4.4 专用感应淬火机床

4.4.1 曲轴感应淬火机床

曲轴感应淬火机床的发展有如下特点：

1）从开合型感应器不转动加热轴颈改进为半环形感应器旋转加热轴颈，以解决细轴颈油孔开裂及淬硬区宽窄不匀的问题。

2）从通用机旋转加热改进为柔性加工机床，以解决多品种产品生产问题。

3）从采用电阻炉回火改进为感应回火或自回火机床，以达到提高生产率的目的。

4）新开发了不转动、缩短加热时间的静止加热轴颈并感应回火工艺，以达到节能、节省占地面积及提高感应器寿命等目的。

5）在电源节能控配上、感应器老化检测及轴颈裂纹导致输出功率变化等监控技术上采用新技术。

6）从方便用户操作、维修等方面，曲轴感应淬火机床有了进一步改进。

1.半自动曲轴颈淬火机床

原苏联高频电流科学研究院研制的半自动曲轴颈淬火机床，如图4-15所示此机床采用分合型感应器，曲轴颈在加热时是不转动的，四缸曲轴9个轴颈可以布置在一台淬火机床上，通过两台淬火变压器交替加热与喷液，完成淬火工序。喷液分流通过电磁阀与对应的水支路阀的开断来实现，13个轴颈的六缸曲轴则采用两台淬火机床来实现。曲轴在淬火机床上的固定、感应器的分合均采用油压或气压来实现。这种机床的优点是结构紧凑，自动化程度高，劳动强度低，四缸曲轴生产率达16件／h以上。但因为曲轴不转动，轴颈油孔处易过热或开裂，轴颈淬硬区在圆周上分布不均匀，曲轴颈圆角淬硬无法实现等原因，因此该淬火机床呈淘汰趋势。

图4-15 半自动曲轴颈淬火机床

1、2—淬火变压器 3—感应器底板 4—开上盖手把 5—电交换器 6—水分配器7—油分配器 8—液压缸顶尖 9—装料架

2.开合型曲轴颈淬火机床

开合型曲轴颈淬火机床如图4-16所示。比利时ACEC公司曾生产这种结构的曲轴淬火机床。曲轴主轴颈、连杆轴颈在加热时均可旋转，卡盘上的卡头或顶尖可根据需要调整到偏心位置。两个回线型感应器分别固定在前后两个淬火变压器上。当装卸曲轴时，两个淬火变压器感应器组分别向前后分开移动，感应器张开；当加热曲轴时，变压器感应器组向中心合拢，感应器即贴近轴颈表面，但两感应器相互并不接触。感应器可以根据需要更换，在轴颈宽度与直径差别不大时，也可以不换感应器。卡盘与尾座间距离可以在一定范围内调整以处理不同长度的曲轴。这种曲轴颈淬火机床适用于小量生产或修配生产。

它的优点是：旋转加热、结构简单，便于调整并有一定的通用性。缺点是生产率低。该淬火机床主要靠手工操作。这种淬火机床的另一种变型是曲轴止推轴肩专用淬火机，其结构大致相同。

图4-16 开合型曲轴颈淬火机床

1—主轴旋转传动 2—旋转顶尖 3—夹紧卡盘 4—卡盘调节螺钉 5—底座6—纵向刀架 7、8—感应器 9—尾座顶尖 10—尾座顶尖调整导轨11—横向刀架 12、13—淬火变压器

3.KWH型曲轴半自动淬火机床

KWH型曲轴半自动淬火机床见图4-17。淬火机床由淬火槽和可移动的淬火小车两大部分组成。淬火槽中装有淬火冷却介质及四工位星形支架左侧主轴箱通过行星轮机构，使星形支架上的四个卡盘转动；右侧是由电动机驱动的快速分度机构，它使四工位星形支架在1.5s时间内快速转位90°。淬火槽中除淬火冷却介质外，底部还安有可移动的喷液器。这个喷液器根据所淬火的轴颈位置移动，使轴颈浸入淬火冷却介质中后，得到搅动的淬火冷却介质的冷却。

图4-17 KWH型曲轴半自动淬火机床

淬火小车上安装有淬火变压器、感应器组、电容器及相应的电缆、管路、压力表等。淬火变压器感应器组悬挂在小车上的四连杆平行机构上，它使变压器感应器组在一个平面内前后上下运动。小车电容器柜顶上装有电动机驱动的升降齿轮及螺旋弹簧等组成的平衡机构。淬火变压器与感应器中间，装有快换夹头，使换装一次感应器（水、电连接）在15s以内。电容器柜的前板上还装有功率脉动装置，由接近开关与多个撞块组成。淬火机后部装有拖链，拖链上安有柔性中频同轴电力电缆与进、出水软管及控制电线，以配合淬火小车在淬火槽上的左右移动。由于曲轴主轴颈、连杆轴颈、第一主轴颈、油封法兰、花键部、止推面等部位淬火要求不同，因此，需要不同的感应器与不同电规范（电压、功率接入电容量等）。

为此，感应器底部后侧装有编码器，每种感应器有一个编码，主轴颈感应器装入快换夹头，计算机系统即接纳该感应器编码的信号，进行该程序工作其工作方式是一个感应器进行一种尺寸的轴颈淬火；星形机构上装的四根曲轴的该种尺寸轴颈淬火完成后，更换感应器。由于是浸液淬火，所以第一根轴颈加热后，感应器快速升起，星形架分度，加热过的轴颈浸入淬火冷却介质槽淬火，而升起的轴颈进入加热准备，感应器下降，第二根曲轴颈即加热。淬火小车通过齿条传动，可在淬火槽上的导轨上自动移动、定位。与此同时，淬火槽内的喷液器也随着移动。其生产率粗略地估算为每个轴颈的生产时间为30s。表4-2是半自动曲轴淬火机床的生产计算图表。

表4-2 半自动曲轴淬火机床的生产率计算图表

采用这种浸液淬火的工艺，曲轴淬火后必须进行炉中回火。为节省生产面积，这种回火炉的炉体往高处发展，以适应生产率的要求。

为提高半自动曲轴淬火机床的生产率，研制出了两个淬火槽共用一台淬火小车的双槽式半自动曲轴淬火机床。它在一个槽中装卸四根曲轴待机，另一槽进行淬火；当另一槽的四根曲轴全部淬好后，淬火小车走到这个待机槽开始工作，而另一槽可以卸曲轴与装上待淬火的曲轴。由于电源与淬火小车是公用的只增加一个有星形支架的淬火槽，所以设备费用增加不多，而产量能提高30％。

