彈簧片單面頻淬火工藝及感應(yīng)器設(shè)計研究
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摘要:為解決內(nèi)燃機車運行過程中柴油機彈性聯(lián)軸器的彈簧片與花鍵軸嚙合使用時因硬度不均而斷裂的問題，采用中頻感應(yīng)淬火工藝代替原激光表面淬火工藝，設(shè)計了新的中頻淬火感應(yīng)器，并制定了相應(yīng)的單面感應(yīng)淬火工藝，裝車后運用效果良好。
關(guān)鍵詞:彈簧片;中頻感應(yīng)淬火;感應(yīng)器
東風(fēng)4D型內(nèi)燃機車彈性聯(lián)軸節(jié)的彈簧片在機車運行過程中出現(xiàn)與花鍵軸相互嚙蝕現(xiàn)象，造成彈簧片斷裂，產(chǎn)生廢品，對公司經(jīng)濟效益影響大，為此公司決定采用中頻感應(yīng)淬火工藝代替原激光表面淬火工藝［1］。在無現(xiàn)成中頻感應(yīng)器及淬火工藝條件下，設(shè)計了一種適合單面局部淬火的彈簧片中頻感應(yīng)器，并制定了最佳的工藝參數(shù)，將其應(yīng)用于彈簧片上，完全達到彈簧片的使用要求，并減少了廢品的產(chǎn)生，取得了滿意效果，現(xiàn)已裝車運用。
1技術(shù)現(xiàn)狀及工藝要求
公司現(xiàn)有與花鍵軸嚙合的彈性聯(lián)軸節(jié)的彈簧片采用激光表面淬火工藝進行單面淬火，該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)零件的局部淬火而保持其他部位的性能不變。但是，由于激光器的加熱斑點過小，需要對彈簧片的表面進行多道掃描作業(yè)。在這種作業(yè)過程中，前面一道掃描會對后面的掃描部位產(chǎn)生預(yù)熱作用，而后面一道掃描又會對前面的掃描部位產(chǎn)生再次加熱作用，這種再次加熱勢必會使淬火搭接區(qū)附近產(chǎn)生不同程度的回火現(xiàn)象，形成“軟帶”，從而使處理后的彈簧片表面硬度不均，達不到預(yù)期的技術(shù)效果。該彈簧片材質(zhì)為50CrVA鋼，呈130mm×205mm矩形，厚度8．7mm，技術(shù)要求簧片頭部20mm范圍內(nèi)(與花鍵軸嚙合處)單側(cè)表面淬火，淬火硬度55～60HRC，硬化層≥0．5mm，簧片淬火帶兩側(cè)距邊各13mm范圍內(nèi)硬度≥42HRC。
2感應(yīng)器設(shè)計和工藝制定
感應(yīng)加熱表面淬火是通過感應(yīng)器來實現(xiàn)的，表面淬火的質(zhì)量及設(shè)備的效率，在很大程度上取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計［2-3］。由于感應(yīng)器只需對彈簧片嚙合面單面局部均勻感應(yīng)加熱，因此針對彈簧片單面局部淬火的感應(yīng)器設(shè)計為非對稱結(jié)構(gòu)。彈簧片單面局部淬火的中頻淬火感應(yīng)器主要由匯流板、連結(jié)機構(gòu)、冷卻裝置、施感導(dǎo)體和導(dǎo)磁體組成。圖1為彈簧片中頻淬火感應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。匯流板1和2通過連接螺栓、螺母、螺釘構(gòu)成了回路，加強了感應(yīng)器的整體性。匯流板1和2的右端互為鏡象L形斷面，通過U形口及螺栓與中頻淬火變壓器的輸出端連接。