凸緣類零件專用淬火感應(yīng)器及配用尺寸確定方法

傳動軸凸緣的使用，可以加強傳動軸的強度，另外利用其產(chǎn)生的振動，凸緣位置和大小，平衡活塞的振動，其工作過程中需要承受巨大的摩擦力，因此凸緣端面和外圓面需要較高的硬度、耐磨性和使用壽命。

問題的提出

本文以某汽車凸緣軸為例，針對其技術(shù)要求及淬火過程中存在的問題進行分析研究，提出一種凸緣類零件專用淬火感應(yīng)器及配用尺寸確定方法。

1. 凸緣零件結(jié)構(gòu)

凸緣零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作過程中外圓面和端面要承受較大的摩擦力，要求有較高的硬度和耐磨性，故此零件外圓面和端面需要進行淬火處理；該零件需淬火區(qū)域基本尺寸為：外圓直徑（φ₁）為62mm，端面內(nèi)徑（φ₂）為44mm，淬火外圓區(qū)域高度（H）為24mm。

2. 零件的技術(shù)要求

為提高凸緣外圓面和端面的硬度、耐磨性，設(shè)計要求該零件在臺階、外圓面、倒角、端面位置進行高頻淬火處理，要求淬火區(qū)硬度50～55HRC，硬化層深1.0～2.0mm，淬火層要求均勻連續(xù)；對于端面的淬硬區(qū)，由于端面內(nèi)孔處為花鍵，為避免花鍵淬火裂紋，要求端面徑向硬化區(qū)域為4～5mm。

3. 零件感應(yīng)淬火難點

感應(yīng)淬火具有節(jié)能、效率高等諸多優(yōu)點，但對于本文所述凸緣零件，在對其進行感應(yīng)淬火處理存在以下問題：

（1）尖角效應(yīng)難以避免

在實施感應(yīng)淬火時，凸緣外圓和端面之間倒角形成的外圓棱邊、端面棱邊，易出現(xiàn)尖角效應(yīng)，尖角處的電流易出現(xiàn)密集，產(chǎn)生過熱或過燒現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生淬火裂紋。

（2）感應(yīng)距離難以控制

在實際感應(yīng)淬火時，凸緣外圓和端面之間倒角所形成斜面的感應(yīng)距離不易控制，影響倒角處的淬火效果，而且影響淬火區(qū)域的淬火均勻性。

淬火感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 技術(shù)方案

該凸緣類零件專用淬火感應(yīng)器如圖2所示，包括感應(yīng)器基體組件1、有效圈組件2、噴水圈組件3；三組件均為組焊件，其上的所有焊縫均為連續(xù)焊縫，焊后應(yīng)將毛刺清理干凈，并用0.6MPa壓力水進行試驗,不得有滲漏等缺陷；感應(yīng)器基體組件和有效圈組件通過焊接連接，噴水圈組件由螺栓聯(lián)接安裝在感應(yīng)器基體上。

圖2 凸緣感應(yīng)器示意

1. 感應(yīng)器基體2. 有效圈3. 噴水圈

感應(yīng)器基體組件如圖3所示，包括接觸板1、導(dǎo)電板2、冷卻水管接頭3、冷卻水盒4、噴水圈安裝耳板5。接觸板和導(dǎo)電板相互垂直布置焊接連接，水盒焊接在導(dǎo)電板上，水盒上開孔后焊接管接頭，噴水圈安裝耳板垂直焊接在導(dǎo)電板上。基體組件為左右對稱結(jié)構(gòu)，兩導(dǎo)電板中間布置絕緣墊板后通過螺栓聯(lián)接固定。感應(yīng)圈組件為分段式結(jié)構(gòu)（見圖3），包括上感應(yīng)圈6、過渡管7、下感應(yīng)圈8。感應(yīng)圈組件由方管制成，上下感應(yīng)圈均為一端圓弧，過渡管為一段螺旋上升的方管，兩端設(shè)置有接口，將上下感應(yīng)圈連接焊接后制成。

噴水圈組件（見圖3）包括固定板9、螺柱10、噴水圈11，固定板通過螺栓聯(lián)接安裝在感應(yīng)器基體上，再通過螺柱將噴水圈安裝在固定板上。

圖3 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

1. 接觸板 2. 導(dǎo)電板 3. 冷卻水管接頭 4. 冷卻水盒 5. 噴水圈安裝耳板 6. 上感應(yīng)圈

7.過渡管 8. 下感應(yīng)圈 9. 固定板 10. 螺柱 11. 噴水圈

2. 配用尺寸確定方法

專用淬火感應(yīng)器的配用尺寸包括下感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₁'、上感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₂'和感應(yīng)圈高度H'的尺寸，如圖4所示，其配用尺寸確定的具體方法如下。