4.AKWH全自动曲轴淬火机床

AKWH全自动曲轴淬火机床如图4-18所示。全自动曲轴淬火机床为隧道式全长约为12m，宽度为3.5m，不包括晶闸管电源、液压站及两种冷却水换热装置。电源为3×160kW／10kHz晶闸管电源。特点是主轴颈淬火时有三个矫正辊防止曲轴弯曲变形。

图4-18 AKWH全自动曲轴淬火机床

工作程序如下：

1）在第一工位，先加热2、4主轴颈，矫正辊压3主轴颈。

2）加热1、3、5主轴颈，矫正辊压2、4主轴颈，采用功率75～85kW，时间12s。

3）在第二工位，加热油封法兰，采用功率40～60kW，时间4s。

4）第三工位，加热连杆轴颈，先加热1、4，后加热2、3，矫正辊压2、4主轴颈，采用功率55～75kW，功率脉动，淬火冷却介质采用osmanil E2。感应器下带两侧喷水器，淬火变压器厚度为70mm，是铁氧体铁心，生产率为45件h（四缸曲轴长约为650mm，主轴颈直径为Φ65mm，连杆轴颈尺寸为Φ50mm×48mm），淬火后曲轴伸长0.8mm左右，径向圆跳动在0.32mm左右。

全自动曲轴淬火机床根据生产率要求，可以采用大功率电源，在一个工位上处理全部连杆轴颈，另一工位上处理全部主轴颈，主要用于轿车曲轴。图4-19所示为一种龙门式曲轴淬火机床，其一侧进行连杆轴颈淬火，另一侧进行主轴颈淬火；前部用高频电源进行法兰淬火，最后检测径向圆跳动。

图4-19 龙门式曲轴淬火机床

5.全自动柔性曲轴淬火机床

由于产品结构的不断更新及多品种产品生产的需要，柔性制造单元得到蓬勃的发展，为曲轴颈感应淬火服务的全自动柔性曲轴淬火机床应运而生。它除具有高的生产率、低的劳动强度外，略加调整能适应多品种曲轴生产，例如：四缸曲轴与六缸曲轴都能在一台淬火机床上生产，只需调整不太多的部位；如夹持长度在500～1300mm内调整，轴颈宽度不同（并因曲柄宽度不同，使主轴颈间距不同），更换感应器与调整工艺规范后，即可换另一种曲轴生产。

现在全自动柔性曲轴淬火机床，一般可生产四缸及六缸曲轴多个品种。在淬火部位上，除主轴颈、（多种宽度）连杆轴颈外，还可进行端轴颈、法兰等部位淬火以六缸曲轴为例，其淬火部位共有13～15个部位，前、后端轴的淬硬深度常为1～1.5mm，而主轴颈、连杆轴颈，一般要求圆角部分连同轴颈一起淬火，淬硬深度一般大于2mm。由于圆角淬硬的轴颈不允许淬火后矫直，对曲轴淬火机床常提出淬火后较小的弯曲变形的要求，例如淬火后，曲轴颈全长径向圆跳动不大于0.4mm等。

（1）全自动柔性曲轴淬火机床的组成

1）中频或中频、超音频双频电源，中频电源功率常用200kW、10kHz，超音频为30～40kHz。超音频电源主要用于端轴、法兰面的淬火，因为该部分淬硬深度更浅，用超音频比中频具有更多的优点。

2）淬火机床包括步进链、主轴颈、连杆颈淬火工位、端轴颈、法兰淬火工位等，机床采用薄型淬火变压器，使主轴颈感应器能紧靠连杆颈感应器，并同时移动到下一组主轴颈、连杆轴颈，这是其工作特点。

3）主控制盘、副控制盘、液压控制台等。

4）淬火冷却介质冷却循环系统与冷却水循环系统。

5）各种感应器，一般有主轴颈、连杆轴颈、1号主轴颈三种尺寸，附有法兰及端轴颈时，有五种感应器，每个感应器前均有薄型淬火变压器。

（2）柔性曲轴淬火机床的工作顺序 这种淬火机床一般由两台中频电源（或中频与超声频两种频率可换的双频电源）供电，一台电源管所有连杆轴颈与一个端轴颈，另一台电源管所有主轴颈与法兰。连轩轴颈与相邻主轴颈由各自的电源供电，加热开始时间略有错开，由于主轴颈比连杆颈数量多1个，所以1主轴颈与2主轴颈常安排在同时一起加热。端轴颈与法兰面淬火是扫描淬火的各有单独的工位，一般安排在最后顺序（如果用双频电源，还要切换成超音频频率）。

（3）柔性曲轴淬火机床的生产率 对由两台200kW中频电源供电的淬火机床而言，一般每小时可生产六缸曲轴12件左右。

（4）柔性曲轴淬火机床的控制系统及特点

1）从电源来讲，当前已用IGBT晶体管电源，并且有采用可变频率的电源如10kHz／40kHz或10kHz／25kHz的双频电源。

2）控制盘上有程序器，可以设定加工顺序，感应器位置，加热、预冷、冷却时间，输出功率（包括旋转角度改变功率，即按不同功率分配功率）。

监视（上、下限值）有加热时间，预冷、冷却，输出功率，电压、电流中间轴颈弯曲量，水流量、水温，能量监控器等。全自动曲轴淬火机床的计算机现在大都已采用siemens810，还有采用840的。能量监控器已普遍应用在该装置上，特殊的还有振荡因素计，监测感应器性能是否变坏，还有监测曲轴弯曲变形及用打印机打印监测项目与弯曲量等。

6.SMS ELOTHERM双工位曲轴淬火机床

21世纪10年代，SMS-Elotherm公司采用模块化设计理念，独创制造出了多通道可切换的双工位曲轴淬火机床。该机床可广泛应用于四缸轿车曲轴的淬火回火加工，单根曲轴淬火加工节拍可控制在30s以内；如进行淬火及感应回火加工，单根曲轴的加工节拍可控制在60s内，其主要特点如下：

1）紧凑型全封闭设计（见图4-20）。在节省占地面积的同时，可有效阻隔淬火冷却介质蒸汽直接进入生产车间而危害车间人员呼吸系统健康。机床顶部配备有油雾分离器接口，可连接独立的油雾分离装置或者车间配备的集中式油雾分离装置。

图4-20 EloCrankTM双工位机床外观

2）各机床部件的布局充分考虑了维修维护的方便性，用户人员可在需要的时候方便、安全地进入设备内部（见图4-21）和设备顶部平台（见图4-22）进行相关操作，如感应器更换、感应器-变压器悬挂配重调整等。

