基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺的制作方法

1.本发明涉及一种基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，可广泛应用于圆柱齿轮轴制造过程中。


背景技术：

2.自从圆柱齿轮轴广泛用于车辆的转动系统以来，人们对圆柱齿轮轴的热处理质量和尺寸稳定性，提出了越来越高的要求。现有的圆柱齿轮轴传统热处理工艺，主要采用表面渗碳淬火工艺和扫描式感应淬火工艺。
3.传统的表面渗碳淬火工艺，是利用渗碳炉，在高温状态下，将碳原子渗入圆柱齿轮轴工件表层，并降温淬火。存在以下缺点：
①
因轴类高耐磨性的要求，渗碳淬火生产周期长，可达30小时，圆柱齿轮轴工件变形量大，渗碳淬火后，需增加校直工序；
②
圆柱齿轮轴结构复杂，同一工件的不同部位粗细不一致，包含渐开线花键、台阶和凹槽，不同部位的淬硬层要求难以保证，工件较粗时心部硬度偏低，变形大；
③
渗碳淬火过程影响因素较多，热处理质量不易控制。
4.（2）圆柱齿轮轴传统感应淬火工艺，采用单个或多个线圈仿形感应器扫描式加热，即通过仿形感应器局部扫描加热与局部冷却淬火热处理工艺方式，并不断由下到上移动仿形感应器和喷水圈最终实现整体加热、淬火。该传统淬火技术，由于采用感应圈扫描移动加热，对等径轴类可实现均匀加热淬火，但对于带有台阶的变径圆柱齿轮轴感应淬火则存在以下弊端：
①
因感应圈与轴径间的间距不同，难以保证不同直径处具有均匀的加热深度，淬火后淬硬层深浅不一，且当圆柱齿轮轴不同部位轴径差异大于25mm时，则无法采用同一个仿形感应器实现加热；
②
由于加热和喷水同时进行，淬火后经常出现淬火硬度不均、软点等缺陷，尤其在台阶过渡处极易出现淬火盲区；
③
台阶端面及圆角处加热效率低，淬硬层难以达到与轴径处相匹配的淬硬层要求；
④
加热持续时间长，电功消耗大，以7吨重型卡车驱动桥圆柱齿轮轴为例，如达到9～11mm的淬硬层要求，两端需分别单独扫描加热淬火，仅一端加热则需55秒～60秒；另外，加热时间长淬火后变形较大，感应淬火结束后需增加校直工序。
5.因此，传统圆柱齿轮轴热处理工艺，已远远不能满足行业发展的需求，传统工艺存在的高成本、低效率已制约着圆柱齿轮轴热处理质量的提升。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种工件加热均匀、工件冷却均匀、淬火变形小、工件尺寸稳定、热处理质量好、省去校直工序、降低生产成本、设备投入成本低、电功消耗小、提高了
生产效率、降低了劳动强度、工件使用寿命长的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺。
7.为了达到上述目的，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特殊之处在于，包括如下工序：（1）工件定位将圆柱齿轮轴工件放置在仿形感应器中，调整仿形感应器与圆柱齿轮轴工件间隙，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件，从而实现圆柱齿轮轴工件定位；（2）工件加热采用仿形感应器加热，实现圆柱齿轮轴工件表面整体同步加热，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟～310转数/分钟，加热时间27秒～29秒，加热温度950℃～980℃；（3）淬火处理采用安装在仿形感应器上的冷却装置喷水淬火，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟～310转数/分钟，使用水溶性有机淬火液，冷却时间50秒～55秒；（4）分层装件淬火完成后，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中，分层装件；（5）回火处理采用井式电阻炉低温回火处理，回火温度170℃～190℃，回火时间3小时，消除淬火应力，稳定圆柱齿轮轴工件尺寸；
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抛丸处理采用履带式抛丸机，抛丸去除圆柱齿轮轴工件表面微氧化皮及残留物。
8.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的回火温度，为180℃。
9.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的圆柱齿轮轴工件转速，为300转数/分钟。
10.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的冷却装置，包括由两个半圆冷却套组合而成的圆形冷却套，两个半圆冷却套同步喷水淬火。
11.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，喷水角度为130