圖4 配用尺寸

（1）下感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₁'配用

尺寸確定 該尺寸依據(jù)需要實施感應(yīng)淬火的凸緣外圓直徑φD和按照感應(yīng)淬火工藝要求的外圓感應(yīng)間距λ1尺寸予以確定，即下感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₁'配用尺寸，應(yīng)按照以下公式予以確定

φ₁'＝φD＋2λ1

（2）上感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₂'配用尺寸確定

該尺寸依據(jù)需要實施的感應(yīng)淬火的凸緣零件端面上內(nèi)孔直徑φd的尺寸和按照感應(yīng)淬火工藝要求的內(nèi)徑感應(yīng)間距λ2尺寸予以確定，即上感應(yīng)圈內(nèi)徑φ₂'配用尺寸，應(yīng)按照以下公式予以確定

φ₂'＝φd－2λ₂

（3）感應(yīng)圈高度H'配用尺

寸確定 該尺寸依據(jù)需要實施感應(yīng)淬火的凸緣外圓高度H的尺寸，以及采用的感應(yīng)圈方管高度a、按照感應(yīng)淬火工藝要求的凸緣端面距感應(yīng)圈的間距λ3和凸緣外圓底部距感應(yīng)圈豎直間距λ4予以確定，即感應(yīng)圈高度H'配用尺寸，應(yīng)按照以下公式予以確定

H'＝H ＋a ＋λ₃＋λ4

本文所述的凸緣零件的外圓直徑φD為62mm，內(nèi)孔直徑φd為44mm，凸緣外圓高度H為24mm。

依據(jù)感應(yīng)淬火工藝要求，凸緣外圓到下感應(yīng)圈之間間距λ₁為3mm，凸緣端面上的內(nèi)孔直徑距上感應(yīng)圈內(nèi)徑間距λ₂為1mm，需感應(yīng)淬火凸緣端面距感應(yīng)圈間距λ3為3mm，凸緣外圓底部距感應(yīng)圈豎直間距λ4為2mm，感應(yīng)圈方管高度a為12mm。

依據(jù)上述情況，確定所使用淬火感應(yīng)器的配用尺寸如下：

3. 感應(yīng)淬火工藝試驗結(jié)果

試驗件按照要求工藝，并使用按上述方式設(shè)計及制作的感應(yīng)器進行感應(yīng)熱處理后，經(jīng)過磁粉探傷后未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，對完成淬火工作的凸緣零件進行了硬度、金相檢測，結(jié)果全部符合要求，其中淬火區(qū)硬化深度情況如圖5所示。

圖5 淬火區(qū)硬化深度檢驗結(jié)果

上述結(jié)果表明，本文所述的“凸緣類零件專用淬火感應(yīng)器及配用尺寸確定方法”，可以滿足其對淬火工藝的要求，且收到了良好的效果。

試驗結(jié)果分析

（1）淬火生產(chǎn)效率提升

該淬火感應(yīng)器通過采用分段式的感應(yīng)圈設(shè)計，可同時加熱凸緣零件端面、外圓面，使得凸緣可以一次完成淬火工作，提升了感應(yīng)加熱效率。

（2）淬硬層連續(xù)

該感應(yīng)器通過采用配用尺寸確定方法，解決了淬火感應(yīng)器與零件配用尺寸的問題，保證了零件各個要求淬火位置加熱均勻，使淬硬層均勻連續(xù)。

結(jié)語

凸緣零件端面與外圓面之間存在倒角、棱邊，是該感應(yīng)器的設(shè)計難點，為實現(xiàn)其淬火要求，淬火感應(yīng)器的設(shè)計及配用尺寸的確定采用以下措施：

（1）在有效圈的設(shè)計方面，采用矩形管制作感應(yīng)器有效圈，設(shè)計為分段式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)同時加熱外圓面和端面。

（2）通過配用尺寸確定的方法，確定有效圈各尺寸，有效地保證了零件的淬火質(zhì)量，收到了良好的淬火效果。

（3）該淬火感應(yīng)器，構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)合理，應(yīng)用可靠，且配用方法簡單可行，易于實施，具有很好的實用價值。

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來源：《金屬加工（熱加工）》雜志