Способ индукционной закалки шестерен и индуктор для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) Я О (11 4 О 18 1) С 21 Р 9/3 И 3 Бюп. Лвтомоби ьцьп завод ко, В.11.Ььков,8)ельст1/10,45 08 о ССС1979.СССР1967. вид21 видетельство С 21 Р 9/32,КИУГЕ ШЕСТ СТВЛ (57) обра ермо- оверх ст устрои- ермооб- вышецие ств раб ФЪ 4: СР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ К А 8 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4471457/О (22) 15.06,88 (46) 07. 0491. (71) Иский а (72) П.С.Гурче и Ю.И,Шумаков (53) 621. 78 5. 5 (56) Автор.ское Р 926033, кл,Авторское с Р 307193., кл,СПОСОБ ИНДУКЦИОН НОГ ЗАКАЛРЕН И ИНДУКТОР ДЛЯ ЕГО ОГНИЛИзобретение относится котке деталей с зубчатой пю идукцоьми токами идля осуществления этой тки. Цель изобретения - по качества закалки. В процессе непрерывного нагрева зубчатая поверхность движется огносительцо неподвижного ицдукторд нагрев проводят отвершина; к впадине и далее от впадинык вершине соседцего зуба, скоростьдвижения при нагреве цепрерывцо излеяот отдбо 1 ьшей на верше донуля во впадине, а во впадине производят ндержку. Изменение скоростидвжея зубчдтой понерхцости относительно идукторд позволяет обеспечитьравномерный прогрев вершин ц впадини блдгоднрн этому равцомерцость толщины закаленного слоя, Ицдуктор содержит лотджуо плиту 1 с закрепнецными на цей цдуктцрующим проводом(ИП) 2, упордли (У) 3, 4. Через цаправняющце колонки 5, скользящие вовтулках . 6, монтажная плита (1 Ш) под1640180 пружинена 7 относительно стагпны. При этом И 11 шарнирно закреплена на осях 8 к кронштейну 9 станины, который жестко закреплен к токоподводящим шинам 10 при помоцги изоляционных5 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 поверх 15 постыл, а У 3 - с эталонной поверхИз обр ет ение относится к индукционному нагреву, в частности к способам. и устройствам для термообработки деталей с использованием индукционного нагрева 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 на фиг. 1, на фиг. 3 - траектория движения индуктирующего провода относительно зубчатой поверхности и зависимость 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 поверхностиСпособ индукционной закалки шестерен заключается в следующемОбрабатываемую шестерню устанавливают в закалочное устройство с погружением 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. При этом перемещение производят с переменной скоростью, начи 25 30 35 40 45 50 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 соосноеих расположение обеспечивает постоянное соблюдение зазора между ИП иобрабатываемой поверхностью. Изобретение позволяет повысить равномерность закаленного слоя на впадинах ирабочих поверхностях зубчатых венцови снизить в два раза деформациюзубьев, 2 с.п, ф-лы, 6 ил. ная от наибольшей при нагреве вершины зуба. 11 а 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 мере 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. Предлагаемый способ осуществляютпри помощи индуктора (фиг. 1 и 2).цикл закалки повторяется 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 5164018На 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 станины. Направляющие втулки 6 через жестко закрепленные на них оси 8 шарнирно крепятся к кронштейну 9 станины, жестко закрепленному к неподвижным токопод 10 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 пдправляю 10 щих втулок 6 и смещаться в горизонтальном направлении, поворачиваясь вместе с этими втулками вокруг осей 8. При этом пружины 7 при снятой нагрузке стремятся вернуть индуктирующий провод с колонками в исходное 35 нижнее положение, д упруго сжатые проушины кронштейна 9 при снятой нагрузке фиксируют угол поворота колонок относительно осей 8. Для изменения этого угла необходимо приложить 40 определенную нагрузку, превьшающую тормозящее усилие проушин.Индуктирующий провод 2 размещается относительно обрабатываемой шестерни 17 с зазором Б, при этом упор 45 4 входит в зацепление с обрабатывае - мой шестерней, а упор 3 - с эталонной шестерней 18.Индуктор работает следующим образом. 