(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911222211.9
(22)申请日 2019.12.03
(71)申请人 燕山大学
地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北
大街西段438号
(72)发明人 于恩林 牛身身
(74)专利代理机构 北京孚睿湾知识产权代理事
务所(普通合伙) 11474
代理人 韩燕
(51)Int.Cl.
C21D 1/10(2006.01)
C21D 1/667(2006.01)
C21D 9/40(2006.01)
C21D 11/00(2006.01)
(54)发明名称感应淬火装置及其淬火方法(57)摘要本发明涉及一种感应淬火装置及其淬火方法，其包括底座、固定装置、轴承、控制装置、加热装置、冷却装置、硬度测量装置和轴帽，底座放置于地面上，固定装置分别设于底座的第一端和第二端，控制装置中的齿条插入测量固定环上的插口，加热装置、冷 却装置和硬度测量装置分别通过加热固定环、冷却固定环和测量固定环套入并固定于外杆上，且外杆的第二端设有轴帽。本发明引入了在线显微硬度测量，将确定冷却参数的过程在线化、连续化，可以在线连续改变参数，提高了生产过程中试错的效率，降低了试错和加工成本；同时将大加工表面区域化，实现对多个小加工表面的独立控制，能够在很大程度上改善热处理后性能不均匀的现象，
提升热处理的质量。权利要求书2页 说明书7页 附图6页CN 110923409 A 2020.03.27
C N 110923409
A
1.一种感应淬火装置，其包括固定装置、加热装置、冷却装置和硬度测量装置，其特征在于，
所述固定装置分别设于底座的第一端和第二端，且所述固定装置包括小电机、滚动辊、固定板和挡板，所述滚动辊的第一端穿过所述固定板与所述小电机的输出端连接，且所述滚动辊的第二端支撑于所述挡板上，所述挡板为能拆卸结构，轴承放置于所述滚动辊上，控制装置包括控制台、电机、外杆、转动轴和齿条，所述控制台固定设于所述底座上，且所述控制台上方设有所述电机，所述电机的输出端与所述转动轴的第一端连接，且所述转动轴的第二端设有所述齿条，所述转动轴外侧安装有所述外杆，且所述外杆的第一端与所述电机固定连接；
所述加热装置包括加热固定环、加热支撑板、液压箱、液压泵、液压杆、感应线圈、左电极、右电极和测温仪，所述加热固定环设于所述加热支撑板的第一端，且所述加热支撑板的第二端设有所述液压箱，所述测温仪设于所述液压箱下方，所述液压箱的第一端均布设有多个液压槽，所述液压泵设于所述液压槽中，且所述液压泵的第一端设有所述液压杆，所述液压杆的第一端设有所述感应线圈，所述感应线圈的第一端和第二端分别与所述左电极和右电极连接，且所述不同感应线圈之间相邻的左电极和右电极用导线连接，位于所述加热装置最外侧的左电极和右电极分别连接高频交流电源的两个电极，所述冷却装置包括冷却固定环、冷却支撑板、冷却箱、冷却喷头、内网、连接柱和滑块，所述冷却固定环设于所述冷却支撑板的第一端，且所述冷却支撑板的第二端设有所述冷却箱，且所述冷却箱上设有进水口，所述冷却箱与所述冷却喷头相连通，且所述冷却喷头的外侧弧面均布设有出水口，所述冷却喷头的第一端面设有多个所述滑块，且所述冷却喷头内部均布设有多个所述内网和连接柱；以及
所述硬度测量装置包括测量固定环、测量支撑板、上滑板、下滑板、硬度测量仪和隔水塞，所述测量固定环的内侧弧面设有插口，所述测量固定环设于所述测量支撑板的第一端，且所述测量支撑板的第二端设有所述上滑板，且所述上滑板和所述下滑板滑动连接，所述下滑板的第一端设有所述硬度测量仪和隔水塞；所述控制装置的所述外杆的一侧设有开口，且所述控制装置中的齿条通过所述开口插入所述测量固定环上的插口，所述加热装置、冷却装置和硬度测量装置分别通过所述加热固定环、冷却固定环和测量固定环套入并固定于所述外杆上，且所述外杆的第二端设有轴帽。
2.根据权利要求1所述的感应淬火装置，其特征在于，所述固定板和挡板之间的距离等于所述轴承的宽度。
3.根据权利要求1所述的感应淬火装置，其特征在于，所述感应线圈包括4个所述感应线圈，最外侧两个所述感应线圈的高度一致，最内侧两个所述感应线圈的高度一致，且所述感应线圈的高度通过所述液压泵控制。
