航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈及工艺方法与流程

本发明涉及感应淬火技术领域，尤其涉及航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈及工艺方法。

背景技术：

现在的航空发动机进、排气门如附图1所示的这样，原材料采用1cr12mov马氏体不锈钢，杆部外圆和顶部端面需要感应淬火，其中顶部端面感应淬火技术难度大，技术指标达成率低，航空发动机进、排气门顶部端面的直径为φ10～15mm，直径较小，感应淬火的温度控制及有效硬化层深精确控制难度很大。一般情况，感应淬火的实现，主要是利用电磁感应具有集肤效应的特点，形成了工件表面加热淬火，感应加热在感应圈附近会形成圆环效应，对工件平面进行感应淬火，加热区域不在感应圈圆环效应的区域范围内，则不能形成集中的、有规律的、高密度的涡流，一般需采用导磁体，把磁力线导入到平面区域上形成交变电流，否则平面上无法实现感应淬火。

由于进、排气门顶部端面较小，如果用导磁体倒入磁力线形成的交变电流，涡流的透入深度和密度很难精确控制，感应淬火的温度和透热深度也很难精确控制，如果工件的中心与感应圈的中心重合，如附图4所示的这样，工件的中心部位有一个交变电流涡流分布盲区，该区域涡流密度低，感应后温度较低，冷却后会产生硬度软区，该处有效硬化层深也会偏浅，造成硬度或有效硬化层深度不能达标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈及工艺方法，旨在解决现有航空发动机气门工件的顶部小直径端面感应加热的温度和和透热深度难以精确控制，容易过热或欠热，淬火冷却后硬度或有效硬化层深度及均匀性不能达标的技术难题,同时也解决航空发动机气门工件的顶部中心与感应圈的中心重合，工件的中心部位有一个交变电流涡流分布盲区，该区域涡流密度低，感应后温度较低，冷却后会产生硬度软区，该处有效硬化层深也会偏浅，造成硬度或有效硬化层深度不能达标的技术问题。

本发明的技术方案如下：

航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈，所述感应圈的工作区域上端面形成有一锥形导向槽，该导向槽中部开设有一通孔，所述导向槽下端在通孔边缘凸起形成有导向台阶，为防止感应加热的边角效应，所述导向台阶的端面直径小于航空发动机气门顶部端面直径。

所述的航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈，其中，所述导向槽的内腔锥度为110～130°，所述导向台阶的凸起高度为1.5～2mm。

所述的航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈，其中，所述感应圈在导向槽外的一侧延伸有连接臂，所述连接臂相远离导向槽的一端连接有供感应圈安装的安装部。

本发明还提供航空发动机气门顶部端面感应淬火工艺方法，包括以下步骤：

a）安装如上述的感应圈；

b）在感应圈的导向槽下方放置航空发动机气门工件，且航空发动机气门顶部端面中轴线偏心于导向槽中部的通孔中轴线；

c）航空发动机气门顶部端面与感应圈导向台阶的间隙控制在0.70～0.90mm；

d）采用红外仪进行测温；

e）控制加热时间，确保有足够的加热时间使温度达到淬火温度的下限边界值之上，保证表面硬度和有效硬化层深达到技术要求；当温度超过淬火温度的上限边界值时，红外仪测温则参与控制，机床自动停止加热，避免工件顶部端面的过热，同时工件加热温度达到淬火温度的上限边界值时，工件的表面硬度和有效硬化层深达到技术要求（工件的感应加热温度与工件端面的硬度和有效硬化层深存在一定的对应关系）。

本发明的有益效果是，本发明的感应圈的结构设计能结合工艺方法较为精确地控制感应到航空发动机进、排气门顶部端面的涡流透入深度和密度，保证工件顶部端面硬度和有效硬化层深达到技术要求，保证进、排气门顶部端面的硬度和有效硬化层深及均匀性达到技术要求。