图4-21 EloCrankTM双工位机床内部

图4-22 EloCrankTM双工位机床顶部

3）配备的Elomat系列变频电源（见图4-23），采用了IGBT晶体管电源多达6个独立控制的能量通道，在连接相应的变压器和感应器后，可同时对不同轴颈按实际需求互不干扰地进行感应热处理。独特的模块化设计思路加之Elotherm公司专利的变频电源技术，无论通道数量的多少，整套变频电源只配备一套主供电模块、整流模块和控制系统，它在大大节省柜体占地面积的同时，又能保证很高的功率因数：在各种负载条件下都等于或大于0.95。

图4-23 Elomat多通道变频电源

4）利用两个工位上的上下料、定位夹持和加热过程的时间差，通过多通道变频电源在两个工位间的往返切换，实现了两个工位对不同轴颈组合的加工（见图4-24）的无缝衔接，大大缩短了总的节拍时间。

图4-24 双工位通道配置和切换

5）拥有专利的能量控制系统，能够更加准确、有效地控制加热过程的可靠性，以确保最终工件加工质量的稳定性传统的方式只对变频电源的输出能量进行单一的监控，但由于整个加热系统还涉及中间连接、补偿回路以及感应器等的能量损耗的影响，该公司则采用了更加复杂、也更加精确的对输入工件能量的监控（见图4-25）。大量试验分析表明，对输入工件能量的测量有一种类似“放大镜”的功效，即能更清晰地反映出加工过程的细微差别如图4-26a所示，比较使用好的感应器（1）和使用部分损坏的感应器（2）的情形时，变频电源输出能量曲线（P_RC1和P_RC2）几乎重合，但输入工件能量曲线（P_eff1和P_eff2）反映出了明显差别；如图4-26b所示，当加工零件出现微小裂纹时，观察变频电源输出能量曲线P_RC未见异常，而观察输入工件能量曲线P_eff时却能看到不正常的锯齿形波动。

图4-25 输入工件能量的监控

图4-26 能量控制系统反映出加工过程的细微差别

a）感应器良好与损坏对比 b）轴颈有裂纹时输出能量发生的变化

该双工位曲轴淬火机床基本参数见表4-3。

表4-3 双工位曲轴淬火机床基本参数

与现在应用的轿车曲轴淬火机床相比，该双工位曲轴淬火机床有如下改进：

1）从5个独立的100kW电源改进为1个电源，原来的每个单独电源使用功率常为40kW左右，而额定功率为100kW，利用系数低，改进后一个总电源灵活调配，一次加热多个轴颈，利用系数提高了，产量不减。

2）通过工件输入能量值，除监控淬火件质量外，还监控了感应器是否降低了效率。

3）通过锯齿型输入能量变化曲线，还能知道轴颈上是否存在裂纹。

4.4.2 凸轮轴感应淬火机床

20世纪30年代中期，美国Packard公司首先在汽车生产线上使用了凸轮轴感应淬火。现在钢制凸轮轴感应淬火已广泛应用于载货汽车用柴油机及载货汽车的汽油发动机上，铸铁制凸轮轴感应淬火则用于轿车发动机。凸轮轴感应淬火机床的发展与凸轮轴产品技术要求及结构的变化有极大关系，早期立式凸轮轴淬火机床的结构与立式通用淬火机床相似，甚至可以替代。当前凸轮轴产品有分段式的与装配式的。另外，由于凸轮淬硬层的桃尖及基圆部淬硬层深度要求的变化，也要求淬火机床功能进一步提高。凸轮轴感应淬火机床，一般分立式与卧式两种。

1.立式凸轮轴淬火机床

立式凸轮轴淬火机床又分为单工位或双工位两种。对于凸轮轴总长在1000mm以下的，一般是采用工件升降淬火。其优点是感应器正好在操作者视线近旁，便于观察与调整淬火变压器及相连电缆，进、出水管不需运动，机床结构比较简单。

当凸轮宽度与支承轴颈宽度相近，可以共用一种感应器时，一般可选用单工位立式淬火机床，其结构与立式通用淬火机床相似，如图4-27所示。当凸轮宽度与支承轴颈宽度相差较大，不能共用一种感应器时，一般可选用立式双工位凸轮轴淬火机床，或具有两台淬火变压器感应器组的单工位淬火机床。

图4-27 NSH型立式凸轮轴淬火机床

立式双工位凸轮轴淬火机床的左工位可以淬凸轮部分，而右工位可以处理轴颈部位。凸轮轴上的凸轮数与轴颈数是不同的，以四缸凸轮轴为例，进、排气凸轮共有8个，而支承轴颈只有3个支承轴颈宽度比凸轮宽度大许多，加热面积大，考虑对双工位淬火机床交替加热，负载平衡及使用功率相近，为此凸轮工位采用双孔感应器，一次加热两个凸轮，而轴颈工位则采用单孔感应器一次只淬一个轴颈。这种双工位凸轮轴淬火机床除升降机构、淬火变压器及感应器等每个工位各需一套外，其电容器部分可以有一部分是公用的。

2.单工位双淬火变压器感应器组立式淬火机床

该淬火机床如图4-28所示。它采用一个立式升降机构，两套淬火变压器感应器组，一套用以淬凸轮，另一套用以淬轴颈。两套感应器均是双孔的，如图4-29所示。

两套淬火变压器感应器组是相互呈90°交叉，共对着淬火机床的双顶尖中心线。为此，一套感应器的两个孔是左右配置，而另一套感应器的两个孔呈前后分布，如图4-30所示。

图4-28 单工位双淬火变压器感应器组立式淬火机床

以上两种淬火机床适用于不是大批量生产的情况，因为它是采用按顺序分段一次淬火方式，但对中频电源来说，由于采用两个工位交替加热，其负载持续率是较高的。这种淬火机床采用200kW、8kHz中频电源，生产四缸发动机凸轮轴的生产率可达到15～20根／h。

图4-29 两套双孔感应器

图4-30 两套淬火变压器感应器组呈90°垂直相交分布

当凸轮轴的全长超过1000mm时，如采用工件做升降运动的立式淬火机床其高度是安装工件的2倍。此时，常采用淬火变压器与感应器做升降运动的立式淬火机床，其优点是床身总高可以减少，而缺点是操作者观察与调整不太方便，同时电缆、冷却水、淬火冷却介质管路需要跟随变压器托架升降，结构要复杂一些。

3.数控轴改进的立式淬火机床

现在已有企业将立式淬火机床的数控轴增加到4个，其中新增的一个Z轴可使淬火变压器及感应器前后方向做伸缩移动，使用仿凸轮形感应器，凸轮加热时不转动，而感应器前伸，使凸轮的基圆侧间隙减小，从而提高基圆侧的加热温度；对凸轮轴较宽的轴承档部分，则用同一感应器进行扫描淬火，此时工件是旋转着的。对于相邻档间隔太近而影响另一档局部加热的问题，例如偏心轮与凸轮间隔只有9mm，加热偏心轮时，凸轮的桃尖会受磁场影响而加热，可采取辅助喷液器进行保护喷洒。

