一种超大型轴类零件的表面淬火装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其米用加热圈、喷水圈、汇流板、固定架接头管和导磁体构成感应器，感应器至少包括一个加热圈和一个喷水圈，加热圈与喷水圈平行设置，喷水圈与固定架接头管相连，加热圈两端分别与两个汇流板相连，加热圈外圆包覆导磁体，喷水圈的圆周设置有一圈喷水孔。工作时，加热圈对轴类零件表面加热，使零件表面在瞬间达到较高的温度。冷却液从喷水圈的一端进入，从另一端流出，由于液体压力从喷水孔中喷射至零件表面，使零件表面快速冷却，达到淬火效果。由于零件外表面与本发明内表面间隔均匀，可以保证零件表面均匀受热。同时，感应淬火的生产成本较低。本发明结构简单、能耗损失小，加热均匀。
【专利说明】一种超大型轴类零件的表面淬火装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种表面淬火装置，特别是一种超大型轴类零件的表面淬火装置。其 适用于外径500mm以上超大型轴的表面淬火。
【背景技术】
[0002] 超大型轴类零件的表面淬火是一种表面淬火的热处理加工技术，通常是在轴类零 件表面被加热达到淬火温度的瞬间，对其表面迅速进行冷却，从而能够使得零件表面达到 较高的硬度。由于超大型轴类零件规格尺寸所限，多数情况下只能使用表面淬火技术对其 进行热处理，以增强其表面硬度。据 申请人:所知，对于大型轴类零件的表面淬火方法，目前 主要有火焰淬火、激光淬火、感应淬火。其中： 火焰淬火：是利用可燃气体与氧气混合的火焰所产生的高温将零件表面加热到淬火温 度，随后极速用水或其他介质进行冷却的过程。火焰淬火的设备简单，能够在工件表面获得 一定的硬度和硬化层，而保持零件的心部原来的强度和韧性。但是存在不足之处：火焰淬火 的硬化层深度很低，通常达不到硬化层深度的技术要求，表面硬度均匀性也无法保证。
[0003] 激光淬火：是以高能密度的激光束作为热源的热处理加工技术。处理过程是将激 光束扫描金属零件表面，激光束的红外能量被金属零件表面吸收而迅速形成很高的温度， 从而使金属发生相变。随着激光束离开金属零件表面，金属零件表面的热量依靠金属零件 本身的热传导性迅速向内部传递，而形成极大的冷却速度，可以依靠自激冷却使零件表面 淬火，使其表面硬化。但是激光淬火所获得的硬化层深度也很低，通常达不到硬化层深度的 技术要求,而且激光淬火成本很高,价格昂贵。
[0004] 感应淬火：是将零件置于感应器内，对感应器通以交流电，当一定电流频率的交流 电通过感应器时，在置于感应器内的零件表面就有感应电流产生，感应电流分布在零件表 面，以涡流的形式出现，迅速加热零件表面使其达到淬火温度，将零件极速冷却，实现感应 加热表面淬火。现有的感应加热技术，由于磁感线逸散较多，零件表面的加热效率较低，通 常是无法对直径较大的轴类零件进行有效的表面淬火。
[0005] 申请人:通过实践和研究发现，以上几种表面淬火方法，由于自身存在的不足和使 用的表面淬火装置结构简陋或者不完善，使得所获得的硬化层深度都很浅，而且有的还存 在硬度不均匀的不足，有的存在价格昂贵的缺陷，并且都不适用于对表面硬度和硬化层深 度都有一定要求的大型轴类零件进行表面淬火。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，针对上述现有对于大型轴类零件的表面淬火方面存在的不足， 提出并研究一种超大型轴类零件的表面淬火装置。其结构合理，加工费用经济，能够实现被 加工的轴类零件加热均匀，能够控制被加工表面的硬化层深度。
[0007] 本发明的技术解决方案是，采用加热圈、喷水圈、汇流板、固定架接头管和导磁体 构成感应器，其特征在于：感应器至少包括一个加热圈和一个喷水圈；加热圈与喷水圈平 行设置，加热圈外圆包覆有导磁体，喷水圈与固定架接头管相连，加热圈两端分别与两个汇 流板相连，喷水圈的远离加热圈靠近喷水圈内圆周的一侧、围绕喷水圈的圆周上设置喷水 孔。
