一种低速大扭矩驱动轮轴的感应热处理方法技术

一种低速大扭矩驱动轮轴的感应热处理方法，涉及感应热处理技术领域，其具体步骤为：安装圆环形感应器及喷淬火液装置；确定变压比及电容量；根据零件具体技术要求，编制运行程序；装夹零件；确定零位和零件旋转速度；配合运行程序调整并确定电参数；启动自动运行按钮，采用二步法，开始对零件进行感应热处理，即第一步是预热，整根零件从端头至尾端上下位移期间，仅在圆环形感应器内持续加热，第二步则是当零件与首遍相同方式被加热的同时，对零件进行喷液冷却，实现零件淬火等；本发明专利技术解决了同时拥有齿条、键槽、台阶、花键四种结构类型的驱动轮轴感应热处理的要求，且操作方法简单可靠，易于实施，质量稳定，效率高，具有很好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及感应热处理
，其具体步骤为：安装圆环形感应器及喷淬火液装置；确定变压比及电容量；根据零件具体技术要求，编制运行程序；装夹零件；确定零位和零件旋转速度；配合运行程序调整并确定电参数；启动自动运行按钮，采用二步法，开始对零件进行感应热处理，即第一步是预热，整根零件从端头至尾端上下位移期间，仅在圆环形感应器内持续加热，第二步则是当零件与首遍相同方式被加热的同时，对零件进行喷液冷却，实现零件淬火等；本专利技术解决了同时拥有齿条、键槽、台阶、花键四种结构类型的驱动轮轴感应热处理的要求，且操作方法简单可靠，易于实施，质量稳定，效率高，具有很好的应用价值。【专利说明】【
】 本专利技术属于感应热处理
，尤其涉及一种轴类零件的感应热处理方法，具体涉及。【
技术介绍
】 低速大扭矩驱动轮轴(材料42CrMo钢)是大马力(160马力以上)轮式拖拉机上的关键、安全性零件，为满足拖拉机在不同工况下耕作及运输的需求，驱动轮轴的结构设计相对复杂，且结构形式不可随意更改，否则会使部分功能丧失，降低拖拉机的使用性，严重者甚至影响到整机的安全性。图1为大马力轮式拖拉机用低速大扭矩驱动轮轴零件结构示意图，由图1、图2知，驱动轮轴I上同时拥有齿条la，键槽lb，第一个台阶lcl、第二个台阶lc2、第三个台阶lc3、第四个台阶lc4及花键Id等几种结构类型，零件尺寸较大，且齿条Ia和键槽Ib在同一轴段，该驱动轮轴在低速大扭矩工作过程中承受的载荷主要是弯曲/扭转交变载荷，使得它的表层承受着比心部更高的应力，同时，因使用条件恶劣，极易产生裂纹，导致早期断裂。为提高该类驱动轮轴的使用寿命，目前设计要求该零件热处理为调质+中频感应淬火，感应淬火层要求较深且连续，并对零件的齿条底部、键槽底部、台阶处、花键底部的感应淬火层深提出了明确的要求，必须有相当的淬硬层深，以期取得良好的机械性能。如驱动轮轴1，其各区域的淬硬层深分别为:齿条Ia底部> 2mm ;键槽Ib底部> 2mm ;各轴径及台阶处7mm~12mm ;花键Id底部3.25mm~8.25mm ;特别要求淬硬层连续，淬火硬度为52 HRC ~57 HRC。目前，与低速大扭矩驱动轮轴相关的轴类零件的感应热处理方法分析如下: 1、带齿条轴类零件的感应热处理方法 (I)为解决带齿条轴类零件的表面强化技术要求，接触式感应热处理先进技术得到了开发和应用。国内已成功研制轿车转向齿条的接触式感应热处理技术并研制出国产液压式齿条半自动淬火机床，在此基础上开展了某型号轿车转向齿条(直径为Φ 22mm)的淬火技术研究，并研制出了实现齿条齿背包角180° ±20°的圆弧面表面硬化的接触式淬火的感应器和自动化及安全程度更高的淬火机床。目前生产上采用该方法对齿条类零件进行局部淬火处理，其淬硬层在2mm以下，淬火质量好，生产效率可以达到每小时生产100件~150件，实现了该轿车转向齿条的国产化生产。接触式感应热处理方法在带齿条轴类零件上取得了成功，但不足之处在于:此感应热处理方法无法实现同时拥有齿条、键槽、多台阶及花键四种结构类型的驱动轮轴感应热处理的要求，也不能实现很深的淬硬层。(2 )国内一家转向机专业厂(上海采埃孚转向机有限公司)生产某轿车(passat)液压动力式转向机中的齿条表面强化技术方案是齿条部分导电淬火，齿条杆部在进口感应淬火机(EFD公司感应淬火机BVH1000Z)上分段淬火，齿条整体回火。分段淬火方法可实现零件不同区域的表面强化，满足齿条各部位表面强化的技术要求，提高零件的实用性。但不足之处在于:分段式感应热处理方法使零件各区域中间存在淬火过渡区，该区感应淬火层是薄弱环节，即感应淬火层不连续，不能用于低速大扭矩驱动轮轴的感应热处理。