專利名稱：一種通過涂覆導磁體控制工件凹槽漏磁的感應淬火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的表面熱處理工藝，尤其是通過涂覆導磁材料控制工件凹槽漏磁，使得淬火硬化層硬度分布梯度趨向合理的感應淬火方法。
背景技術(shù)：
淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應用，汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術(shù)要求，各種淬火工藝都得到了發(fā)展。感應淬火是利用電磁感應在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而將工件進行加熱的淬火工藝。與傳統(tǒng)的淬火工藝相比，感應淬火工藝具備以下優(yōu)勢(I)熱源在工件表層，加熱速度快，熱效率高；(2)對工件進行局部加熱，變形小；(3)加熱時間短，表面氧化脫碳量少；(4)工件表面硬度高，缺口敏感性小，提高工件的使用壽命；(5)設(shè)備緊湊，使用方便。
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然而，目前在感應淬火工藝中，設(shè)計人員常常忽略了工件凹槽處產(chǎn)生的漏磁，以及凹槽對磁力線造成的偏聚現(xiàn)象(圖I)。當磁力線在穿過工件凹槽處時，表層的磁力線在凹槽界面產(chǎn)生折射，形成漏磁和磁力線發(fā)散，一部分磁力線穿過空氣再折射進工件表層中，造成穿過凹槽的磁通密度減少，從而降低了該部位的加熱溫度，延長了加熱時間。由于空氣的相對導磁率約為I，金屬的相對導磁率2000 6000,所以在相同的磁場下,金屬通過的磁通密度是空氣通過的幾千到上萬倍。同時，另一部分磁力線則從凹槽底部穿過，也進一步減少了穿過凹槽的磁力線。因此，常規(guī)的感應加熱技術(shù)就無法實現(xiàn)令人滿意的熱處理效果，往往越是需要強化耐磨的部位，硬化效果越不理想。其關(guān)鍵原因在于感應淬火時磁力線及溫度場的分布完全基于集膚效應，分布形式主要取決于零部件和感應器的形狀、距離、加熱頻率等，對磁力線和溫度場的分布控性基本沒有或者效果不理想。因此，控制磁力線的分布空間和磁通密度是實現(xiàn)溫度場理想分布的關(guān)鍵，也是獲得高的淬硬層和淬硬深度的前提。此外，由于漏磁引發(fā)的功率消耗導致淬火機床設(shè)備需求功率高，能耗高。國內(nèi)滾珠絲杠主要采用感應表面淬火工藝，普遍存在淬硬層淺、硬度分布不合理、畸變量大等問題。目前，一般滾珠絲杠采用出絲再淬火，即沿滾道外圓淬火，采用外圓加熱，噴液淬火。這種工藝方法簡單易行，適應性好，適合螺距< 12毫米以內(nèi)的各種滾珠絲杠。但由于淬火加熱時溫度分布不均勻，導致絲杠淬火后的硬度分布不均勻，特別是淬硬層深度沿滾道不均勻、畸變量大，最終明顯影響滾珠絲杠副的精度和可靠性。同時，對于大螺距絲杠，受材料自身淬硬性的影響，難以對滾道形成有效的淬硬深度和硬度。對于螺距> 16毫米的絲杠，專利“一種滾珠絲杠沿滾道表面淬火工藝”(201110296141. 9)公開了一種滾珠絲杠沿滾道表面淬火的方法，即使淬火感應圈始終沿著滾珠絲杠滾道表面進行淬火，冷卻水始終均勻的噴在滾道的兩側(cè)，從而使?jié)L道兩側(cè)獲得同樣的硬度。岳明君(滾珠絲杠螺紋溝槽高頻淬火的數(shù)字控制，制造技術(shù)與機床，1998(1)33)、黃繼淮(大螺距滾珠絲桿中頻沿軌道淬火，冶金物理測試，1985(5)29)嘗試過沿軌道感應淬火，得到了沿軌道均勻分布的淬硬層。