[0008] 其特征在于，加热圈由一根紫铜管制作，加热圈的圆形部分加工成截面为矩形的 矩形管，棱边角倒角，其余部分保留原始截面为圆环的形状，加热圈的两个出口分别与一个 管接头焊接，加热圈的两端向下的引出部分分别与两个汇流板相连；喷水圈同样由一根紫 铜管制作，喷水圈的圆形部分加工成截面为矩形的矩形管，棱角倒角，同时，将矩形管的一 个棱角加工出斜边，在斜边上开喷水孔，喷水圈其余部分保留原始截面为圆环的形状，喷水 圈的两个出口分别与一个管接头焊接。
[0009] 其特征在于，喷水孔的直径为1mm，喷水孔中心的间距为10mm，喷水孔的中轴线与 喷水圈的中轴线夹角为45°。
[0010] 其特征在于，所述导磁体为"凹"字形，导磁体的开口卡住加热圈的外圆。
[0011] 其特征在于，导磁体采用导磁体定位卡片固定。
[0012] 其特征在于，所述的导磁体定位卡片为"F"字形，加热圈外圆间隔安装有若干个 "F"字形的导磁体定位卡片，用以对导磁体进行固定。
[0013] 其特征在于，加热圈使用直径30mm±0. 5mm的紫铜管进行制作，紫铜管的壁厚为 3mm±0. 1mm，加热圈的圆形部分制作成截面外缘为高度30mm±0. 5 mm,宽度14mm±0. 2 mm 的矩形管，棱角倒角，其余部分保留原始截面为圆环的形状，加热圈的两个出口分别与一个 管接头焊接。
[0014] 其特征在于，喷水圈使用直径30mm±0. 5mm的紫铜管进行制作，紫铜管的壁厚为 3mm±0. Imm,喷水圈的圆形部分制作成截面外缘为的高度30mm±0.5mm,宽度14mm±0. Imm 的矩形管，棱角倒角，其余部分保留原始截面为圆环的形状，喷水圈的两个出口分别与一个 管接头焊接。
[0015] 其特征在于，汇流板使用厚度IOmm紫铜板制作，两个汇流板之间的间距为 3mm±0. 1mm，中间装有云母片，夕卜包黄錯布。
[0016] 其特征在于，导磁体米用娃钢片，娃钢片的厚度为0. 2?0. 5mm。
[0017] 与现有表面淬火方法及淬火装置相比，本发明的有益效果为： 1、本发明装置克服了现有技术的局限，可以控制零件的加热温度、加热速度和冷却速 度，从而控制零件的表面硬度和硬化层深度。
[0018] 2、采用本发明表面淬火装置，由于感应器内壁与零件之间的间距均匀，零件能够 被均匀加热，能够将变形量控制在允许范围之内。
[0019] 3、本发明装置能耗损失小。在现有技术中，火焰淬火的很大一部分热量都散失了， 对能源造成了很大浪费。激光淬火的费用昂贵，不适用于大型轴类零件的表面淬火。本发 明装置是将感应器套在轴类零件外圆，对轴类零件外表面同时加热。由于导磁体的作用，磁 感线被集中在零件表面，能耗损失小，有效的节约了能源。
[0020] 本发明的优点是，构思新颖，结构合理，加工费用经济，能够实现被加工的轴类零 件加热均匀，能够控制被加工表面的硬化层深度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1、本发明的基本结构主视图； 图2、本发明的基本结构右视图； 图3、本发明采用的导磁体示意图。
[0022] 图4、本发明采用的导磁体定位卡片示意图。
[0023] 图5、本发明采用的喷水圈上喷水孔分布示意图。
[0024] 图6、本发明采用的喷水圈的圆形部分截面示意图之一。
[0025] 图7、本发明采用的喷水圈的非圆形部分截面示意图之二。
[0026] 图中：1、加热圈；2、汇流板；3、喷水圈；4、固定架接头管；5、导磁体；6、导磁体定 位卡片；7、管接头。
【具体实施方式】
[0027] 下面，结合附图对本发明的实施例作进一步详细的说明。
[0028] 如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明采用加热圈1、喷水圈3、汇流板2、导磁体 5构成感应器。所述的感应器至少包括一个加热圈1和喷水圈3。其中，加热圈1与喷水圈 3平行设置，喷水圈3与其上方的固定架接头管4相连，加热圈1的两端向下的引出部分分 别与两个汇流板2相连。汇流板2使用厚度IOmm紫铜板制作，两个汇流板2之间的间距为 3mm±0. 1mm，中间装有云母片，夕卜包黄錯布。加热圈1的两端的端口分别焊接有管接头7。
[0029] 加热圈1外圆包覆有导磁体5,导磁体5采用娃钢片。导磁体5采用导磁体定位卡 片6固定。
