新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器的研究

蔡令軍，宋京霏，梁朋濤，范潔，楚松波，孔春花

洛陽(yáng)法拉地感應(yīng)設(shè)備有限公司 河南洛陽(yáng) 471000

1 序言

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸是汽車(chē)的重要零部件，曲軸軸頸在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中承受巨大的載荷、摩擦力，對(duì)軸頸的熱處理是為了提高硬度、耐磨性，以滿(mǎn)足工作要求。

曲軸的各個(gè)軸頸需進(jìn)行感應(yīng)淬火，以提高其各項(xiàng)力學(xué)性能，滿(mǎn)足使用要求，所使用的感應(yīng)器主要為半環(huán)形感應(yīng)器[1]，感應(yīng)器有效圈通過(guò)定位塊支撐在所需淬火的軸頸之上，隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)器做相應(yīng)的浮動(dòng)，以完成對(duì)曲軸各個(gè)軸頸整個(gè)圓周面的淬火程序；在淬火過(guò)程中，定位塊起到重要的支撐定位作用，但由于定位塊材質(zhì)的特殊要求，使得定位塊容易斷裂損壞，另外感應(yīng)器在工作過(guò)程中，由于護(hù)板受熱發(fā)生變形會(huì)致使感應(yīng)器尺寸發(fā)生變化，也會(huì)造成定位塊的碎裂，甚至?xí)骨S軸頸表面劃傷造成工件報(bào)廢。本文在分析現(xiàn)階段所使用的曲軸感應(yīng)淬火感應(yīng)器使用效果的基礎(chǔ)上，針對(duì)其在生產(chǎn)使用過(guò)程中所存在的問(wèn)題分析研究，提出一種新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器。

2 原曲軸感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

2.1 感應(yīng)器簡(jiǎn)圖及介紹

現(xiàn)階段所使用感應(yīng)器結(jié)構(gòu)主要由有效圈組件、墊塊、護(hù)板、冷卻水盒、輔助噴液器、連接塊和定位塊等組成，如圖1所示。

圖1 感應(yīng)器原結(jié)構(gòu)

有效圈組件由空心銅管焊接制成，上部有兩個(gè)饋電頭焊接直空心銅管，直空心水管下部焊接有制作為半環(huán)形的空心水管，有效圈組件的上部通過(guò)兩個(gè)墊塊將其包裹固定夾緊，兩個(gè)墊塊通過(guò)螺釘聯(lián)接在一起，將有效圈組件夾緊固定在中間位置；墊塊為L(zhǎng)形玻璃布板，兩塊墊塊加工有相對(duì)應(yīng)的通孔，通過(guò)螺栓聯(lián)接將有效圈上部夾緊固定；護(hù)板共兩塊，分別設(shè)置在有效圈組件的前后兩側(cè)，通過(guò)螺釘固定在一起，護(hù)板的中部開(kāi)有腰形孔，腰形孔的下面沿半環(huán)形槽口圓周上設(shè)置有安裝定位塊的通孔；冷卻水盒為F形結(jié)構(gòu)，分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置在有效圈組件下端的左右兩側(cè)，冷卻水盒和有效圈組件夾在兩個(gè)護(hù)板之間，通過(guò)螺釘與護(hù)板固定聯(lián)接；輔助噴液器設(shè)置在左右兩側(cè)的冷卻水盒下部，出水孔與冷卻水盒上對(duì)應(yīng)通孔采用焊接連接，進(jìn)水孔通過(guò)接頭與機(jī)床連接；連接塊分別設(shè)置在左右冷卻水盒的底部，連接塊的兩側(cè)夾固著前后護(hù)板，通過(guò)螺栓和冷卻水盒固定在一起。

2.2 使用情況分析

目前，使用的曲軸感應(yīng)器的工作過(guò)程是將感應(yīng)器下部半環(huán)形開(kāi)口卡在所需淬火的曲軸軸頸上，有效圈上部饋電頭部位與機(jī)床連接，輔助噴液器管接頭與機(jī)床上對(duì)應(yīng)水管連接；曲軸感應(yīng)淬火過(guò)程中，感應(yīng)器隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)做相應(yīng)的浮動(dòng)，以完成對(duì)加工軸頸的整個(gè)圓周面進(jìn)行熱處理[2]。