但以上淬火工藝存在兩個問題(I)不適用螺距小的絲杠；(2)必須對傳統(tǒng)淬火機床的傳動箱進行設(shè)計更改，以實現(xiàn)絲杠旋轉(zhuǎn)運動速率與淬火感應線圈進給速度相一致。目前，導磁體或硅鋼片主要安置在感應線圈上，以實現(xiàn)對零件局部驅(qū)磁、導流的作用。鍵槽的作用是連接孔類零件和軸類零件，使兩者之間能夠傳遞扭矩，因此對鍵槽兩側(cè)要求具有一定的硬度，提高疲勞強度。鍵槽一般采用感應淬火工藝，提高其硬度。當采用圓環(huán)形淬火感應器對有鍵槽的軸類進行淬火處理時，由于圓環(huán)效應易出現(xiàn)尖角效應的問題，鍵槽兩側(cè)過熱、過燒或產(chǎn)生裂紋不易控制，給配鍵工作帶來很大的困難，影響了組合機床的質(zhì)量。零件上的鍵槽變形后，一方面難以通過機械加工來消除變形，占用了大量工時，直接影響了生產(chǎn)周期和經(jīng)濟效益；另一方面造成零件對稱度差，合格率低，嚴重地影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。專利“鍵槽細長軸淬火感應器”(200820056879. I)針對圓環(huán)形淬火感應器對有鍵槽的軸類進行淬火處理時易出現(xiàn)尖角效應的問題，提供了一種能夠均勻加熱的淬火感應器，有效降低尖角效應。該方法雖然可以解決鍵槽淬火變形、過熱或過燒問題，但淬火裝置復雜，不便于工業(yè)生產(chǎn)的實施
發(fā)明內(nèi)容
·本發(fā)明針對現(xiàn)有感應淬火工藝的上述問題，提供了一種通過涂覆導磁材料控制工件凹槽漏磁，使得淬火硬化層硬度分布梯度趨向合理的感應淬火方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種通過涂覆導磁體控制工件凹槽漏磁的感應淬火方法，包括以下步驟(I)將導磁體進行機械粉碎，得到導磁體粉末并將其制成泥狀；(2)將泥狀導磁體涂覆在工件凹槽處，將工件凹槽填平；(3)涂覆導磁體硬化后，對工件進行淬火處理。優(yōu)選的是，所述淬火處理包括如下步驟①將工件安裝在淬火裝置上，對工件淬火，進行感應加熱；②將工件凹槽中的導磁體清理掉；③噴淋工件凹槽處，使其均勻冷卻。優(yōu)選的是，所述淬火裝置包括淬火機床卡盤、淬火線圈、導磁清理支架、噴淋線圈；所述工件安裝在淬火機床卡盤上，所述淬火線圈、導磁清理支架和噴淋線圈固定在溜板箱上；所述淬火線圈對工件進行淬火和感應加熱，所述導磁清理支架用于清理淬火完成后凹槽中的導磁體，所述噴淋線圈對工件進行噴淋冷卻。優(yōu)選的是，所述導磁體為中頻或高頻導磁體，機械粉碎后的粒徑為120 1100目。優(yōu)選的是，所述步驟(I)中泥狀中頻導磁體的配制方法如下①將一定量的硅酸鈉倒入60 70°C的水中，攪拌至硅酸鈉不再溶解，得到飽和的硅酸鈉水溶液；②將飽和的硅酸鈉水溶液倒入適量的中頻導磁體粉末中，混合均勻，得到泥狀的中頻導磁體。優(yōu)選的是，所述步驟(I)中泥狀高頻導磁體的配制方法如下①按照比例稱取高頻導磁體(90 94wt*% )、氫氧化招(2 3wt*% )、氧化銅(2 6wt*% )、磷酸(2 6wt*% )；②將上述組分混合均勻，加入適量水攪拌均勻，得到泥狀的高頻導磁體。優(yōu)選的是，所述步驟(3)中，涂覆導磁體硬化前，對涂覆導磁體的表面進行修復、打磨處理。優(yōu)選的是，所述工件凹槽中清理掉的導磁體再次收集、粉碎后，與新的導磁體混合并再次利用。優(yōu)選的是，所述工件為滾珠絲杠、齒輪或尾套，所述滾珠絲杠的螺距< 12毫米。