[0030] 值得注意的是，加热圈1工作时，加热圈1的内壁与被加工零件表面应保持适当距 离，该适当距离为lCtam±0.5謹。
[0031] 喷水圈3两端的端口分别焊接有管接头7。喷水圈3的远离加热圈1的一端靠近 零件的一侧围绕喷水圈3的圆周设置有一圈喷水孔。喷水孔的直径为1_，喷水孔的间距为 IOmm0
[0032] 同样，应提醒注意的是，喷水圈3工作时，喷水圈3的内壁与被加工零件表面应保 持适当距离，该适当距离为l〇mm±〇. 5 mm。
[0033] 导磁体5米用娃钢片制作，每片娃钢片的厚度为0. 2?0. 5mm。导磁体5的作用是 减少磁力线的逸散和提高感应器的效率。
[0034] 加热圈1外圆包覆导磁体5,导磁体5外每间隔30°安装一个"F"字形导磁体定 位卡片6,用以对导磁体5进行固定。导磁体5的形状为"凹"字形，导磁体5的开口卡住加 热圈1的外圆，导磁体5采用硅钢片，导磁体5采用的硅钢片需经过磷化处理，保证每片硅 钢片片间绝缘。
[0035] 实施例2,如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本发明采用加热圈1、喷水 圈3、汇流板2、导磁体5构成感应器。所述的感应器至少包括一个加热圈1和喷水圈3 ;其 中，加热圈1与喷水圈3平行设置，加热圈1外圆包覆有导磁体5,喷水圈3与其上方的固定 架接头管4相连，加热圈1的两端向下的引出部分分别与两个汇流板2相连。汇流板2使 用厚度IOmm紫铜板制作，两个汇流板2之间的间距为3mm±0. 1mm，中间装有云母片，外包黄 蜡布。加热圈1的两端的端口分别焊接有管接头7。
[0036] 加热圈1由圆形紫铜管制作，加热圈1的圆形部位的截面为矩形，矩形的长度与宽 度之比约为2:1，加热圈1其余部分保留原始截面为圆环的形状。制作加热圈1应保持加热 圈1的圆形部位的矩形截面均匀一致。
[0037] 加热圈1由一根外径30mm±0. 5mm、壁厚为3mm±0. Imm的紫铜管制作，加热圈1的 圆形部分加工成截面为矩形的外缘为高度30mm±0. 5 mm,宽度14mm±0. 2 mm的矩形管，棱 角倒角，其余部分保留原始截面为圆环的形状，加热圈1的两个出口分别与一个管接头7焊 接，管接头7的作用是为了与水管紧密结合。加热圈1的两端向下的引出部分分别与两个 汇流板2相连。工作时，与加热圈1相连的汇流板2与感应设备连接，加热圈1的一个管接 头7与进水管道连接，加热圈1的另一个管接头7与出水管道连接，使自来水流经加热圈1， 以使加热圈1被及时冷却而不被烧坏。
[0038] 喷水圈3由圆形紫铜管制成，喷水圈3的圆形部位的截面为矩形，矩形的长度与宽 度之比约为2:1，喷水圈3的其余部分保留原始截面为圆环的形状。制作喷水圈3应保持喷 水圈3的圆形部位的矩形截面均匀一致。喷水圈3远离加热圈1的一端靠近零件的一侧的 棱角加工出边长为6mm的等边直角三角形的斜边，用以在斜边上开喷水孔，使喷水孔的中 轴线与喷水圈3的中轴线夹角为45°。围绕喷水圈3圆周钻一圈喷水孔，喷水孔的直径为 1mm，喷水孔的间距为10mm，喷水孔的中轴线与喷水圈中轴线夹角为45°。
[0039] 喷水圈3由一根外径30mm±0. 5mm、壁厚为3mm±0. Imm的紫铜管制作，喷水圈3的 圆形部分加工成截面为矩形的外缘为高度30mm±0. 5 mm,宽度14mm±0. 2 mm的矩形管，该 矩形管的棱角倒角，同时，将矩形管的一个棱角加工出边长为6mm的等边直角三角形的斜 边，在斜边上开喷水孔，使喷水孔的中轴线与喷水圈3的中轴线夹角为45°，喷水圈3其余 部分保留原始截面为圆环的形状，喷水圈3的两个出口分别与一个管接头7焊接，管接头7 的作用是与水管紧密结合。工作时，喷水圈3的一个管接头7与进水管道连接，喷水圈3的 另一个管接头7与出水管道连接，具有一定压力的自来水流经喷水圈3,从喷水孔以45°方 向喷射在被加热零件表面。
[0040] 本发明适用于能够放置于本发明中且与本发明的内表面间隙在5?12mm的大型 轴类零件进行表面淬火。