°
～140
°
。
12.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，优选喷水角度为135
°
。
13.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其工作原理是：（1）首先，采用仿形感应器整体加热方式，对圆柱齿轮轴工件整体感应加热，所述的仿形感应器，完全仿照圆柱齿轮轴工件的具体结构而设计，形状与圆柱齿轮轴工件结构保持高度一致，而且在与圆柱齿轮轴工件台阶、凹槽以及圆角过渡处相对应的位置，增加导磁体来增强感应加热效率，使感应加热电流的分布与圆柱齿轮轴的结构达到高度的匹配，实现了不同部位同时整体加热；然后，采用两个半圆冷却套同步喷水淬火方式，根据圆柱齿轮轴的直径和淬火区域要求，两个半圆冷却套内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，使喷液角度呈一定的角度，增强喷水冷却效果，如此两个半圆冷却套同时喷淬火液，可覆盖整个圆柱齿轮轴工件表面，通过圆柱齿轮轴工件旋转，形成360
°
喷水，实现结构复杂的圆柱齿轮轴工
件整体同步感应淬火，确保圆柱齿轮轴工件各处冷却速度一致，实现工件冷却均匀的目的，避免了传统扫描式移动加热冷却装置所产生的冷却不均、淬火软点的缺陷；接着，采用井式电阻炉低温回火处理；最后，采用履带式抛丸机抛丸处理。
14.（2）所述的仿形感应器，采用电磁感应、集肤效应及热传导原理，一是，电磁感应、集肤效应原理的应用：交变电流通过仿形感应器的导体时，仿形感应器周围将产生一个频率相同的交变磁场，圆柱齿轮轴工件则会在交变磁场中切割磁感线，同时在圆柱齿轮轴工件表面产生感应电流，感应电流在圆柱齿轮轴工件内形成回路，即涡流，此涡流使电能转变为热能，加热圆柱齿轮轴工件，又根据交变电流的集肤效应将圆柱齿轮轴工件表层快速加热。二是，集肤效应和热传导原理的应用：交变电流在仿形感应器的导体中通过时，仿形感应器周围则产生一个频率相同的交变磁场，在交变磁场的作用下，仿形感应器内则产生感应电动势，由于越接近心部，感应电动势越大，使导体中的电流趋向于表层，电流强度从表层向心部呈指数规律衰减，此即为交变电流的集肤效应。通过集肤效应的作用，使圆柱齿轮轴工件表层集聚大量涡流，在热传导的作用下，实现圆柱齿轮轴工件由外表层向里层迅速加热。
15.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的仿形感应器，完全仿照圆柱齿轮轴工件的具体结构而设计，仿形感应器和工件的间隙保持基本一致，如变径圆角、花键、台阶过渡、凹槽结构，量身定制仿形感应器，并针对特殊部位优化设计。感应磁场的分布趋势与圆柱齿轮轴工件形状保持高度一致，因而采用仿形感应器感应对工件整体加热方式，能够准确控制输出电压、输入频率，并保持稳定，能够确保感应电流的稳定，工件加热均匀，完全可满足圆柱齿轮轴工件的特殊结构，避免了局部加热温度不足或圆角、台阶处透热深度不足的弊端。同时，采用两个半圆冷却套同步淬火，保证圆柱齿轮轴工件淬硬层和硬度的一致性和稳定性。
16.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，采用两个半圆冷却套，在加热结束后，对工件整体同时喷水淬火。通过程序设定喷水时间和圆柱齿轮轴工件自转参数，确保整个圆柱齿轮轴冷却速度一致，淬火后得到均匀的淬硬层和硬度，同时实现了特殊部位，如台阶过渡处、圆角处的淬硬层要求，因此，工件冷却均匀，淬火变形小，热处理质量好。彻底解决了传统扫描式加热、移动冷却所产生的淬火硬度不均、硬化层深浅不一、台阶过渡处淬火盲区的缺陷问题。
17.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，感应淬火结束后，采用井式电阻炉及时低温回火，稳定了圆柱齿轮轴工件的尺寸，即工件尺寸稳定，消除淬火应力，变形量极小，省去了校直工序，降低了生产成本。
18.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，传统技术淬火时需要仿形感应器、冷却装置各两台。本发明采用“仿形感应器与冷却装置”整体淬火技术，仿形感应器加热部位与冷却装置独立设置，只需要仿形感应器、冷却装置各一台，就可完成工件整体淬火工作。实现了圆柱齿轮轴工件整体加热、冷却装置同步淬火，减少了设备的投入，设备投入成本低，电功消耗小。
19.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，与传统扫描式移动加热淬火相比较，实现了对工件进行一次装夹、一次淬火完成，实现了工件两端不同部位同步加热淬火的目的，减少了人工装件次数，单件完成时间短，提高了生产效率。解决了反复装
夹的繁琐以及重复装夹工件造成的工件磕碰伤和危及人身安全的问题，也大幅减少了工人的劳动量，降低了劳动强度。
