用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器及配用尺寸確定方法與流程

本發明屬于感應熱處理技術領域，涉及一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器及配用尺寸確定方法。

背景技術：

眾所周知，拖拉機的制動性能是決定生產作業安全的重要影響因素，隨著農業機械的快速發展，國內外拖拉機大型化、智能化的趨勢日益凸顯，大中型拖拉機最高時速已超過30公里/小時，因此，保證拖拉機制動性能處于安全技術狀態顯得尤為重要。

直接決定拖拉機制動性能好壞的因素是制動時制動器壓盤和摩擦片之間摩擦力的大小，而摩擦力的大小取決于兩摩擦面間的摩擦系數和摩擦面所承受的壓力。摩擦面承受的壓力來源于鋼球對制動器壓盤錐窩的擠壓，若制動器壓盤錐窩強度太低，在與鋼球擠壓摩擦的過程中磨損，則壓力必然減小，從而使制動器壓盤和摩擦片之間的摩擦力降低，削弱制動效果。因此，制動器壓盤是制動器的關鍵零件，其質量好壞直接決定著拖拉機在使用過程中的安全性。

圖1為現有技術中的一種拖拉機的制動器壓盤示意圖。

每個制動器壓盤上均勻分布著6個錐窩，錐窩底部深，尾部淺。制動原理為：兩個制動器壓盤相對而立，錐窩處夾一鋼珠，拖拉機正常行駛時鋼珠在兩個制動器壓盤錐窩底部。此時，兩個制動器壓盤背面與摩擦片之間不產生壓力，也就無摩擦力；制動時，通過外力錯動制動器壓盤，此時鋼珠由較深的錐窩底部被擠至較淺的錐窩尾部，兩制動器壓盤間距變大，背面與摩擦片產生摩擦，從而達到制動的效果。

為提高壓盤錐窩的耐磨性，目前所采用的方法如下：

1、火焰加熱表面淬火。

火焰加熱表面淬火是一種用乙炔-氧火焰將工件表面快速加熱，隨后噴液冷卻的一種表面淬火方法。其主要優點：設備簡單、投資少、成本低；不受現場環境與工件大小的限制，適用性廣、操作簡便；適合小批量生產。

雖然目前此方法為主流方法，但這種方法的不足之處是，火焰加熱時間、加熱距離、移動速度及距離憑操作者的經驗手工操作，加熱溫度、加熱速度、加熱精確位置難以控制，不能保證錐窩表面的淬火硬度、淬硬層深度、淬火均勻性等淬火質量的穩定性，操作不當甚至引起錐窩表面局部燒熔，造成制動器壓盤的報廢；難以實現機械化流水生產；淬火后零件變形量大，不利于后期加工、裝配。

2、激光表面淬火

為解決火焰加熱表面淬火變形大的問題，國內學者擬采用激光表面淬火的方法對制動器壓盤錐窩進行表面強化，以期獲得所需的淬火硬度和淬硬層深度。

激光表面淬火是利用激光將材料表面加熱至相變點以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉變為馬氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術。此技術具有功率密度高、冷速快，不需要水或油等冷卻介質；表面硬度高；工件變形小等優點。

但這種方法的不足之處是，淬硬層深度較淺，且不均勻，球窩中線處達1.2mm，邊緣位置只有0.2～0.6mm，達不到技術要求；另外，激光表面淬火設備昂貴，成本較高，不利于推廣應用。

3、qpq鹽浴復合處理

qpq鹽浴復合處理是基于在滲氮鹽浴和氧化鹽浴中進行處理的工藝，可同時實現滲氮和氧化的復合處理，滲層組織是具有高強度和高耐蝕性的復合的氮化物和氧化物。

利用此技術可以大幅提高零件表面的耐磨性和抗蝕性，可以很好地解決具有復雜結構零件難以強化的問題，同時該項技術還具有工件畸變小、節能等優點。

但其滲層組織深度極淺，起關鍵作用的化合物層，其深度只有0.03mm，在大載荷沖擊作用下極易損壞。

4、表面感應淬火

表面感應淬火是利用電磁感應在工件內產生渦流而將工件進行加熱，繼而進行表面淬火的技術，即，把工件放在有足夠功率輸出的感應線圈，即感應器中，在高頻交變磁場作用下，工件表面形成了強大的感應電流，使工件表面迅速升溫，繼而進行表面淬火。此技術由于加熱速率快、熱后變形小，被眾多學者和技術工作者認為是解決上述不足的理想方法，但是，由于存在以下問題，以致目前雖經多次研究嘗試，卻至今未能很好地解決所出現的淬火質量問題。所存在問題如下：

1）感應器仿形性差。由于制動器壓盤錐窩形狀小而不規則，給感應器的制作帶來很大困難，目前的感應器多為一字型，窩頭一側涂覆上導磁粉，這種感應器仿形性差，加熱效率低，淬硬層分布不均勻。

