車輛用可變齒條比齒桿的感應(yīng)加熱熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛用VGR齒桿的感應(yīng)加熱熱處理方法，本發(fā)明在滿足車輛用VGR齒桿所要求的機(jī)械物性的同時還能簡便地進(jìn)行提高耐久性的回火作業(yè)。本發(fā)明包括下列步驟：a)高頻熱處理步驟，利用頻率10kHz以下的高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理，讓VGR齒桿位于電感線圈的內(nèi)部通孔，一邊讓上述VGR齒桿上下移動一邊進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理的同時，把連接到水冷裝置的噴水部置于上述電感線圈的下部而同時進(jìn)行水冷；及b)高頻回火步驟，在上述熱處理步驟后利用同一高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行，在不進(jìn)行水冷的狀態(tài)下，在上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出低于上述熱處理步驟中的輸出的狀態(tài)下讓上述VGR齒桿上下移動地進(jìn)行。
【專利說明】車輛用可變齒條比齒桿的感應(yīng)加熱熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛用可變齒條比(VGR, Variable rack ratio)齒桿(RACK BAR)的感應(yīng)加熱熱處理方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種在滿足車輛用VGR齒桿所要求的機(jī)械物性的同時還能簡便地進(jìn)行提高耐久性的回火作業(yè)的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛用齒桿是一種能夠把車輛方向盤所驅(qū)使的活塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換及傳達(dá)成齒條(RACK)直線運(yùn)動的零件，不僅能夠通過重量輕型化而提高燃比并實(shí)現(xiàn)車輛輕型化，還能根據(jù)轉(zhuǎn)向角來改變齒輪比而得以改善方向盤的轉(zhuǎn)向感。
[0003]可變齒條比齒桿是一種在低速、高速駕駛、停車時改變駕駛盤(Steering Wheel)反應(yīng)力的裝置，其齒輪間隔不規(guī)則，在更改車道或停車時稍微轉(zhuǎn)動方向盤就能隨心所欲地改變方向。
[0004]圖1是VGR齒桿的照片。如圖1所示，VGR齒桿由圓筒型的圓棒部與齒部構(gòu)成，齒部的齒間隔在中央部分相 對較寬而兩側(cè)則相對較窄地形成。這是為了在低速、高速駕駛、停車時得到不同的駕駛盤反應(yīng)力。圓棒長度隨著產(chǎn)品而不同。齒桿的熱處理指的是針對齒部的熱處理。
[0005]現(xiàn)有齒桿的一般熱處理方法為，利用高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行高頻熱處理后，把熱處理后的齒桿另外移到加熱爐并且在240度維持2小時地進(jìn)行回火。
[0006]加熱金屬時所采取的高頻加熱(或稱“高頻感應(yīng)加熱”)方式為，把憑借電磁感應(yīng)作用而有交流(高頻)電流流動的線圈里的金屬加熱，金屬之類的導(dǎo)電體由于渦電流損失與磁滯損耗的抵抗作用而產(chǎn)生熱。利用如此生成的熱把被加熱(金屬或?qū)щ婓w)物質(zhì)加熱的過程稱為感應(yīng)加熱，利用高頻電流時則稱為高頻感應(yīng)加熱。
[0007]現(xiàn)有齒桿的一般熱處理方法使用高頻感應(yīng)加熱裝置，通常使用150kHz以上的高頻進(jìn)行熱處理。使用150kHz以上的相對較高的高頻時雖然能得到較高的表面硬度(HV700)，但是由于硬化深度較薄(0.7_)而無法得到所需要的硬化深度，因此只能在齒的上端部(即，峰部)局部硬化而發(fā)生齒出現(xiàn)龜裂等問題。
[0008]而且，現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱后，另外在電加熱爐對經(jīng)過感應(yīng)加熱熱處理的齒桿進(jìn)行回火?；鼗?tempering)是為了對經(jīng)過高頻熱處理后從鐵素體(ferrite) +珠光體(pearlite)組織轉(zhuǎn)變(變態(tài))到馬氏體(martensite)組織的齒桿賦予耐久性而進(jìn)行的工序。馬氏體組織是一種非常硬的組織而使得接觸齒桿的其它物體無法承受，而且由于其非常硬而可能會發(fā)生裂(crack)，因此為了稍微降低該組織的硬度、消除龜裂危險及提高整體齒桿的耐久性而進(jìn)行回火。現(xiàn)有的回火工序在回火治具裝載50個左右的齒桿后裝入“電加熱爐”，該電加熱爐是作為回火治具的回火爐。加熱爐的溫度設(shè)定為240度并且維持時間設(shè)定為2小時后進(jìn)行回火工序?；鼗鹜戤吅笕〕鲈摦a(chǎn)品進(jìn)行空冷。
[0009]前述加熱爐方式的回火工序需要把產(chǎn)品移動到加熱爐后進(jìn)行回火，因此很容易發(fā)生產(chǎn)品外觀壓痕、刮痕之類的二次不良。而且，加熱爐方式的回火工序由于在加熱爐里的二次加熱而使得高頻熱處理部以以外的其它部分也出現(xiàn)回火色?！盎鼗鹕?temper color)”指的是由于240度的熱氣導(dǎo)致高頻熱處理部以外的其它部分(圓棒部)也發(fā)生顏色變化的現(xiàn)象，它屬于加熱爐方式的回火工序的最大缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]【解決的技術(shù)問題】