[0041] 本发明的结构简单、能耗损失小，特别适用于对外径在500mm以上的大型轴类零 件进行表面淬火。
【权利要求】
1. 一种超大型轴类零件的表面淬火装置，采用加热圈（1)、喷水圈（3)、汇流板（2)、固 定架接头管（4)和导磁体（5)构成感应器，其特征在于：感应器至少包括一个加热圈（1)和 一个喷水圈（3);加热圈（1)与喷水圈（3)平行设置，加热圈（1)外圆包覆有导磁体（5)，喷 水圈（3 )与固定架接头管（4 )相连，加热圈（1)两端分别与两个汇流板（2 )相连，喷水圈（3 ) 的圆周设置有喷水孔。
2. 根据权利要求1所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，加热圈 (1)由一根紫铜管制作，加热圈（1)的圆形部分加工成截面为矩形的矩形管，棱角倒角，其余 部分保留原始截面为圆环的形状，加热圈（1)的两个出口分别与一个管接头（7)焊接，加热 圈（1)的两端向下的引出部分分别与两个汇流板（2)相连；喷水圈（3)同样由一根紫铜管制 作，喷水圈（3)的圆形部分加工成截面为矩形的矩形管，棱角倒角，同时，将矩形管的一个棱 角加工出斜边，在斜边上开喷水孔，喷水圈（3)其余部分保留原始截面为圆环的形状，喷水 圈（3 )的两个出口分别与一个管接头（7 )焊接。
3. 根据权利要求1所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，喷水孔 的直径为1mm，嗔水孔的间距为10mm，嗔水孔的中轴线与嗔水圈（3)的中轴线夹角为45°。
4. 根据权利要求1所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，所述导 磁体（5)为"凹"字形，导磁体（5)的开口卡住加热圈（1)的外圆。
5. 根据权利要求4所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，导磁体 (5)采用导磁体固定卡片（6)固定。
6. 根据权利要求5所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，所述的 导磁体固定卡片（6)为"F"字形，加热圈（1)的外圆间隔安装有若干个"F"字形的导磁体定 位卡片（6)，用以对导磁体（5)进行固定。
7. 根据权利要求5所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，加热圈 (1)使用直径30mm±0. 5mm的紫铜管进行制作，紫铜管的壁厚为3mm±0. 1mm，加热圈（1)的 圆形部分制作成截面外缘为高度30mm±0. 5 mm,宽度14mm±0. 2 mm的矩形管，棱角倒角，其 余部分保留原始截面为圆环的形状，加热圈（1)的两个出口分别与一个管接头（7)焊接。
8. 根据权利要求5所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，喷水圈 (3)使用直径30mm±0. 5mm的紫铜管进行制作，紫铜管的壁厚为3mm±0. 1mm，喷水圈（3)的 圆形部分制作成截面外缘为的高度30mm±0. 5mm，宽度14mm±0. Imm的矩形管，棱角倒角， 其余部分保留原始截面为圆环的形状，喷水圈（3)的两个出口分别与一个管接头（7)焊接。
9. 根据权利要求1或2所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，汇流 板（2)使用厚度IOmm紫铜板制作，两个汇流板（7)之间的间距为3mm±0. 1mm，中间装有云 母片，外包黄錯布。
10. 根据权利要求1或2所述的一种超大型轴类零件的表面淬火装置，其特征在于，导 磁体（5)采用硅钢片，硅钢片的厚度为0. 2?0. 5mm。
【文档编号】C21D9/28GK104212949SQ201410426359
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】徐钢新, 陈亮, 李勃, 王辉, 舒忠杰, 潘士杰, 向文桥 申请人:武汉船用机械有限责任公司