【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锥齿轮感应加热，特别涉及一种具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法及装置。
技术介绍
1、锥齿轮是传动系统中的重要零部件，复杂的使用工况及较大的承载需求对锥齿轮的质量和可靠性提出了更高的要求。为了提高锥齿轮质量和使用寿命，获得较深且沿齿廓分布均匀的淬硬层的同时又能保持轮齿芯部韧性、减小轮齿应力集中的齿轮表面热处理技术，成为生产高可靠性锥齿轮的研究重点。
2、相较于传统的渗碳强化工艺，感应热处理具有成本低、变形小和便于自动化生产等优点。但由于锥齿轮表面几何结构复杂，存在凹面和凸面，若仅使用一种线圈对锥齿轮进行单频感应加热，采用高频感应加热时，由于集肤效应和尖角效应，使齿顶得到硬化，齿根硬化不足；采用中频感应加热则会使齿根得到完全硬化，齿顶硬化不足。
3、近些年，“同步双频感应加热设备”可以在一个感应线圈上同时输入高频和中频两种不同频率的电流，但锥齿轮具有特殊的几何结构，这种单一线圈的双频加热方式，无法在锥齿轮上获得较好的加热效果。目前，异步双频感应加热方式成本相对较低，且能达到和同步双频感应加热相同的效果，然而，由于锥齿轮轮齿独有的特殊几何结构，往往需要根据锥齿轮的具体参数定制仿齿形3d感应线圈；同时，随着模数的不断增大，单一线圈截面积的变化梯度过大，并受到内部冷却水道结构的限制，同步和异步双频感应加热均无法解决齿廓方向第二端和第一端温度差值较大的问题。
4、因此，亟需一种具有可移动式半仿形线圈的锥齿轮双频感应热处理方法及装置，利用异步双频感应加热的方式，通过切换频率和调整轮齿
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法及装置，通过视觉相机获取第一端线圈和第二端线圈的位置信息以及测温仪获取锥齿轮上轮齿的温度信息，以调整第一端线圈和第二端线圈与锥齿轮轮齿的位置关系，进而实现锥齿轮表面温度的均匀性；依靠激光超声应力检测器检测得到的锥齿轮上轮齿的应力分布，对锥齿轮进行回火处理以及整体应力复检，从而解决了锥齿轮大第一端存在受热不均匀以及异步双频加热方式须多次迭代加热耗时过长的问题，具有较高的生产效率和市场推广的潜在价值。
2、本专利技术提供了一种具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，具体实施步骤为：
3、s1、分别调整第一端线圈和第二端线圈的位置；
4、s2、对锥齿轮的轮齿进行感应加热和温度监测：
5、s21、设置感应加热温度、加热时间和电源的初始参数，并在锥齿轮上相邻齿顶和齿根的不同位置处分别标记轮齿第一端、轮齿中部和轮齿第二端；
6、s22、对轮齿第一端处的齿顶和轮齿第二端的齿根进行感应加热：
7、s221、通过升降移动平台和横向移动平台分别将第一端线圈移入到轮齿第一端的工作位和将第二端线圈移入到轮齿第二端的工作位，并将第一端电源和高频电源连接，第二端电源和中频电源连接；
8、s222、对轮齿第一端处的齿顶加热一段时间后，通过测温仪得到轮齿第一端处的齿顶温度ta1，若ta1小于ta-t1时，则继续加热[(ta-t1-ta1)/t1]*t0；若ta1大于ta+t1时，则通过升降移动平台和横向移动平台将第一端线圈移出工作位，并冷却{[(ta1-ta-t1)/t1]*t1；若ta1大于等于ta-t1且小于等于ta+t1时，则轮齿第一端处的齿顶满足加热需求，并通过升降移动平台和横向移动平台将第一端线圈移出工作位；其中，ta为锥齿轮中轮齿第一端的加热目标温度，t1为锥齿轮的齿顶的许用温差，t0和t1均为单位加热时间；
9、s223、对轮齿第二端处的齿根加热一段时间后，通过测温仪得到轮齿第二端处的齿根温度tc2，若tc2小于tc-t2时，则继续加热[(tc-t2-tc2)/t2]*t0；若tc2大于tc+t2时，则通过升降移动平台和横向移动平台将第二端线圈移出工作位，并冷却[(tc2-tc-t2)/t2]*t1；若tc2大于等于tc-t2且小于等于tc+t2时，则轮齿第二端处的齿根满足加热需求，并通过升降移动平台和横向移动平台将第二端线圈移出工作位；其中，tc为锥齿轮中轮齿第二端的加热目标温度，t2为锥齿轮的齿根的许用温差；
10、s23、对轮齿第一端处的齿根和轮齿第二端的齿顶进行感应加热：