[0011]本發(fā)明旨在解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種車輛用可變齒條比齒桿的感應(yīng)加熱熱處理方法，在滿足車輛用VGR齒桿所要求的機(jī)械物性的同時還不會發(fā)生基于回火工序的外觀壓痕現(xiàn)象或刮痕，也不會在沒有進(jìn)行高頻熱處理的圓棒部出現(xiàn)“回火色”。
[0012]本發(fā)明的目的不限于上述目的，前文沒有提到的本發(fā)明其它目的可以從后述說明中得到明確闡釋。
[0013]【解決問題的技術(shù)方案】 [0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法包括下列步驟:a)高頻熱處理步驟，利用頻率IOkHz以下的高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理，讓VGR齒桿位于電感線圈的內(nèi)部通孔，一邊讓上述VGR齒桿上下移動一邊進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理的同時，把連接到水冷裝置的噴水部置于上述電感線圈的下部而同時進(jìn)行水冷；及10高頻回火步驟，在上述熱處理步驟后利用同一高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行，在不進(jìn)行水冷的狀態(tài)下，在上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出低于上述熱處理步驟中的輸出的狀態(tài)下讓上述VGR齒桿上下移動地進(jìn)行。
[0015]較佳地，上述高頻熱處理步驟及在上述高頻回火步驟中，上述VGR齒桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下上下移動。
[0016]較佳地，上述電感線圈的內(nèi)部通孔具有三角形形狀或半圓形狀。
[0017]較佳地，在上述高頻熱處理步驟中，上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸減少，從中間部分到下端部則逐漸增加，上述VGR齒桿的下降速度從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸增加，從中間部分到下端部逐漸減少。
[0018]較佳地，在上述高頻回火步驟中，上述VGR齒桿的下降速度從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸增加，從中間部分到下端部逐漸減少。
[0019]【有益效果】
[0020]如前所述，本發(fā)明在滿足車輛用VGR齒桿所要求的一切機(jī)械物性的同時，還因為在同一高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行回火工序而不需要另外準(zhǔn)備電加熱爐設(shè)備，還能消除現(xiàn)有技術(shù)在移到加熱爐的過程中發(fā)生的外觀壓痕現(xiàn)象或刮痕。與此同時，VGR齒桿中沒有進(jìn)行高頻熱處理的圓棒部不會出現(xiàn)“回火色”而得以確保優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是VGR齒桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法的流程圖。
[0023]圖3是進(jìn)行本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法的車輛VGR齒桿的剖視圖。[0024]圖4是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理的進(jìn)行過程的示意圖。
[0025]圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法中高頻電感線圈的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]<主要圖形標(biāo)記的說明>
[0027]10: VGR 齒桿
[0028]12:圓棒部
[0029]14:齒部
[0030]20:電感線圈
[0031]22:內(nèi)部通孔
[0032]30:噴水部
[0033]32:供水管
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的車輛用可變齒條比齒桿的感應(yīng)加熱熱處理方法。
[0035]圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法的流程圖，圖3是進(jìn)行本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法的車輛VGR齒桿的剖視圖。
[0036]請參閱圖2與圖3，本發(fā)明車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法利用頻率相對較低的(9kHz)的高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行a)高頻熱處理步驟后，在b)步驟于同一高頻感應(yīng)加熱裝置在低于上述高頻熱處理步驟的輸出下進(jìn)行回火(tempering)。
