專利名稱：輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法及其感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法及其感應(yīng)器。
背景技術(shù)：
輪轂單元是近年開發(fā)的高技術(shù)含量、高附加值的汽車零配件，它是汽軸公司新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和發(fā)展方向，特別是目前公司正與全球最大的汽車配件供應(yīng)商DELPHI商談第三代輪轂單元配套事宜，因此輪轂單元樣品試制是當(dāng)務(wù)之急，而表面熱處理是輪轂單元制造關(guān)鍵工藝；特別是DELPHI零件7467101/03的表面熱處理工藝難度大、要求高，成為DELPHI項(xiàng)目開發(fā)明關(guān)鍵瓶頸工藝。
一、DELPHI項(xiàng)目零件7467101/03關(guān)鍵工藝表面熱處理的要求見圖1，說(shuō)明如下A處法蘭根部淬硬層直徑達(dá)到Φ64～74的要求；B45°處要求淬硬層DS＝2.25～4.0，淬硬層硬度為HRC58～64；C溝徑處要求淬硬層深度DS＝2.75～6.0，淬硬層硬度為HRC60～64；D直徑處淬硬層深度DS＝1.0～2.0，淬硬層硬度大于HRC45；E處未淬硬距離最小為8mm。
二、工藝難點(diǎn)分析1、零件頭部很薄，容易熱透；二臺(tái)階尖角和頭部棱邊容易過(guò)熱；2、法蘭根部和直徑大小不同的過(guò)濾區(qū)(溝道)是不易加熱區(qū)域，而要求獲得較深的淬硬層；3、B、C、D處淬硬層深度要求不一；4、整個(gè)表面要求一次加熱同時(shí)淬火而獲得連續(xù)的硬化層；通過(guò)以上工藝難點(diǎn)分析可知采用傳統(tǒng)的表面淬火工藝和常用的加熱原理是難以達(dá)到要求的，三、感應(yīng)器1、按傳統(tǒng)工藝——常用的縱向磁通加熱法，設(shè)計(jì)制造了一個(gè)錐形螺旋感應(yīng)器，其特點(diǎn)是感應(yīng)電流沿工件圓周方向分布(見圖3，圖中電流方向1、感應(yīng)器2、工件3)。
試驗(yàn)結(jié)果是尖角效應(yīng)強(qiáng)烈，臺(tái)階棱邊及頭部燒透，而工件法蘭根部以及溝道(臺(tái)階軸過(guò)渡區(qū))沒(méi)有加熱到工藝溫度。試驗(yàn)證明此方案不行。
2、采用縱向磁通和橫向磁通相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)制造感應(yīng)器，其特點(diǎn)是感應(yīng)電流部分沿工件圓周方向部分沿工件軸向方向(見圖4)。
這種方法經(jīng)試驗(yàn)解決了工件法蘭根部的加熱問(wèn)題，工件的溝道加熱也可以但深度不夠，達(dá)不到圖紙要求，試驗(yàn)證明此方案也不行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法及其感應(yīng)器。
輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法是將待淬火工件放入感應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)中頻感應(yīng)加熱器加熱，采用大功率、短時(shí)間、內(nèi)噴水方法淬火，工件與上感應(yīng)線圈徑向間隙為5～10毫米，與下感應(yīng)線圈的徑向間隙為3～5毫米，軸向間隙為1.5～2.5毫米。
用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器具有兩導(dǎo)流體、上感應(yīng)線圈、下感應(yīng)線圈，在下感應(yīng)線圈外設(shè)有導(dǎo)磁體，上、下感應(yīng)線圈分別為兩半圓形，一導(dǎo)流體依次與下感應(yīng)線圈左半圓、上感應(yīng)線圈左半圓、下感應(yīng)線圈右半圓、上感應(yīng)線圈右半圓和另一導(dǎo)流體相互連通，并通水。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、工件表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器制作容易，這種形式的感應(yīng)器只對(duì)幾何尺寸作相應(yīng)的變動(dòng)能適應(yīng)所有類似零件的表面感應(yīng)淬火。2、新型感應(yīng)器沒(méi)有明顯的尖角效應(yīng)，不同軸徑的臺(tái)階過(guò)渡區(qū)以及法蘭盤根部均可獲得理想的淬硬層。3、對(duì)淬火機(jī)床以及零件夾具精度要求不高。


