[发明专利]基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置及方法

说明书

一种基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置及方法，装置采用电机驱动，以丝杠及丝母滑块为传动件，用以实时控制齿轮升降调整，在齿轮侧方配设有红外测温摄像头。方法为：加热齿轮前，先调整齿轮与感应线圈的垂直距离至设定值，然后设定中高频感应加热时电源初始功率，之后接通电源，先通入中频电流，后转为高频电流，再确定齿顶与齿根间温度差，并将该温度差与计算机中设定的温差校验值进行比较，根据比较结果，决定是否调整齿轮与感应线圈的垂直距离，以及决定是否调整中高频感应加热时的电源功率，直到齿轮实时淬火温度不低于设定的感应淬火温度后，方可结束加热，否则需要重复之前的中高频感应加热过程，直到满足要求为止。

技术领域

本发明属于齿轮热处理技术领域，特别是涉及一种基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置及方法。

背景技术

齿轮作为现代机械中应用最为广泛的传动零件之一，其热处理质量直接影响到齿轮的精度、强度和使用寿命，也极大地影响其后续机械加工工序的制造精度和质量稳定性。以航空航天等重要领域内应用的伞齿轮为例，其接触疲劳强度及表面硬度更需要严格的要求。因此，利用电磁感应技术对齿轮进行热处理的方式，已经被越来越多的应用，因其便于精确控制加热温度，在改变微观组织的位错密度和增加碳化物方面有明显优势，从而可以更好的改善硬化层分布。

目前，双频感应加热作为伞齿轮电磁感应加热技术中较为先进的技术之一，与传统的单频感应加热技术相比可以取得更为均匀的轮齿加热温度，也极大的提高了齿轮表面热处理的质量。但是，现有的双频感应加热技术也存在明显的缺点和不足。具体的，在现有的双频感应加热技术中，加热仅以最终设定温度或者加热时间为控制对像，加热过程中未能实现对轮齿温度的实时调控，因此加热控制方式较为粗犷，而且对感应电源功率灵敏度具有严重的依赖性，而满足要求的感应电源价格昂贵，导致齿轮热处理的经济性较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置及方法，能够实时调整感应线圈与齿轮之间的相对位置，能够实时改变中高频电流的功率比，利用不同频率的电流透入深度不同的原理，使得感应加热可以不通过精细的计算，就能够得到感应线圈加热的最佳位置以及最佳中高频功率比，保证了齿轮沿齿廓方能够得到均匀的加热层，进一步提高了齿轮加热温度的均匀性，同时降低了对感应电源功率灵敏度的依赖性，有效提高了齿轮热处理的经济性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置，包括电源箱、感应线圈、支架、齿轮调高电机、丝杠、丝母滑块、滑块导向柱、红外测温摄像头及计算机；所述齿轮调高电机竖直固装在支架底部，齿轮调高电机的电机轴朝上，所述丝杠竖直设置，丝杠底端通过联轴器与齿轮调高电机的电机轴同轴固连；所述滑块导向柱采用平行双柱结构，滑块导向柱竖直固装在齿轮调高电机侧方的支架上，所述丝母滑块连接在丝杠与滑块导向柱之间，丝母滑块的丝母端与丝杠相连接，丝母滑块的滑块端与滑块导向柱相连接，丝母滑块相对于丝杠和滑块导向柱具有升降移动自由度；所述丝母滑块上表面用于放置齿轮，所述感应线圈位于齿轮正上方，感应线圈通过导电支撑铜管与电源箱的正负电极板相固连；所述红外测温摄像头固定架设在感应线圈侧方的支架上，红外测温摄像头的高度高于齿轮上表面所在平面；所述电源箱、齿轮调高电机及红外测温摄像头均通过无线通信方式与计算机进行电连接。

一种基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理方法，采用了所述的基于异步双频感应加热均匀自控制齿轮热处理装置，包括如下步骤：

步骤一：将需要进行热处理的齿轮安装到丝母滑块上表面，然后将感应线圈安装到齿轮正上方，保证感应线圈与齿轮同轴，之后启动齿轮调高电机，带动丝杠转动，通过转动的丝杠带动丝母滑块及齿轮升降移动，直到齿轮的齿根与感应线圈的垂直距离达到初始设定值d；

步骤二：设定中频感应加热时的电源初始功率P_m，同时设定高频感应加热时的电源初始功率P_h；

步骤三：接通电源箱，通过感应线圈对齿轮进行双频感应加热；