[0037]高頻感應(yīng)加熱裝置根據(jù)輸出頻率而決定表面硬度及硬化深度。本發(fā)明為了滿足車輛用VGR齒桿所要求的物性值而使用感應(yīng)加熱裝置，該感應(yīng)加熱裝置則利用IOkHz以下的低頻。在頻率IOkHz進(jìn)行的熱處理雖然表面硬度相對較低(HV600左右)，但能得到較深的硬化深度(約4.5mm)。本發(fā)明使用具有相對較低的IOkHz以下輸出頻率的感應(yīng)加熱裝置的理由是，因為齒桿的齒深大約為2.2mm而讓硬化深度達(dá)到齒底(齒谷)的下部面。
[0038]下面具體說明圖1所示VGR齒桿進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱熱處理的情形。圖4是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理的進(jìn)行過程的示意圖。
[0039]如圖4所示，把VGR齒桿垂直豎立并且把上側(cè)固定，然后沿著兩側(cè)導(dǎo)件(guide )朝下移動并進(jìn)行高頻熱處理。VGR齒桿10被插入與高頻感應(yīng)裝置連接的電感線圈20的內(nèi)部通孔22而沿著內(nèi)部通孔22下降并進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱熱處理。如圖所示，把連接到水冷裝置的噴水部30置于電感線圈20的下部而在感應(yīng)加熱熱處理的同時進(jìn)行水冷。從外部通過供水管(32)供應(yīng)的水則通過噴水部30噴射到被高頻感應(yīng)加熱的VGR齒桿10表面。這是為了通過急速冷卻的方式讓VGR齒桿的組織從鐵素體+珠光體組織轉(zhuǎn)變到馬氏體組織。
[0040]本發(fā)明的高頻感應(yīng)加熱熱處理只針對VGR齒桿的齒部12部分進(jìn)行熱處理。把熱處理部分區(qū)分成上端部、中間部、下端部等3個部分而一邊改變下降速度及高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出一邊進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱熱處理。
[0041] 上端部是高頻熱處理開始的部分，電感線圈的加熱性能低于中間部。而且，即使高頻電感線圈的加熱性能通過持續(xù)作業(yè)而提高，由于裝置開始輸出就會讓VGR齒桿立即化深度較淺。因此，設(shè)定成裝置輸出相對較高(上)而下降速度相對較低(下)地進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱熱處理。本發(fā)明的實(shí)施例(9kHz的高頻感應(yīng)加熱裝置)把裝置的輸出設(shè)定為6.3而把下降速度設(shè)定為7.0。
[0042]接著，中間部是高頻電感線圈的加熱性能達(dá)到最大值的狀態(tài)，因此隨著VGR齒桿下降而使得該區(qū)段得以較好地進(jìn)行高頻熱處理。因此與上端部相比，設(shè)定成裝置輸出相對較低(中)而下降速度相對較高(上)地進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱熱處理。本發(fā)明的實(shí)施例(9kHz的高頻感應(yīng)加熱裝置)把裝置的輸出設(shè)定為6.0而把下降速度設(shè)定為9.0。
[0043]最后，下端部如果中斷高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出則可能會使硬化深度較淺。因此重新改成和上端部相同程度的輸出與下降速度以維持硬化深度。下端部的裝置輸出設(shè)定成相對較高(上)而下降速度則設(shè)定成相對較低(下)地進(jìn)行。本發(fā)明的實(shí)施例(9kHz的高頻感應(yīng)加熱裝置)把裝置的輸出設(shè)定為6.3而把下降速度設(shè)定為7.0。
[0044]如前所述，本發(fā)明一邊改變下降速度及高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出一邊進(jìn)行VGR齒桿的高頻感應(yīng)加熱熱處理，從而得以維持一定的硬化深度。
[0045]本發(fā)明在高頻感應(yīng)加熱后利用同一設(shè)備進(jìn)行回火工序。本發(fā)明中利用高頻感應(yīng)加熱裝置的回火工序也是為了針對通過高頻熱處從鐵素體+珠光體組織轉(zhuǎn)變到馬氏體組織的VGR齒桿賦予耐久性，這是為了防止VGR齒桿發(fā)生龜裂或破裂而進(jìn)行的。進(jìn)行回火工序時在低于先前高頻感應(yīng)加熱熱處理步驟的感應(yīng)加熱裝置輸出的較低輸出狀態(tài)下進(jìn)行，這表示回火溫度低于高頻感應(yīng)加熱時的溫度。在頻率9kHz的高頻感應(yīng)加熱裝置中，感應(yīng)加熱熱處理步驟具有大約5~8左右的輸出狀態(tài)，但高頻回火時則維持低于它的2~3的輸出狀態(tài)(下)。
[0046]如前所述，本發(fā)明中利用高頻感應(yīng)加熱裝置的高頻回火工序不是針對整體VGR齒桿進(jìn)行回火而只是對經(jīng)過高頻熱處理的VGR齒桿的齒部12進(jìn)行，也就是說只對熱處理部進(jìn)行回火，因此高頻熱處理部以外的部分完全不會發(fā)生回火色，也不需要另外準(zhǔn)備電加熱爐之類的設(shè)備，更不會發(fā)生移動時所出現(xiàn)的壓痕、刮痕之類的二次不良。