在感應(yīng)熱處理的整個(gè)加熱過(guò)程中，感應(yīng)器曲軸軸頸的定位、對(duì)準(zhǔn)是由布置在有效圈下部的三對(duì)（6塊）定位塊完成的，并由定位塊支撐在軸頸上來(lái)保證感應(yīng)器有效圈與軸頸之間合適的間隙，以達(dá)到良好的淬火效果；在實(shí)際使用過(guò)程中，由于定位塊特殊的材質(zhì)要求（無(wú)磁、耐磨），使得定位塊容易斷裂損壞。另外，在感應(yīng)器工作過(guò)程中，由于護(hù)板受熱產(chǎn)生變形會(huì)影響感應(yīng)器尺寸發(fā)生變化，也會(huì)影響定位塊的碎裂，甚至?xí)骨S軸頸表面劃傷而造成工件報(bào)廢。

3 新型曲軸感應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)方案

對(duì)現(xiàn)有感應(yīng)器存在的問(wèn)題分析研究后，本文提出一種新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器，該感應(yīng)器利用現(xiàn)有的常規(guī)曲軸淬火感應(yīng)器，通過(guò)對(duì)定位塊及冷卻水盒進(jìn)行調(diào)整，將定位塊包裹在冷卻水盒內(nèi)，同時(shí)在護(hù)板左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置應(yīng)力釋放槽，使感應(yīng)器工作過(guò)程中受熱變形減小，以減少定位塊在工作過(guò)程中碎裂的情況。其結(jié)構(gòu)調(diào)整如圖2所示，包括有效圈組件、墊塊、護(hù)板、冷卻水盒和定位塊。

在新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，有效圈組件上部通過(guò)三個(gè)墊塊將其包裹固定夾緊；護(hù)板分別設(shè)置在有效圈組件的前后兩側(cè)，護(hù)板下部?jī)蓚?cè)邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置應(yīng)力釋放槽；冷卻水盒分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置在有效圈組件下端的左右兩側(cè)，冷卻水盒和有效圈組件夾在兩個(gè)護(hù)板之間；定位塊分別鑲嵌包裹在左右冷卻水盒及定位塊安裝板上的方槽內(nèi)。該實(shí)用新型的定位塊為中心單孔結(jié)構(gòu)，便于安裝、調(diào)試、拆卸，定位塊鑲嵌在冷卻水盒內(nèi)，增加其強(qiáng)度，減少定位塊在淬火中碎裂的情況，在護(hù)板的左右兩側(cè)邊對(duì)稱(chēng)開(kāi)有應(yīng)力釋放槽，使感應(yīng)器工作過(guò)程中受熱變形減小，從而延長(zhǎng)感應(yīng)器的使用壽命。

圖2 新型曲軸淬火感應(yīng)器結(jié)構(gòu)[3]

該新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器，包括有效圈組件、墊塊、護(hù)板、冷卻水管、冷卻水盒、輔助噴液器、連接塊、定位塊、墊塊一、墊塊二、墊塊三和定位塊連接板。其中的有效圈組件、墊塊、輔助噴液器與原曲軸淬火感應(yīng)器相同，主要針對(duì)原淬火感應(yīng)器的水盒、護(hù)板、定位塊做出調(diào)整，以改善感應(yīng)器的使用效果。

輔助噴液器設(shè)置在左右兩側(cè)的冷卻水盒的下部，為一進(jìn)兩出空心銅管結(jié)構(gòu)，共兩組，輔助噴液器進(jìn)水口連接有冷卻水管接頭，冷卻水管接頭與淬火機(jī)床上的管接頭相連，輔助噴液器左右兩側(cè)上部的出水口穿過(guò)冷卻水盒上的通孔對(duì)準(zhǔn)有效圈組件的有效圈部位，可對(duì)有效圈進(jìn)行冷卻，下端的出水口通過(guò)焊接固定在水盒通孔處，對(duì)準(zhǔn)冷卻水盒的“コ”形和黃銅薄板組成的空腔內(nèi)。