2）感應間距難以控制。由于加熱時感應器置于錐窩中，從上往下看難以看到感應器底部離窩底的距離，如果距離太近窩底易局部燒熔，甚至發生打火燒壞感應器；如果距離太遠，加熱效果就不理想，不僅淬硬層深度偏淺，而且影響其淬火的均勻性。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器及配用尺寸確定方法，即通過采用圓銅管制作仿形感應加熱圈的的方法，解決了目前采用的“一”字型感應器仿形性差、加熱效果不理想的問題；通過采用配用尺寸確定方法，不僅使得淬火感應器易于制作和便于配用，而且使得感應淬火質量能夠得到更加有效的控制。

為了實現本上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器，包括：淬火感應器中的加熱線圈、左方口管、右方口管、左圓管和右圓管；所述加熱線圈、左方口管、右方口管、左圓管和右圓管均為中空管；左方口管的進水端與左圓管出水端垂直焊接，左方口管的出水端與加熱線圈的進水管口水平焊接；右方口管的出水端與右圓管的進水端垂直焊接，右方口管的進水端與加熱線圈的出水管口水平焊接；左方口管、右方口管的一端分別與加熱線圈內部貫通設置，左方口管、右方口管的另一端分別和左圓管、右圓管內部貫通設置。左圓管和右圓管之間的距離為l4，左圓管和右圓管的外徑為φ。

所述加熱線圈為中空圓管，形狀為雙匝螺旋形，加熱線圈的管壁之間均存在間隙。

所述加熱線圈自與左方口管連接處至與右方口管連接處形狀依次設置為長條形進水段、有效感應弧段、有效感應加熱線圈直線段和長條形出水段；有效感應弧段的有效感應弧面半徑為sr2，有效感應加熱線圈直線段的有效感應加熱線圈直線段長度為l2，有效感應加熱線圈的螺旋高度為h2；

所述加熱線圈與制動器壓盤中的弧面半徑為sr1、直線段長度為l1、深度為h1的錐窩相對應，并留有間隙。

所述淬火感應器的左圓管、右圓管與外接電源配用接口插接配合，外接電源配用接口之間的距離為l3，外接電源配用圓接口內徑為φ1。

用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸確定方法，具體步驟如下：

【1】、有效感應弧面半徑sr2配用尺寸的確定：依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的弧面半徑sr1的尺寸情況以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應弧面半徑sr2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

sr2=sr1-t；

【2】、有效感應加熱線圈直線段長度l2配用尺寸確定：系依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的直線段長度l1尺寸以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應加熱線圈直線段長度l2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l2=l1-t；

【3】、有效感應加熱線圈的高度配用尺寸確定：依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的深度h1以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應加熱線圈的高度h2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

h2=h1-t；

【4】、左圓管和右圓管之間的距離l4配用尺寸確定：系依據外接電源配用接口之間的距離l3予以確定，即，左圓管和右圓管之間的距離l4配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l4=l3；

【5】、左圓管和右圓管外徑φ配用尺寸確定：系依據外接電源配用圓接口內徑φ1予以確定，即，左、右圓管外徑φ配用尺寸，應按以下公式予以確定；

φ=φ1；

至此，用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸，全部確定完畢。

由于采用以上所述技術方案，本發明可達到以下有益效果：

1、本發明所述的用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器，在其感應器的結構設計方面，由于采用圓銅管制作感應器的雙匝感應圈的有效感應弧段的方法，增大了有效感應面積，有效地解決了感應加熱效率難以提升的問題；

2、本發明所述的用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器，系依據制動器壓盤錐窩內表面情況、外配的感應淬火裝置和電源設備的配用情況并結合感應淬火工藝要求予以確定，使感應器與制動器壓盤錐窩的仿形性大大提升，保證了淬硬層能夠在錐窩內均勻分布；并且由于精準的設計，感應器加熱線圈與錐窩能夠有效吻合，留有間隙；既保證了加熱效率和淬硬層深度，又不至于出現由于加熱線圈與零件吻合接觸而產生的燒熔和打火的現象。

3、本發明所述的用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器，構思新穎，結構合理，應用可靠，易于制作，且配用方法簡單可行，易于實施，具有很好的使用價值。

附圖說明

圖1為本發明用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的制動器壓盤結構示意圖；

圖2為圖1的a-a剖面視圖；

圖3為本發明用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的的立體結構示意圖；

圖4為本發明用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的的主視結構示意圖；

圖5為圖4的左視結構示意圖；

圖6為圖4的俯視結構示意圖；

圖7為本發明用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的感應器與制動器壓盤錐窩和外接電源配用接口的配用示意圖；

圖8為本發明用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的感應器與制動器壓盤錐窩a-a剖面的配用示意圖。

