新型曲轴专用淬火感应器的研究

2020-07-08蔡令军宋京霏梁朋涛范洁楚松波孔春花

金属加工(热加工) 2020年6期

蔡令军，宋京霏，梁朋涛，范洁，楚松波，孔春花

洛阳法拉地感应设备有限公司河南洛阳 471000

1 序言

发动机曲轴是汽车的重要零部件，曲轴轴颈在发动机工作过程中承受巨大的载荷、摩擦力，对轴颈的热处理是为了提高硬度、耐磨性，以满足工作要求。

曲轴的各个轴颈需进行感应淬火，以提高其各项力学性能，满足使用要求，所使用的感应器主要为半环形感应器[1]，感应器有效圈通过定位块支撑在所需淬火的轴颈之上，随着曲轴的转动，感应器做相应的浮动，以完成对曲轴各个轴颈整个圆周面的淬火程序；在淬火过程中，定位块起到重要的支撑定位作用，但由于定位块材质的特殊要求，使得定位块容易断裂损坏，另外感应器在工作过程中，由于护板受热发生变形会致使感应器尺寸发生变化，也会造成定位块的碎裂，甚至会使曲轴轴颈表面划伤造成工件报废。本文在分析现阶段所使用的曲轴感应淬火感应器使用效果的基础上，针对其在生产使用过程中所存在的问题分析研究，提出一种新型曲轴专用淬火感应器。

2 原曲轴感应器结构

2.1 感应器简图及介绍

现阶段所使用感应器结构主要由有效圈组件、垫块、护板、冷却水盒、辅助喷液器、连接块和定位块等组成，如图1所示。

图1 感应器原结构

有效圈组件由空心铜管焊接制成，上部有两个馈电头焊接直空心铜管，直空心水管下部焊接有制作为半环形的空心水管，有效圈组件的上部通过两个垫块将其包裹固定夹紧，两个垫块通过螺钉联接在一起，将有效圈组件夹紧固定在中间位置；垫块为L形玻璃布板，两块垫块加工有相对应的通孔，通过螺栓联接将有效圈上部夹紧固定；护板共两块，分别设置在有效圈组件的前后两侧，通过螺钉固定在一起，护板的中部开有腰形孔，腰形孔的下面沿半环形槽口圆周上设置有安装定位块的通孔；冷却水盒为F形结构，分别对称设置在有效圈组件下端的左右两侧，冷却水盒和有效圈组件夹在两个护板之间，通过螺钉与护板固定联接；辅助喷液器设置在左右两侧的冷却水盒下部，出水孔与冷却水盒上对应通孔采用焊接连接，进水孔通过接头与机床连接；连接块分别设置在左右冷却水盒的底部，连接块的两侧夹固着前后护板，通过螺栓和冷却水盒固定在一起。

2.2 使用情况分析

目前，使用的曲轴感应器的工作过程是将感应器下部半环形开口卡在所需淬火的曲轴轴颈上，有效圈上部馈电头部位与机床连接，辅助喷液器管接头与机床上对应水管连接；曲轴感应淬火过程中，感应器随着曲轴的转动做相应的浮动，以完成对加工轴颈的整个圆周面进行热处理[2]。

在感应热处理的整个加热过程中，感应器曲轴轴颈的定位、对准是由布置在有效圈下部的三对（6块）定位块完成的，并由定位块支撑在轴颈上来保证感应器有效圈与轴颈之间合适的间隙，以达到良好的淬火效果；在实际使用过程中，由于定位块特殊的材质要求（无磁、耐磨），使得定位块容易断裂损坏。另外，在感应器工作过程中，由于护板受热产生变形会影响感应器尺寸发生变化，也会影响定位块的碎裂，甚至会使曲轴轴颈表面划伤而造成工件报废。

3 新型曲轴感应器结构设计

3.1 技术方案

对现有感应器存在的问题分析研究后，本文提出一种新型曲轴专用淬火感应器，该感应器利用现有的常规曲轴淬火感应器，通过对定位块及冷却水盒进行调整，将定位块包裹在冷却水盒内，同时在护板左右两侧对称设置应力释放槽，使感应器工作过程中受热变形减小，以减少定位块在工作过程中碎裂的情况。其结构调整如图2所示，包括有效圈组件、垫块、护板、冷却水盒和定位块。

在新的结构设计方案中，有效圈组件上部通过三个垫块将其包裹固定夹紧；护板分别设置在有效圈组件的前后两侧，护板下部两侧边对称设置应力释放槽；冷却水盒分别对称设置在有效圈组件下端的左右两侧，冷却水盒和有效圈组件夹在两个护板之间；定位块分别镶嵌包裹在左右冷却水盒及定位块安装板上的方槽内。该实用新型的定位块为中心单孔结构，便于安装、调试、拆卸，定位块镶嵌在冷却水盒内，增加其强度，减少定位块在淬火中碎裂的情况，在护板的左右两侧边对称开有应力释放槽，使感应器工作过程中受热变形减小，从而延长感应器的使用寿命。