4.根据权利要求1所述的感应淬火装置，其特征在于，所述冷却喷头内部的每个所述内网均设有三个冷却档位，所述三个冷却档位包括高档冷却档位、中档冷却档位和低档冷却档位。
5.根据权利要求4所述的感应淬火装置，其特征在于，每个所述滑块和连接柱均对应一个所述内网，且所述内网的数量和所述感应线圈的数量相等。
6.根据权利要求1所述的感应淬火装置，其特征在于，所述外杆的外表面呈正八边形，
所述加热固定环和冷却固定环的内表面呈正八边形，且所述外杆外表面正八边形的边长等于所述加热固定环和冷却固定环内表面正八边形的边长。
7.一种根据权利要求1至5任一所述的感应淬火装置的淬火方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、将轴承放置于滚动辊上；
S2、调整所述加热装置的感应加热参数，具体包括以下步骤：
S21、打开电源，开始加热；
S22、调整高频电流、电流频率以及每个所述感应线圈到所述轴承内表面的距离；
S23、使用所述测温仪测量所述轴承加热区域的温度；以及
S24、当所述轴承加热区域的温度满足热处理温度要求，且温度差值不超过40℃时，记录此时高频电流、电流频率以及每个所述感应线圈到所述轴承内表面的距离，若所述轴承加热区域的温度不满足热处理温度要求，则继续对所述轴承加热区域进行加热；
S3、调整所述冷却装置的冷却参数，具体包括以下步骤：
S31、推动所述滑块，调整每个所述内网的档位参数；
S32、调整所述硬度测量仪至工作位置；
S33、测量所述轴承对应冷却区域的显微硬度值；以及
S34、当所述硬度测量仪测量的显微硬度差值不超过50HV时，记录此时每个所述内网的档位参数，若所
述硬度测量仪测量的显微硬度差值超过50HV，则继续对所述轴承冷却区域进行冷却；
S4、对所述轴承进行感应热处理，具体包括以下步骤：
S41、收起所述硬度测量仪，卸载调整参数使用的所述轴承；以及
S42、安装待处理轴承，使用步骤S2确定的感应加热参数和步骤S3确定的冷却参数，对所述轴承进行感应热处理。
8.根据权利要求7所述的感应淬火装置的淬火方法，其特征在于，当对所述轴承进行显微硬度测量时，所述硬度测量仪的外表面和所述轴承的内表面接触，且所述硬度测量仪外表面的线速度与所述轴承内表面的线速度相同。
感应淬火装置及其淬火方法
技术领域
[0001]本发明属于感应热处理技术领域，特别是涉及一种感应淬火装置及其淬火方法。
背景技术
[0002]轴承类零件的使用寿命和质量，取决于零件自身的接触疲劳寿命、强度以及尺寸稳定性。热处理能改变钢铁的组织结构，消除加工后的各种缺陷，是改善这些性能的重要途径。感应热处理具有高效、环保、节能等优点，因而对感应热处理的应用越来越广泛。但是研究发现，在对大型轴承类零件内表面进行热处理时，过程中存在着以下问题：在确定感应热处理淬火参数时，通常对整个零件进行试错，过程往往繁琐，消耗时间长，且成本高；由于感应电流的集肤效应，加热面积较大的零件时，会造成加热不均匀，同一表面加热时，靠近两侧面温度较高，中间偏低，加热表面的温差较大，严重影响热处理质量。
发明内容
[0003]针对以上情况，本发明提供一种感应淬火装置及其淬火方法，引入了在线显微硬度测量，将确定冷却参数的过程在线化、连续化，可以在线连续改变参数，进而使用最少的工件，以最短的时间到热处理参数的最优解，提高了生产过程中试错的效率，降低了试错和加工成本；同时将大加工表面区域化，实现对多个小加工表面的独立控制，能够在很大程度上改善热处理后性能不均匀的现象，进而完善感应淬火的效果，提升热处理的质量。[0004]本发明采用的技术方案公开一种感应淬火装置，其包括固定装置、控制装置、加热装置、冷却装置和硬度测量装置，所述固定装置分别设于所述底座的第一端和第二端，且所述固定装置包括小电机、滚动辊、固定板和挡板，所述滚动辊的第一端穿过所述固定板与所述小电机的输出端连接，且所述滚动辊的第二端支撑于所述挡板上，所述挡板为可拆卸结构，所述轴