圖中：

1、制動器壓盤；1a、錐窩；sr1、錐窩弧面半徑；l1、錐窩的直線段長度；h1、錐窩的深度；

2、淬火感應器；2a、加熱線圈；2b、左方口管；2c、右方口管；2d、左圓管；2e、右圓管；sr2、有效感應弧面半徑；l2、有效感應加熱線圈直線段長度；h2、有效感應加熱線圈的高度；l4、左圓管和右圓管之間的距離；φ、左圓管和右圓管的外徑；s、進水方向；w、出水方向；t、球面水平感應間距；

3、外接電源配用接口；l3、外接電源配用接口之間的距離；φ1、外接電源配用圓接口內徑。

具體實施方式

通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，本發明并不局限于下面的實施例，公開本發明的目的旨在保護本發明范圍內的一切變化和改進。

用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器，材質為純銅，組成部分包括：淬火感應器2中的加熱線圈2a、左方口管2b、右方口管2c、左圓管2d和右圓管2e五部分，每部分均為中空純銅管；其中左方口管2b的進水端與左圓管2d出水端垂直焊合連接，出水端與加熱線圈2a的進水管口水平焊合連接，右方口管2c的出水端與右圓管2e的進水端垂直焊合連接，進水端與加熱線圈2a的出水管口水平焊合連接，具體布局詳見圖3；焊接的地方不能使管道堵塞，以保證水流能從左圓管2d進入，依次流經左方口管2b、加熱線圈2a、右方口管2c，最后從右圓管2e順利流出；在加熱零件時管內需通冷卻水用以冷卻淬火感應器2，以防止淬火感應器2的加熱線圈2a過熱燒穿。

加熱線圈2a是整個淬火感應器2的核心，由一根中空的純銅圓管加工而成，形狀為雙匝螺旋形，詳見圖3、圖4、圖5和圖6。所述加熱線圈2a自左方口管2b連接處至與右方口管2c連接處形狀依次設置為長條形進水段、有效感應弧段、有效感應加熱線圈直線段和長條形出水段。加熱線圈2a在加工制作的過程中不能出現線圈堵塞，以保證工作時冷卻水能夠在管內循環流動來冷卻加熱線圈2a；另外，加熱線圈2a在繞制的過程中管子間要有一定的縫隙，確保通電時不會因為發生短路而燒壞淬火感應器2。確定加熱線圈2a形狀的關鍵尺寸包括有效感應弧面半徑sr2、有效感應加熱線圈2a的直線段長度l2和有效感應加熱線圈2a的的高度h2，這些尺寸主要是根據制動器壓盤錐窩1a的尺寸確定。這些關鍵尺寸保證了加熱線圈2a外形尺寸的精準度，按照這些關鍵尺寸加工制作的加熱線圈2a在外形尺寸上能夠與制動器壓盤1的錐窩1a有效吻合，留有間隙；既保證了加熱效率和淬硬層深度，又不至于出現由于加熱線圈2a與制動器壓盤1碰觸而產生的打火，甚至燒熔的現象；另外，由于雙匝感應圈的有效感應弧端增大了有效感應面積，從而有效地提升了感應加熱效率。

感應器冷卻水沿進水方向s進入感應器左圓管2d，依次流經左方口管2b、加熱線圈2a、右方口管2c，最終從右圓管2e沿出水方向w流出，起到冷卻淬火感應器2中加熱線圈2a的作用，避免燒熔，進而提高淬火感應器2的使用壽命。

一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸確定方法，由圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6知，所述配用尺寸確定方法，系指淬火感應器2制作時所需的五個尺寸，即淬火感應器2與制動器壓盤1的錐窩1a和電源設備的配用尺寸確定，具體為：有效感應弧面半徑sr2、有效感應加熱線圈2a的直線段長度l2、有效感應加熱線圈2a的高度h2、左圓管2d和右圓管2e之間的距離l4及左圓管2d和右圓管2e的外徑φ，共五個配用尺寸的確定，這樣，不僅使得淬火感應器2可以依需制作和便于配用，而且使得制動器壓盤1的錐窩1a的感應淬火質量得到更加有效的控制。

下面，說明一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸確定方法，步驟如下：

【1】、有效感應弧面半徑sr2配用尺寸的確定：由圖1、圖2并結合圖3予以說明，該配用尺寸確定，系依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的弧面半徑sr1的尺寸情況以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應弧面半徑sr2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

sr2=sr1-t；

【2】、有效感應加熱線圈2a直線段長度l2配用尺寸確定：由圖1、圖2并結合圖3予以說明，該配用尺寸確定，系依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的直線段長度l1尺寸以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應加熱線圈2a直線段長度l2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l2=l1-t；

