一种在扫描感应加热淬火中对弯曲工件矫直的方法技术

一种扫描高频感应淬火工艺，采用一个通有交流电的感应圈沿钢件的长度逐渐移动，然后立即将工件的加热部位淬冷的方法使钢件表面硬化，其特征是，在高频淬火过程中是这样控制正在进行表面淬火的工件中弯曲的矫直的：即通过监控工件的平直度并利用所得到的信息控制工件的加热和淬火冷却，使工件在任何弯曲凹入处形成较厚的硬化层，以便产生一种能消除弯曲的矫直力矩作用。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及采用感应圈沿工件的长度逐渐移动的方法加热钢件表面，并且紧接着感应圈并置装有一个淬火液喷射装置对钢件表面喷射淬火液，因而使钢件表面硬化的工艺。被加热到1000℃左右的工件表层，一经淬火便转变为马氏体相。这种马氏体组织使工件的表面获得高的硬度并提高了工件的疲劳抗力。在另一种形式的工艺中，有时把工件完全浸入到淬火液池中。感应圈产生的热量使受热的局部区域中的淬火液汽化，因而在感应圈移出该区域之前不发生淬火。当感应圈离开以后，淬火液同工件加热区接触而发生淬火。这种工艺通常称为“扫描高频感应淬火”。感应圈一般是一种围绕工件的大截面的单圈环状(或不到一圈的环状)铜导体，该环状铜导体中空形成水冷通道，所述感应圈由一种低压高频交流电源供电。在淬火过程中，感应圈通常保持不动，而工件移动。但是，让感应圈移动而工件保持不动也是行得通的。在本说明书中所用的术语“移动”既可指感应圈的移动，也可指工件的移动。当工件的横截面为圆形时，通常让它在两个顶尖间旋转，以便使圆周表面均匀淬硬。相反，如果由于感应圈的结构问题或淬火环稍微不规则而使加热不太对称时，则有可能使工件圆周表面硬化不均匀。美国专利3，525，842公开过这种结构，但其感应圈不包围工件。根据本专利技术提出了一种在这种淬火过程中矫直工件的方法，不管工件的弯曲是原先就有的还是淬火操作造成的都可使用本方法矫直。在高频淬火中工件发生弯曲常常是由于在制造工件的初期，甚至在制造原始棒材的时候对工件进行矫直时所造成的纵向应力被释放出来之故。高频感应加热所释放的仅仅是外层或“外壳”的应力，因此心部中的残余纵向应力就引起了工件的弯曲。已提出过各种解决该问题的方法。例如，美国专利3，988，179提出了在一种转盘式装置中对轴进行淬火。在这种装置中，工件的外表层在一个位置上由单脉冲感应圈加热，然后移到第二个位置，在该处由一个或多个冲头压到红热的工件上，使之在淬火前矫直。这种方法的优点是可以矫正工件在加热阶段由于表面应力释放而引起的任何弯曲，但是也有严重的缺点，即不能进一步防止在工件淬火时发生的弯曲。本专利技术克服了现有技术存在的缺点，避免了由于采用矫直装置与工件间进行物理接触时产生的矫直力，因此，基本上消除了如现行方法中会诱发工件弯曲的应力裂纹的危险。在淬火时，壳层中形成的马氏体相的材料会发生约2%或3%的体积变化，因此工件外层受压而心部材料受拉。如果因为某种缘故使硬化层的深度(直径为25～30mm的轴一般为1.5mm)一边比另一边深，则外层的压应力与心部的拉应力就会不平衡，因此便发生弯曲。这种弯曲总是使工件上马氏体壳层最厚的一边向外凸出。事实上，壳层深度的偏心度是由于近程加热效应造成的，也就是说，在工件与感应圈之间的间隙最小处，工件受热较大，但是这种影响的变化不是线性的。这种偏心度可能是由于工件的原始弯曲、中心的偏离或工件在淬火时发生弯曲所造成的，因此，在这种常规的扫描高频淬火中，工件的原始弯曲将趋于增大。根据本专利技术，这种由于马氏体层深度的不同而在淬火时造成弯曲的现象被用来克服淬火过程中发生的变形和修正工件中原始的弯曲，因此，带有原始弯曲的工件在淬火操作过程中基本上是直的。本专利技术是一种扫描高频感应淬火工艺，该工艺采用一个通有交流电的感应圈沿工件的长度逐渐移动、然后立即将工件的加热部分淬火冷却使钢件表面硬化，其特征是，在高频淬火过程中对正在进行表面淬火的工件中弯曲的矫直是这样控制的即通过监控工件的平直度，并利用所得到的信息控制工件的加热或淬火或既控制工件的加热又控制工件的淬火，使工件在任何弯曲凹入处形成较厚的硬化层，以便产生一种能消除弯曲的矫直力矩。这种方法可用于工件要淬硬的部位不是圆柱形因而采用非圆形感应圈的情况。