圖1是7467101/03簡(jiǎn)圖及表面熱處理技術(shù)要求；圖2是淬硬層與加熱時(shí)間的關(guān)系圖；圖3是縱向磁通加熱原理圖；圖4是縱、橫向磁通加熱原理圖；圖5是橫向磁通加熱原理圖；圖6是導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)尺寸圖；圖7是感應(yīng)器結(jié)構(gòu)剖視圖；圖8是感應(yīng)器的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法是將待淬火工件放入感應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)中頻感應(yīng)加熱器加熱，采用大功率、短時(shí)間、內(nèi)噴水方法淬火，工件與上感應(yīng)線圈徑向間隙為5～10毫米，與下感應(yīng)線圈的徑向間隙為3～5毫米，軸向間隙為1.5～2.5毫米。
用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器具有兩導(dǎo)流體4、上感應(yīng)線圈5、下感應(yīng)線圈6，在下感應(yīng)線圈外設(shè)有導(dǎo)磁體7，上、下感應(yīng)線圈分別為兩半圓形，一導(dǎo)流體依次與下感應(yīng)線圈左半圓、上感應(yīng)線圈左半圓、下感應(yīng)線圈右半圓、上感應(yīng)線圈右半圓和另一導(dǎo)流體相互連通，并通水。
所說(shuō)的上、下感應(yīng)線圈為方形異型銅管。下感應(yīng)線圈直徑大于上感應(yīng)線圈直徑。導(dǎo)磁體為δ＝0.1～0.35毫米的硅鋼片。
四、工藝開發(fā)過(guò)程1、設(shè)備頻率的選擇根據(jù)資料，在感應(yīng)加熱旋轉(zhuǎn)體、平面體時(shí)頻率選擇按如下公式計(jì)算f=5×104δ2]]>取δ＝2.5mm，則f=5×104δ2=8000HZ]]>計(jì)算說(shuō)明表面淬火采用中頻電源較適宜。
2、功率計(jì)算據(jù)資料介紹的計(jì)算方法，零件加熱總能量消耗Q＝ΔQ.S其中，ΔQ＝5kw.s/cm2(單位能耗消耗量已考慮各種損失)S——零件加熱的表面積零件加熱的表面積分成四部分，計(jì)算如下S＝S1+S2+S3+S4S1=π.(7.42)2-π(5.02)2=24.22cm2]]>S2＝12×π×38＝14cm2S3＝24×π×43＝32.4cm2S4＝12×π×50＝18.8cm2S＝24.22+14+32.4+18.8＝89.4cm2Q＝5kw.s/cm2×89.4cm2＝447kw.s按資料介紹淬硬層與加熱時(shí)間的關(guān)系圖(見圖2)，查出DS＝2.5mm對(duì)應(yīng)加熱時(shí)間為3秒(DELPHI要求淬硬層核心部金屬不要太寬的過(guò)渡區(qū)，所選用加熱時(shí)間要短)，則計(jì)算功率為P0=Qt=447kw.s3s=149kw]]>根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)備功率選擇要大于150kw，即設(shè)備選用功率150kw或200kw均可。
3、感應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部采用橫向磁通加熱法設(shè)計(jì)制造感應(yīng)器(見圖5)。其特點(diǎn)是感應(yīng)電流方向沿工件軸向方向，工件臺(tái)階棱邊和頭部棱角尖角效應(yīng)很小，臺(tái)階軸過(guò)濾區(qū)(溝道)和工件表面電流分布均勻；為了使工件法蘭根部得到同樣的加熱速度，靠近工件法蘭根部的感應(yīng)器下圈增加了一排導(dǎo)磁體，材料根據(jù)資料選用δ＝0.1～0.35mm的硅鋼片(實(shí)際用δ＝0.5mm代用)。導(dǎo)磁體采用線切割加工，結(jié)構(gòu)尺寸見圖6。
感應(yīng)器與工件徑向間隙為3mm，與法蘭平面間隙為2mm，具體結(jié)構(gòu)尺寸見附件一感應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
4、工藝試驗(yàn)采用新型感應(yīng)器，第一次加熱試驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)工件各部位包括法蘭盤根部、溝道(臺(tái)階軸過(guò)渡區(qū))、工件外圓表面加熱均勻。通過(guò)切樣發(fā)現(xiàn)頭部淬透，經(jīng)過(guò)我們分析討論在頭部?jī)?nèi)孔采取噴水冷卻的工藝措施解決了這一問(wèn)題。
