弹簧片单面频淬火工艺及感应器设计研究

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摘要:为解决内燃机车运行过程中柴油机弹性联轴器的弹簧片与花键轴啮合使用时因硬度不均而断裂的问题，采用中频感应淬火工艺代替原激光表面淬火工艺，设计了新的中频淬火感应器，并制定了相应的单面感应淬火工艺，装车后运用效果良好。

关键词:弹簧片;中频感应淬火;感应器

东风4D型内燃机车弹性联轴节的弹簧片在机车运行过程中出现与花键轴相互啮蚀现象，造成弹簧片断裂，产生废品，对公司经济效益影响大，为此公司决定采用中频感应淬火工艺代替原激光表面淬火工艺［1］。在无现成中频感应器及淬火工艺条件下，设计了一种适合单面局部淬火的弹簧片中频感应器，并制定了最佳的工艺参数，将其应用于弹簧片上，完全达到弹簧片的使用要求，并减少了废品的产生，取得了满意效果，现已装车运用。

1技术现状及工艺要求

公司现有与花键轴啮合的弹性联轴节的弹簧片采用激光表面淬火工艺进行单面淬火，该工艺能够实现零件的局部淬火而保持其他部位的性能不变。但是，由于激光器的加热斑点过小，需要对弹簧片的表面进行多道扫描作业。在这种作业过程中，前面一道扫描会对后面的扫描部位产生预热作用，而后面一道扫描又会对前面的扫描部位产生再次加热作用，这种再次加热势必会使淬火搭接区附近产生不同程度的回火现象，形成“软带”，从而使处理后的弹簧片表面硬度不均，达不到预期的技术效果。该弹簧片材质为50CrVA钢，呈130mm×205mm矩形，厚度8．7mm，技术要求簧片头部20mm范围内(与花键轴啮合处)单侧表面淬火，淬火硬度55～60HRC，硬化层≥0．5mm，簧片淬火带两侧距边各13mm范围内硬度≥42HRC。

2感应器设计和工艺制定

感应加热表面淬火是通过感应器来实现的，表面淬火的质量及设备的效率，在很大程度上取决于感应器的结构设计［2-3］。由于感应器只需对弹簧片啮合面单面局部均匀感应加热，因此针对弹簧片单面局部淬火的感应器设计为非对称结构。弹簧片单面局部淬火的中频淬火感应器主要由汇流板、连结机构、冷却装置、施感导体和导磁体组成。图1为弹簧片中频淬火感应器结构图。汇流板1和2通过连接螺栓、螺母、螺钉构成了回路，加强了感应器的整体性。汇流板1和2的右端互为镜象L形断面，通过U形口及螺栓与中频淬火变压器的输出端连接。两汇流板之间设有绝缘板。螺栓和螺母之间设有绝缘套、绝缘垫和垫片，螺钉上设有垫圈。汇流板1上焊有外置冷却水腔1，与一进一出的冷却水管构成了汇流板1的冷却循环水路。外置冷却水腔1的端部设有堵，通过焊接方法与外置冷却水腔1结合。汇流板1上设有两个冷却水管连接孔，与冷却水管连接，连接处设有玻璃套，一进一出的冷却水管与施感导体的腔体构成施感导体的冷却水路，以保证施感导体自身的冷却。汇流板1上设有一个紧固螺钉通孔，用来通过螺钉紧固导磁体。汇流板2上焊有外置冷却水腔2，与一进一出的冷却水管构成了汇流板2的冷却循环水路，以提高感应器的冷却能力。外置冷却水腔2端部设有堵，通过焊接方法与外置冷却水腔2结合。工字形施感导体处采用紫铜焊接，周围镶有凹型硅钢导磁体片，有效减少了磁力线的逸散，提高了感应器的加热效率。硅钢导磁体片中间加有天然云母绝缘层，导磁体与汇流板1间设有电木绝缘层，施感平面高出汇流板2的右端平面。冷却喷油管焊接在施感导体一侧下方，以提高淬火过程中的冷却能力，进而保证了弹簧片连续淬火效果，得到均匀硬度。图2为弹簧片单面中频淬火工艺示意图。如图2所示，固定中频淬火感应器，其施感平面垂直于水平面且下半部分浸入冷却油中。弹簧片待处理面的下端与中频淬火感应器的施感平面平行贴近。中频淬火感应器通电，对贴近的弹簧片表面进行感应加热，同时弹簧片垂直向下匀速连续移动，弹簧片表面上刚被加热过的部位不断进入冷却油中，感应器下方的冷却油管喷口不断循环注入冷却油，直到需要淬火的所有部位全部处理完为止。通过控制弹簧片连续移动，使经过感应器的弹簧片待处理面渐进连续进行淬火处理，最后完成弹簧片所需单面局部淬火处理。图2弹簧片单面中频淬火工艺示意图Fig．2Schematicofmediumfrequencyunilateralquenchingprocessofspringlamination所述淬火步骤中，弹簧片待处理面的下端与中频淬火感应器的施感平面平行贴近的间隙为2．5mm，中频淬火感应器的通电电压为400V，电流70A，弹簧片向下移动速度为淬火速度11mm/s，冷却油管的喷油压力为0．05MPa。冷却油管喷口不断循环注入冷却油，使感应器下方的冷却油温度变化范围保持在30～80℃。

3结论

利用该中频淬火工艺及其感应器淬火处理后的弹簧片啮合面，各处硬度均能够满足工艺要求，避免了“软带”的形成，可以获得硬度均匀的淬硬层，加强了弹簧片的硬度和耐磨性，提高了弹簧片的使用寿命，解决了其与花键轴啮合使用时因硬度不均而断裂的问题。

参考文献:

［1］张银凤．花键轴感应淬火工艺的研究与应用［J］．铁道机车车辆，2011，31(S1):371-373．

［2］谭文理，黄伟能．单齿埋油淬火感应器的设计［J］．金属热处理，2003，28(4):65-67．

［3］沈庆通．感应器节能与制造技术［J］．金属热处理，2003，28(8):38-44．

作者：梁博 姚洪瀚 胡晓飞 孙晓庭 单位：中车大连机车车辆有限公司