承放置于所述滚动辊上，所述控制装置包括控制台、电机、外杆、转动轴和齿条，所述控制台固定设于所述底座上，且所述控制台上方设有所述电机，所述电机的输出端与所述转动轴的第一端连接，且所述转动轴的第二端设有所述齿条，所述转动轴外侧安装有所述外杆，且所述外杆的第一端与所述电机固定连接；所述加热装置包括加热固定环、加热支撑板、液压箱、液压泵、液压杆、感应线圈、左电极、右电极和测温仪，所述加热固定环设于所述加热支撑板的第一端，且所述加热支撑板的第二端设有所述液压箱，所述测温仪设于所述液压箱下方，所述液压箱的第一端均布设有多个液压槽，所述液压泵设于所述液压槽中，且所述液压泵的第一端设有所述液压杆，所述液压杆的第一端设有所述感应线圈，所述感应线圈的第一端和第二端分别与所述左电极和右电极连接，且所述不同感应线圈之间相邻的左电极和右电极用导线连接，位于所述加热装置最外侧的左电极和右电极分别连接高频交流电源的两个电极，所述冷却装置包括冷却固定环、冷却支撑板、冷却箱、冷却喷头、内网、连接柱和滑块，所述冷却固定环设于所述冷却支撑板的第一端，且所述冷却支撑板的第二端设有所述冷却箱，且所述冷却箱上设有进水口，所述冷却箱与所述冷却喷头相连通，且所述冷却喷头的外侧弧面均布设有出水口，所述冷却喷头的第一端面设有多个所述滑块，
且所述冷却喷头内部均布设有多个所述内网和连接柱，所述硬度测量装置包括测量固定环、测量支撑板、上滑板、下滑板、硬度测量仪和隔水塞，所述测量固定环的内侧弧面设有插口，所述测量固定环设于所述测量支撑板的第一端，且所述测量支撑板的第二端设有所述上滑板，且所述上滑板和所述下滑板
滑动连接，所述下滑板的第一端设有所述硬度测量仪和隔水塞；以及所述外杆的一侧设有开口，且所述控制装置中的齿条通过所述开口插入所述测量固定环上的插口，所述加热装置、冷却装置和硬度测量装置分别通过所述加热固定环、冷却固定环和测量固定环套入并固定于所述外杆上，且所述外杆的第二端设有所述轴帽。
[0005]优选地，所述固定板和挡板之间的距离等于所述轴承的宽度。
[0006]优选地，所述感应线圈包括4个所述感应线圈，最外侧两个所述感应线圈的高度一致，最内侧两个所述感应线圈的高度一致，且所述感应线圈的高度通过所述液压泵控制。[0007]进一步地，所述冷却喷头内部的每个所述内网均设有三个冷却档位，所述三个冷却档位包括高档冷却档位、中档冷却档位和低档冷却档位。
[0008]进一步地，每个所述滑块和连接柱均对应一个所述内网，且所述内网的数量和所述感应线圈的数量相等。
[0009]进一步地，所述外杆的外表面呈正八边形，所述加热固定环和冷却固定环的内表面呈正八边形，且所述外杆外表面正八边形的边长等于所述加热固定环和冷却固定环内表面正八边形的边长。
[0010]本发明的另一方面，提供了一种感应淬火装置的淬火方法，其包括以下步骤：[0011]S1、将所述轴承放置于所述滚动辊上；
[0012]S2、调整所述加热装置的感应加热参数，具体包括以下步骤：
[0013]S21、打开电源，开始加热；
[0014]S22、调整高频电流、电流频率以及每个所述感应线圈到所述轴承内表面的距离；[0015]S23、使用所述测温仪测量所述轴承加热区域的温度；以及
[0016]S24、当所述轴承加热区域的温度满足热处理温度要求，且温度差值不超过40℃时，记录此时高频电流、电流频率以及每个所述感应线圈到所述轴承内表面的距离，若所述轴承加热区域的温度不满足热处理温度要求，则继续对所述轴承加热区域进行加热；[0017]S3、调整所述冷却装置的冷却参数，具体包括以下步骤：
[0018]S31、推动所述滑块，调整每个所述内网的档位参数；
[0019]S32、调整所述硬度测量仪至工作位置；
[0020]S33、测量所述轴承对应冷却区域的显微硬度值；以及
[0021]S34、当所述硬度测量仪测量的显微硬度差值不超过50HV时，记录此时每个所述内网的档位参数，若所述硬度测量仪测量的显微硬度差值超过50HV，则继续对所述轴承冷却区域进行冷却；
[0022]S4、对所述轴承进行感应热处理，具体包括以下步骤：
[0023]S41、收起所述硬度测量仪，卸载调整参数使用的所述轴承；以及
[0024]S42、安装待处理轴承，使用步骤S2确定的感应加热参数和步骤S3确定的冷却参数，对所述轴承进行感应热处理。
[0025]进一步地，当对所述轴承进行显微硬度测量时，所述硬度测量仪的外表面和所述
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