4.多电源、多感应器的立式淬火机床

图4-31 两个凸轮与一个偏心轮用各自规范同时加热

该机床是针对凸轮与偏心轮相距太近而设计的。EFD公司设计的该机床同时有三个电源，各供各自的感应器，其中两个是供凸轮一次加热的，另一个是供喷油泵偏心轮，如图4-31所示多电源、多感应器的立式淬火机床从根本上解决凸轮与偏心轮因相距较近而产生磁力线影响问题。

5.一次加热所有凸轮与轴颈的淬火机床

这种高生产率的淬火机床，其生产率可达200～300根／h。淬火方法是凸轮轴所有淬火表面同时加热，随后立即移动到淬火位置进行淬火。一次加热所有淬火表面法的优点是凸轮间相距较近时，不需采用屏蔽措施，当第一根凸轮轴进行淬火时，第二根凸轮轴接着进行加热，工件从加热位置移到淬火位置的时间应尽量短，它取决于工件材料的临界冷却速度。这种淬火机床的感应器也有采用Ω形结构的，便于工件进出。还有将一根凸轮轴分成两个组，在两台机床上分别加热。此种淬火方法主要用于铸造凸轮轴，特别是合金铸铁，因为合金铸铁的临界冷却速度较低。

6.典型的合金铸铁凸轮轴淬火装置

整套装置由晶闸管中频电源10kHz、200kW，卧式淬火机床，软化水循环装置与电控柜组成，处理的凸轮轴为Ni-Cr-Mo合金铸铁制的四缸2.0L汽油机凸轮轴，最大轴径Φ50.8mm，总长为434mm。

（1）淬火机床的结构 淬火机床由床身、V形托架、活动杆、带顶尖的滑台、淬火变压器感应器组、电容器和淬火槽等组成。机械动作由液压操控，V形托架将工件托住上升并下降到位，然后由活动杆配合动作；滑台上的两个顶尖夹住凸轮轴做横向移动，将凸轮轴进入或送出感应器；机床左端主轴箱由液压马达带动凸轮轴旋转，转速可在一定范围内无级调速。在感应器左边有一铜板接地环，如果凸轮轴在顶尖上未夹正，则在横向移动时会先碰到接地环，产生信号，停止动作。

淬火变压器是可变匝比的中频变压器，一次侧为10～22匝，分13档，二次侧为6匝。感应器为多圈串联，9个感应器位于一条中心线上，其中8个加热凸轮。感应器是双匝的，凸轮尖部与有效圈内径的间隙为4～5mm，感应器底座有椭圆孔，使感应器可相对凸轮的轴向位置可进行调整。凸轮轴感应器采用串联避免了并联多个感应器时会产生中间导电路径短而二端导电路径长的弊病。采用串联感应器法时，如果中间凸轮温度偏高，还可用加大间隙的方法来调整。

电容器组的配置，采用三个300kvar的电热电容器。

（2）淬火槽及输送链 淬火槽容量为1.5m3，选用聚合物淬火冷却介质Ucon A或251，其质量分数为10％，使用温度为3～50℃。淬火槽内设有6kW的管状电加热器，用以调节淬火冷却介质温度。淬火槽旁有换热器与水泵，水泵将温度升高的淬火冷却介质送入换热器，与换热器中的冷却用水进行换热降温。此系统的温度、流量等控制与一般淬火冷却介质冷却系统相同，不再细述。

淬火槽中装有一条倾斜的输送链，将淬硬的凸轮轴从下往上提升到下一工序。

（3）红外测温仪 红外测温仪监控凸轮轴加热温度，它安装在离感应器中心0.5m处，传感器上的镜头对准某一凸轮的侧面，如某一根凸轮轴的最终加热温度过低，则红外测温仪会发出不合格信号，淬火槽前的拒收操作臂将会抬起使这根凸轮轴不进入淬火槽中。

（4）抽风装置 在感应器上部和淬火槽输送链提升工件处的上部，均装有抽风罩，用以保持工位附近的清新环境。

（5）程序控制器 电控柜中装有程序控制器，对工艺参数等进行控制，缺水、过电流、过电压等均有保护。这套装置的感应器回水管上，还装有可直观回水的玻璃装置，能直接观察到缺水情形。这套装置对凸轮轴淬火的生产率是较高的，达到150根／h。

卧式凸轮轴整根一次淬火的感应器如图4-32所示。

图4-32 卧式凸轮轴整根一次淬火的感应器

7.凸轮块感应淬火机床

由于组装凸轮轴的发展，新设计的专门进行凸轮块加热与淬火的机床也在制造中，一次加热一个凸轮块，自动上下料。

近年来，随着计算机技术的发展，凸轮轴淬火机床的控制系统已采用可编程序控制器（PLC）、数控等控制系统。数控系统具有控制精度高、反应速度快性能好及可靠性高等特点，人机界面较好，工作程序编程输入方便，程序储存量强大，具有工艺参数控制和监控、故障保护等功能，易于实现开环与闭环控制，并可以通过驱动步进电动机、伺服电动机，实现工件移动位置的精确控制和快速反应，已广泛地应用于凸轮轴感应淬火机床上。

4.4.3 半轴感应淬火机床

半轴是汽车上的重要传动件。半轴感应淬火工艺已普遍应用于轿车和载货汽车上。半轴感应淬火最初是采用扫描淬火法，随着生产率要求不断提高，一次加热淬火法及随之而来的三工位、四工位加热、冷却矫直为一体的半自动半轴淬火机床问世，并在生产中得到广泛应用。

1.半轴扫描淬火机床

半轴扫描淬火机床一般可采用通用立式淬火机床及半轴扫描淬火感应器半轴加热一般从法兰端面开始，此时要求工件旋转；待到达淬火温度后，工件随托架开始下降，喷液开始，半轴法兰端面及相连的杆部开始淬硬；其后杆部淬火，直到花键部分淬完为止。扫描淬火的半轴，在法兰与杆部起始加热段常有一段杆部淬得略深的鼓肚形淬硬段，如图4-33所示。这是因加热法兰端面需要该段杆部加热时间较长所引起的，法兰面加热时间越长，这种杆部起始段淬硬层鼓肚的现象越显著，这是扫描淬火法的不足之处。

扫描淬火半轴的另一缺点是半轴杆部与花键部衔接处，如果扫描速度不变此段过渡处淬硬层易变浅。这是由于扫描淬火时，感应器邻近花键时，磁力线易从杆部提前偏移到花键部所致。花键外径比杆部外径大得越多，这种现象也越显著。目前采取的工艺措施是扫描到该区域时，速度减慢或停顿短时；还有采用图4-34所示的斜形感应器，使半轴上的感应电流呈斜圈形围绕杆部与花键部。斜环形感应器只适用于不带法兰的半轴。