2、台阶轴类零件的感应热处理方法为提高拥有台阶轴类零件的综合性能，台阶轴零件的感应热处理必须确保淬硬层的连续。其感应热处理方法据公开资料报道基本可分两类: (I)矩形回线感应器整体一次加热法。一般采用专用卧式淬火机床和矩形回线感应器，矩形感应器可以保证花键和凸台与杆部硬化层均匀连续。整体加热工艺性较好，零件变形小，便于实现自动化，生产率较高。但不足之处在于:这种感应热处理方法需要相当大的电源功率，据报道长1298mm，光杆部分直径Φ29mm的汽车用扭杆所需的电源功率500kW，那么长925_，直径Φ95_的大马力拖拉机用低速大扭矩驱动轮轴所需的电源功率将更大，因此这种方法因条件限制难于在大马力拖拉机用低速大扭矩驱动轮轴感应热处理中采用。(2)大变径轴类零件感应热处理方法。专利号为ZL 2009 I 0065705.1的《一种大变径轴类零件感应热处理及淬火工艺方法》用圆环形连续加热淬火方式成功的解决了大变径台阶轴类零件的感应热处理要求，在100马力以下拖拉机的驱动轮轴、动力输出轴等零件得到良好运用，并取得良好经济效益。但不足之处在于:此感应热处理方法仅适用于大变径台阶轴的感应热处理，无法实现同时拥有齿条、键槽、多台阶及花键四种结构类型的低速大扭矩驱动轮轴感应热处理的要求，而且由于感应热处理的集肤效应原理，直接运用此法，会造成零件诸如齿条根部达不到淬火温度，而其尖部已过热的现象，不能实现预期目的。3、半轴的感应热处理方法 半轴的感应热处理，其主要目的是提高扭转强度，感应热处理后其扭转疲劳强度比调质态提高十几倍，目前国内外汽车半轴都采用感应热处理方法来改善其使用性能。半轴感应热处理技术分圆环形感应器连续热处理和矩形感应器一次热处理两种，技术都比较成熟。为了提高汽车半轴表面的扭转强度，技术要求其硬化层必须从法兰盘的圆弧面开始，直到花键的顶端；圆环形感应器连续热处理方法，其感应器通过特殊设计，采用装了导磁体；加装矽钢片导磁体，利用导磁体的槽口效应，将有效圈上的中频电流推向两个内凹面，提高其加热效率，降低凸台面的过热程度，以保证各截面加热均匀。该技术方案主要解决了法兰盘圆弧面的强度，提高了半轴的性能，但不足之处在于:此感应热处理方法若用于加热齿条，将无法实现齿面温度均匀，从而产生质量事故。较大的半轴厂为提高生产率，往往选择矩形感应器一次热处理方法，该方法需要选用大功率变频电源，如东风车桥公司在半轴热处理中就选用了 500kW的电源。在热处理过程中，由于加热时间短，电网的波动对热处理质量影响明显，为此研究人员设计了能量控制器。能量控制器工作原理主要是监控电源输出功率的变化，积分后计算出能量，通过控制中频电压或加热时间保证功率或加热能量的稳定，从而控制热处理质量。但不足之处在于:矩形感应器一次热处理方法，需较大的电源且配套设施复杂，成本高，不适宜于大马力轮式拖拉机用低速大扭矩驱动轮轴的感应热处理。从技术角度分析，齿条、键槽、台阶及花键部位的表面强化是感应热处理难点，然而大马力轮式拖拉机用低速大扭矩驱动轮轴零件基本上都同时拥有齿条、键槽、台阶及花键四种结构类型,且尺寸较大(长度大于等于800mm,轴径大于等于60mm)零件的感应热处理难度更大。这些结构的存在导致零件在感应加热时由于集肤效应、尖角效应的原因致使部分区域温度不均匀，局部温度难以达到淬火温度，导致淬火层不连续，且零件表面波动大，淬火时淬裂倾向加大，同时这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低速大扭矩驱动轮轴的感应热处理方法，其特征是：?其具体步骤如下：1）安装圆环形感应器（10）及喷淬火液装置（9）：在数控淬火机床（5）的淬火变压器（12）汇流板（11）前端安装好与所述驱动轮轴（1）相对应的圆环形感应器（10）及喷淬火液装置（9），保证调整好的圆环形感应器及喷淬火液装置中心O与机床工位的数控淬火机床上顶尖（4）、数控淬火机床下顶尖（8）保持一致，圆环形感应器上端面（Q）与数控淬火机床上、下顶尖轴线Z垂直，且紧固牢靠；?2）确定淬火变压器变压比及电容量：在数控淬火机床（5）的淬火变压器（12）上调整并设定与所述驱动轮轴（1）相适应的变压比，选定电容量C；?3）打开淬火变压器（12）、圆环形感应器（10）及中频电源设备冷却水开关：确保冷却水压在0.1?MPa～0.4MPa，水路畅通；4）接通数控淬火机床（5）及中频