傳動軸凸緣的使用，可以加強傳動軸的強度，另外利用其產生的振動，凸緣位置和大小，平衡活塞的振動，其工作過程中需要承受巨大的摩擦力，因此凸緣端面和外圓面需要較高的硬度、耐磨性和使用壽命。

問題的提出

本文以某汽車凸緣軸為例，針對其技術要求及淬火過程中存在的問題進行分析研究，提出一種凸緣類零件專用淬火感應器及配用尺寸確定方法。

1. 凸緣零件結構

凸緣零件結構如圖1所示，其工作過程中外圓面和端面要承受較大的摩擦力，要求有較高的硬度和耐磨性，故此零件外圓面和端面需要進行淬火處理；該零件需淬火區(qū)域基本尺寸為：外圓直徑（φ₁）為62mm，端面內徑（φ₂）為44mm，淬火外圓區(qū)域高度（H）為24mm。

2. 零件的技術要求

為提高凸緣外圓面和端面的硬度、耐磨性，設計要求該零件在臺階、外圓面、倒角、端面位置進行高頻淬火處理，要求淬火區(qū)硬度50～55HRC，硬化層深1.0～2.0mm，淬火層要求均勻連續(xù)；對于端面的淬硬區(qū)，由于端面內孔處為花鍵，為避免花鍵淬火裂紋，要求端面徑向硬化區(qū)域為4～5mm。

3. 零件感應淬火難點

感應淬火具有節(jié)能、高效等諸多優(yōu)點，但對于本文所述凸緣零件，在對其進行感應淬火處理存在以下問題：

（1）尖角效應難以避免

在實施感應淬火時，凸緣外圓和端面之間倒角形成的外圓棱邊、端面棱邊，易出現(xiàn)尖角效應，尖角處的電流易出現(xiàn)密集，產生過熱或過燒現(xiàn)象，甚至產生淬火裂紋。

（2）感應距離難以控制

在實際感應淬火時，凸緣外圓和端面之間倒角所形成斜面的感應距離不易控制，影響倒角處的淬火效果，而且影響淬火區(qū)域的淬火均勻性。

淬火感應器的結構設計

1. 技術方案

該凸緣類零件專用淬火感應器如圖2所示，包括感應器基體組件1、有效圈組件2、噴水圈組件3；三組件均為組焊件，其上的所有焊縫均為連續(xù)焊縫，焊后應將毛刺清理干凈，并用0.6MPa壓力水進行試驗,不得有滲漏等缺陷；感應器基體組件和有效圈組件通過焊接連接，噴水圈組件由螺栓聯(lián)接安裝在感應器基體上。

圖2 凸緣感應器示意

1. 感應器基體2. 有效圈3. 噴水圈

感應器基體組件如圖3所示，包括接觸板1、導電板2、冷卻水管接頭3、冷卻水盒4、噴水圈安裝耳板5。接觸板和導電板相互垂直布置焊接連接，水盒焊接在導電板上，水盒上開孔后焊接管接頭，噴水圈安裝耳板垂直焊接在導電板上。基體組件為左右對稱結構，兩導電板中間布置絕緣墊板后通過螺栓聯(lián)接固定。感應圈組件為分段式結構（見圖3），包括上感應圈6、過渡管7、下感應圈8。感應圈組件由方管制成，上下感應圈均為一端圓弧，過渡管為一段螺旋上升的方管，兩端設置有接口，將上下感應圈連接焊接后制成。

噴水圈組件（見圖3）包括固定板9、螺柱10、噴水圈11，固定板通過螺栓聯(lián)接安裝在感應器基體上，再通過螺柱將噴水圈安裝在固定板上。

圖3 感應器結構

1. 接觸板 2. 導電板 3. 冷卻水管接頭 4. 冷卻水盒 5. 噴水圈安裝耳板 6. 上感應圈

7.過渡管 8. 下感應圈 9. 固定板 10. 螺柱 11. 噴水圈

2. 配用尺寸確定方法

專用淬火感應器的配用尺寸包括下感應圈內徑φ₁'、上感應圈內徑φ₂'和感應圈高度H'的尺寸，如圖4所示，其配用尺寸確定的具體方法如下。

圖4 配用尺寸

（1）下感應圈內徑φ₁'配用

尺寸確定 該尺寸依據(jù)需要實施感應淬火的凸緣外圓直徑φD和按照感應淬火工藝要求的外圓感應間距λ1尺寸予以確定，即下感應圈內徑φ₁'配用尺寸，應按照以下公式予以確定

φ₁'＝φD＋2λ1

（2）上感應圈內徑φ₂'配用尺寸確定

該尺寸依據(jù)需要實施的感應淬火的凸緣零件端面上內孔直徑φd的尺寸和按照感應淬火工藝要求的內徑感應間距λ2尺寸予以確定，即上感應圈內徑φ₂'配用尺寸，應按照以下公式予以確定

φ₂'＝φd－2λ₂

（3）感應圈高度H'配用尺

寸確定 該尺寸依據(jù)需要實施感應淬火的凸緣外圓高度H的尺寸，以及采用的感應圈方管高度a、按照感應淬火工藝要求的凸緣端面距感應圈的間距λ3和凸緣外圓底部距感應圈豎直間距λ4予以確定，即感應圈高度H'配用尺寸，應按照以下公式予以確定

H'＝H ＋a ＋λ₃＋λ4

本文所述的凸緣零件的外圓直徑φD為62mm，內孔直徑φd為44mm，凸緣外圓高度H為24mm。

依據(jù)感應淬火工藝要求，凸緣外圓到下感應圈之間間距λ₁為3mm，凸緣端面上的內孔直徑距上感應圈內徑間距λ₂為1mm，需感應淬火凸緣端面距感應圈間距λ3為3mm，凸緣外圓底部距感應圈豎直間距λ4為2mm，感應圈方管高度a為12mm。

依據(jù)上述情況，確定所使用淬火感應器的配用尺寸如下：

3. 感應淬火工藝試驗結果

試驗件按照要求工藝，并使用按上述方式設計及制作的感應器進行感應熱處理后，經過磁粉探傷后未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，對完成淬火工作的凸緣零件進行了硬度、金相檢測，結果全部符合要求，其中淬火區(qū)硬化深度情況如圖5所示。

圖5 淬火區(qū)硬化深度檢驗結果

上述結果表明，本文所述的“凸緣類零件專用淬火感應器及配用尺寸確定方法”，可以滿足其對淬火工藝的要求，且收到了良好的效果。

試驗結果分析

（1）淬火生產效率提升

該淬火感應器通過采用分段式的感應圈設計，可同時加熱凸緣零件端面、外圓面，使得凸緣可以一次完成淬火工作，提升了感應加熱效率。

（2）淬硬層連續(xù)

該感應器通過采用配用尺寸確定方法，解決了淬火感應器與零件配用尺寸的問題，保證了零件各個要求淬火位置加熱均勻，使淬硬層均勻連續(xù)。

結語

凸緣零件端面與外圓面之間存在倒角、棱邊，是該感應器的設計難點，為實現(xiàn)其淬火要求，淬火感應器的設計及配用尺寸的確定采用以下措施：

（1）在有效圈的設計方面，采用矩形管制作感應器有效圈，設計為分段式結構，實現(xiàn)同時加熱外圓面和端面。

（2）通過配用尺寸確定的方法，確定有效圈各尺寸，有效地保證了零件的淬火質量，收到了良好的淬火效果。

（3）該淬火感應器，構思新穎，結構合理，應用可靠，且配用方法簡單可行，易于實施，具有很好的實用價值。

單位：洛陽法拉地感應設備有限公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志