本發(fā)明涉及軌道交通車軸表面感應(yīng)淬火，具體涉及一種可連續(xù)掃描處理鐵路車軸平面和r角部位以實現(xiàn)車軸表面深度強化的感應(yīng)淬火感應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、目前，我國鐵路車軸采用碳素鋼和合金鋼制造，碳素鋼車軸最終熱處理工藝為正火，合金鋼車軸最終的熱處理工藝為調(diào)質(zhì)；兩類車軸產(chǎn)品表面硬度低，耐磨性差，易出現(xiàn)微動磨損與微動疲勞，威脅車軸服役安全。表面感應(yīng)淬火可提高車軸表面硬度，提高抗沖擊損傷和微動疲勞性能，同時引入10～30mm厚度的殘余壓應(yīng)力層，可抑制表面裂紋的擴展，提高車軸疲勞強度，延長車軸剩余壽命，同時有助于車軸輕量化設(shè)計，提高車軸全壽命周期安全性和經(jīng)濟性。

2、常規(guī)汽車半軸感應(yīng)淬火處理往往采用固定式感應(yīng)器，不同直徑感應(yīng)器堆疊成階梯狀，包裹在軸表面，將軸表面目標(biāo)區(qū)域同時完成淬火；部分軸類部件采用單匝固定直徑圓弧感應(yīng)器進行旋轉(zhuǎn)掃描淬火，感應(yīng)器形狀及加熱位置如圖13所示。常規(guī)感應(yīng)器基本可以滿足鐵路車軸表面感應(yīng)淬火使用要求，但有以下問題：第一方面，加熱效率太低，加熱時間太長，變形、熱形不能得到有效的控制；第二方面，熱形差，臺階尖角處、r角邊過渡處加熱層深太深，溫度太高感應(yīng)淬火后組織較粗，此處表面拉應(yīng)力過大，有產(chǎn)生淬火裂紋的風(fēng)險；第三方面，r角中心位置加熱溫度低，難以實現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，硬化層深不足，與r角邊溫差大，應(yīng)力分布不合理，降低產(chǎn)品使用壽命；第四，固定式傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中全自動生產(chǎn)的實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對以上提出的技術(shù)問題，提供了一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，本發(fā)明提供的感應(yīng)器能夠縮短車軸表面感應(yīng)淬火時間，降低車軸表面感應(yīng)淬火能耗，提高了車軸表面感應(yīng)淬火處理效率，減小了感應(yīng)淬火后車軸變形，提高了車軸表面處理合格率，感應(yīng)淬火后應(yīng)力分布均勻合理，提高了車軸使用壽命。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器的具體技術(shù)方案如下：

3、一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，包括立柱、冷卻環(huán)狀體、三弧加熱環(huán)狀體；

4、所述立柱用于固定冷卻環(huán)狀體與三弧加熱環(huán)狀體，所述冷卻環(huán)狀體與三弧加熱環(huán)狀體為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，環(huán)狀體圓弧所形成的平面與三弧加熱環(huán)狀體的三弧形成的平面平行；立柱與冷卻環(huán)狀體、三弧加熱環(huán)狀體分別形成通水通路，與三弧加熱環(huán)狀體形成通電通路；

5、所述冷卻環(huán)狀體的環(huán)內(nèi)側(cè)陣列排布出水孔；

6、所述三弧加熱環(huán)狀體由三段圓弧連接形成環(huán)狀，其中第一圓弧與第二圓弧的直徑均為d1，弧度均為150°，第三圓弧的直徑為d2，弧度為140°，第一圓弧與第二圓弧的一端連接立柱出水口，作為三弧加熱環(huán)狀體的進水口；第三圓弧設(shè)置有出水口，三段圓弧均為中空結(jié)構(gòu)，通水閉合連接；

7、第一圓弧與第二圓弧的橫截面為長方形中空結(jié)構(gòu)，位于環(huán)內(nèi)側(cè)的一邊呈弧狀突起，第三圓弧的橫截面為長方形中空結(jié)構(gòu)；

8、第一圓弧、第二圓弧、第三圓弧的表面設(shè)置有導(dǎo)磁體，三段導(dǎo)磁體截面形狀皆為u型，導(dǎo)磁體的長度小于等于所在圓弧的長度；三段導(dǎo)磁體從環(huán)外方向向環(huán)內(nèi)依靠摩擦力卡在對應(yīng)的三段感應(yīng)器圓弧上，將所在圓弧包裹??；

9、第一圓弧與第二圓弧的導(dǎo)磁體u型兩端為尖狀，尖端所在面與圓弧環(huán)內(nèi)側(cè)的一邊在同一平面上；第三圓弧的導(dǎo)磁體u型兩端為平狀，平端所在面與圓弧環(huán)內(nèi)側(cè)的一邊在同一平面上。