本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明將導磁體涂覆在工件凹槽處，解決了磁力線在穿過工件凹槽處時產(chǎn)生的漏磁、磁力線發(fā)散的問題，在工件凹槽處獲得硬度高、層深的等淬硬層，提高了工件精度保持性和使用壽命；(2)涂覆的導磁體減少了漏磁和磁力線發(fā)散，提高了磁通密度，提高了淬火機床的工作效率，降低了感應淬火能耗；(3)本發(fā)明還提升了淬火機床設(shè)備的加工范圍，具備了小馬拉大車生產(chǎn)能力。


圖I是感應磁力線在絲杠滾道處產(chǎn)生漏磁與磁力線偏聚的示意圖；圖2是涂覆了導磁體的絲杠滾道剖面示意圖；·圖3是將導磁材料涂覆在絲杠滾道后，磁力線均勻通過絲杠滾道的示意圖；圖4是1#涂覆導磁體的滾珠絲杠高頻淬火后的絲杠剖面硬度曲線；圖5是3#未涂覆導磁體的滾珠絲杠中頻淬火后的絲杠剖面硬度曲線；圖6是涂覆導磁體控制漏磁的淬火方法采用的淬火裝置示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。表I幾種工件凹槽涂覆導磁體控制漏磁的淬火工藝參數(shù)
實施試樣 、士*~~頻率線圈直徑行走速度 例編號名稱 ^mm/KW /KHz /mm Ztnlnmm1
1# 滾珠絲杠 GCrl5 高頻 30 3550260
2# 滾珠絲杠 GCrl 5無40 3550200
3# 滾珠絲杠 GCrl 5 中頻 40550300
2--------
4# 滾珠絲杠 GCrl 5無45550200
3 5# 尾套鍵槽 GCrl 5 中頻 20 4550280實施例I : 0>40GCrl5滾珠絲杠涂覆導磁體控制漏磁的高頻淬火及對比試驗選用臥式淬火機床,對0406015滾珠絲杠進行涂覆導磁體控制漏磁的淬火工藝，淬火工藝參數(shù)見表I中1#、2#試樣所示。(I)采用高頻導磁體，將導磁體進行機械粉碎至125目，得到高頻導磁體粉末；(2)按照比例稱取高頻導磁體(90 94wt% )、氫氧化鋁(2 3wt % )、氧化銅(2 6wt% )、磷酸(2 6wt% );將上述組分混合均勻，加入適量水攪拌均勻，得到泥狀的高頻導磁體；(3)將泥狀高頻導磁體涂覆在滾珠絲杠的滾道處，使涂覆層與絲杠外徑一致；在涂覆層硬化前，對涂覆絲杠進行表面打磨處理，提高絲杠涂覆層的表面質(zhì)量；(4)涂覆導磁體硬化后，將其安裝在淬火裝置上，對滾珠絲杠通磁，進行感應加熱；將絲杠滾道中的導磁體清理掉；噴淋絲杠滾道處，使其均勻冷卻；
(5)將清理掉的導磁體收集，再次粉碎后，摻入新的導磁體，循環(huán)利用。所述淬火裝置包括淬火機床卡盤I、淬火線圈3、導磁清理支架4、噴淋線圈5 ;所述工件7安裝在淬火機床卡盤I上，所述淬火線圈3、導磁清理支架4和噴淋線圈5固定在淬火機床溜板箱8上；所述淬火線圈3對工件7進行淬火和感應加熱，所述導磁清理支架4用于清理淬火完成后凹槽6中的導磁體2，所述噴淋線圈5對工件7進行噴淋冷卻。檢測表明，與未進行導磁體控制漏磁的工藝相比，導磁體控制漏磁的淬火工藝處理的絲杠淬硬層深度均勻、淬硬層深，硬度高，在滾道滾珠接觸處，獲得了高硬度的等硬淬硬層。對比1#、2#試樣硬度可知，隨著淬火機床輸入功率的增加，淬火硬度有所提高，達到1000HV,其硬度值接近激光淬火硬度，其等硬層到達5000毫米，因此可以顯著的提高絲杠的使用壽命。實施例2 0>40GCrl5滾珠絲杠涂覆導磁體控制漏磁的中頻淬火及對比試驗選用立式淬火機床，對0>40GCrl5滾珠絲杠進行涂覆導磁體控制漏磁的淬火工·藝，淬火工藝參數(shù)見表I中3#、4#試樣所示。