[发明专利]一种通过涂覆导磁体控制工件凹槽漏磁的感应淬火方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料的表面热处理工艺，尤其是通过涂覆导磁材料控制工件凹槽漏磁，使得淬火硬化层硬度分布梯度趋向合理的感应淬火方法。

背景技术

淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用，汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件千差万别的技术要求，各种淬火工艺都得到了发展。感应淬火是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热的淬火工艺。与传统的淬火工艺相比，感应淬火工艺具备以下优势：(1)热源在工件表层，加热速度快，热效率高；(2)对工件进行局部加热，变形小；(3)加热时间短，表面氧化脱碳量少；(4)工件表面硬度高，缺口敏感性小，提高工件的使用寿命；(5)设备紧凑，使用方便。

然而，目前在感应淬火工艺中，设计人员常常忽略了工件凹槽处产生的漏磁，以及凹槽对磁力线造成的偏聚现象(图1)。当磁力线在穿过工件凹槽处时，表层的磁力线在凹槽界面产生折射，形成漏磁和磁力线发散，一部分磁力线穿过空气再折射进工件表层中，造成穿过凹槽的磁通密度减少，从而降低了该部位的加热温度，延长了加热时间。由于空气的相对导磁率约为1，金属的相对导磁率2000～6000，所以在相同的磁场下，金属通过的磁通密度是空气通过的几千到上万倍。同时，另一部分磁力线则从凹槽底部穿过，也进一步减少了穿过凹槽的磁力线。因此，常规的感应加热技术就无法实现令人满意的热处理效果，往往越是需要强化耐磨的部位，硬化效果越不理想。其关键原因在于感应淬火时磁力线及温度场的分布完全基于集肤效应，分布形式主要取决于零部件和感应器的形状、距离、加热频率等，对磁力线和温度场的分布控性基本没有或者效果不理想。因此，控制磁力线的分布空间和磁通密度是实现温度场理想分布的关键，也是获得高的淬硬层和淬硬深度的前提。此外，由于漏磁引发的功率消耗导致淬火机床设备需求功率高，能耗高。

国内滚珠丝杠主要采用感应表面淬火工艺，普遍存在淬硬层浅、硬度分布不合理、畸变量大等问题。目前，一般滚珠丝杠采用出丝再淬火，即沿滚道外圆淬火，采用外圆加热，喷液淬火。这种工艺方法简单易行，适应性好，适合螺距≤12毫米以内的各种滚珠丝杠。但由于淬火加热时温度分布不均匀，导致丝杠淬火后的硬度分布不均匀，特别是淬硬层深度沿滚道不均匀、畸变量大，最终明显影响滚珠丝杠副的精度和可靠性。同时，对于大螺距丝杠，受材料自身淬硬性的影响，难以对滚道形成有效的淬硬深度和硬度。对于螺距≥16毫米的丝杠，专利“一种滚珠丝杠沿滚道表面淬火工艺”(201110296141.9)公开了一种滚珠丝杠沿滚道表面淬火的方法，即使淬火感应圈始终沿着滚珠丝杠滚道表面进行淬火，冷却水始终均匀的喷在滚道的两侧，从而使滚道两侧获得同样的硬度。岳明君(滚珠丝杠螺纹沟槽高频淬火的数字控制，制造技术与机床，1998(1)33)、黄继淮(大螺距滚珠丝杆中频沿轨道淬火，冶金物理测试，1985(5)29)尝试过沿轨道感应淬火，得到了沿轨道均匀分布的淬硬层。但以上淬火工艺存在两个问题：(1)不适用螺距小的丝杠；(2)必须对传统淬火机床的传动箱进行设计更改，以实现丝杠旋转运动速率与淬火感应线圈进给速度相一致。目前，导磁体或硅钢片主要安置在感应线圈上，以实现对零件局部驱磁、导流的作用。

键槽的作用是连接孔类零件和轴类零件，使两者之间能够传递扭矩，因此对键槽两侧要求具有一定的硬度，提高疲劳强度。键槽一般采用感应淬火工艺，提高其硬度。当采用圆环形淬火感应器对有键槽的轴类进行淬火处理时，由于圆环效应易出现尖角效应的问题，键槽两侧过热、过烧或产生裂纹不易控制，给配键工作带来很大的困难，影响了组合机床的质量。零件上的键槽变形后，一方面难以通过机械加工来消除变形，占用了大量工时，直接影响了生产周期和经济效益；另一方面造成零件对称度差，合格率低，严重地影响了产品的质量。

专利“键槽细长轴淬火感应器”(200820056879.1)针对圆环形淬火感应器对有键槽的轴类进行淬火处理时易出现尖角效应的问题，提供了一种能够均匀加热的淬火感应器，有效降低尖角效应。该方法虽然可以解决键槽淬火变形、过热或过烧问题，但淬火装置复杂，不便于工业生产的实施。

发明内容

本发明针对现有感应淬火工艺的上述问题，提供了一种通过涂覆导磁材料控制工件凹槽漏磁，使得淬火硬化层硬度分布梯度趋向合理的感应淬火方法。

本发明的技术方案是：一种通过涂覆导磁体控制工件凹槽漏磁的感应淬火方法，包括以下步骤：

(1)将导磁体进行机械粉碎，得到导磁体粉末并将其制成泥状；

(2)将泥状导磁体涂覆在工件凹槽处，将工件凹槽填平；