Способ индукционной закалки шестерен и индуктор для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSU ÄÄ 1640180 51)5 С 21 D 9/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,,5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 44 714 57/02 (22) 15.06.88 (46) 07.04.91. Бюл. Р 13 (71) Минский автомобильный завод (72) П. С. Гурченко, В.М. Быков и Ю.И.Шумаков (53) 621. 785.545 (088.8) (56) Автор.ское свидетельство СССР

Р 926033, кл. С 21 D 1/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 307193., кл. С 21 D 9/32, 1967. (54) СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГ ЗАКАЛКИ

ШЕСТЕРЕН И ИНДУКТОР ДЛЯ ЕГО ОСИ)Е—

СТВЛЕНИЛ (57) Изобретение относится к термообработке деталей с зубчатой поверхностью индукционными токами и устройствам для осуществления этой термообработки. Цель изобретения — повышение

/О

2 качества закалки. В процессе непрерывного нагрева зубчатая поверхность движется огносительно неподвижного индуктора нагрев проводят от вершины,. впадине и далее от впадины к вершине соседнего зуба, скорость движения при нагреве непрерывно изменяют от наибольшей на вершине до нуля во впадине, à Во впадине производят выдержку. Изменение скорости движения зубчатой поверхности относительно ипдуктора позволяет обеспечить равномерный прогрев вершин и впадин и благодаря этому равномерность толщины закаленного слоя. Индуктор содержит MoHòажную плиту 1 с закрепленными на ней нндуктнрующим проводом (ИП) 2, упорами (У) 3, 4. Через направляющие колонки 5, скользящие во втулках .6, монтажная плита (1Ш) под- (, 1640180 пружинена 7 относительно cTBJiHHEI, При этом MTI шарнирно закреплена на осях 8 к кронштейну 9 станины, который жестко закреплен к токоподводящим шинам 10 при помощи изоляционных

5 пластин 11 и болтов, Усилие, препятствующее вращению осей 8, можно регулировать при помощи винтов. ИП 2 соединен к токоподводящим шинам 10 гибкими шинами 15. Положение колонок

5 ограничено У 16. ИП 2 размещен относительно обрабатываемой детали

17 с зазором, при этом У 4 входит в зацепление с обрабатываемой поверх15 постыл, а У 3 — с эталонной поверхИзобретение относится к индукцион«пМу нагреву, в частности к способам. и устройствам для термообработки деталей с использованием индукционного гагрен.-г электрическим током, и может быть использовано для поверхностного упрочнения зубчатых венцов шестерен.

Целью изобретения является повышение качества закалки.

На фиг. 1 изображен индуктор, общий вид, на фиг. 2 — разрез А-А »а фиг. 1, на фиг. 3 — траектория движения индуктирующего провода относительно зубчатой поверхности и зави-. симость скорости этого движения от взаимного положения индуктирующего провода и закаливаемой поверхности, на.фиг. 4 — расположение индуктирующего провода и упоров, на фиг, 5 и 6 — положение индуктирующего провода и упоров относительно зубчатой поверхности.

Способ индукционной закалки шестерен заключается в следующем..

Обрабатываемую шестерню устанавливают в закалочное устройство с погружепием закаливаемой поверхности и ипдуктирующего провода в проточную воду и включают механизм перемещения обрабатываемой шестерни относительно индуктирующего провода. Включают индукционный нагрев изделия. В процессе индукционного нагрева производят перемещение обрабатываемой зубчатой поверхности относительно индуктирующего провода, начиная от вершины к впадине и далее к вершине соседнего зуба. 11ри этом перемещение производят с переменной скоростью, начи25

Ъ

55 ностью 18. Благодаря возможности поворота ИП 2 вместе с У компенсируется погрешность, вызванная неточностью обраба "ываемой поверхности и закалочного приспособления, а выполнение У в виде цилиндров и соосное их расположение обеспечивает постоянное соблюдение зазора между ИП и обрабатываемой поверхностью. Изобретение позволяет повысить равномерность закаленного слоя на впадинах и рабочих поверхностях зубчатых венцов и снизить в два раза деформацию зубьев. 2 с.п. ф-лы, 6 ил. ная от наибольшей при нагреве верши ны зуба. 11а участке от вершины зуба до впадины скорость плавно уменьшают.

Во время нагрева самой впадины движение шестерни относительно индуктирующего провода останавливают и производят выдержку. После прогрева впадины движение возобновляют с наименьшей скоростью и по мере приближения вершины соседнего зуба плавно увеличивают до наибольшей на вершипе зуба.

