轉(zhuǎn)盤軸承小曲率半徑溝道感應(yīng)加熱器的改進

李省偉，馮輝，馬聰，徐俊，毛斐然

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 常用感應(yīng)加熱器結(jié)構(gòu)及存在的問題

對于轉(zhuǎn)盤軸承小曲率半徑溝道淬火(以曲率半徑9.17 mm為例)，目前使用的感應(yīng)加熱器(簡稱感應(yīng)器)主要有4種，如圖1所示。

圖1 仿形感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 一字形感應(yīng)器

一字形感應(yīng)器的加熱導體沿溝道方向仿形分布，只有一根銅管組成，電流沿圓周方向。加熱時，溝道底部溫度較高，鋼球接觸點及溝道口區(qū)域(溝口)由溝道底部傳熱升溫，當鋼球接觸點與溝道口區(qū)域溫度達到淬火溫度時，溝道底部溫度已超過淬火工藝溫度上限，導致淬火過熱，產(chǎn)生不合格的金相組織，容易產(chǎn)生淬火裂紋。而當溝道底部溫度剛好為表面淬火溫度時，鋼球接觸點和溝道口區(qū)域的溫度卻難以達到淬火工藝溫度，致使淬火硬度達不到工藝要求。因此，采用一字形感應(yīng)器淬火加熱小曲率半徑溝道，往往加熱溫度較高，工件出現(xiàn)淬火裂紋的風險較大。

1.2 R形感應(yīng)器

R形感應(yīng)器淬火加熱時，由于電流會自動走捷徑，溝道底部的渦流強度較低，致使溫度較低，而溝道邊緣內(nèi)徑(外徑)面溫度較高，加上感應(yīng)淬火的尖角效應(yīng)，溝口的溫度較高，熱量從溝口向溝道底部傳導，由于不方便觀察溝口的淬火情況，因此，生產(chǎn)中溝口極易產(chǎn)生淬火裂紋。

1.3 J形感應(yīng)器

J形感應(yīng)器在加熱曲率半徑大于20 mm的溝道時，當控制好硅鋼片的安裝狀況時，溝道受熱均勻，淬火加熱效果比較好。但對于小曲率半徑的溝道，感應(yīng)器制作難度較大，只能選用更細的加熱銅管。由于加熱銅管較細，非常容易損壞；在加熱過程中也容易爆裂，導致被加工工件的報廢。

1.4 雙一字形感應(yīng)器

雙一字形感應(yīng)器屬于中頻導磁體感應(yīng)器，熱量沿溝道中心向外傳導，是比較理想的溝道加熱感應(yīng)器。但對于小曲率半徑溝道，由于溝道空間尺寸小，制作的感應(yīng)器只能選用截面比較小的加熱銅管，為保證感應(yīng)器正常使用，加熱銅管由壓力、流量都非常大的冷卻水冷卻，當冷卻水壓力不足時，感應(yīng)器在使用過程中爆裂的風險較大；并且小曲率半徑溝道的工件壁厚較薄，表面淬火加工過程中的變形較大，可能引起溝道與感應(yīng)器的耦合間隙變小，造成溝道灼傷。

2 改進后的感應(yīng)器

2.1 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

為保證轉(zhuǎn)盤軸承小曲率半徑溝道表面中頻感應(yīng)淬火質(zhì)量，感應(yīng)器必須能夠使整個溝道面各部位均勻受熱、均勻冷卻。改進后的感應(yīng)器綜合了R形和J形感應(yīng)器的優(yōu)點，在原R形感應(yīng)器的基礎(chǔ)上優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 改進感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

2.2 性能特點

(1)感應(yīng)器仿形部分采用紫銅棒車制成標準圓弧結(jié)構(gòu)，使加熱熱量分布更趨合理。而原R形感應(yīng)器圓弧加熱部分由銅板折彎焊接而成，較難達到標準圓弧結(jié)構(gòu)，且焊接時易出現(xiàn)各種缺陷(如焊接夾雜、結(jié)合強度差等)，造成感應(yīng)器的加熱不均。

(2)將原R形感應(yīng)器加熱導體沿徑向面改為以一定的角度離開內(nèi)徑(或外徑)面，有效削弱了感應(yīng)加熱尖角效應(yīng)的影響，并且使感應(yīng)器與溝道的耦合間隙和溝道各個部位的顏色都便于觀察，淬火過程中可以及時調(diào)整，有效降低了溝口淬火過熱和淬火裂紋的風險。

(3)改進后的感應(yīng)器改變了冷卻水的流向，使感應(yīng)器有效加熱體(溝道仿形部位)冷卻效果更好，在加熱過程中不易因水流不暢致使感應(yīng)器爆裂而導致工件的報廢。

2.3 使用效果

根據(jù)改進后感應(yīng)器結(jié)構(gòu)，采用壁厚為1.5 mm的方形(12 mm×10 mm)紫銅管，車削標準直徑為15 mm的仿形圓弧，非有效加熱銅管以40°角離開工件內(nèi)(外)徑面，黃銅焊接設(shè)計結(jié)構(gòu)后，在有效加熱部分裝牌號為35w360的硅鋼片，制作出新的感應(yīng)器。用改進后的感應(yīng)器試淬火加熱曲率半徑為9.17 mm、球組節(jié)圓直徑為844 mm的轉(zhuǎn)盤軸承；材料為50Mn，表面熱處理前為調(diào)質(zhì)態(tài)；熱處理后的技術(shù)要求為：淬回、火后硬度為55～62 HRC，有效淬硬層深度不低于3.8 mm，不允許有裂紋、灼傷等缺陷。

淬火工藝參數(shù)見表1，采用HKCC-4000淬火設(shè)備、AQ251(PAG)淬火液。采用無損檢測的方式檢測工件，磁粉探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋，在零件圓周方向每間隔60°設(shè)置檢測點(共6處)，用里氏硬度計及超聲波檢測儀檢測溝道硬度及淬硬層深度，檢測結(jié)果見表2，合格率達到100%。

表1 淬火工藝參數(shù)

表2 硬度及淬硬層深度檢測結(jié)果

3 結(jié)束語

多次生產(chǎn)實踐表明，改進結(jié)構(gòu)后的感應(yīng)器淬火加熱小曲率溝道軸承時，合格率能夠達到99%以上，是比較理想的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。