(I)采用中頻導磁體，將導磁體進行機械粉碎至325目，得到中頻導磁體粉末；(2)將一定量的硅酸鈉倒入60 70°C的水中，攪拌至硅酸鈉不再溶解，得到飽和的硅酸鈉水溶液；將飽和的硅酸鈉水溶液倒入適量的中頻導磁體粉末中，混合均勻，得到泥狀的中頻導磁體；(3)將泥狀中頻導磁體涂覆在滾珠絲杠的滾道處，使涂覆層與絲杠外徑一致；在涂覆層硬化前，對涂覆絲杠進行表面打磨處理，提高絲杠涂覆層的表面質(zhì)量；(4)涂覆導磁體硬化后，將其安裝在淬火裝置上，對滾珠絲杠通磁，進行感應加熱；將絲杠滾道中的導磁體清理掉；噴淋絲杠滾道處，使其均勻冷卻。(5)將清理掉的導磁體收集，再次粉碎后，摻入新的導磁體，循環(huán)利用。所述淬火裝置包括淬火機床卡盤I、淬火線圈3、導磁清理支架4、噴淋線圈5 ;所述工件7安裝在淬火機床卡盤I上，所述淬火線圈3、導磁清理支架4和噴淋線圈5固定在淬火機床溜板箱8上；所述淬火線圈3對工件7進行淬火和感應加熱，所述導磁清理支架4用于清理淬火完成后凹槽6中的導磁體2，所述噴淋線圈5對工件7進行噴淋冷卻。檢測表明，涂覆導磁體控制漏磁的淬火工藝處理后的3#絲杠淬硬層深度均勻、淬硬層深，硬度高，在滾道滾珠接觸處，獲得了高硬度的等硬淬硬層。隨著功率的增加，淬硬層深度增加，淬硬層硬度沒有發(fā)生變化。在4#試樣相同的工藝參數(shù)下，未進行導磁體涂覆絲杠，由于感應尖角效應，滾道棱角發(fā)生了過燒與融化現(xiàn)象。實施例3 :推土機尾套鍵槽涂覆導磁體控制漏磁的中頻淬火及對比試驗選用臥式淬火機床，對推土機尾套鍵槽進行涂覆導磁體控制漏磁的淬火工藝，淬火工藝參數(shù)見表I中5#試樣所示。(I)采用中頻導磁體，將導磁體進行機械粉碎至1100目，得到中頻導磁體粉末；(2)將一定量的硅酸鈉倒入60 70°C的水中，攪拌至硅酸鈉不再溶解，得到飽和的硅酸鈉水溶液；將飽和的硅酸鈉水溶液倒入適量的中頻導磁體粉末中，混合均勻，得到泥狀的中頻導磁體；(3)將泥狀中頻導磁體涂覆在推土機尾套的鍵槽中，使涂覆層將鍵槽填平；在涂覆層硬化前，對涂覆鍵槽進行表面打磨處理，提高鍵槽涂覆層的表面質(zhì)量；
(4)涂覆導磁體硬化后，將其安裝在淬火裝置上，對尾套進行感應加熱；將尾套鍵槽中的導磁體清理掉；噴淋尾套鍵槽處，使其均勻冷卻。(5)將清理掉的導磁體收集，再次粉碎后，摻入新的導磁體，循環(huán)利用。所述淬火裝置包括淬火機床卡盤I、淬火線圈3、導磁清理支架4、噴淋線圈5 ;所述工件7安裝在淬火機床卡盤I上，所述淬火線圈3、導磁清理支架4和噴淋線圈5固定在淬火機床溜板箱8上；所述淬火線圈3對工件7進行淬火和感應加熱，所述導磁清理支架4用于清理淬火完成后凹槽6中的導磁體2，所述噴淋線圈5對工件7進行噴淋冷卻。檢測表明，導磁體控制漏磁的淬火工藝得到的尾套鍵槽的淬硬層深度均勻、淬硬層深，硬度高，并獲得了高硬度的等硬淬硬層，解決了鍵槽角棱過熱和過燒問題。·
權(quán)利要求
1.一種通過涂覆導磁體控制エ件凹槽漏磁的感應淬火方法，其特征在于包括以下步驟(1)將導磁體進行機械粉碎，得到導磁體粉末并將其制成泥狀；(2)將泥狀導磁體涂覆在エ件凹槽處，將エ件凹槽填平；(3)涂覆導磁體硬化后，對エ件進行淬火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述淬火處理包括如下步驟①將エ件安裝在淬火裝置上，對エ件淬火，進行感應加熱；②將エ件凹槽中的導磁體清理掉噴淋エ件凹槽處，使其均勻冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