图2 新型曲轴淬火感应器结构[3]

该新型曲轴专用淬火感应器，包括有效圈组件、垫块、护板、冷却水管、冷却水盒、辅助喷液器、连接块、定位块、垫块一、垫块二、垫块三和定位块连接板。其中的有效圈组件、垫块、辅助喷液器与原曲轴淬火感应器相同，主要针对原淬火感应器的水盒、护板、定位块做出调整，以改善感应器的使用效果。

辅助喷液器设置在左右两侧的冷却水盒的下部，为一进两出空心铜管结构，共两组，辅助喷液器进水口连接有冷却水管接头，冷却水管接头与淬火机床上的管接头相连，辅助喷液器左右两侧上部的出水口穿过冷却水盒上的通孔对准有效圈组件的有效圈部位，可对有效圈进行冷却，下端的出水口通过焊接固定在水盒通孔处，对准冷却水盒的“コ”形和黄铜薄板组成的空腔内。

垫块为三个L形的玻璃布板结构，其中垫块一和垫块二长度尺寸不同，对称设置在有效圈组件的馈电头两边，垫块一和垫块二上设置有相对应的连接通孔。垫块三倒置在垫块一和垫块二的下部，三个垫块将有效圈组件的馈电头和导电管包裹在内，垫块三的一端夹在两护板上部的中间，通过螺钉与护板固定在一起。

连接块分别设置在左右冷却水盒的底部，连接块的两侧夹固着两个护板，通过螺栓与冷却水盒固定在一起。

有效圈组件为折线形结构（见图3），包括馈电头、导电管、有效圈，三者通过焊接的方式连接在一起，有效圈的左右两侧设有两根螺柱，螺柱的一端通过连接板和有效圈焊接相连，另一端穿过有效圈组件两侧的冷却水盒侧面的通孔用螺栓联接在冷却水盒上；有效圈为异形空心黄铜管，分轴向管与纵向管，一个轴向管和两个纵向管形成“门”字形半环结构，在有效圈上插有成段的C形导磁体；所述的馈电头设置在有效圈组件的顶端，馈电头为异形黄铜块，中间为通水孔，其作用为与机床配合连接，且中部通水；导电管为空心黄铜管，呈折线布置，导电管的一端与馈电头焊接，另一端与有效圈焊接，管中心通冷却水，冷却水对有效圈组件进行冷却；有效圈组件的上部通过三个垫块将其包裹固定夹紧，三个垫块通过螺钉联接在一起。

该新型曲轴专用淬火感应器的冷却水盒结构为倒置的“F”形黄铜结构（见图4），对称设置在有效圈组件下端的左右两侧，冷却水盒和有效圈组件夹在前后两个护板之间，通过螺钉与护板固定连接，冷却水盒的侧面设置有连接辅助喷液器的通水孔，顶面与底面设置有与护板及连接块联接固定的螺纹孔，在冷却水盒安装定位块处设置有方槽，方槽的开槽尺寸与定位块的尺寸相配合，冷却水盒的“コ”形开口对应的两侧边分别开有倾斜的U形槽，U形槽内焊接一块黄铜薄板，该黄铜薄板上钻有交错分布的通孔，冷却水盒的“コ”形和黄铜薄板组成一个空腔，冷却水进入空腔，通过黄铜薄板上的通孔喷出，对零件、有效圈及导磁体进行冷却。

图3 新型有效圈组件结构

图4 新型感应器的冷却水盒

图5 新型曲轴感应器定位块

此水盒与原水盒不同之处在于增加了安装定位块的方槽，将定位块包裹在水盒内，相应地同时调整了定位块的结构形式（见图5），将定位块的长度缩短，把双孔固定形式改为单孔，通过水盒上方槽中的螺纹孔固定安装。

该新型感应器中的定位块共6块，两块一组，定位块为单孔无磁硬质合金材料，有两组定位块对称镶嵌在左右冷却水盒安装定位块的方槽内，通过螺钉与冷却水盒相连，另一组定位块镶嵌在和前后护板连接的定位块安装板上和冷却水盒相同的方槽内，通过螺钉固定在定位块安装板上，三组定位块呈圆周分布在有效圈的周围，与有效圈同心。

此新型曲轴专用感应器的护板（见图6）较原护板的改进在于增加了两个应力释放槽，定位块安装出方槽为配用新型定位块做出调整，其他与垫块、水盒连接孔等均与原护板相同[4]。

图6 新型曲轴感应器护板

护板共两块，为尺寸相同但形状有差异的黄铜板，两护板分别设置在有效圈组件和冷却水盒组成的平面的两侧，护板通过螺钉将有效圈组件和冷却水盒固定在一起，护板上端设置有垫块安装通孔，护板的两侧设置有冷却水盒安装孔，护板的中部开有腰形孔，腰形孔的下面设置有安装定位块安装板的通孔，护板的下部两侧边对称设置有应力释放槽，底部开有半圆形的护板开槽口。护板开槽口内侧两边对称设置有安装定位块的开口槽，用于定位块的安装和定位。