图4-33 半轴法兰与杆部连接处的淬硬层

图4-34 半轴杆部与花键部过渡区采用斜环形感应器

对特细长轴类工件，半轴立式淬火机床一般配有防弯曲装置，以减少半轴在加热过程中，产生较大的弯曲。

半轴用扫描淬火机床的生产率较低，因为淬硬层深度常为5～7mm，采用3～10kHz电源，其扫描速度一般不超过20mm／s。

下面列举日本一种卧式双轴带有防弯装置的扫描淬火机床的相关数据：

1）半轴尺寸及测量部位如图4-35所示。

图4-35 半轴尺寸及测量径向圆跳动部位简图

2）此淬火机床使用3kHz、200kW中频电源，同时淬两根半轴，生产率为20根／h。

3）防弯装置为2～3组矫正辊，扫描过程中始终压住旋转着的半轴，只在通过感应器时，矫正辊才让开。两种半轴主要尺寸及淬火前后的径向圆跳动值变化见表4-4。

4）半轴材料为45钢；表面硬度≥55HRC；淬硬层深：A种半轴为5.0～6.0mm，B种半轴为3.0～4.0mm；淬硬区：包括R全长淬火。

表4-4所示为防弯装置的效果，半轴中段变形最大，淬火后径向圆跳动减到0.3mm或0.5mm。

表4-4 两种半轴主要尺寸及淬火前后的径向圆跳动值变化

2.一次加热整个表面的卧式半轴淬火机床

一次加热整个表面的卧式感应淬火机床的特点如下：

1）采用卧式机床结构。

2）感应器为采用矩形管加导磁体的纵向加热感应器，如图4-36所示。

图4-36 矩形管加导磁体的纵向加热感应器

3）由于加热面积大，需要大功率中频电源，一般功率大于320kW

4）由于一次冷却面积大，需要大流量的淬火水泵。

5）一般需配备矫正辊。在加热过程中，矫正辊减少了半轴的变形，甚至起到热矫正作用。

6）该机床必须有卡盘，确保半轴旋转时，克服不均匀磁场与矫正辊的阻力。

半轴纵向感应加热，又称一发法（Single Shot）加热，其加热示意图见图4-37。

图4-37 一发法（Single Shot）加热示意图

由铜管制成的回线是并行地跨在轴上的工件在加热时必须旋转，使圆柱面得到一个均匀的加热层。采用回线型感应器做纵向加热淬火与用环状聚焦型感应器加热淬火，两者的根本区别在于，工件上感生涡流由纵向流动代替了周向流动，围绕感应器回线的磁力线分布由附加的导磁体来控制。图4-38所示为半轴纵向加热，该图表示出了正处于加热位置的纵向加热感应器和由滚轮支持着的半轴的横截面。

图4-38 半轴纵向加热剖视

3.全自动半轴淬火机床

图4-39所示为一台全自动半轴淬火机床，其生产率是300根／h。

半轴在淬火后是笔直的，因此不需要矫直。机床有三个位置：进料、加热冷却和卸料。从图4-40中可见，一个自动送料装置把半轴送到进料位置1，当半轴进到传动顶尖2中时，它在整个过程时间内受到矫正辊的抑制。传动顶尖2在进料位置时夹紧，而在卸料位置时松开。机床每个循环分度120°，所有动作均通过凸轮与连杆相结合。感应器是装在淬火变压器上的，这个组件通过一个支点进行旋转动作，使感应器抬起或降落下来。1号半轴在1工位加热过程结束时，感应器自动抬起，机床进行分度动作；1号半轴进入2工位进行淬火，随后感应器6立即下降到1工位加热位置，2号半轴的加热过程开始，机床分度动作极快，小于2s；此时，已加热的1号半轴已转到2工位，在水下进行喷液淬火而1工位则加热2号半轴，3号半轴则正进入3工位进行装料；在2号半轴加热结束之前，1号半轴在2工位因顶尖松开而移动到输送带，输送带将1号半轴自动送到回火炉。

图4-39 全自动半轴淬火机床

1—进料位置 2—传动顶尖 3—淬火液槽 4—变压器组旋转支点 5—淬火变压器6—感应器 Ⅰ—1工位 Ⅱ—2工位 Ⅲ—3工位

图4-40所示为一根半轴各部位的淬硬层分布。此半轴直径为Φ46mm，全长为1016mm，淬硬层深度为11.2mm，该深度处硬度＞40HRC。其工艺参数为300kW、3kHz，加热35s。淬火后轴的变形情况良好，相关数据如下：轴中部径向圆跳动淬火前为1.78mm，淬火后为0.76mm。半轴淬火后变形减小的原因，是由于淬火机床上设置了矫正辊。图4-41所示为半轴淬火装置上的三组矫正辊。

图4-40 半轴各部位的淬硬层分布

图4-41 半轴淬火装置上的三组矫正辊

4.4.4 链轨节淬火机床

链轨节是履带工程机械、履带战车、履带拖拉机上的主要零件。其工作面与地面接触，需要耐磨性，链轨节数量多，因此，链轨节淬火机床的生产率与自动化成为重要指标。

链轨节外形图如图4-42所示，这种产品尺寸已系列化，链轨节常用中碳钢制造。

图4-42 链轨节外形图

a）a两边缘未淬火 b）在未淬火边缘内的淬硬层 c）中间部位淬硬层 d）套管孔上窄段淬硬层

1.链轨节扫描淬火机床

图4-43所示为一种链轨节扫描淬火机床，它由机架和一条用非磁性钢带组成的环形传送带等组成。传送带由滚轮支撑着，因为感应器通电时有吸力，可将链轨节吸起，滚轮间装有五块直流电磁铁，阻止了链轨节被吸引。链轨节按要求放到传送带上，调整感应器及其后面的喷水器的高度，即可进行另一种链轨节的生产。变压器安放在机架上，感应器的馈电头与变压器二次圈相连接，感应器后面安装了喷水器。

图4-43 链轨节扫描淬火机床

链轨节放置在传送带上传送带的进给速度由无级调速的直流电动机驱动，链轨节从感应器下面通过，并进行加热、淬火。早期的链轨节淬火后，送到低温回火炉进行回火。现代的淬火机床，已采用了感应器回火工艺，其回火方式也为扫描式。为保证回火时间，可设置为二段回火区。回火的目的是消除应力。由于链轨节有左右之分现代回火感应器也根据要求，分左式及右式感应器。扫描淬火法的缺点是不易得到深的淬硬层，对链轨节边棱部分易过热，因此，需喷水或水汽混合物。