10、所述三弧加熱環(huán)狀體的通水橫截面積均為160～300mm2。

11、所述立柱包括兩個l型結(jié)構(gòu)，令l型結(jié)構(gòu)分為立面和底面，兩個立面通過螺栓平行固定；兩個底面具有進水口，立柱的出水口位于兩個立面的上端；立柱內(nèi)部閉合通水。

12、所述冷卻環(huán)狀體由兩個相同的半圓弧組成，冷卻水通過立柱上端的出水口進入冷卻環(huán)狀體，冷卻環(huán)狀體上均勻分布多個出水口。

13、所述導(dǎo)磁體所接觸的圓弧壁的厚度大于等于3mm，三段圓弧的環(huán)內(nèi)側(cè)壁的厚度均為2mm。

14、所述鐵路車軸為多變徑圓柱體，變徑處通過圓角過渡；在感應(yīng)淬火過程中，通過淬火機床xyz三軸伺服電機數(shù)控程序變換位置并控制沿軸向位移速度，利用感應(yīng)器3段圓弧完成列車軸不同直徑軸段及圓角的感應(yīng)淬火。

15、所述第一圓弧與第二圓弧用于處理鐵路車軸變徑處圓弧角及其相連徑段的淬火；第三圓弧用于處理車軸長直軸段以及其他徑段。

16、利用所述感應(yīng)器的第一圓弧處理所有向上圓角及其相連徑段，利用所述感應(yīng)器的第二圓弧處理所有向下圓角及其相連的徑段。

17、本發(fā)明的有益效果如下：

18、本發(fā)明提供的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，能量利用率更高，加熱能量分配更合理，在相同的功率輸出條件下，r角處加熱時間約縮短為原來的50％，小徑處加熱時間縮短為原來的30％，大大的提高了生產(chǎn)效率；新設(shè)計感應(yīng)器使車軸變形更小，熱形均勻一致，淬硬層深分布均勻，避免過深或者過淺淬硬層和r角邊淬火裂紋風(fēng)險。因整個感應(yīng)淬火區(qū)溫度均勻，層深一致，提高車軸抗微動磨損能力和使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，包括立柱、冷卻環(huán)狀體、三弧加熱環(huán)狀體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述三弧加熱環(huán)狀體的通水橫截面積均為160～300mm2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述立柱包括兩個l型結(jié)構(gòu)，令l型結(jié)構(gòu)分為立面和底面，兩個立面通過螺栓平行固定；兩個底面具有進水口，立柱的出水口位于兩個立面的上端；立柱內(nèi)部閉合通水。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述冷卻環(huán)狀體由兩個相同的半圓弧組成，冷卻水通過立柱上端的出水口進入冷卻環(huán)狀體，冷卻環(huán)狀體上均勻分布多個出水口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)磁體所接觸的圓弧壁的厚度大于等于3mm，三段圓弧的環(huán)內(nèi)側(cè)壁的厚度均為2mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述感應(yīng)器使用3d打印制備而成，所述三弧加熱環(huán)狀體一體成型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)磁體的材料為意大利magshape。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述鐵路車軸為多變徑圓柱體，變徑處通過圓角過渡；在感應(yīng)淬火過程中，通過淬火機床xyz三軸伺服電機數(shù)控程序變換位置并控制沿軸向位移速度，利用感應(yīng)器3段圓弧完成列車軸不同直徑軸段及圓角的感應(yīng)淬火。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，所述第一圓弧與第二圓弧用于處理鐵路車軸變徑處圓弧角及其相連徑段的淬火；第三圓弧用于處理車軸長直軸段以及其他徑段。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，其特征在于，利用所述感應(yīng)器的第一圓弧處理所有向上圓角及其相連徑段，利用所述感應(yīng)器的第二圓弧處理所有向下圓角及其相連的徑段。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種鐵路車軸表面感應(yīng)淬火用感應(yīng)器，包括感應(yīng)器的設(shè)計、選材、制作、裝配與淬火工藝。車軸主要的失效形式為表面損傷，如微動磨損、磕碰傷和腐蝕。車軸表面是決定車軸安全性和可靠性的關(guān)鍵部位。表面感應(yīng)淬火可提高車軸表面硬度、疲勞強度并延長使用壽命。鐵路車軸外形尺寸大且存在幾何不連續(xù)性，給感應(yīng)淬火的實施帶來挑戰(zhàn)。新設(shè)計的感應(yīng)器解決了車軸表面感應(yīng)淬火熱形不合理，加熱效率低，淬火區(qū)加熱不均勻，感應(yīng)淬火回火后應(yīng)力分布不合理的問題，避免了臺階R角淬硬層太淺，防止R角邊緣出現(xiàn)過熱組織及淬火裂紋；由于新設(shè)計感應(yīng)器加熱時間短，溫度均勻，熱型合理，產(chǎn)品感應(yīng)淬火后應(yīng)力分布更合理，提高了車軸的疲勞強度并延長使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：高杰維,陳昱龍,孫燕,林雪,岳鵬,徐磊
受保護的技術(shù)使用者：西華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10