【3】、有效感應加熱線圈2a的高度h2配用尺寸確定:由圖1、圖2并結合圖4予以說明，該配用尺寸確定，系依據需實施感應淬火的制動器壓盤錐窩的深度h1以及按照感應淬火工藝要求的球面水平感應間距t尺寸予以確定，即，有效感應加熱線圈的高度h2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

h2=h1-t；

【4】、左圓管2d、右圓管2e之間的距離l4配用尺寸確定：系依據外接電源配用接口之間的距離l3予以確定，即，左圓管2d和右圓管2e之間的距離l4配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l4=l3；

【4】、左圓管2d、右圓管2e外徑φ配用尺寸確定：系依據外接電源配用圓接口內徑φ1予以確定，即，左、右圓管外徑φ配用尺寸，應按以下公式予以確定：

φ=φ1。

至此，一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸，到此全部確定完畢。

下面，舉一實施例，具體說明一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的配用尺寸確定方法，如下：

某企業制動器壓盤1，其錐窩1a的耐磨性要求為:錐窩1a內表面淬火硬度45～50hrc，淬硬層深度不小于1.5mm，且硬化層要求沿錐窩內表面均勻分布；無過燒、裂紋現象發生。

在該實施例中，需實施感應淬火的制動器壓盤1的錐窩1a的弧面半徑sr1為10mm，錐窩1a的直線段長度l1為29mm，錐窩的深度h1為10mm，外接電源配用接口之間的距離l3為70mm，外接電源配用圓接口內徑φ為14mm；另外，按照感應淬火工藝要求，球面水平感應間距t為1mm。

依據上述情況，確定所用淬火感應器的配用尺寸，步驟如下：

1）有效感應弧面半徑sr2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

sr2=sr1-t=10-1=9mm

2）有效感應加熱線圈2a直線段長度l2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l2=l1-t=29-1=28mm

3）有效感應加熱線圈2a的高度h2配用尺寸，應按以下公式予以確定：

h2=h1-t=10-1=9mm；

4）左圓管2d和右圓管2e之間的距離l4配用尺寸，應按以下公式予以確定：

l4=l3=70mm

5）左圓管2d和右圓管2e外徑φ配用尺寸，應按以下公式予以確定：

φ=φ1=14mm；

至此，一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器所需的配用尺寸，到此全部確定完畢，隨后，方可按此配用尺寸，進一步完善淬火感應器的制作圖設計并完成其實物制作。

下面，舉一生產現場實施例，具體說明一種用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器的現場具體配置和具體應用情況。

在該實施例中，所用電源設備型號為gp100–c3型高頻感應淬火機，生產廠家為丹東無線電二廠。

在該實施例中，感應淬火所需的技術參數，確定如下：

1、電源設備技術參數：

①電源頻率：200khz；

②電壓：燈絲電壓：33v；陽極電壓：9.9kv；槽路電壓：8.6kv；

③電流：陽極電流：3.8a；柵極電流：1.6a；

④輸出功率：35kw；

2、感應淬火工藝技術參數：

三次加熱，每次加熱間隔2秒，第一次加熱時間4秒，后兩次加熱時間5秒，加熱到淬火溫后噴液冷卻6秒。

上述技術參數確定之后，接通電源設備，調節電參數；啟動感應器冷卻水泵；打開淬火冷卻水。

隨后，進入本發明所述的具體應用過程，步驟如下：

1）裝卡零件，即將制動器壓盤1裝卡于專用卡具上，使其錐窩1a與感應器加熱線圈2a有效吻合，留有間隙；

2）接通感應淬火裝置用電源：使感應淬火裝置處于可工作狀態；

3）調節電源設備技術參數和感應淬火工藝技術參數，選擇自動控制模式；

4）啟動加熱按鈕，運用自動模式對制動器壓盤1的錐窩1a內表面進行加熱；

5）待加熱結束；噴液冷卻6秒；

6）旋轉、調整制動器壓盤1，至第二個錐窩1a與感應器加熱線圈2a有效吻合，留有間隙；

7）重復步驟4）和步驟5），直至六個錐窩1a淬火結束，換下一個制動器壓盤1。

針對上述實施情況，本申請人又依據前述淬火工藝對錐窩的耐磨性的要求，即“錐窩內表面淬火硬度45～50hrc，淬硬層深度不小于1.5mm，且硬化層要求沿錐窩內表面均勻分布；無過燒、裂紋現象發生。”的技術要求，隨機抽取了5件進行了硬度、金相檢測，結果全部符合要求，其中，表面硬度檢測，系每件隨機檢測4個淬火錐窩部位，如下：

上述結果表明，本發明所述的“用于制動器壓盤錐窩的淬火感應器及配用尺寸確定方法”，可以滿足其淬火工藝的要求，且收到了良好的效果。

為公開本發明的目的而在本文具體實施方式中所選用的上述實施例，當前認為是適宜的，但是應說明的是，本發明旨在包括一切屬于本構思和本發明范圍內的實施例的所有變化和改進。