11、s24、对轮齿中部处的齿根和齿顶进行感应加热：
12、s25、转动台带动锥齿轮转动，利用冷却喷头对步骤s22至步骤s24感应加热后的轮齿进行冷却，并重复步骤s21至步骤s24对下一个轮齿进行感应加热，直至完成锥齿轮的所有轮齿的感应加热；
13、s3、对步骤s2得到的锥齿轮的轮齿进行回火处理：
14、s31、利用激光超声应力检测器测得锥齿轮的轮齿的应力分布值，若轮齿的应力最大值fmax大于轮齿的极限应力值fx或轮齿的应力差值δf大于轮齿的极限应力差值δfx时，则分别降低步骤s21中轮齿第一端、轮齿中部和轮齿第二端的加热目标温度的温度差值，并重复步骤s2对轮齿再次进行感应加热；若轮齿的应力最大值fmax小于等于轮齿的极限应力值fx且轮齿的应力差值δf小于等于轮齿的极限应力差值δfx时，则进行步骤s32，其中，δf＝fmax-fmin，fmin为轮齿的应力最小值；
15、s32、向感应回火组件中的回火电源通入中频电源，利用回火线圈对锥齿轮的轮齿进行回火加热，所述回火线圈的通电时间的表达式为：
16、
17、其中，[f]为许用应力，[δf]为许用应力差值，m1、m2、m3、m4和m5分别为梯度通电时间；
18、s33、转动台带动锥齿轮转动，重复步骤s31至步骤s32，直至完成锥齿轮的所有轮齿的回火；
19、s4、对步骤s3得到的锥齿轮的轮齿进行应力检测。
20、可优选的是，步骤s1的具体实施步骤包括：
21、s11、根据待处理的锥齿轮的形状参数，计算得到锥齿轮的高度；
22、s12、根据高频电源和中频电源的电源频率以及锥齿轮的材料，分别得到第一端线圈和第二端线圈的感应加热深度；
23、s13、根据步骤s12得到的感应加热深度，利用视觉相机获取的位置信息，通过升降移动平台和横向移动平台，来分别设定第一端线圈和第二端线圈与锥齿轮轮齿的间距d。
24、可优选的是，在步骤s21中，所述电源的初始参数，其包括感应加热组件的中频电源的频率f1、感应加热组件的高频电源的频率f2、感应加热组件的中频电源的功率p1、感应加热组件的高频电源的功率p2和感应回火组件的中频电源功率ph；在步骤s33中，感应回火组件的中频电源功率ph小于感应加热组件的中频电源的功率p1。
25、可优选的是，步骤s23的具体实施步骤包括：
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1.一种具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，其具体实施步骤为：
2.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤S1的具体实施步骤包括：
3.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，在步骤S21中，所述电源的初始参数，其包括感应加热组件的中频电源的频率f1、感应加热组件的高频电源的频率f2、感应加热组件的中频电源的功率P1、感应加热组件的高频电源的功率P2和感应回火组件的中频电源功率PH；在步骤S33中，感应回火组件的中频电源功率PH小于感应加热组件的中频电源的功率P1。
4.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤S23的具体实施步骤包括：
5.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤S24的具体实施步骤包括：
6.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，在步骤S25中，所述转动台每次转动角度α＝2π/z，其中，z
7.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤S4的具体实施步骤为：利用转动台将步骤S3得到的锥齿轮旋转一周，并通过激光超声应力检测器检测锥齿轮的应力分布，若锥齿轮的应力最大值Fmax小于锥齿轮的极限应力值Fx同时锥齿轮的应力差值ΔF小于等于锥齿轮的极限应力差值ΔFx时，则锥齿轮的感应热处理结束；若锥齿轮的应力最大值Fmax大于等于锥齿轮的极限应力值Fx或者锥齿轮的应力差值ΔF大于锥齿轮的极限应力差值ΔFx时，则调整回火电源的功率为PH+P0，并重复步骤S32，直至锥齿轮的轮齿的应力分布值满足需求，感应热处理结束；其中，P0为单位电源功率。