附图说明

图1为航空发动机进、排气门的结构示意图。

图2为本发明实施例感应圈的结构示意图。

图3为本发明实施例导向槽的结构截面示意图。

图4为现有技术中对航空发动机进、排气门感应淬火的示意图。

图5为本发明实施例对航空发动机进、排气门感应淬火的示意图。

图6为本发明实施例对航空发动机进、排气门感应淬火的结构示意图。

附图中：导向槽1、导向台阶2、连接臂3、安装部4。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1、2、3、5、6所示的航空发动机气门顶部端面感应淬火的感应圈及工艺方法实施例，其所述感应圈的工作区域上端面形成有一锥形导向槽1，其中在本实施例中，所述导向槽1的内腔锥度为120°（在其余实施例中，所述导向槽1的内腔锥度还可以为110°或者130°或者其它合适的锥度），该导向槽1中部开设有一通孔，所述导向槽1下端在通孔边缘凸起形成有导向台阶2，其中在本实施例中，所述导向台阶2的凸起高度为1.8mm（在其余实施例中，导向台阶2的凸起高度还可以为1.5mm或者2mm或者其它合适的高度），通过感应圈这两种导向结构的设计，可以较为精确地把感应磁力线导入到工件端面，形成密度和透入深度可控的均匀性较好的交变电流涡流，由此可较为精确地控制工件的表面温度和透热深度，所述导向台阶2的端面直径略小于航空发动机气门顶部端面直径，以免工件端面边缘产生边角效应涡流密度过大而过热。

在本实施例中，所述感应圈在导向槽1外的一侧延伸有连接臂3，所述连接臂3相远离导向槽1的一端连接有供感应圈安装的安装部4。

本发明还提供航空发动机气门顶部端面感应淬火工艺方法，包括以下步骤：

a）安装如上述的感应圈；

b）在感应圈的导向槽1下方放置航空发动机气门工件，且航空发动机气门顶部端面中轴线偏心于导向槽1中部的通孔中轴线（约工件半径的三分之一），如图5所示的这样，可以有效消除工件顶部端面中心部位的涡流分布盲区，消除该处的硬度软区，使得工件表面硬度和有效硬化层深达到技术要求；

c）航空发动机气门顶部端面与感应圈导向台阶2的间隙控制在0.80mm（在其余实施例中，航空发动机气门顶部端面与感应圈导向台阶2的间隙还可以为0.70mm或者0.90mm或其它间隙值）；

d）采用红外仪进行测温；

e）控制加热时间，确保有足够的加热时间使温度达到淬火温度的下限边界值之上，保证表面硬度和有效硬化层深达到技术要求；当温度超过淬火温度的上限边界值时，红外仪测温则参与控制，机床自动停止加热，避免工件顶部端面的过热，同时工件加热温度达到淬火温度的上限边界值时，工件的表面硬度和有效硬化层深达到技术要求（本实例中工件的感应加热温度与工件端面的硬度和有效硬化层深存在一定的对应关系）。

根据设备的功率和产品的结构不同，可采用高频或超音频感应加热（本实例采用高频感应加热）。

在使用时，通过采用上述感应圈及工艺方法对航空发动机进、排气门顶部端面进行感应淬火（本实例冷却过程采用空气冷却），层深控制在2.0～2.3mm范围内（技术要求1.8～2.7mm），层深均匀性达到0.30mm左右，淬火后硬度达到hrc61.0~62.5（技术要求≥hrc60.0），硬度均匀性在1.5hrc以内，采用230±10℃回火后，硬度为58.5～60hrc（技术要求≥56hrc），均满足技术要求。

因此本发明的感应圈的结构设计能结合工艺方法较为精确地控制感应到航空发动机进、排气门顶部端面的涡流透入深度和密度，保证工件顶部端面硬度和有效硬化层深达到技术要求，保证进、排气门顶部端面的硬度和有效硬化层深及均匀性达到技术要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。