Прн этом по иере продвижения закаливаемой поверхности в зоне индукционного нагрела автоматически поддерживается постоянный зазор между закаливаемой поверхностью и индуктируюцим проводом. Таким образом производят закалку одной впадины зубчатой поверхности. После этого закаленную впадину зубчагой поверхности выводят из зацепления с упорами индуктирующего провода, перемещают к индуктирующему проводу следующей впадиной и цикл закалки повторяют до обработки всей закаливаемой площади зубчатой поверхности. По окончании обработки движение шестерни и нагрев отключают и обработанную шестерню из устройства извлекают. Изменение скорости движения шестерни относительно индуктора позволяет обеспечить равномерный прогрев вершин и впадин зубчатой поверхности и, благодаря этому, равномерную толщину закаленного слоя и снижение закалочных деформаций.

Предлагаемг)й способ осуществляют при помощи ивдуктора (фиг. 1 и ?). цикл закалки пог>то1>яется для очередной впадины.

Благодаря возможности поворота индуктирующего провода вместе с упорами, колонками и направляющими втулкаМи под воздействием упоров с фиксацией угла поворота непрерывно от зуба к зубу компенсируются погрешности в ориентации индуктирующего провода относительно зубчатой поверхности, вызванные неточностью изготовления

164018

На монтажной плите 1 закреплены индуктирующий провод 2, упоры 3 и 4 и направляющие колонки 5, скользящие в направляющих втулках 6. Пружины

7 на колонках 5 поджимают монтажную плиту относительно còàíèíû. Направляющие втулки 6 через жестко закрепленные на них оси 8 шарнирно крепятся к кронштейну 9 станины, жестко закрепленному к неподвижным токопод10 водящим шинам 10 при помощи изоляционных пластин 11 и болтов 12. Усилие, препятствующее вращению осей

8 в кронштейне 9, можно регулировать сжатием разрезных проушин кронштейна при помощи винтов 13 с промежуточной . упругой прокладкой 14. Индуктирующий провод 2 соединен с неподвижными токоподводящими шинами 10 гибкими шинами 15, выполненными из медной фольги, и токоподводящими элементами монтажной плиты 1. Нижнее положение колонок 5 относительно направляющих втулок 6 ограничено упорами 16, закрепленными на колонках.

Таким образом, индуктирующий провод 2 имеет возможность упруго скользить в вертикальном направлении вместе с колонками 5 вдоль направляющих втулок 6 и смещаться в горизонтальном направлении, поворачиваясь вместе с этими втулками вокруг осей .

8. При этом пружины 7 при снятой нагрузке стремятся вернуть индукти— рующий провод с колонками в исходное 35 нижнее положение, а упруго сжатые проушины кронштейна 9 при снятой нагрузке фиксируют угол поворота колонок относительно осей 8. Для изменения этого угла необходимо приложить 40 определенную нагрузку, превышающую тормозящее усилие проушин.

Индуктирующий провод 2 размещается относительно обрабатываемой шестерни 17 с зазором S, при этом упор 45

4 входит в зацепление с обрабатывае— мой шестерней, а упор 3 — с эталонной шестерней 18.

Индуктор работает следующим образом. 50

Закаливаемая шестерня 17 вместе с эталонным зубчатым венцом 18 в процессе индукционного нагрева выполняет вращательное движение с постоянной скоростью вокруг своей оси и ко- 55 лебательное движение в вертикальном направлении так, что за время одного цикла колебания шестерня совершает поворот на один зуб.. При постоянной

6 скорости вращения шестерни кинематической схемой привода колебания предусмотрено изменение скорости колебательного движения. В средней части траектории, соответствующей положению активного провода у вершины зуба, скорость движения наибольшая, при подходе к крайним верхнему и нижнему положениям она плавно снижается, а затем снова растет. Траектория движения индуктирующего провода относительно зубчатой поверхности и зависимость скорости движения от положения ипдуктирующего прож>да пояснены на фиг. 3. При движении шестерни вверх она входит своей нерабочей зоной в зацепление с упором

4 (фиг. 1 и 2), 3талонный зубчатый венец 18 при этом входит в зацепление с упором 3. При этом автоматически поддеоживается постоянный зазор между иддуктирующим проводом 2 и закаливаемой поверхностью шестерни 17.

Зазор равен разности радиусов упоров и vklpy«fllp ollkего провода. При подходе к впадине зубчатой поверхностн

>TfIClp bl 3 H 4 вмест е с MQII f I>f HOII IlflHтой 1, и дуктпрующим проводом 2 и колонками 5, увлекаемые IIIecтерней, смещаются вверх, сжимая пружины 7.

Благодаря этому движение шестерни относительно активного провода индуктора останавливается и производится прогр ев впадины. Когда шест ер пя, дойдя до своего крайнего верхнего положения, начинает движение вниз и через некоторое время освобождает сжатые пружины, дгижепие ее относительно индуктирующего провода возобновляется и происходит с возрастающей скоростью до выхода упоров из зацепления с зубчатой поверхностью.

