[发明专利]一种超声振动辅助丝杠感应淬火装置及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及淬火装置，尤其涉及一种超声振动辅助丝杠感应淬火装置及工艺。

背景技术

滚珠丝杠是应用在很多工业设备及数控机床设备上的关键零件，然而，国产滚珠丝杠的可靠性较差、精度不高等问题，已成为我国精密、高端设备发展路上的绊脚石。滚珠丝杠在交变载荷下工作，承受滚动摩擦，因此沟道要具有高的接触疲劳强度、耐磨性和尺寸稳定。在实际生产中发现，丝杠在磨削后经常在丝杠表面出现轴向的或网状的裂纹。磨削裂纹的出现不仅与材料本身、磨削工艺有关，而且与热处理工艺有关。在丝杠生产使用时裂纹出现可能是由于冷却过程中残余应力过大和淬火过程中产生的变形；还有沟道顶部与底部的硬度不均匀，往往沟道底部硬度低，原因主要是由于丝杠的沟道顶部与底部的加热温度不均匀，沟道顶部容易温度过高，底部温度偏低，从而温度分布不均匀，奥氏体化不均匀，淬火时冷却不均匀，生成铁素体贝氏体组织等组织不均匀问题。因此，开展滚珠丝杠的热处理技术优化研究是非常有必要的。

感应加热技术应用的是电磁感应原理，当感应圈中通过交流电时，感应圈内外会产生同频率的交变磁场。若是把工件放在感应圈内，在交变磁场中切割磁力线，工件内就会产生与感应圈同频率而方向相反的感应电流。感应电流在工件表面形成闭合回路，称为涡流。涡流将电能变成热能，进而加热工件。涡流在被加热工件中的分布是很不均匀的，由表面至心部呈递减的指数变化。因此，电流通过工件时，涡流主要分布在工件表面，越往工件内部电流密度越小，心部几乎为零，这种现象叫做集肤效应。感应加热不同于其他表面感应加热方法，如渗碳、渗氮等。感应加热就是利用电磁感应原理和电流集肤效应，依靠涡流的热效应把工件表面迅速加热到奥氏体化温度的。

感应加热技术广泛应用在工件表面硬化处理方面，其依靠材料内部组织的相变来增强零件表面耐磨性、抗疲劳性等，通过产生细小均匀的马氏体组织提高表面性能。目的是为了在工件表层形成一定深度的均匀细小的马氏体组织，而其心部仍为原始的组织，而获得表层是高硬度和高耐磨性，心部又有足够的塑性和韧性的工件，从而达到“表硬心韧”的综合效果。

现有工件，尤其是丝杠的淬火工艺，因丝杠表面的沟道存在，不能获得较为均匀的马氏体组织，因冷却水的不均匀性，导致丝杠淬火并不均匀，从而导致丝杠硬度并不均匀。

发明内容

本发明第一目的是提供一种超声振动辅助丝杠感应淬火装置，该装置将超声波振动应用于感应淬火装置中，超声波使得丝杠表层的涡流分布场更加均匀，从而得到更均匀的温度场分布，使奥氏体化温度更均匀，更促进加热过程碳及合金元素的扩散，使组织更均匀；同时超声振动使磁感线分布更均匀，使冷却水的水滴更加细化，丝杠的硬度分布更加均匀。

本发明的第二目的是提供一种超声振动辅助丝杠感应淬火的工艺，该工艺使得丝杠被加热时奥氏体化温度更加均匀，淬火后硬度分布均匀，可提高丝杠表面性能。

为了达成上述目的，本发明提供的第一个技术方案：

一种超声振动辅助丝杠感应淬火装置，包括：

用于带动丝杠旋转的旋转轴，固定于机床上，旋转轴设有两个，二者间隔设定距离设置；第一旋转轴支撑于轴承内，第二旋转轴在电机旋转作用下旋转；

第一超声振动器，第一超声振动器一端固定于第一旋转轴的端部；

丝杠固定件，设有两个，第一丝杠固定件一端与第一超声振动器固定，另一端用于夹持丝杠一端部，第二丝杠固定件一端固定于壳体内且同设于壳体内的弹性元件接触，且两个丝杠固定件与丝杠接触的端部可部分穿入到丝杠的端部以从丝杠的两侧来固定夹持丝杠，第二丝杠固定件可压缩弹性元件；

冷却喷水器，冷却喷水器固定于沿丝杠长轴线方向可移动的滑块上，以对丝杠喷水；

感应线圈，感应线圈与滑块连接，设于丝杠的环向方向，感应线圈与冷却喷水器同步移动，以实现一个加热，另一个冷却。

超声波在弹性介质中通过时引起质点的位移，因具有速度和加速度，加上超声波具有极高的振动频率，故超声波本身携带超大的能量，将外加能量应用到感应加热淬火中，可以促进得到更均匀有效的马氏体组织；弹性元件的设置保证丝杠夹紧时具有一定的压力，在弹性元件的作用下，丝杠固定件从一端夹紧丝杠，如果是刚性夹紧，压力不够时，丝杠的旋转容易出现问题，旋转不均匀甚至脱落；如果对丝杠的夹紧力不足时，夹持过程容易使丝杠变形或振动。