2任意一項所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述淬火裝置包括淬火機床卡盤(I)、淬火線圈(3)、導磁清理支架(4)、噴淋線圈(5);所述エ件(7)安裝在淬火機床卡盤(I)上，所述淬火線圈(3)、導磁清理支架(4)和噴淋線圈(5)固定在淬火機床溜板箱(8)上；所述淬火線圈(3)對エ件(7)進行淬火和感應加熱，所述導磁清理支架(4)用于清理凹槽￠)中的導磁體(2)，所述噴淋線圈(5)對エ件(7)進行噴淋冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2任意一項所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述導磁體為中頻或高頻導磁體，機械粉碎后的粒徑為120 1100目。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述步驟(I)中泥狀中頻導磁體的配制方法如下①將一定量的硅酸鈉倒入60 70°C的水中，攪拌至硅酸鈉不再溶解，得到飽和的硅酸鈉水溶液；②將飽和的硅酸鈉水溶液倒入適量的中頻導磁體粉末中，混合均勻，得到泥狀的中頻導磁體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述步驟(I)中泥狀高頻導磁體的配制方法如下①按照比例稱取高頻導磁體(90 94wt% )、氫氧化招(2 3wt*% )、氧化銅(2 6wt*% )、磷酸(2 6wt*% );②將上述組分混合均勻加入適量水攪拌均勻，得到泥狀的高頻導磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在干所述步驟(3)中，涂覆導磁體硬化前，對涂覆導磁體的表面進行修復、打磨處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在干所述步驟(3)中，涂覆導磁體半凝固吋，將導磁體從エ件凹槽中取出，放置干燥后再填充到エ件凹槽中淬火。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述エ件凹槽中清理掉的導磁體再次收集、粉碎后，與新的導磁體混合并再次利用。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種通過涂覆導磁材料控制漏磁的感應淬火方法，其特征在于所述エ件為滾珠絲杠、齒輪或尾套。
全文摘要
一種通過涂覆導磁體控制工件凹槽漏磁的感應淬火方法，包括以下步驟(1)將導磁體進行機械粉碎，得到導磁體粉末并制成泥狀；(2)將泥狀導磁體涂覆在工件凹槽處，將工件凹槽填平；(3)涂覆導磁體硬化后，將工件安裝在淬火裝置上，感應加熱；清理工件凹槽中的導磁體，噴淋工件凹槽使其均勻冷卻。所述淬火裝置包括淬火機床卡盤、淬火線圈、導磁清理支架、噴淋線圈；工件安裝在淬火機床卡盤上，淬火線圈進行淬火和感應加熱，導磁清理支架清理淬火完成后凹槽中的導磁體，噴淋線圈進行噴淋冷卻。本發(fā)明將導磁體涂覆在工件凹槽處，解決了磁力線在穿過工件凹槽處時產(chǎn)生的漏磁、磁力線發(fā)散的問題，提高了工件精度的保持性和使用壽命。
文檔編號C21D1/10GK102787219SQ20121026820
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者孫金全, 崔洪芝, 李保民, 李永鳳, 白斌, 赫慶坤, 陳鑫 申請人:山東科技大學