火加热时间控制在15±2s，此时齿顶的退火加热温度在600°C左右，保证了齿顶及以下2?6_范围的硬度降低到< 35HRC，而工作面未被退火。
[0051]上述感应加热工序中采用的淬火感应器见图1、图6。为取消实施例1图1中的副感应圈3，由主感应圈1、副感应圈2、连接板4、进水管6和出水管7以及固定汇流条之间间距的绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11、垫圈12构成。[0052]图3、图4、图5、图6是主感应圈I及副感应圈2的结构示意图。除取消图3中与副感应圈3相通的方型进水口或出水口 17，有效圈14改用图7和图8所示的有效圈，按齿根面直线段和齿顶面与齿面合并直线段下料，且将齿顶面与齿面的合并直线段按链轮轮齿的单齿齿形仿形，齿顶折弯与齿面直线段形成圆环连接，保证感应器与链轮齿顶面的间隙S1为19?20mm,与齿面工作面的间隙为a25?5.5mm,与齿根面的间隙a3为6.5?7mm外，其余结构和制作方法与实施例1的淬火感应器相同。
[0053]特别说明:本实用新型中的中频淬火感应器，若取消绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11、垫圈12，并将有效圈与汇流条的连接制成圆滑过渡，或者根据链轮轮齿高度再取消副感应圈，仍能保证链轮的正常淬火，故无绝缘垫8、卡板9、螺栓10、螺母11、垫圈12或者无副感应圈2和3的类似中频淬火感应器也应属于本实用新型范围而受到保护。
【权利要求】
1.一种链轮全齿中频淬火感应器，包括主感应圈、连接板、进水管和出水管；其特征在于:所述主感应圈包括按链轮全齿齿廓仿形的有效圈以及与有效圈两端连通的汇流条和与汇流条连通的过渡管，进水管和出水管分别与一根过渡管连通，连接板焊在过渡管外侧；主感应圈采用长方形紫铜管，其有效圈的与每一个轮齿对应的部分都按齿形分段焊接，形成与轮齿齿廓相仿的形状，多个这样形状的部分依次焊接连成一圈，即为全齿齿廓仿形的有效圈；所述汇流条从主感应圈的有效圈的一个齿顶面引出。
2.根据权利要求1所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:对于平顶齿顶面的链轮，与每一个轮齿对应的部分是由齿顶面直线段、两侧的齿面直线段和齿根面直线段焊接而成；对于R < 8mm的圆弧齿顶面链轮，与每一个轮齿对应的部分是由与两侧的齿面和齿顶面形状相应的直线弧形段以及两侧底部的齿根面直线段焊接而成。
3.根据权利要求1或2所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:还包括一匝或一匝以上副感应圈，与主感应圈沿径向平面重叠焊接在一起；副感应圈包括按链轮全齿齿廓仿形的有效圈以及与有效圈两端连通的汇流条，其有效圈与所述主感应圈的有效圈形状完全相同，副感应圈的汇流条从其有效圈的一个齿顶面引出；副感应圈的汇流条分别与主感应圈过渡管侧面的各个水口连通。
4.根据权利要求3所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:所述感应器与链轮齿顶面的间隙S1较大，与齿根面的间隙83比与齿面工作面的间隙82大I?2mm, S1取16?22mm, a2 取 4 ?7mm, a3 取 5 ?8mm n
5.根据权利要求4所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:所述副感应圈匝数由链轮轮齿的宽度确定，主感应圈和副感应圈的总高度为(链轮轮齿宽一齿边倒角宽)+(2 ?5) mnin
6.根据权利要求4所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:所述汇流条之间的距离为3?5mm。
7.根据权利要求6所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:所述汇流条之间由绝缘垫隔开。
8.根据权利要求6所述的链轮全齿中频淬火感应器，其特征在于:有效圈和汇流条的表面缠绕玻璃纤维带作为感应圈绝缘层，焊装在主感应圈上的连接板还设置有与淬火变压器连接的长槽。
【文档编号】C21D1/42GK203513748SQ201320478629
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】李小银, 盛陈, 张种宝, 李国庆, 彭涛, 余长海 申请人:重庆大江工业有限责任公司