2.链轨节一次法感应淬火机床

这种淬火机床由步进链和装在机架后部链条上方的淬火变压器等组成，如图4-44所示。大型感应器3接在淬火变压器2的二次圈上，淬火变压器可以上下、左右调整，以适应不同类型链轨节与感应器的相对位置。感应器后面有一个大型喷水器4（见图4-45），加热后的链轨节在其下部进行淬火，步进链1共有14节，每次都有4节处于上部，呈水平状态，其中最前面的1、2节用以装料，第3节加热，第4节淬火。步进链由一个十字轮装置进行步进式控制，每块链板上装有机械夹紧结构，最多能夹4块链轨节。当更换另一品种链轨节时只需更换14块压板与相应的锁销。链轨节的支架用一个螺栓固定在链板上，喷水器4的后面有一个开关机构，能把夹具打开，使淬过火的链轨节滑入卸料槽中，然后进入回火工序，一般在低温电炉中回火，消除应力。

图4-44 链轨节一次法感应淬火机床

1—步进链 2—淬火变压器 3—感应器 4—出料槽

在上述淬火过程中，链轨节表面加热不是很均匀。为了获得较深的淬硬层又使链轨节边棱部分不过热，装置上为每个链轨节设计了两股水流，喷到链轨节不需淬火的部分，使边棱不过热。这种淬火机床，对小链轨节一次加热4件（2左、2右），大链轨节一次加热2件（1左、1右），用一次淬火法加热链轨节过程中，中频电源是不断开的，因此生产率较高。

图4-45所示为链轨节一次法加热感应器。

图4-45 链轨节一次法加热感应器

1—馈电头 2—主面有效圈 3—侧面有效圈 4—喷水器

链轨节一次加热法相对于扫描法的优点，主要在于此方法加热时间便于控制，易得到较深的淬硬层。

3.摆动加热链轨节淬火机床

意大利有一种摆动加热链轨节的淬火机床，一次加热一个链轨节。感应器结构与上述一次加热感应器相似，为了使链轨节工作面加热温度均匀，在加热过程中，淬火变压器感应器组不停地左右摆动，使中间部分与边棱部分的温度均匀一致，如图4-46所示。

图4-46 链轨节加热时感应器左右摆动

4.链轨节淬火回火自动生产线

链轨节淬火回火自动生产线（见图4-47）用于多种链轨节工作踏面的同时表面感应淬火及回火处理。整套设备由一台用于淬火加热的数字化晶体管电源（250kW 4kHz）及负载系统、一台用于回火加热的数字化晶体管电源（100kW／1kHz）及负载系统、机床主机、淬火冷却介质循环冷却系统（带有过滤装置和流量数显）、冷却液循环冷却系统（带有压力保护装置）、制冷机等组成。

机床采用卧式双轨道自动线形式，两个步进式轨道分别放置左右链轨节（见图4-48），左右链轨节采用一次加热淬火、喷液和回火加热分工位同时进行。

图4-47 链轨节感应淬火回火自动线

图4-48 左右链轨节加热后在轨道上

整套设备控制系统由PLC＋触摸屏＋伺服驱动系统组成，具备电源能量监控保护、回火工件温度监测保护、淬火冷却介质温度监控保护、冷却水压力监控保护、冷却水温度监控保护、各节点运动到位监控保护等功能。

4.4.5 销套淬火机床

销套的内、外表面均需淬硬，其淬火机床有双工位和销套专用两种。

1.双工位淬火机床

双工位淬火机床均有两套淬火变压器感应器组和两套升降旋转机构，左工位进行销套的内孔淬火，右工位进行销套的外圆淬火。内孔、外圆淬火一般均采用扫描方法。为了防止淬火过程中对另一面产生回火影响，一般在内孔淬火过程中，销套外圆有辅助喷液器进行冷却。根据淬硬层深度要求，销套淬火常用200kW电源。

2.销套专用淬火机床

图4-49所示为销套内外侧同时淬火的中频立式自动淬火机床。它有两个相邻工位，各对销套的内外侧（或外内侧）同时进行扫描淬火。机床上装有一台淬火变压器，与可更换的双感应器相连接，构成加热工位由于不同规格销套的淬硬深度不同因此扫描速度可变，可变范围为1.6～16mm／s。淬火机床的回转工作台位于加热工位的前面，有四个固定销套用的双工件夹头。当进料盘对空夹头装工件后，工作台便回转90°，进料盘可容纳20～25个销套这样保证自动磁性夹头上总能夹住一个工件。工件按顺序夹紧后，自动向前送到第一淬火位置（例如内孔），再进到第二次淬火位置（例如外圆）；淬火后，传送均自动按规定顺序进行。这种淬火机床能淬火的最大工件直径为80mm，最大长度为220mm，最大重量为7kg。

图4-49 销套内、外侧同时淬火的中频立式自动淬火机床（J.Rickermanm东京）

3.销轴、销套外圆感应淬火自动生产线

销轴、销套均是履带传动系统上的主要零件。销轴、销套外圆感应淬火自动生产线（见图4-50）就是这两种工件进行外圆感应淬火的专用机床。

图4-50 销轴、销套外圆感应淬火自动生产线

整套设备由淬火加热的数字化晶体管电源（160kW／30kHz）及负载系统淬火机床主机、淬火冷却介质循环冷却系统（带有过滤装置和流量数显）、冷却液循环冷却系统（带有压力保护装置）、制冷机等组成。

机床采用卧式自动线形式，自动上下料，带有工艺件自动循环系统，保证对首件和末件均可实现正常淬火，设置有红外测温仪检测工件加热温度。

整套设备控制系统由PLC＋触摸屏组成，具备电源能量监控保护、工件加热温度监测保护、淬火冷却介质温度监控保护、冷却水压力监控保护、冷却水温度监控保护、各节点运动到位监控保护等功能。

4.4.6 驱动轮淬火机床

驱动轮与导向轮因为结构特殊，只能在专用淬火机床上进行加热与淬火但机床并不复杂。其特点为：一般是单个齿槽或多个齿槽进行加热淬火；加热时，为使齿槽沿宽度方向温度均匀，淬火变压器感应器组需左右摆动。

图4-51所示为驱动轮淬火机床的主要部分。当驱动轮是铸件时，可以整个装上；当驱动轮是由轮毂和齿圈组成时，也可以将齿圈装在辅助夹具上进行加热淬火，然后再装到轮毂上。淬火变压器与感应器是装在可以上下升降，前后能摆动的托架上的。当驱动轮齿槽调整到规定位置时，定位机构与淬火变压器感应器组向齿槽方向前进，感应器头进入齿槽，开始加热，同时托架往复摆动一个齿槽加热到温后，托架后移，分度机构进行分度，感应器再前移，在感应