После этого нагрев отключается, шестерня перемещается до входа упоров в зацепление с боковой поверхностью зуба следующей впадины (участки

2-3-4 и 7-8-9 траектории, фиг. 3).

В точках 4 и 9 включается нагрев и

1640180 и износом закалочного приспособления, а также неточностью самой обрабатываемой шестерни и ее установки. Разница же в геометрии двух соседних зубьев незначительна по сравнению с ради5 усами упоров, поэтому прохождение упорами каждой предыдущей впадины в процессе. закалки одновременно является и выставлением положения индуктора 0 для.закалки последующей впадины.

Выбор формы н размеров упоров пояснен на фиг. 4 и 5, Выполнение упоров в виде цилиндров Радиусом R, Равным сумме Радиуса г индуктирующего провода 2 и необходимого зазора S, (фиг. 4, 5) обеспечивае1 постоянство этого зазора при любом наклоне вертикальной части индуктирующего провода относительно нагреваемой зубчатой поверхности, 20 т. е. зазор между индуктирующим проводом и нагреваемой поверхностью оста.ется постоянным для случаев соприкосновения цилиндрического упора с закаливаемыми поверхностями, предcraâíåHHûìè в виде касательных, Угол наклона пндуктирующего провода к обрабатываемой поверхности непрерывно изменяется в процессе закалки одной шестерни, а его пределы зависят от формы и размеров профиля зубьев (фиг..S а,б).

Таким образом, выполнение упоров в виде соосных с индуктирующим прово- 35 дом цилиндров радиусом, равным сумме радиуса индуктирующего провода и зазора, позволяет соблюдать одинаковый зазор между индуктирующим проводом и обрабатываемой поверхностью при 40 условии непрерывного в течение всего цикла закалки контакта между упорами и обрабатываемой поверхностью. Постоянство зазора способствует равномеРности толщины закаленного слоя и 45 этим самым улучшению качества шестерен.

Опытным путем определяют наибольшее значение суммарной погрешности изготовления закаливаемой шестер ни и движущихся частей закалочного устройства, например эта погрешность соответствует величине S (фиг. ба) .

Перед началом закалки шарнирно закрепленные на оси 8 (фиг. 1, 2 и 6) упоры 3 и 4 вместе q соосно закрепленным к ним индуктирующим проводом

? устанавливают так, что упоры смещены в сторону тела зуба на величину

Б, равную или несколько превышающую значение величины S< (фиг ° 6).

При контакте упора с верхней кромкой закаливаемой поверхности упор вместе с и.-дуктирующим проводом под с во здейст вием эакаливаемой повер хно сти йоворачиваетая вокруг оси (ось 8 на фиг. 1 и 2) из положения I (фиг. бб) в положение II. Положение II ynopa с индуктирующим проводом фиксируется упруго сжатым кронштейном 9 (фиг. 1 и 2) . При таком положении упора и индуктирующего провода производится непрерывная закалка правой боковой поверхности впадины зубчатой поверхности. При этом зубчатая поверхность движется снизу вверх относительно неподвижного и провода и упора с одновременным вращением шестерни вокруг своей оси, Иестерня из положения II относительно иццуктора смещается в положение III. При достижении ипдуктирующего провода с упором впадиной зубчатой поверхности (фиг. бв) вертикальное движение шестерни относительно ицпуктирующего провода прекращается при непрерывно продолжающемся враще-" нии шестерни. При этом упор своей нижней частью цилиндрической поверхности гарантпруеr постоянство зазора между индуктпрующим проводом и дном впадины. На этой стадии взаимного движения осуществляется прогрев впадины. Одновременно зубчатая поверхность, вращаясь, смещается относительно индуктора из положения III в положение IV увлекая за собой упор и смещая его из положения II в положение 111, которое фиксируется описанным способом. После этого возобновляется движение шестерни относительно индуктирующего провода в вертикальном направлешш (движение шестерни сверху вниз) и производится непрерывная закалка левой боковой поверхности впадины.

После закалки всей поверхности одной впадины упор с закрепленным к нему индуктирующим проводом выходит из зацепления с зубчатой поверхностью и остается в зафиксированном положении III до подхода к нему вершины зуба следующей впадины. Положение III упора относительно новой впадины зубчатой поверхности автоматически оказывается близким к первоначальному положению I. То об1б40180

30 стоятельство, что разница погрешности изготовления двух соседних зубьев значительно меньше наибольшей сум" марной погрешности, гарантирует достаточно точное сцепление упора с зуб- 5 чатой поверхностью новой впадины и надежное обеспечение зазора между индуктирующим проводом и обрабатываемой поверхностью.