50Закаливаемая шестерня 17 вместе сэталонным зубчатым венцом 18 в процессе индукционного нагрева выполняет вращательное движение с постоянной скоростью вокруг своей оси и ко лебательное движение в вертикальном направлении так, что за время одного цикла колебания шестерня совершает поворот на один зуб,. При постоянной 06скорости 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 провода пояснены на фиг, 3. При движении шестерни вверх она входит своей нерабочей зоной в зацепление с упором 4 (Фиг, 1 и 2), Эталонный зубчатый венец 18 при этом входит в зацепление с упором 3. При этом автоматически поддерживается постоянный зазор между ипдуктирующим проводом 2 и закаливаемой поверхностью шестерни 17. Зазор равен разности радиусов упоров и индуктирующего провода, При подходе к впадине зубчатой поверхностн упоры 3 и 4 вмесе с монтажной плитой 1, индуктпрующим проводом 2 и колонкамп 5, увлекаемые шестерней, смещаются вверх, сжимая пружины 7, Благодаря этому движение шестерни относительно активного провода индуктора останавливается и производитсяпрогрев впадины. Когда шестерня, дойдя до своего крайнего верхнего положения, начинает движение вниз ичерез некоторое время освобождаетсжатые пружины, движение ее относительно индуктирующего провода возобновляется и происходит с возрастающей скоростью до выхода упоров иззацепления с зубчатой поверхностью.После этого нагрев отключается, шестерня перемещается до входа упоровв зацепление с боковой поверхностьюзуба следующей впадины (участки2-3-4 и 7-8-9 траектории, фиг. 3).В точках 4 и 9 включается нагрев ии износом закалочного приспособления,а также неточностью самой обрабатываемой шестерни и ее уСтановки, Разница же в геометрии двух соседних зубьев незначительна по сравнению с ради 5усами упоров, поэтому прохождениеупорами каждой предыдущей впадины впроцессе закалки одновременно является и выставлением положения индуктора 0для закалки последующей впадины.Выбор Формы н размеров упоров пояснен на Фиг. 4 и 5,Выполнение упоров в виде цилиндров радиусом Б., равным сумме радиусаг индуктирующего провода 2 и необходимого зазора Я, (фиг, 4, 5) обеспечивае 1 постоянство этого зазора прилюбом наклоне вертикальной частииндуктирующего провода относительнонагреваемой зубчатой поверхности,20т. е. зазор между индуктирующим проводом и нагреваемой поверхностью оста.ется постоянным для случаев соприкосновения цилиндрического упора сзакаливаемыми поверхностями, представленными в виде касательных, Уголнаклона пндуктирующего провода к обрабатываемой поверхности непрерывноизменяется в процессе закалки однойшестерни, а его пределы зависят отформы и размеров профиля зубьев(Фиг. 5 а,б).1Таким образом, выполнение упоровв виде соосных с индуктирующим проводом цилиндров радиусом, равным суммерадиуса индуктирующего провода и зазора, позволяет соблюдать одинаковыйзазор между индуктирующим проводоми обрабатываемой поверхностью при 40условии непрерывного в течение всегоцикла закалки контакта между упорамии обрабатываемой поверхностью. Постоянство зазора способствует равномерности толщины закаленного слоя и 45этим самым улучшению качества шестерен.Опытным путем определяют наибольшее значение суммарной погрешностиизготовления закаливаемой шестернии движущихся частей закалочного устройства, например эта погрешностьсоответствует величине Б (фиг.ба).Перед началом закалки шарнирно закрепленные на оси 8 (фиг, 1, 2 и 6)упоры 3 и 4 вместе с соосно закрепленным к ним индуктирующим проводом2 устанавливают так, что упоры смещены в сторону тела зуба на величину Б, равную. или несколько превышающую значение величины 84 (фиг6),При контакте упора с верхней кромкой закаливаемой поверхности упор вместе с и:дуктирующим проводом под воздейсТвием эакаливаемой поверхностй йоворачиваетая вокруг оси (ось 8 на фиг. 1 и 2) из положения 1 (фиг. бб) в положение 11. Положение 11 упора 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 индуктирующего провода и упора с одновременным вращением шестерни вокруг своей оси, Иестерня из положения 11 относительно иццуктора смещается в положение 111. При достижении индуктирующего провода с упором впадиной зубчатой поверхности (Фиг. бв) вертикальноедвижение шестерни относительно индуктирующего провода прекращается при непрерывно продолжающемся враще " нии шестерни. При этом упор своей нижней частью цилиндрической поверхности гарантирует постоянство зазора между индуктпрующнм проводом и дном впадины, На этой стадии взаимного движения осуществляется прогрев впадины. Одновременно зубчатая поверхность, вращаясь, смещается относительно индуктора из положения 111 в положение 1 Ч, увлекая за собой упор и смещая его из положения 11 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 111 до подхода к нему вершины зуба следующей впадины, Положение 111 упора относительно новой впадины зубчатой поверхности автоматически оказывается близким