图4-51 驱动轮淬火机床的主要部分

1—测量和操作部件 2—分度装置 3—驱动轮 4—淬火槽

器下面的喷液器进行喷液淬火，第二个齿槽则开始进行加热，如此循环。

驱动轮专用淬火机床也有立式的设计，一次可加热所有齿槽，摆动变为上下动作。

4.4.7 导向轮淬火机床

图4-52所示为导向轮淬火机床的主要部分。导向轮淬火机床一般可与驱动轮淬火机床通用，只是在工件定位转轴上安装一套回转装置，能够使定位转轴进行无级变速。

图4-52 导向轮淬火机床的主要部分

1—工件支座 2—导向轮 3—分度装置（已移开） 4—双回线感应器5—变压器电容器柜移动小车

导向轮淬火加热时，左右两个轮面与肩部是同时进行的，感应器有效圈下面有喷液器。导向轮扫描淬火到最后，必然有一个重复加热的过渡区。为了减少此过渡区的长度，感应器有效部分宽度不能太宽；为了不使过渡带产生在一个直的区段上，感应器有效圈布置在两个轮缘上时，应前后分开一段距离。

4.4.8 履带销扫描淬火机床

履带销扫描淬火机床有卧式与立式两种，一般都有装料斗与自动卸工件自动化程度较高。

1.卧式履带销淬火机床

图4-53所示为卧式履带销淬火机床。它由装料斗、传动机构、磁性送料轮卸料槽等组成。履带销两端一般有一段非淬硬区，用以插入开口销及垫圈，因此有限位开关，履带销从装料箱可自动地每次落下一根，进入磁性滚轮送料轮装料箱内有一根齿轴3，不停地转动，使箱内多层堆起的销子不断地振动，以防止销子塞住料斗下落口。销子是在V形滚轮上作轴向前进的，V形滚轮内有圆柱形永久磁铁，它保证滚轮在旋转运动时，将销子吸住，不产生滑动。因此销子的移动速度，取决于V形滚轮与销子接触点的直径与滚轮的转速。例如滚轮接触点的直径为75mm，销子送料速度为23mm／s，据此可推算出所选用电动机减速器与变速齿轮的变速比。

图4-53 卧式履带销淬火机床

1—传动齿轮 2—齿轴3和滚轮6的传动电动机 3—防止销子塞住料斗口的搅动齿轴4—控制下料机构的电磁铁 5—一次只放过一根销子的送料机构 6—主动滚轮 7—压紧轮8—传动锥齿轮 9—感应器 10—压紧弹簧滚轮 11—卸料槽（保证销子运动不滑退）12—电磁铁 13—装料斗

这种传送滚轮上的销子是不转动的，当销子脱离最后一个滚轮进入卸料槽时，压紧弹簧滚轮10的压轮会抬起，给出一个信号，电磁气阀动作，斜滑道上会自动落下一根销子到滚轮上，右边每卸下一根淬过火的销子，左边也落下一根未淬火的销子到滚轮上。

这种机床用100kW、8kHz中频电源，对Φ22mm×430mm的销子进行感应淬火，其产量达到180件／h以上，操作者只需往料斗中添加销子即可。

2.一端具有镦头的履带销子淬火机床

镦头销子如图4-54所示。当销子产品改为一端有镦头的结构时，如采用卧式淬火机床送料，销子在镦头进入V形槽时，头会抬起。研制出一种新的销子淬火机床，它的送料方式采用两根丝杠，丝杠的螺距凹槽正好与镦头宽度与台阶相配合，如图4-55所示。这种机构使履带销在前进送料的同时，工件还能转动，加热冷却更加均匀。其工作过程如下：销子装入料斗6，镦头向着感应器8方向运动，自料斗经过导入机构，将销子送到进给滚轮5，销子进入第一组丝杠式辊子7，边转动边移动，进入感应器8加热，并在喷液器9冷却。为了断开和接通加热，1和2是两个加热与停止极限开关，销子在碰到开关1时停止加热，再碰到开关2时又开始加热，调节这两个开关的距离，便可调整销子一端的非淬硬带。

图4-54 镦头销子简图

图4-55 具有镦头的履带销子淬火机床

1、2—加热与停止极限开关 3—主动轴 4—链传动 5—进给滚轮 6—料斗7、10—丝杠式辊子 8—感应器 9—喷液器

这种淬火机床上已采用双层多匝感应器，并且采用了三级冷却器，使淬火效果更完善。调整一对丝杠的转速，即调整了销子的送料速度。

4.4.9 齿轮埋油淬火机床

对于一些特殊零件，在油层下加热并淬火，能减少淬火畸变与开裂问题齿轮埋油淬火的工艺就是针对此问题而开发的，已在生产中使用多年。埋油淬火机床是执行此工艺的基本、关键设备。我国现已有多种埋油淬火机床生产其设计结构日益进步。图4-56所示为我国生产的一种典型的齿轮埋油淬火机床另一种TF025齿轮埋油淬火机床的主要技术参数见表4-5。

图4-56 典型的齿轮埋油淬火机床

注：感应器导电板上黑色分界线是油面。该淬火机床由天津天丰中高频感应设备公司生产。

表4-5 TF025齿轮埋油淬火机床的主要技术参数

4.4.10 油层下感应淬火机床

油层下感应淬火与齿轮埋油淬火的工艺相似。图4-57所示为油层下进行轴类扫描淬火的机床。

机床结构与通用立式淬火机床相似，只是感应器安装在油平面以下。感应器带喷液孔，可对工件喷油冷却，使冷却速度提高。油槽油与外部换热器相循环。为了节省机动时间，这台机床配有两个传动电动机，空载行程是快速的而工作行程通过变速器进行变速。

我国已有多种埋油淬火机床生产，主要用于齿轮单齿淬火。

图4-57 油层下进行轴类扫描淬火的机床

1—感应器 2—淬火变压器箱 3—油槽 4—下顶尖5—上顶尖 6—下顶尖传动轴 7—空行程丝杠8—托架 9—支柱 10—变速器 11—空行程电动机 12—工作行程电动机 13—平衡重14—床身

4.4.11 托带轮和支重轮淬火机床

托带轮和支重轮淬火机床的结构相似，感应器是半环形的，工件装在可以转动的工作台上。工作台共有两个，当1号工作台推到半环感应器规定位置时工作台嵌入一个连接凹槽，与转动系统相连，按压加热按钮后，工件即行加热加热到规定温度后，工作台脱开凹槽，用配重使之进入装卸位置，另一个传动装置将喷液器移近支重轮进行喷液冷却。两个工作台是交替工作的，因此中频电源的负载持续率可以提高。图4-58所示为支重轮淬火装置。