10 . Фиксирование упора в положение

III на стадии движения, при котором отсутствует зацепление упора с зубчатой поверхностью, имеет решающее значение в точности зацепления с новой впадиной. Независимое фиксироt5 ванне этого положения при закалке каждого зуба позволяет устранить накапливание погрешности в фиксировании от зуба к зубу, способное привести к наскакиванию упора на вершину зуба и к поломке индуктора или к отходу упора от закаливаемой поверхности, что влечет за собой резкое сниснижение КПД нагрева и ухудшение качества обработки из-за неравномерности толшины закаленнага слоя или отсутствия слоя на отдельных участках.

Описанный цикл закалки одной впав дины автоматически повторяется да закалки всей зубчатой поверхности шестерни. После этого обработанную шестерню из устройства извлекают и на ее место устанавливают новую.

При этом, учитщвая, что шестерня базируется в индуктаре па зубчатой по- 35 верхности, при подходе к индуктирующему проводу первого же зуба величина смещения упора относительно поверхности зуба не выходит за пределы наибольшей суммарной погрешности 40

S< что позволяет воспроизводить цикл закалки последующих шестерен без дополнительной наладки закалочнаго устройства.

Па предлагаемому способу закалке 45 подвергают шестерни из сталей 40, 40Х, ЗОХГСА. Для осуществления способа на предприятии разработаны и изготовлены экспериментальное приспособление и индуктар. 50

Предлагаемое приспособление от используемого в известном способе отличается тем, что механизм перемещения обрабатываемой шестерни автаиатически обеспечивает плавное изменение скорости перемещения зубчатой поверхности относительно индуктирующего провода ат наибольшей (10-20 им/с) при движении в зоне действия индуктирующего провода вершины зубчатой поверхности до наименьшей (2-5 мм/с) по мере приближения впадины.

По предлагаемому способу, как и по известному, обрабатываемую шестерню устанавливают в закалочное приспособление с погружением обрабатываемой поверхности и индуктирующего провода в проточную воду. При этом зубчатую поверхность ориентируют относительно индуктора так, что гаранитруется попадание упоров индуктора B первую обрабатываемую впадину. После установки обрабатываемой шестерни в закалочное приспособление включают механизм перемещения обрабатываемой детали относительно индуктора. При приближении обрабатываемой поверхности к индуктирующему проводу зубчатая поверхность входит в зацепление с упорами индуктора. При этом происходит автоматическое и непрерывное регулирование в процессе закалки зазора между индуктирующим проводам и абрабатывае— мой поверхностью, чта обеспечивается конструкцией индуктора.

В момент контакта зубчатой паверхности с упорами индуктора включают нагрев. Как и в известном способе, нагрев вели от преобразователя

Л3107В при мощности 70 кВА. Перемещение в процессе закалки обрабатываемой поверхности относительно индуктирующего провода производят с переменной скоростью, начиная с наибольшей (20 мм/с) при нагреве вершины зуба. Па мере удаления из эоны влияния индуктирующего провода вершины зуба и приближения в эту зону впадины скорость плавно уменьшают до 2 — 5 мм/с. Ва время нагрева самой впадины движение шестерни относительно индуктирующего провода останавливают и производят вЫцержку

0,3-1,0 с. После этого движение возобновляют са скоростью 2-5 мм/с и по мере приближения вершины соседнего зуба плавно увеличивают до наибольшей 20 им/с. Закалка всей зубчатой поверхности от первой да последней впадины осуществлястся в автоматическом режиме. Па окончании закалки движение шестерни и нагрев отключают и обработанную шестерню извлекают из закалочнога устройства °

Предлагаемый способ позволяет повысить равномерность толщины зака1640180

4Риг.2 ленного слоя на впадинах и рабочих поверхностях зубчатых венцов и благодаря этому снизить в два раза деформацию зубьев.

Формула изобретения

Способ индукционной закалки шестерен, включающий непрерывно-по10 следовательный нагрев боковой поверхности одного из зубьев, впадины, боковой поверхности следующего зуба и охлаждение при перемещении зубчатой поверхности относительно неподвижного индуктора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества закалки путем выравнивания глубины прогрева вершин и впадин зубчатой поверхности, ско20 рость перемещения зубчатой поверхА -А ности на участке от вершины зуба до впадины непрерывно уменьшают до нуля, во впадине выполняют выдержку, а на участке от впадины до вершины следующего зуба скорость перемещения непрерывно увеличивают до максимального значения.

2. Индуктор для закалки шестерен, содержащий станину и соединенную с ней через подпружиненные направляющие колонки монтажную плиту с закрепленными на ней индуктирующнм проводом и упорами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества закалки, монтажная плита шарнирно закреплена на станине с воэможностью фиксации угла поворота, упоры и индуктирующий провод выполнены в виде цилиндров и установлены соосно.

1640180

1640180.Составитель Г.Сафронова

Техред М.Дидык Корректор С.Черни

Редактор И.Дербак

Заказ 998 Тираж 399 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101