20.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，采用水溶性淬火液冷却，有效减小圆柱齿轮轴工件的淬火变形，避免了工件表面开裂缺陷，工件表面有足够的强度，并且心部具备良好的韧性，确保产品质量，圆柱齿轮轴工件使用寿命长。
21.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，在圆柱齿轮轴工件不易加热区域增加导磁体，使不易加热区域的电流比较集中，有效地提高了集肤效应和热传导效应，同时提高了圆角和台阶处的温度，从而实现不同部位同步加热淬火的目的，避免了扫描式仿形感应器加热淬火的缺陷，即避免了工件的淬火开裂和后期早期失效的危险，提高了表面强度和转矩性能。
22.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，实现对工件进行一次装夹完成整体淬火，减少了掉头二次装夹，提高了生产效率。由于工件与仿形感应器均处于固定状态，仿形感应器和工件的间隙比较一致，克服了传统扫描式仿形感应器加热时因移动而产生质量不稳定的情况。仿形感应器加热部位与冷却装置独立设置，不易损坏，维护成本低，生产效率高。
23.综上所述，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，工件加热均匀，工件冷却均匀，淬火变形小，工件尺寸稳定，热处理质量好，省去校直工序，降低生产成本，设备投入成本低，电功消耗小，提高了生产效率，降低了劳动强度，工件使用寿命长。
附图说明
24.以下结合附图及其实施例对本发明作更进一步的说明。
具体实施方式
25.在图1中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，工艺流程为：工件定位
→
工件加热
→
淬火处理
→
分层装件
→
回火处理
→
抛丸处理。
26.实施例1：本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特殊之处在于，包括如下工序：（1）工件定位将圆柱齿轮轴工件放置在仿形感应器中，调整仿形感应器与圆柱齿轮轴工件间隙，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件，从而实现圆柱齿轮轴工件定位；（2）工件加热采用仿形感应器加热，实现圆柱齿轮轴工件表面整体同步加热，圆柱齿轮轴工件转速300 转数/分钟，加热时间28秒，加热温度965℃；（3）淬火处理采用安装在仿形感应器上的冷却装置喷水淬火，圆柱齿轮轴工件转速300转数/分钟，使用水溶性有机淬火液，冷却时间52.5秒；（4）分层装件淬火完成后，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中，分层装件；
（5）回火处理采用井式电阻炉低温回火处理，回火温度180℃，回火时间3小时，消除淬火应力，稳定圆柱齿轮轴工件尺寸；
⑹ꢀ
抛丸处理采用履带式抛丸机，抛丸去除圆柱齿轮轴工件表面微氧化皮及残留物。
27.实施例2：本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特殊之处在于，包括如下工序：（1）工件定位将圆柱齿轮轴工件放置在仿形感应器中，调整仿形感应器与圆柱齿轮轴工件间隙，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件，从而实现圆柱齿轮轴工件定位；（2）工件加热采用仿形感应器加热，实现圆柱齿轮轴工件表面整体同步加热，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟，加热时间27秒，加热温度950℃；（3）淬火处理采用安装在仿形感应器上的冷却装置喷水淬火，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟，使用水溶性有机淬火液，冷却时间50秒；（4）分层装件淬火完成后，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中，分层装件；（5）回火处理采用井式电阻炉低温回火处理，回火温度170℃，回火时间3小时，消除淬火应力，稳定圆柱齿轮轴工件尺寸；
⑹ꢀ
抛丸处理采用履带式抛丸机，抛丸去除圆柱齿轮轴工件表面微氧化皮及残留物。