[0047]在高頻回火工序不進(jìn)行人為的水冷冷卻。先前高頻熱處理的目的是通過噴射冷卻水實(shí)現(xiàn)VGR齒桿的組織從鐵素體+珠光體組織轉(zhuǎn)變到馬氏體組織的組織變態(tài)(組織變化)，高頻回火的目的則是不噴射冷卻水而通過對經(jīng)過變態(tài)的組織馬氏體施加二次熱量以使得該熱量消除現(xiàn)有馬氏體內(nèi)的內(nèi)部應(yīng)力，從而降低表面硬度并提高耐久性。
[0048]較佳地，高頻回火工序也和先前的高頻熱處理步驟一樣分成上端部、中間部、下端部等3個部分后一邊改變下降速度一邊進(jìn)行高頻回火。由于高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出低于高頻熱處理時的輸出，因此可以只改變下降速度地進(jìn)行回火工序。但不必限定于此，可以如同先前高頻熱處理步驟一樣地改變下降速度與輸出地進(jìn)行回火工序，這是當(dāng)然的。
[0049]另一方面，在高頻熱處理步驟與高頻回火步驟中，VGR齒桿10在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下被插入電感線圈20的內(nèi)部通孔22后沿著內(nèi)部通孔22下降。由于VGR齒桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下下降，因此為了讓VGR齒桿的熱處理部(即齒部)的硬化深度維持一定而讓電感線圈的內(nèi)部通孔形狀不形成圓形而如圖4與圖5所示地形成半圓形狀或三角形狀以對應(yīng)于VGR齒桿的端部面形狀。亦即，圖4中電感線圈20的內(nèi)部通孔22具有半圓形狀，圖5中電感線圈20的內(nèi)部通孔22形狀則具有三角形形狀。
[0050]高頻回火完畢后，通過空冷完成VGR齒桿的熱處理。[0051]表1是VGR齒桿所要求的物性值。
[0052]【表1】
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 包括下列步驟: a)高頻熱處理步驟，利用頻率IOkHz以下的高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理，讓VGR齒桿位于電感線圈的內(nèi)部通孔，一邊讓上述VGR齒桿上下移動一邊進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理的同時，把連接到水冷裝置的噴水部置于上述電感線圈的下部而同時進(jìn)行水冷； b)高頻回火步驟，在上述熱處理步驟后利用同一高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行，在不進(jìn)行水冷的狀態(tài)下，在上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出低于上述熱處理步驟中的輸出的狀態(tài)下讓上述VGR齒桿上下移動地進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 在上述高頻熱處理步驟及上述高頻回火步驟中，上述VGR齒桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下上下移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 上述電感線圈的內(nèi)部通孔具有三角形形狀或半圓形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 在上述高頻熱處理步驟中， 與VGR齒桿的齒的兩側(cè)端部的熱處理相比，VGR齒桿的齒中間部分的熱處理在上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出較低而下降速度較高的狀態(tài)下進(jìn)行，其中兩側(cè)端部為上端部與下端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 在上述高頻熱處理步驟中， 上述高頻感應(yīng)加熱裝置的輸出從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸減少，從中間部分到下端部則逐漸增加， 上述VGR齒桿的下降速度從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸增加，從中間部分到下端部逐漸減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 在上述高頻回火步驟中， 與VGR齒桿的齒的兩側(cè)端部的回火相比，VGR齒桿的齒中間部分的回火在下降速度較高的狀態(tài)下進(jìn)行，其中兩側(cè)端部為上端部與下端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用VGR齒桿感應(yīng)加熱熱處理方法，其特征在于， 在上述高頻回火步驟中， 上述VGR齒桿的下降速度從VGR齒桿的齒的上端部到中間部分逐漸增加，從中間部分到下端部逐漸減少。
【文檔編號】C21D9/00GK103981350SQ201310504551
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】樸鍾奎 申請人:樸鍾奎