凸缘类零件专用淬火感应器及配用尺寸确定方法
传动轴凸缘的使用，可以加强传动轴的强度，另外利用其产生的振动，凸缘位置和大小，平衡活塞的振动，其工作过程中需要承受巨大的摩擦力，因此凸缘端面和外圆面需要较高的硬度、耐磨性和使用寿命。
本文以某汽车凸缘轴为例，针对其技术要求及淬火过程中存在的问题进行分析研究，提出一种凸缘类零件专用淬火感应器及配用尺寸确定方法。
1. 凸缘零件结构
凸缘零件结构如图1所示，其工作过程中外圆面和端面要承受较大的摩擦力，要求有较高的硬度和耐磨性，故此零件外圆面和端面需要进行淬火处理；该零件需淬火区域基本尺寸为：外圆直径（φ1）为62mm，端面内径（φ2）为44mm，淬火外圆区域高度（H）为24mm。
2. 零件的技术要求
为提高凸缘外圆面和端面的硬度、耐磨性，设计要求该零件在台阶、外圆面、倒角、端面位置进行高频淬火处理，要求淬火区硬度50～55HRC，硬化层深1.0～2.0mm，淬火层要求均匀连续；对于端面的淬硬区，由于端面内孔处为花键，为避免花键淬火裂纹，要求端面径向硬化区域为4～5mm。
3. 零件感应淬火难点
感应淬火具有节能、高效等诸多优点，但对于本文所述凸缘零件，在对其进行感应淬火处理存在以下问题：
（1）尖角效应难以避免
在实施感应淬火时，凸缘外圆和端面之间倒角形成的外圆棱边、端面棱边，易出现尖角效应，尖角处的电流易出现密集，产生过热或过烧现象，甚至产生淬火裂纹。
（2）感应距离难以控制
在实际感应淬火时，凸缘外圆和端面之间倒角所形成斜面的感应距离不易控制，影响倒角处的淬火效果，而且影响淬火区域的淬火均匀性。
1. 技术方案
该凸缘类零件专用淬火感应器如图2所示，包括感应器基体组件1、有效圈组件2、喷水圈组件3；三组件均为组焊件，其上的所有焊缝均为连续焊缝，焊后应将毛刺清理干净，并用0.6MPa压力水进行试验,不得有渗漏等缺陷；感应器基体组件和有效圈组件通过焊接连接，喷水圈组件由螺栓联接安装在感应器基体上。
图2 凸缘感应器示意
1. 感应器基体2. 有效圈3. 喷水圈
感应器基体组件如图3所示，包括接触板1、导电板2、冷却水管接头3、冷却水盒4、喷水圈安装耳板5。接触板和导电板相互垂直布置焊接连接，水盒焊接在导电板上，水盒上开孔后焊接管接头，喷水圈安装耳板垂直焊接在导电板上。基体组件为左右对称结构，两导电板中间布置绝缘垫板后通过螺栓联接固定。感应圈组件为分段式结构（见图3），包括上感应圈6、过渡管7、下感应圈8。感应圈组件由方管制成，上下感应圈均为一端圆弧，过渡管为一段螺旋上升的方管，两端设置有接口，将上下感应圈连接焊接后制成。
喷水圈组件（见图3）包括固定板9、螺柱10、喷水圈11，固定板通过螺栓联接安装在感应器基体上，再通过螺柱将喷水圈安装在固定板上。
图3 感应器结构
1. 接触板 2. 导电板 3. 冷却水管接头 4. 冷却水盒 5. 喷水圈安装耳板 6. 上感应圈
7.过渡管 8. 下感应圈 9. 固定板 10. 螺柱 11. 喷水圈
2. 配用尺寸确定方法
专用淬火感应器的配用尺寸包括下感应圈内径φ1’、上感应圈内径φ2’和感应圈高度H’的尺寸，如图4所示，其配用尺寸确定的具体方法如下。
图4 配用尺寸
（1）下感应圈内径φ1’配用
尺寸确定 该尺寸依据需要实施感应淬火的凸缘外圆直径φD和按照感应淬火工艺要求的外圆感应间距λ1尺寸予以确定，即下感应圈内径φ1’配用尺寸，应按照以下公式予以确定
（2）上感应圈内径φ2’配用尺寸确定
该尺寸依据需要实施的感应淬火的凸缘零件端面上内孔直径φd的尺寸和按照感应淬火工艺要求的内径感应间距λ2尺寸予以确定，即上感应圈内径φ2’配用尺寸，应按照以下公式予以确定
（3）感应圈高度H’配用尺
寸确定 该尺寸依据需要实施感应淬火的凸缘外圆高度H的尺寸，以及采用的感应圈方管高度a、按照感应淬火工艺要求的凸缘端面距感应圈的间距λ3和凸缘外圆底部距感应圈竖直间距λ4予以确定，即感应圈高度H’配用尺寸，应按照以下公式予以确定
依据感应淬火工艺要求，凸缘外圆到下感应圈之间间距λ1为3mm，凸缘端面上的内孔直径距上感应圈内径间距λ2为1mm，需感应淬火凸缘端面距感应圈间距λ3为3mm，凸缘外圆底部距感应圈竖直间距λ4为2mm，感应圈方管高度a为12mm。
依据上述情况，确定所使用淬火感应器的配用尺寸如下：
3. 感应淬火工艺试验结果
试验件按照要求工艺，并使用按上述方式设计及制作的感应器进行感应热处理后，经过磁粉探伤后未发现裂纹等缺陷，对完成淬火工作的凸缘零件进行了硬度、金相检测，结果全部符合要求，其中淬火区硬化深度情况如图5所示。
图5 淬火区硬化深度检验结果
上述结果表明，本文所述的“凸缘类零件专用淬火感应器及配用尺寸确定方法”，可以满足其对淬火工艺的要求，且收到了良好的效果。
（1）淬火生产效率提升
该淬火感应器通过采用分段式的感应圈设计，可同时加热凸缘零件端面、外圆面，使得凸缘可以一次完成淬火工作，提升了感应加热效率。
（2）淬硬层连续
该感应器通过采用配用尺寸确定方法，解决了淬火感应器与零件配用尺寸的问题，保证了零件各个要求淬火位置加热均匀，使淬硬层均匀连续。
凸缘零件端面与外圆面之间存在倒角、棱边，是该感应器的设计难点，为实现其淬火要求，淬火感应器的设计及配用尺寸的确定采用以下措施：
（1）在有效圈的设计方面，采用矩形管制作感应器有效圈，设计为分段式结构，实现同时加热外圆面和端面。
（2）通过配用尺寸确定的方法，确定有效圈各尺寸，有效地保证了零件的淬火质量，收到了良好的淬火效果。
（3）该淬火感应器，构思新颖，结构合理，应用可靠，且配用方法简单可行，易于实施，具有很好的实用价值。