墊塊為三個(gè)L形的玻璃布板結(jié)構(gòu)，其中墊塊一和墊塊二長(zhǎng)度尺寸不同，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在有效圈組件的饋電頭兩邊，墊塊一和墊塊二上設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的連接通孔。墊塊三倒置在墊塊一和墊塊二的下部，三個(gè)墊塊將有效圈組件的饋電頭和導(dǎo)電管包裹在內(nèi)，墊塊三的一端夾在兩護(hù)板上部的中間，通過(guò)螺釘與護(hù)板固定在一起。

連接塊分別設(shè)置在左右冷卻水盒的底部，連接塊的兩側(cè)夾固著兩個(gè)護(hù)板，通過(guò)螺栓與冷卻水盒固定在一起。

有效圈組件為折線(xiàn)形結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），包括饋電頭、導(dǎo)電管、有效圈，三者通過(guò)焊接的方式連接在一起，有效圈的左右兩側(cè)設(shè)有兩根螺柱，螺柱的一端通過(guò)連接板和有效圈焊接相連，另一端穿過(guò)有效圈組件兩側(cè)的冷卻水盒側(cè)面的通孔用螺栓聯(lián)接在冷卻水盒上；有效圈為異形空心黃銅管，分軸向管與縱向管，一個(gè)軸向管和兩個(gè)縱向管形成“門(mén)”字形半環(huán)結(jié)構(gòu)，在有效圈上插有成段的C形導(dǎo)磁體；所述的饋電頭設(shè)置在有效圈組件的頂端，饋電頭為異形黃銅塊，中間為通水孔，其作用為與機(jī)床配合連接，且中部通水；導(dǎo)電管為空心黃銅管，呈折線(xiàn)布置，導(dǎo)電管的一端與饋電頭焊接，另一端與有效圈焊接，管中心通冷卻水，冷卻水對(duì)有效圈組件進(jìn)行冷卻；有效圈組件的上部通過(guò)三個(gè)墊塊將其包裹固定夾緊，三個(gè)墊塊通過(guò)螺釘聯(lián)接在一起。

該新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器的冷卻水盒結(jié)構(gòu)為倒置的“F”形黃銅結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4），對(duì)稱(chēng)設(shè)置在有效圈組件下端的左右兩側(cè)，冷卻水盒和有效圈組件夾在前后兩個(gè)護(hù)板之間，通過(guò)螺釘與護(hù)板固定連接，冷卻水盒的側(cè)面設(shè)置有連接輔助噴液器的通水孔，頂面與底面設(shè)置有與護(hù)板及連接塊聯(lián)接固定的螺紋孔，在冷卻水盒安裝定位塊處設(shè)置有方槽，方槽的開(kāi)槽尺寸與定位塊的尺寸相配合，冷卻水盒的“コ”形開(kāi)口對(duì)應(yīng)的兩側(cè)邊分別開(kāi)有傾斜的U形槽，U形槽內(nèi)焊接一塊黃銅薄板，該黃銅薄板上鉆有交錯(cuò)分布的通孔，冷卻水盒的“コ”形和黃銅薄板組成一個(gè)空腔，冷卻水進(jìn)入空腔，通過(guò)黃銅薄板上的通孔噴出，對(duì)零件、有效圈及導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻。

圖3 新型有效圈組件結(jié)構(gòu)

圖4 新型感應(yīng)器的冷卻水盒

圖5 新型曲軸感應(yīng)器定位塊

此水盒與原水盒不同之處在于增加了安裝定位塊的方槽，將定位塊包裹在水盒內(nèi)，相應(yīng)地同時(shí)調(diào)整了定位塊的結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖5），將定位塊的長(zhǎng)度縮短，把雙孔固定形式改為單孔，通過(guò)水盒上方槽中的螺紋孔固定安裝。

