一种轴类零件淬火方法及装置与流程

本发明涉及淬火工艺技术领域，具体涉及一种轴类零件淬火方法及装置。

背景技术：

轴类零件按照工作状态可以分为心轴和传动轴，承受弯曲、扭转、压缩、冲击等一种或多种负荷，多数是在磨损和疲劳条件下工作。因此，轴类零件需要比较好的综合机械性能，同时表面具有较强的耐磨性能。在机械加工制造工序中，轴类零件一般要通过调质预先热处理和感应淬火最终热处理。热处理工艺的选择及处理性能直接影响着轴类零件的使用寿命。感应淬火，顾名思义即运用感应线圈通过涡流进行加热，他是通过集肤效应(表面与里面加热速度不一样，集中表面加热的一种效应)与感应加热(给线圈通电运用涡流进行加热)两者合二为一进行的加工的一种加工方式。这种加热方式，加热效率高，加热温度高，时间短，自动化程度高且易于控制，安全可靠且操作方便。

但发明人发现，现有的轴类零件采用感应淬火工艺后，工件表面存在着残余拉应力，降低了工件的疲劳寿命，降低了工件的抗腐蚀强度和抗磨损性能，且工件表面至芯部的硬度梯度分布不合理，工件表面硬化层硬度达不到要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种轴类零件淬火方法，有效提高了淬火后工件的疲劳寿命，提高了工件的抗腐蚀强度和抗磨损性能，使工件的硬度梯度分布更加合理。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种轴类零件淬火方法，在待淬火的轴类工件上施加预扭矩，施加预扭矩的轴类工件转动，进行感应加热，加热设定时间后，对轴类工件进行冷却。

本发明还公开了一种轴类零件淬火装置，包括机身，所述机身一端固定驱动总成，所述驱动总成与固定件连接，固定件能够与待淬火零件的一端固定连接，所述机身另一端设置有支座，支座能够沿机身运动，调节与驱动总成的距离，所述支座固定有与固定件同轴设置的扭矩限制器，扭矩限制器能够与轴类零件的另一端连接，所述驱动总成和扭矩限制器之间设置有感应线圈和喷水管，所述感应线圈和喷水管能够在扭矩限制器和驱动总成之间移动，实现对轴类工件不同部位的感应淬火。

进一步的，所述固定件采用三爪卡盘，所述三爪卡盘与驱动总成连接，三爪卡盘能够夹紧待淬火的轴类工件的一端。

进一步的，所述支座与第一丝杠传动机构连接，所述第一丝杠传动机构包括两端与第一轴承座转动连接的第一丝杠，所述第一轴承座固定在机身上，所述第一丝杠连接有第一滑块，所述第一滑块与支座固定连接，丝杠的转动能够带动第一滑块和支座的运动。

进一步的，所述第一滑块与导向轨道滑动连接，用于对第一滑块的运动进行导向，所述导向轨道固定在机身上。

进一步的，所述第一丝杠的端部固定有手柄，用于带动第一丝杠的转动。

进一步的，所述感应线圈及喷水管与第二丝杠传动机构连接，所述第二丝杠传动机构包括第二丝杠，所述第二丝杠的两端与固定在安装板上的第二轴承座转动连接，所述安装板与机身固定连接，所述第二丝杠连接有第二滑块，所述第二滑块与感应线圈及喷水管固定连接，所述第二丝杠一端与固定在安装板的驱动电机连接，驱动电机能够带动第二丝杠的转动。

进一步的，所述喷水管采用圆环型结构，包括圆环型的壳体，所述壳体的内侧面上均匀设置有多个喷水孔。

进一步的，所述喷水管及感应线圈与固定件及扭矩限制器的轴线同轴设置。

本发明还公开了一种轴类零件淬火装置的工作方法：将待淬火的轴类工件两端分别与固定件及扭矩限制器连接，将感应线圈和喷水管移动至轴类工件待淬火的部位，启动驱动总成，驱动总成和扭矩限制器共同对轴类工件施加扭矩，当扭矩达到设定值后，扭矩限制器发生打滑现象，驱动总成带动施加了设定值扭矩的轴类工件转动，感应线圈通电，对轴类工件进行感应加热，加热设定时间后，喷水管接通外部水源，向轴类工件喷洒冷却水，轴类工件冷却后，完成感应淬火工作。