к первоначалькому положению 1, То об 1 б 40180 1030 стоятельство, что разница погрешности изготовления двух соседних зубьев значительно меньше наибольшей сум" марной погрешности, гарантирует достаточно точное сцепление упора с зуб чатой поверхностью новой впадины и надежное обеспечение зазора между индуктирующим проводом и обрабатываемой поверхностью.10. фиксирование упора в положение 111 на стадии движения, при котором отсутствует зацепление упора с зубчатой поверхностью, имеет решающее значение в точности зацепления с новой впадиной. Независимое фиксиро 15 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 закаленного слоя или отсутствия слоя на отдельных участках.Описанный цикл закалки одной впав дины автоматически повторяется до закалки всей зубчатой поверхности шестерни. После этого обработанную шестерню из устройства извггекают и на ее место устанавливают новую. При этом, учитывая, что шестерня базируется в ицдукторе по зубчатой по верхности, при подходе к ицдуктирующему проводу первого же зуба величина смещения упора относительно поверхности зуба не выходит за пределы наибольшей суммарной погрешности 40 Б, что позволяет воспроизводить цикл закалки последующих шестерен без дополнительной наладки закалочцого устройстваПо предлагаемому способу закалке 45 подвергают шестерни из сталей 40, 40 Х, ЗОХГСА, Для осуществления способа на предприятии разработаны и изготовлены экспериментальное приспособление и ицдуктор. 50Предлагаемое приспособление от используемого в известном способе отличается тем, что механизм перемещения обрабатываемой шестерни автоиатически обеспечивает плавное изменение скорости перемещения зубчатой поверхности относительно игщуктирующего провода от наибольшей (10-20 им/с) при движении в зоне действия индуктирующего провода вершины зубчатой поверхности до наименьшей (2-5 мм/с) по мере приближениявпадины.По предлагаемому способу, как ипо известному, обрабатываемую шестерню устанавливают в закалочноеприспособление с погружением обрабатываемой поверхности и индуктирующего провода в проточную воду. Приэтом зубчатую поверхность ориентируют относительно индуктора так,что гаранитруется попадание упоровиндуктора в первую обрабатываемуювпадину. После установки обрабатываемой шестерни в закалочное приспособлешге включают механизм перемещения обрабатываемой детали относительно индуктора. При приближенииобрабатываемой поверхности к ицдуктирующему проводу зубчатая поверхность входит в зацепление с упорамииндуктора, При этом происходит автоматическое и непрерывное регулирование в процессе закалки зазора междуицдуктирующим проводом и обрабатывае -мой поверхностью, что обеспечиваетсякоцструкциеи ицдуктора,В момент контакта зубчатой поверхцости с упорами ггггдуктора включают нагрев. Как и в цзвестцом способе, нагрев вели от преобразователя Л 3107 В при мощцости 70 кВА. Перемещение в процессе закалки обрабатываемой поверхности отг осительцо ицдуктирующего провода производят с переменной скоростью, начиная с наибольшей (20 мм/с) прц нагреве вершины зуба. По мере удаления цз эоны влияния ицдуктирующего провода вершины зуба и приближения в эту зону впадины скорость плавно уменьшают до 2 - 5 мм(с, Во время нагрева самой впадины движение шестерни относительно индуктирующего провода останавливают и производят вЫцержку 0,3-1,0 с, После этого движение возобновляют со скоростью 2-5 мм/с и помере приближения вершины соседнего зуба плавно увеличивают до наибольшей 20 им/с. Закалка всей зубчатой поверхности от первой до последней впадины осуществлястся в автоматическом режиме. По окончании закалки движение шестерни и нагрев отключают и обработанную шестерню извлекают из закалочцого устройства.Предлагаемый способ позволяет повысить равномерность толщины зака 1640180 12ленного слоя на впадинах и рабочих поверхностях зубчатых венцов и благодаря этому снизить в два раза деформацию зубьев.5Формула изобретения Способ индукционной закалки шестерен, включающий непрерывно-по 1 О 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения качества закалки путем выравнивания глубины прогрева вершин и впадин зубчатой поверхности, ского 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 - щ и й с я 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 едактор И.Дерб н Подпис ное Г и ГКНТ СССР Проиэво нно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Зака ВНИИП оставитель Г.С ехред М.Дидык Тираж 399 арствецного комитета по иэоб 113035, Москва, Ж, Ра