該新型感應(yīng)器中的定位塊共6塊，兩塊一組，定位塊為單孔無(wú)磁硬質(zhì)合金材料，有兩組定位塊對(duì)稱(chēng)鑲嵌在左右冷卻水盒安裝定位塊的方槽內(nèi)，通過(guò)螺釘與冷卻水盒相連，另一組定位塊鑲嵌在和前后護(hù)板連接的定位塊安裝板上和冷卻水盒相同的方槽內(nèi)，通過(guò)螺釘固定在定位塊安裝板上，三組定位塊呈圓周分布在有效圈的周?chē)?，與有效圈同心。

此新型曲軸專(zhuān)用感應(yīng)器的護(hù)板（見(jiàn)圖6）較原護(hù)板的改進(jìn)在于增加了兩個(gè)應(yīng)力釋放槽，定位塊安裝出方槽為配用新型定位塊做出調(diào)整，其他與墊塊、水盒連接孔等均與原護(hù)板相同[4]。

圖6 新型曲軸感應(yīng)器護(hù)板

護(hù)板共兩塊，為尺寸相同但形狀有差異的黃銅板，兩護(hù)板分別設(shè)置在有效圈組件和冷卻水盒組成的平面的兩側(cè)，護(hù)板通過(guò)螺釘將有效圈組件和冷卻水盒固定在一起，護(hù)板上端設(shè)置有墊塊安裝通孔，護(hù)板的兩側(cè)設(shè)置有冷卻水盒安裝孔，護(hù)板的中部開(kāi)有腰形孔，腰形孔的下面設(shè)置有安裝定位塊安裝板的通孔，護(hù)板的下部?jī)蓚?cè)邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置有應(yīng)力釋放槽，底部開(kāi)有半圓形的護(hù)板開(kāi)槽口。護(hù)板開(kāi)槽口內(nèi)側(cè)兩邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置有安裝定位塊的開(kāi)口槽，用于定位塊的安裝和定位。

3.2 新型曲軸感應(yīng)器分析

本文所述新型曲軸感應(yīng)器改進(jìn)的目的在于降低感應(yīng)器使用過(guò)程中定位塊碎裂頻率。

冷卻水盒增加安裝定位塊方槽可以將定位塊較好地包裹在水盒內(nèi)，增強(qiáng)對(duì)定位塊的冷卻效果，同時(shí)將定位塊長(zhǎng)度縮短，使得定位塊在使用過(guò)程中可以承受更大的負(fù)載而不發(fā)生斷裂。

護(hù)板增加應(yīng)力釋放槽可以減小感應(yīng)器受熱時(shí)所產(chǎn)生的變形量，更好地保證整個(gè)感應(yīng)器的設(shè)計(jì)尺寸，減小感應(yīng)器變形造成的定位塊碎裂頻率。

上述對(duì)原感應(yīng)器的改進(jìn)在理論方面可以期望得到較好的使用效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器在客戶(hù)實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，能夠滿(mǎn)足對(duì)于曲軸的淬火要求，所完成淬火的曲軸淬火質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)感應(yīng)器使用更加穩(wěn)定，原經(jīng)常出現(xiàn)的定位塊碎裂的頻率大大減小，具有良好的使用效果。

2）新型曲軸專(zhuān)用淬火感應(yīng)器經(jīng)改進(jìn)水盒、定位塊、護(hù)板結(jié)構(gòu)后，在曲軸淬火加工過(guò)程中加工質(zhì)量穩(wěn)定，感應(yīng)器質(zhì)量穩(wěn)定，定位塊使用壽命增加效果明顯。

3）將定位塊包裹在冷卻水盒內(nèi)，同時(shí)在護(hù)板左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置應(yīng)力釋放槽。

4）該感應(yīng)器利用現(xiàn)有的常規(guī)曲軸淬火感應(yīng)器，通過(guò)對(duì)定位塊及冷卻水盒進(jìn)行調(diào)整，將定位塊包裹在冷卻水盒內(nèi)，同時(shí)在護(hù)板左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置應(yīng)力釋放槽，使感應(yīng)器工作過(guò)程中受熱變形減小，減少了定位塊在工作過(guò)程中碎裂的情況。

5）該淬火感應(yīng)器，構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)合理，應(yīng)用可靠，易于制作，且使用中降低了客戶(hù)使用成本，具有很好的使用價(jià)值。