本发明的有益效果：

1.本发明的淬火方法，通过感应淬火前在轴类工件上施加预扭矩，解决了工件淬火过程中变形量较大的问题，影响了工件奥氏体相变速度，细化了晶粒，使得淬火后工件表面的残余拉应力变位压应力，提高了工件的耐磨和抗疲劳性能，同时施加预扭矩后，使得工件受到梯度切应力，感应淬火后，使得工件表面组织细化，硬度提高，工件表面至芯部的硬度梯度分布更加合理。

2.本发明的淬火装置，支座能够在机身上运动，调节支座与驱动总成的距离，满足了不同尺寸轴类工件的感应淬火需求。

3.本发明的淬火装置，感应线圈与固定件及扭矩限制器的轴线同轴设置，能够实现对轴类工件表面的均匀加热，保证了淬火效果。

4.本发明的淬火装置，喷水管采用与固定件及扭矩限制器同轴设置的圆环型管，其壳体的内侧面沿圆周开设有多个喷水孔，能够实现对工件表面的均匀冷却，保证了冷却效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例2整体结构主视示意图；

图2为本发明实施例2喷水管截面示意图；

图3为本发明实施例3轴类工件施加预扭矩后预切应力梯度分布示意图；

图4为未施加预扭矩的55号钢工件感应淬火后硬度分布图；

图5为采用本实施例3方法感应淬火后55号钢工件硬度分布图；

其中，1.机身，2.驱动总成，3.三爪卡盘，4.支座，5.第一丝杠，6.第一轴承座，7.第一滑块，8.滑块导轨，9.扭矩限制器，10.手柄，11.感应线圈，12.喷水管，12-1.外壳，12-2.喷水孔，12-3.进水孔，13.安装板，14.第二丝杠，15.第二轴承座，16.第二滑块，17.联轴器，18.驱动电机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的轴类零件感应淬火后工件表面存在残余拉应力，影响了工件的疲劳寿命、抗腐蚀强度和抗磨损性能，同时工件硬度分布不合理，针对上述问题，本申请提出了一种轴类零件淬火方法。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-2所示，一种轴类零件淬火方法，在待淬火的轴类工件上施加预扭矩，将施加了预扭矩的轴类工件转动，利用感应线圈进行感应加热，感应加热设定时间后，对轴类工件喷射冷却水，进行冷却，冷却后完成了轴类工件的淬火工作。

实施例2：

本实施例公开了一种基于实施例1所述的淬火方法的轴类零件淬火装置，如图1-2所示，包括机身1，所述机身能够固定在地面基础上，所述机身的一端固定有驱动总成2，所述驱动总成采用现有的感应淬火机床的驱动总成即可，包括外壳及安装在外壳内的大扭矩电机、传动机构等，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述大扭矩电机的输出轴与固定件固定连接，所述固定件采用现有的三爪卡盘3，能够夹紧待淬火轴类工件的一端，并且在大扭矩电机的作用下带动轴类工件转动。

所述机身的另一端设置有支座4，所述支座能够沿机身运动，从而调节支座与固定件之间的距离。

所述机身上安装有第一丝杠传动机构，所述第一丝杠传动机构与支座连接，能够带动支座沿机身的运动。

所述第一丝杠传动机构包括第一丝杠5，所述第一丝杠的两端分别与第一轴承座6转动连接，第一轴承座固定安装在机身上，能够对第一丝杠进行支撑，所述第一丝杠上连接有第一滑块7，所述第一滑块与设置在机身上的滑块导轨8滑动连接，滑块导轨能够对滑块沿第一丝杠轴线方向的运动进行导向，所述滑块与支座4固定连接，滑块能够带动支座的运动，所述支座上安装有扭矩限制器9，所述扭矩限制器能够与待淬火轴类工件的另一端连接，所述扭矩限制器与三爪卡盘同轴设置。

