[發明專利]用于控制工件凹槽感應淬火漏磁的漏磁控制器及制備工藝

有效

• 申請號: 201210268200.6
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN102787218A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 崔洪芝;孫金全;李保民;李永鳳;陳鑫;赫慶坤;白斌
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C21D1/10
• 分類號: C21D1/10;C21D1/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及材料的表面熱處理工藝，尤其是用于控制工件凹槽感應淬火漏磁的漏磁控制器及其制備工藝。

背景技術

2020年，美國熱處理能源消耗減少80％，工藝周期縮短50％，生產成本降低75％，熱處理件實現零畸變，加熱爐使用壽命增加9倍，加熱爐價格降低50％，生產實現零污染。目前，美國的熱處理單位能耗是400kW·h/t，而我國能耗與美國相比，高出1倍以上。因此，我國熱處理節能減排任務重道遠，研究低能耗、高品質的淬火熱處理技術將具有重要的理論和社會意義。

淬火工藝在現代機械制造工業得到廣泛的應用，汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術要求，各種淬火工藝都得到了發展。感應淬火是利用電磁感應在工件內產生渦流而將工件進行加熱的淬火工藝。與傳統的淬火工藝相比，感應淬火工藝具備以下優勢：(1)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)設備緊湊，使用方便。

然而，目前在感應淬火工藝中，設計人員常常忽略了工件凹槽處產生的漏磁，以及凹槽對磁力線造成的偏聚現象(圖1)。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生折射，形成漏磁和磁力線逸散，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1，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，常規的感應加熱技術就無法實現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溫度場理想分布的關鍵，也是獲得高的淬硬層和淬硬深度的前提。此外，由于漏磁引發的功率消耗導致淬火機床設備需求功率高，能耗高。

就滾珠絲杠感應淬火而言，國內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，從而使滾道兩側獲得同樣的硬度。但這種淬火工藝存在兩個問題：(1)不適用螺距小的絲杠；(2)感應線圈和絲杠滾道間隙依然大，滾道棱角處產生的漏磁容易產生局部的過熱和過燒現象。

凹槽零件如軸和齒輪的鍵槽，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。當采用圓環形淬火感應器對有鍵槽的軸類進行淬火處理時，由于圓環效應易出現尖角效應的問題，鍵槽兩側過熱、過燒或產生裂紋不易控制，給配鍵工作帶來很大的困難，影響了傳動質量和使用壽命。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，直接影響了生產周期和經濟效益；另一方面造成零件對稱度差，合格率低，嚴重地影響了產品的質量。專利“鍵槽細長軸淬火感應器”(200820056879.1)針對圓環形淬火感應器對有鍵槽的軸類進行淬火處理時易出現尖角效應的問題，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，不便于工業生產的實施。

目前，導磁體或硅鋼片主要安置在感應線圈上，以實現對零件局部驅磁、導流的作用。而本專利則使將導磁體或硅鋼片用在工件凹槽中，用于控制凹槽產生的漏磁，從而進行漏磁控制淬火，獲得高的淬硬硬度和深的淬硬層。

發明內容