8.一种根据权利要求1-7之一所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理装置，其特征在于，其包括底座、转动台、激光超声应力检测器、冷却喷头、感应回火组件、感应加热组件、测温仪、横向移动平台、升降移动平台、视觉相机和支架，所述转动台位于所述底座的中部，所述激光超声应力检测器、所述冷却喷头和所述感应回火组件分别与所述底座的周向的第一安装端、第二安装端和第三安装端连接，所述感应加热组件中第一端线圈和第二端线圈位于所述底座的第四安装端，所述测温仪对称分布在所述感应加热组件的两侧，所述感应加热组件的安装端和所述横向移动平台的第一端连接，所述横向移动平台对称分布在所述升降移动平台的两端，所述升降移动平台的顶部和所述支架的第一端连接，所述支架的第二端和所述视觉相机连接。
9.一种根据权利要求8所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理装置，其特征在于，所述感应回火组件，其包括回火支架、回火电源和回火线圈，所述回火支架的底部和所述底座的第三安装端连接，所述回火支架的顶部和所述回火电源的固定端连接，所述回火电源的输出端和所述回火线圈连接；所述感应加热组件，其包括第一端电源、第二端电源、第一端线圈和第二端线圈，所述第一端电源的输出端和所述第一端线圈连接，所述第二端电源的输出端和所述第二端线圈连接，所述第二端线圈位于所述第一端线圈的下方，所述第一端电源和所述第二端电源的固定端分别与对称分布在所述升降移动平台两端的横向移动平台的第一端连接。
10.一种根据权利要求8所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理装置，其特征在于，所述第二端线圈和所述第一端线圈的外形结构分别仿形锥齿轮的外形轮廓。
...【技术特征摘要】
1.一种具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，其具体实施步骤为：
2.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤s1的具体实施步骤包括：
3.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，在步骤s21中，所述电源的初始参数，其包括感应加热组件的中频电源的频率f1、感应加热组件的高频电源的频率f2、感应加热组件的中频电源的功率p1、感应加热组件的高频电源的功率p2和感应回火组件的中频电源功率ph；在步骤s33中，感应回火组件的中频电源功率ph小于感应加热组件的中频电源的功率p1。
4.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤s23的具体实施步骤包括：
5.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤s24的具体实施步骤包括：
6.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，在步骤s25中，所述转动台每次转动角度α＝2π/z，其中，z为锥齿轮的齿数。
7.根据权利要求1所述的具有可移动式半仿形线圈的双频感应热处理方法，其特征在于，步骤s4的具体实施步骤为：利用转动台将步骤s3得到的锥齿轮旋转一周，并通过激光超声应力检测器检测锥齿轮的应力分布，若锥齿轮的应力最大值fmax小于锥齿轮的极限应力值fx同时锥齿轮的应力差值δf小于等于锥齿轮的极限应力差值δfx时，则锥齿轮的感应热处理结束；若锥齿轮的应力最大值fmax大于等于锥齿轮的极限应力值fx或者锥齿轮的应力差值δf大于锥齿轮的极限应力差值δfx时，则调整回火电源的功率为ph+p0，并重复步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玥君，刘葭熙，高圳航，丁祥瑞，杨峥，赵宏烨，肖瑶，韩毅，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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