所述第一丝杠的端部设置有手柄10，工作人员能够通过手柄带动第一丝杠的转动，进而调节支座的位置。

所述扭矩限制器与三爪卡盘之间设置有感应线圈11及喷水管12，所述感应线圈通过导线与外部电源连接，通电后能够对轴类工件进行感应加热，所述喷水管通过软管与外部水源连接，软管上安装阀门，外部水源能够将冷却水经喷水管喷出，对轴类工件进行冷却，本实施例中，所述喷水管设置一个，感应线圈设置多个。

所述喷水管为圆环型结构，包括圆环状的外壳12-1，所述外壳的内侧面沿圆周设置有多个喷水孔12-2，所述外壳还设置有进水孔12-3，所述进水孔通过软管与外部水源连接，外壳内的水能够通过喷水孔喷出。

所述感应线圈及喷水管与扭矩限制器、三爪卡盘同轴设置，待淬火的轴类工件能够穿过感应线圈及喷水管，且位于感应线圈和喷水管的中心位置，感应线圈能够对轴类工件进行均匀的加热，喷水管能够对轴类工件进行均匀的冷却，保证了淬火效果。

所述感应线圈及喷水管与设置在l型的安装板13上的第二丝杠传动机构连接，所述安装板固定在机身上，所述第二丝杠传动机构包括第二丝杠14，所述第二丝杠两端与第二轴承座15转动连接，第二轴承座固定在安装板上，所述第二丝杠上连接有第二滑块16，所述第二滑块通过安装座与感应线圈及喷水管固定连接，所述第二丝杠的一端通过联轴器17与驱动电机18的输出轴连接，驱动电机固定安装在安装板上，驱动电机能够带动第二丝杠的转动，第二丝杠带动第二滑块和安装座的移动，进而实现感应线圈和喷水管对轴类工件不同部位的感应加热和冷却。

实施例3：

本实施例公开了一种轴类零件淬火装置的工作方法：将待淬火的轴类工件穿过喷水管及感应线圈后一端利用三爪卡盘进行固定，通过第一丝杠传动机构调节支座的位置，使轴类工件的另一端与扭矩限制器连接。

驱动电机带动第二丝杠传动机构工作，调节喷水管及感应线圈的位置，使喷水管及感应线圈到达轴类工件待淬火的位置。

启动驱动总成中的大扭矩电机，大扭矩电机和扭矩限制器共同作用，利用三爪卡盘对轴类工件施加扭矩t，当施加的扭矩达到设定值时，扭矩限制器发生打滑现象，三爪卡盘带动施加了设定预扭矩的轴类工件的转动，此时对感应线圈通电，感应线圈对轴类工件进行感应加热，加热设定时间后，感应线圈停止工作，打开软管上的阀门，喷水管向轴类工件喷出冷却水，对轴类工件进行冷却，冷却后，关闭阀门，驱动总成中的大扭矩电机停止工作，从三爪卡盘和扭矩限制器上取下淬火后的轴类工件。

采用本实施例的淬火方法，如图3所示，由于对轴类工件施加了预扭矩，在轴类工件上产生了沿工件外侧面向工件芯部呈阶梯分布的预切应力τ，感应淬火完成后，轴类工件的变形量较小，且施加的预扭矩影响工件奥氏体相变速度，细化了晶粒，感应淬火后，工件表面的残余应力由拉应力状态变位压应力状态，提高了材料的耐磨及抗疲劳性能。

图4为55号钢轴类工件未施加预扭矩淬火加工后的工件硬度分布图，图5为55号钢轴类工件施加预扭矩淬火加工后的工件硬度分布图。其中横轴代表距离轴类工件表面的距离，0mm-4mm范围内为硬化层，通过图3和图4可以看出，施加预扭矩进行淬火的工件的硬化层硬度明显提高，且由工件表面至芯部的硬度梯度分布更加合理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。