五、質(zhì)量檢測(cè)檢查結(jié)果完全達(dá)到圖紙要求和符合DELPHI標(biāo)準(zhǔn)HTS004。(由于DELPHI標(biāo)準(zhǔn)HTS004金相組織沒(méi)有分級(jí)，且目前沒(méi)有1070鋼對(duì)應(yīng)的感應(yīng)淬火金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；而1070鋼的化學(xué)成分與65Mn相似，故借用中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ZB J36009-98，標(biāo)準(zhǔn)名稱鋼件感應(yīng)淬火金相檢驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)適用范圍中碳碳素結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制造的機(jī)械零件，經(jīng)高、中頻感應(yīng)淬火后金相組織及有效硬化層深度的檢驗(yàn)。)六、結(jié)論1、橫向磁通加熱法設(shè)計(jì)制造的感應(yīng)器經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明可以減小表面淬火時(shí)的尖角效應(yīng)，不同軸徑的臺(tái)階軸過(guò)濾區(qū)可以獲得理想的淬硬層；2、DELPHI工件7467101/03表面淬火工藝可以推廣應(yīng)用到第三代輪轂單元的所有類似工件。
權(quán)利要求
1.一種輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法，其特征在于將待淬火工件放入感應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)中頻感應(yīng)加熱器加熱，采用大功率、短時(shí)間、內(nèi)噴水方法淬火，工件與上感應(yīng)線圈徑向間隙為5～10毫米，與下感應(yīng)線圈的徑向間隙為3～5毫米，軸向間隙為1.5～2.5毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法，其特征在于所說(shuō)的感應(yīng)器具有兩導(dǎo)流體[4]、上感應(yīng)線圈[5]、下感應(yīng)線圈[6]，在下感應(yīng)線圈外設(shè)有導(dǎo)磁體[7]，上、下感應(yīng)線圈分別為兩半圓形，一導(dǎo)流體依次與下感應(yīng)線圈左半圓、上感應(yīng)線圈左半圓、下感應(yīng)線圈右半圓、上感應(yīng)線圈右半圓和另一導(dǎo)流體相互連通，并通水。
3.一種用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器，其特征在于它具有兩導(dǎo)流體[4]、上感應(yīng)線圈[5]、下感應(yīng)線圈[6]，在下感應(yīng)線圈外設(shè)有導(dǎo)磁體[7]，上、下感應(yīng)線圈分別為兩半圓形，一導(dǎo)流體依次與下感應(yīng)線圈左半圓、上感應(yīng)線圈左半圓、下感應(yīng)線圈右半圓、上感應(yīng)線圈右半圓和另一導(dǎo)流體相互連通，并通水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器，其特征在于所說(shuō)的上、下感應(yīng)線圈為方形異型銅管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器，其特征在于所說(shuō)的下感應(yīng)線圈直徑大于上感應(yīng)線圈直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)磁體為δ＝0.1～0.35毫米的硅鋼片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輪轂單元關(guān)鍵表面熱處理方法及其感應(yīng)器。方法是將待淬火工件放入感應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)中頻感應(yīng)加熱器加熱，采用大功率、短時(shí)間、內(nèi)噴水方法淬火，工件與上感應(yīng)線圈徑向間隙為5～10毫米，與下感應(yīng)線圈的徑向間隙為3～5毫米，軸向間隙為1.5～2.5毫米。感應(yīng)器具有兩導(dǎo)流體、上感應(yīng)線圈、下感應(yīng)線圈，在下感應(yīng)線圈外設(shè)有導(dǎo)磁體，上、下感應(yīng)線圈分別為兩半圓形。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、工件表面感應(yīng)加熱的感應(yīng)器制作容易，這種形式的感應(yīng)器只對(duì)幾何尺寸作相應(yīng)的變動(dòng)能適應(yīng)所有類似零件的表面感應(yīng)淬火。2、新型感應(yīng)器沒(méi)有明顯的尖角效應(yīng)，不同軸徑的臺(tái)階過(guò)渡區(qū)以及法蘭盤根部均可獲得理想的淬硬層。3、對(duì)淬火機(jī)床以及零件夾具精度要求不高。
文檔編號(hào)C21D1/62GK1403599SQ0113262
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者周鑑高, 徐衛(wèi), 潘予 申請(qǐng)人:浙江萬(wàn)向汽車軸承有限公司