这样，在淬火时就不可能旋转工件，因此，根据工件移动通过感应圈(一般是垂直向下移动)时所发生的变形，在工件移动的过程中产生一个方向或另一方向感应圈和/或淬火环的必要偏移。根据本专利技术，对于这种情况，采用两个正好在感应圈上方的探头与工件相接触。它们位于互成直角的平面内，可检测任何方向的变形。工件中任一点的弯曲须在淬火开始前记录下来，这种记录可以是独立检查部位的数据，或者是工件从加载位置向开始淬火的最高位置移动通过探头时两个探头的移动量。所需的偏移量可根据记录的工件原始形状推算出来，并随时根据淬火过程中发生的变形所需的补偿要求连续进行调整。在工件为圆形的情况下，最好使工件旋转以便得到较均匀的硬化层。因此，为了在淬火时同时进行矫直，感应圈和/或淬火环应相对于工件作圆周运动，以便在工件旋转时同步地保持感应圈与工件轴线间的理想偏移值。此时用一个探头与工件接触就足以提供有关任何弯曲的信息，与旋转装置相配合的一个角度传感器还可提供有关确定变形方位所需的信息。当工件不是圆形时，感应圈和/或淬火环的偏移量等于矫正原始弯曲所需的偏移值与矫正淬火引起的变形所需的偏移值之和。一般说来，淬火深度允许的公差较宽，例如，规定的硬化层为1.5mm时，通常允许硬化层的深度变化范围为1～2mm。如果采用本专利技术提出的方法，这一深度的差异一般是足以矫直轻微弯曲的轴或者足以克服中等程度的残余应力的。加热深度的不同通常是由改变感应圈与工件之间的距离而产生的，其方法是在沿工件长度方向的凹入侧上，感应圈离工件最近，而在凸起侧则离得最近。但是工件凹凸两侧马氏体深度的这种差异也可由其它方法获得，例如，通过偏移淬火环或者通过局部改变包围淬火环的淬火介质的分布状况，使工件的一侧延长淬冷前的时间，让热量进一步径向往里渗透，从而获得较深的马氏体层。为了更好地了解本专利技术并付诸实践，下面结合附图说明本专利技术的最佳实施例图1为正在用本专利技术的工艺进行淬火的圆棒的垂直剖面图。图2为沿图1中A-A线的剖面图。图3为实现本专利技术工艺的淬火机的侧视图。图4为沿图5中B-B线的剖面图。图5为沿图3中C-C线的剖面图。图6为具有典型弯曲形状之工件的一个实例。图7为在与图6所示工件的弯曲有关的特定瞬间给予感应圈的校正动作。图8为另一种形式的感应圈。图1和图2示出了采用本专利技术工艺进行淬硬的圆轴的典型剖面。在这两个图中都假设要淬硬的轴都带有希望矫正的、半径为R的原始弯曲。根据本专利技术，淬火工艺是以使一侧的硬化层(即马氏体层)的深度大于另一侧的硬化深度的方式实现的。因此，它的心迹线从该轴的轴线偏移了一个小距离“a”，同理，未硬化的心部的心迹线则由该轴的轴线向相反方向偏移一段距离“b”。故壳层中净压力P的作用线和心部中由此引起的净拉力P的作用线移了距离“Z”(Z＝a+b)，这就产生了一种作用在轴上的弯曲力矩M＝PZ。外层弯曲的曲率半径R实际上与心部弯曲的曲率半径相同，并且力矩M在壳层和心部间的分配应为Ma＝ (EIa)/(R) 和Mb＝ (EIb)/(R)式中Ma为作用在壳层上的力矩Mb为作用在心部上的力矩Ma+Mb＝M＝PZIa为壳层面积的心迹线的二次力矩Ib为心部面积的心迹线的二次力矩E为材料的弹性模数R为工件的曲率半径。显然，Ia和Ib的值与硬化层的平均深度有关，因此也与位移值“a”和半径R的大小有关。对于原始弯曲至曲率半径为R的轴，上述力矩M将以最低限度地增加半径R的程度协助矫直该轴。同理，如果轴是在淬硬过程中由于应力的释放而弯曲成半径R的，则硬化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描高频感应淬火工艺，这种工艺系采用一个通有交流电的感应圈沿钢质工件的长度逐渐移动而加热工件表面，然后立即将工件的加热部位淬火冷却的方法使钢件表面硬化，其特征是，在高频淬火过程中是这样控制正在进行表面淬火的工件中弯曲的矫直的：即通过监控工件的平直度并利用所得到的信息控制工件的加热或淬火，或者既控制工件加热又控制工件淬火，使工件在任何弯曲凹入处形成较厚的硬化层，以便产生一种能消除弯曲的矫直力矩作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：阿瑟欧内斯特毕晓普，
申请(专利权)人：AE毕晓普及合夥人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]