[發明專利]一種超聲振動輔助絲杠感應淬火裝置及工藝

有效

• 申請號: 201610957327.7
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106319163B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 李輝平;劉海娟;賀連芳;張春芝
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C21D1/10
• 分類號: C21D1/10;C21D1/667;C21D9/00;C21D1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及淬火裝置，尤其涉及一種超聲振動輔助絲杠感應淬火裝置及工藝。

背景技術

滾珠絲杠是應用在很多工業設備及數控機床設備上的關鍵零件，然而，國產滾珠絲杠的可靠性較差、精度不高等問題，已成為我國精密、高端設備發展路上的絆腳石。滾珠絲杠在交變載荷下工作，承受滾動摩擦，因此溝道要具有高的接觸疲勞強度、耐磨性和尺寸穩定。在實際生產中發現，絲杠在磨削后經常在絲杠表面出現軸向的或網狀的裂紋。磨削裂紋的出現不僅與材料本身、磨削工藝有關，而且與熱處理工藝有關。在絲杠生產使用時裂紋出現可能是由于冷卻過程中殘余應力過大和淬火過程中產生的變形；還有溝道頂部與底部的硬度不均勻，往往溝道底部硬度低，原因主要是由于絲杠的溝道頂部與底部的加熱溫度不均勻，溝道頂部容易溫度過高，底部溫度偏低，從而溫度分布不均勻，奧氏體化不均勻，淬火時冷卻不均勻，生成鐵素體貝氏體組織等組織不均勻問題。因此，開展滾珠絲杠的熱處理技術優化研究是非常有必要的。

感應加熱技術應用的是電磁感應原理，當感應圈中通過交流電時，感應圈內外會產生同頻率的交變磁場。若是把工件放在感應圈內，在交變磁場中切割磁力線，工件內就會產生與感應圈同頻率而方向相反的感應電流。感應電流在工件表面形成閉合回路，稱為渦流。渦流將電能變成熱能，進而加熱工件。渦流在被加熱工件中的分布是很不均勻的，由表面至心部呈遞減的指數變化。因此，電流通過工件時，渦流主要分布在工件表面，越往工件內部電流密度越小，心部幾乎為零，這種現象叫做集膚效應。感應加熱不同于其他表面感應加熱方法，如滲碳、滲氮等。感應加熱就是利用電磁感應原理和電流集膚效應，依靠渦流的熱效應把工件表面迅速加熱到奧氏體化溫度的。

感應加熱技術廣泛應用在工件表面硬化處理方面，其依靠材料內部組織的相變來增強零件表面耐磨性、抗疲勞性等，通過產生細小均勻的馬氏體組織提高表面性能。目的是為了在工件表層形成一定深度的均勻細小的馬氏體組織，而其心部仍為原始的組織，而獲得表層是高硬度和高耐磨性，心部又有足夠的塑性和韌性的工件，從而達到“表硬心韌”的綜合效果。

現有工件，尤其是絲杠的淬火工藝，因絲杠表面的溝道存在，不能獲得較為均勻的馬氏體組織，因冷卻水的不均勻性，導致絲杠淬火并不均勻，從而導致絲杠硬度并不均勻。

發明內容

本發明第一目的是提供一種超聲振動輔助絲杠感應淬火裝置，該裝置將超聲波振動應用于感應淬火裝置中，超聲波使得絲杠表層的渦流分布場更加均勻，從而得到更均勻的溫度場分布，使奧氏體化溫度更均勻，更促進加熱過程碳及合金元素的擴散，使組織更均勻；同時超聲振動使磁感線分布更均勻，使冷卻水的水滴更加細化，絲杠的硬度分布更加均勻。

本發明的第二目的是提供一種超聲振動輔助絲杠感應淬火的工藝，該工藝使得絲杠被加熱時奧氏體化溫度更加均勻，淬火后硬度分布均勻，可提高絲杠表面性能。

為了達成上述目的，本發明提供的第一個技術方案：

一種超聲振動輔助絲杠感應淬火裝置，包括：

用于帶動絲杠旋轉的旋轉軸，固定于機床上，旋轉軸設有兩個，二者間隔設定距離設置；第一旋轉軸支撐于軸承內，第二旋轉軸在電機旋轉作用下旋轉；

第一超聲振動器，第一超聲振動器一端固定于第一旋轉軸的端部；

絲杠固定件，設有兩個，第一絲杠固定件一端與第一超聲振動器固定，另一端用于夾持絲杠一端部，第二絲杠固定件一端固定于殼體內且同設于殼體內的彈性元件接觸，且兩個絲杠固定件與絲杠接觸的端部可部分穿入到絲杠的端部以從絲杠的兩側來固定夾持絲杠，第二絲杠固定件可壓縮彈性元件；

冷卻噴水器，冷卻噴水器固定于沿絲杠長軸線方向可移動的滑塊上，以對絲杠噴水；

感應線圈，感應線圈與滑塊連接，設于絲杠的環向方向，感應線圈與冷卻噴水器同步移動，以實現一個加熱，另一個冷卻。

超聲波在彈性介質中通過時引起質點的位移，因具有速度和加速度，加上超聲波具有極高的振動頻率，故超聲波本身攜帶超大的能量，將外加能量應用到感應加熱淬火中，可以促進得到更均勻有效的馬氏體組織；彈性元件的設置保證絲杠夾緊時具有一定的壓力，在彈性元件的作用下，絲杠固定件從一端夾緊絲杠，如果是剛性夾緊，壓力不夠時，絲杠的旋轉容易出現問題，旋轉不均勻甚至脫落；如果對絲杠的夾緊力不足時，夾持過程容易使絲杠變形或振動。