28.实施例3：本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特殊之处在于，包括如下工序：（1）工件定位将圆柱齿轮轴工件放置在仿形感应器中，调整仿形感应器与圆柱齿轮轴工件间隙，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件，从而实现圆柱齿轮轴工件定位；（2）工件加热采用仿形感应器加热，实现圆柱齿轮轴工件表面整体同步加热，圆柱齿轮轴工件转速310转数/分钟，加热时间29秒，加热温度980℃；（3）淬火处理采用安装在仿形感应器上的冷却装置喷水淬火，圆柱齿轮轴工件转速310转数/分钟，使用水溶性有机淬火液，冷却时间55秒；（4）分层装件淬火完成后，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中，分层装件；（5）回火处理
采用井式电阻炉低温回火处理，回火温度190℃，回火时间3小时，消除淬火应力，稳定圆柱齿轮轴工件尺寸；
⑹ꢀ
抛丸处理采用履带式抛丸机，抛丸去除圆柱齿轮轴工件表面微氧化皮及残留物。
29.在实施例中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的回火温度，优选为180℃。
30.在实施例中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的圆柱齿轮轴工件转速，优选为300转数/分钟。
31.在图1中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的冷却装置，包括由两个半圆冷却套组合而成的圆形冷却套，两个半圆冷却套同步喷水淬火。
32.在图1中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，喷水角度α为130
°
～140
°
。
33.在图1中，本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，优选喷水角度α为135
°
。
34.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，所述的冷却装置，包括由两个半圆冷却套组合而成的圆形冷却套，两个半圆冷却套同步喷水淬火。
35.本发明基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，包括如下工序：（1）工件定位将圆柱齿轮轴工件放置在仿形感应器中，调整仿形感应器与圆柱齿轮轴工件间隙，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件，从而实现圆柱齿轮轴工件定位；（2）工件加热采用仿形感应器加热，实现圆柱齿轮轴工件表面整体同步加热，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟～310转数/分钟，加热时间27秒～29秒，加热温度950℃～980℃；（3）淬火处理采用安装在仿形感应器上的冷却装置喷水淬火，圆柱齿轮轴工件转速290 转数/分钟～310转数/分钟，使用水溶性有机淬火液，冷却时间50秒～55秒；（4）分层装件淬火完成后，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中，分层装件；（5）回火处理采用井式电阻炉低温回火处理，回火温度170℃～190℃，回火时间3小时，消除淬火应力，稳定圆柱齿轮轴工件尺寸；
⑹ꢀ
抛丸处理采用履带式抛丸机，抛丸去除圆柱齿轮轴工件表面微氧化皮及残留物。2.根据权利要求1所述的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，所述的回火温度，为180℃。3.根据权利要求1所述的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，所述的圆柱齿轮轴工件转速，为300转数/分钟。4.根据权利要求1所述的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，所述的冷却装置，包括由两个半圆冷却套组合而成的圆形冷却套，两个半圆冷却套同步喷水淬火。5.根据权利要求4所述的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，喷水角度为130
°
～140
°
。6.根据权利要求5所述的基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，其特征在于，所述的两个半圆冷却套，其内侧对称均匀分布小孔，同步喷水，优选喷水角度为135
°
。

技术总结
一种基于工件整体仿形感应淬火的圆柱齿轮轴处理工艺，包括如下工序：（1）工件定位，仿形感应器上下顶尖定心固定圆柱齿轮轴工件；（2）工件加热，采用仿形感应器加热；（3）淬火处理，采用冷却装置喷水淬火；（4）分层装件，将圆柱齿轮轴工件垂直均匀摆放在分层夹具中；（5）回火处理，采用井式电阻炉低温回火处理；


技术研发人员：傅志刚 王龙榜 张翠丽 李涛 祝静
受保护的技术使用者：青岛三星精锻齿轮有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/13