兩匯流板之間設(shè)有絕緣板。螺栓和螺母之間設(shè)有絕緣套、絕緣墊和墊片，螺釘上設(shè)有墊圈。匯流板1上焊有外置冷卻水腔1，與一進一出的冷卻水管構(gòu)成了匯流板1的冷卻循環(huán)水路。外置冷卻水腔1的端部設(shè)有堵，通過焊接方法與外置冷卻水腔1結(jié)合。匯流板1上設(shè)有兩個冷卻水管連接孔，與冷卻水管連接，連接處設(shè)有玻璃套，一進一出的冷卻水管與施感導(dǎo)體的腔體構(gòu)成施感導(dǎo)體的冷卻水路，以保證施感導(dǎo)體自身的冷卻。匯流板1上設(shè)有一個緊固螺釘通孔，用來通過螺釘緊固導(dǎo)磁體。匯流板2上焊有外置冷卻水腔2，與一進一出的冷卻水管構(gòu)成了匯流板2的冷卻循環(huán)水路，以提高感應(yīng)器的冷卻能力。外置冷卻水腔2端部設(shè)有堵，通過焊接方法與外置冷卻水腔2結(jié)合。工字形施感導(dǎo)體處采用紫銅焊接，周圍鑲有凹型硅鋼導(dǎo)磁體片，有效減少了磁力線的逸散，提高了感應(yīng)器的加熱效率。硅鋼導(dǎo)磁體片中間加有天然云母絕緣層，導(dǎo)磁體與匯流板1間設(shè)有電木絕緣層，施感平面高出匯流板2的右端平面。冷卻噴油管焊接在施感導(dǎo)體一側(cè)下方，以提高淬火過程中的冷卻能力，進而保證了彈簧片連續(xù)淬火效果，得到均勻硬度。圖2為彈簧片單面中頻淬火工藝示意圖。如圖2所示，固定中頻淬火感應(yīng)器，其施感平面垂直于水平面且下半部分浸入冷卻油中。彈簧片待處理面的下端與中頻淬火感應(yīng)器的施感平面平行貼近。中頻淬火感應(yīng)器通電，對貼近的彈簧片表面進行感應(yīng)加熱，同時彈簧片垂直向下勻速連續(xù)移動，彈簧片表面上剛被加熱過的部位不斷進入冷卻油中，感應(yīng)器下方的冷卻油管噴口不斷循環(huán)注入冷卻油，直到需要淬火的所有部位全部處理完為止。通過控制彈簧片連續(xù)移動，使經(jīng)過感應(yīng)器的彈簧片待處理面漸進連續(xù)進行淬火處理，最后完成彈簧片所需單面局部淬火處理。圖2彈簧片單面中頻淬火工藝示意圖Fig．2Schematicofmediumfrequencyunilateralquenchingprocessofspringlamination所述淬火步驟中，彈簧片待處理面的下端與中頻淬火感應(yīng)器的施感平面平行貼近的間隙為2．5mm，中頻淬火感應(yīng)器的通電電壓為400V，電流70A，彈簧片向下移動速度為淬火速度11mm/s，冷卻油管的噴油壓力為0．05MPa。冷卻油管噴口不斷循環(huán)注入冷卻油，使感應(yīng)器下方的冷卻油溫度變化范圍保持在30～80℃。
3結(jié)論
利用該中頻淬火工藝及其感應(yīng)器淬火處理后的彈簧片嚙合面，各處硬度均能夠滿足工藝要求，避免了“軟帶”的形成，可以獲得硬度均勻的淬硬層，加強了彈簧片的硬度和耐磨性，提高了彈簧片的使用壽命，解決了其與花鍵軸嚙合使用時因硬度不均而斷裂的問題。
參考文獻:
［1］張銀鳳．花鍵軸感應(yīng)淬火工藝的研究與應(yīng)用［J］．鐵道機車車輛，2011，31(S1):371-373．
［2］譚文理，黃偉能．單齒埋油淬火感應(yīng)器的設(shè)計［J］．金屬熱處理，2003，28(4):65-67．
［3］沈慶通．感應(yīng)器節(jié)能與制造技術(shù)［J］．金屬熱處理，2003，28(8):38-44．
作者：梁博 姚洪瀚 胡曉飛 孫曉庭 單位：中車大連機車車輛有限公司