电源设备用电开关：通过“内、外操”工作状态指示灯(3a)的显示，确保中频电源处于“内操”工作状态；?5）在数控淬火机床(5)的NC面板(7)上编制并输入感应淬火运行程序；6）零件装夹：把所述驱动轮轴(1)采用竖直方式安装到数控淬火机床(5)的工位上，花键(1d)结构朝上，同时在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择手动模式控制键(7a)，操作机床移动零件，保证数控淬火机床上顶尖(4)、数控淬火机床下顶尖(8)顶住驱动轮轴1的上中心孔O1、下中心孔O2，同时适当微调圆环形感应器(10)，使圆环形感应器(10)与驱动轮轴1的间隙均匀；7）确定零位：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择手动模式控制键(7a)，上下移动驱动轮轴1，使花键上端面A与圆环形感应器上端面(Q)处于一个平面上，以此处为基准，驱动轮轴(1)沿向下移动方向V向下移动h1为200mm，此时花键上端面（A）所在水平面的位置即定为零位X0；8）确定零件旋转速度：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择手动模式控制键(7a)，并按下旋转按钮(7c)，使所述驱动轮轴(1)旋转，在数控淬火机床电控柜内部变频器上调整并设定合适的零件旋转速度n；9）验证感应淬火运行程序与零件的匹配性：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择自动模式控制键(7b)，使所述驱动轮轴(1)在自动控制模式下按程序运行一次，此时圆环形感应器(10)及喷淬火液装置(9)不动作，通过检查零件运行全过程动作与程序指令要求的一致性，调整感应淬火运行程序至最佳状态；10）确定电参数：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择手动模式控制键(7a)，上下移动驱动轮轴(1)，使花键(1d)中部处于圆环形感应器(10)加热范围，然后在中频电源控制区，选择手动加热模式，在中频电源控制柜(2)的操作面板(3)上调整并设定功率参数P，并检查中频频率参数f、中频电压参数U、中频电流参数I、功率因数COSΦ是否在工艺要求范围内；10?1）经检查，如果中频频率参数f、中频电压参数U、中频电流参数I、功率因数COSΦ在工艺要求范围内，则手动移动驱动轮轴(1)回到零位X0，随后，进入下一步骤11）；10?2）经检查，如果中频频率参数f、中频电压参数U、中频电流参数I、功率因数COSΦ不在工艺要求范围内，则应按步骤10?2?1），10?2?2）和10?2?3）进行调整，直至符合要求，再手动移动驱动轮轴1回到零位X0，随后，进入下一步骤11）；10?2?1）检查圆环形感应器(10)是否与驱动轮轴(1)相对应，或安装位置是否合适，如不符合要求，则更换成与驱动轮轴(1)相对应的圆环形感应器(10)，或按步骤1）调整圆环形感应器(10)的安装位置，直至符合要求；10?2?2）按步骤2）检查并调整淬火变压器(12)变压比及电容量与驱动轮轴(1)相适应，直至符合要求；10?2?3）检查中频电源设备是否处于正常工作状态，修整，保证其可用于正常工作；?11）启动喷淬火液装置(9)：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，开启喷淬火液按钮(7d)，确保喷液管路通畅，完好；12）选择自动控制模式：在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，选择自动模式控制键(7b)，同时确保中频电源处于“外操”工作状态；13）在数控淬火机床电控柜(6)上部的NC面板(7)上，按下自动运行按钮(7e)，驱动轮轴1进入自动运行状态，开始对零件进行感应热处理，按照步骤5）和步骤9）确定及调整的感应淬火运行程序，自动完成如下操作：13?1）数控淬火机床下顶尖(8)按照步骤8...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛长恩，薛青，孔春花，刘俊杰，马戈，鲍伟宏，刘进营，段华荣，
申请(专利权)人：第一拖拉机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：