图4-58 支重轮淬火装置

1—中频柜 2—感应器 3—工件转动工作台 4—支重轮

当电源功率为300～400kW时，可考虑将上下两个轮面同时进行加热及淬火。由于支重轮与托带轮均非常沉重，因此装卸工件均已改进为滚道进料，淬火变压器感应器组改为能前进与后退，支重轮加热到规定温度后，工作台下降到喷液圈中进行淬火。

对于单边支重轮，我国已有单位研发出具有纵向分枝加热的圆环形感应器提高了肩部淬硬层深度，并使工件便于进入感应器；但对于双边支重轮，仍需采用半环形或开合形感应器，工件才能进入感应器内。

4.4.12 缝纫机针杆高频感应淬火机床

缝纫机针杆高频感应淬火机床如图4-59所示。该机床是一种全自动感应淬火机床，可与30～60kW高频电源配套，对细杆类工件进行连续淬火。机床设有料斗、送进滚轮和导轮，能使淬火件连续送进，同时旋转经过感应器和喷水圈感应加热由光敏管控制，可进行工件全长或局部淬火。可淬火的最大工件直径为15mm，长度为110～300mm。导轮转速分6级，85～130 r／min，导轮尺寸为200mm×75mm×75mm。电动机经带轮传至变速器，经蜗杆减速器后通过塔轮变速，可获6种转速。

图4-59 缝纫机针杆高频感应淬火机床外形

工件淬火进给速度取决于导轮转速、直径和导轮调整的角度，其关系式如下：

式中 v——工件进给速度（mm／s）；

D——导轮直径（mm）；

n——导轮转速（r／min）；

α——导轮调整角度（°）。

该机床设有下料架，接料箱则由用户自备，适用于大批量生产

4.4.13 螺钉头全自动感应淬火机床

螺钉头全自动感应淬火机床如图4-60所示。该机床是发动机调整螺钉头部感应淬火的专用全自动淬火机床，上料、加热、喷水和下料全部自动进行。加热方式是周期性一次加热，每次可加热12个工件。工件回转半径为412.5mm分度速度为5～50r／min（12～0.13s／r），按8等份为1.5～0.016s／等份。该机床适用于大批量生产，手动操作时可进行小批量生产。

4.4.14 气门摇臂感应淬火机床

气门摇臂感应淬火机床如图4-61所示。该机床是专用于气门摇臂圆弧头部淬火的，半自动操作，手动上料，加热、喷水、下料是自动进行的。加热后入水时间小于0.5s，工作台一周可装24个工件。加热方式为一次一件，工件回转半径为435.5mm，分度速度5～50r／min（12～0.13s／r），按24等份为0.5～0.06s／等份。该机床可与高频电源配套，适用于大批量及小批量生产。

图4-60 螺钉头全自动感应淬火机床

图4-61 气门摇臂感应淬火机床

4.4.15 气门杆端淬火机床

发动机的进、排气阀顶端与气门摇臂头相接触，容易磨损，为此要求淬硬，一般要求硬度＞40HRC。进气门与排气门材料不同，加热温度与冷却速度也不相同。

简易的气门淬火装置如图4-62所示。高频电源供电给一个三匝的螺旋形感应器，中间一匝比二端的匝直径略小，在感应器中心线的二端各放置一个气门，气门杆端位于感应器的中心，由于杆径只有8mm左右，因此，感应器通电后，两个杆端同时加热到淬火温度。两个V形块既能定中心，又能定轴向位置。用6kW高频电源加热两个气门时间为3s气门达到规定温度后，投入下面的淬火槽中，淬火冷却介质一般用油由于气门生产量大，因此，气门自动淬火装置便成为十分必要的淬火装置

图4-62 简易的气门淬火装置

图4-63所示为气门端头自动淬火装置。采用IGBT超音频晶体管电源80kHz、9kW，回转工作台，由主传动电动机控制，径向定位也由电动机控制轴向定位由电磁铁操控。加热时间可根据工艺需要在0.1～9.95s内调整，工作节拍为加热时间0.7s。这台机床采用计算机控制，具有工件送进、加热退出冷却送出等功能，可设定工艺参数，并有显示、记录、打印等功能。

图4-63 气门端头自动淬火装置（银川高周波机器制造有限公司

4.4.16 减振器连杆感应淬火回火自动机床

G.H.电热公司开发的减振器连杆感应淬火回火自动机床如图4-64所示。淬火与回火工序在一台机床上进行。淬火加热采用100kW、90～150kHz电源；回火加热采用50kW、4～10kHz电源。淬火方式为扫描式，可为单段或分段加热控制系统采用Siemens ST-300、TP170B触摸屏。减振器连杆由辊子送料（见图4-65），自动上下料，淬火回火工艺能自动检测。生产能力以直径20mm、长度400mm的连杆为例，生产率为54s／件。

图4-64 减振器连杆感应淬火回火自动机床

SAET公司生产的该类机床的技术参数：淬火加热采用100kW、100kHz电源，回火加热采用50kW、15kHz电源，扫描速度为3～8m／min。

4.4.17 锭杆感应淬火机床

锭杆是纺织机械专件锭子上的重要零件。HWG公司生产的卧式淬火机床适用直径为Φ8～Φ30mm、长度为50～400mm的细长零件。电源有两种频率，淬火加热用400kHz。淬火机床由储料仓、送料机构及一对同向旋转的辊子组成淬火、回火感应器放置在两套辊子之间，推料机构由D.C伺服电动机驱动，两个固定速度20mm／s和200mm／s，三个无级调整速度（2～200mm／s）和两个限时装置，通过设定可控制工件的进给速度和停留时间的长短。淬火、回火是同步进行的，整个加工过程由程序编制和无触点开关控制，淬火、回火连续、自动地一次性完成。

图4-65 减振器连杆由辊子送料

4.4.18 滚珠丝杠感应淬火机床

滚珠丝杠感应淬火机床一般为卧式结构，因为丝杠长达5～6m，如果采用立式，即使采用变压器与感应器移动，其操作还是十分不便的。

图4-66所示为一台卧式滚珠丝杠淬火机床的主要工作过程。这台滚珠丝杠感应淬火机床采用晶闸管中频电源，有两档功率与频率，即160kW／10kHz与50kW／30kHz。前者是用于直径较粗的丝杠，后者用于直径较细的丝杠。工件最长为6m。滚珠丝杠感应淬火的关键技术是控制它的变形。变形有两个方面：首先是弯曲变形，这是细长工件都要碰到的问题；其次是伸长变形，对滚珠丝杠来说，就是它的螺距的伸长与缩短。如果淬火后螺距伸长太多，随着丝杠长度的增加，累积伸长量超过一定值，螺距尺寸超过公差，丝杠就会报废。

这台机床设计上采取了一些措施：①采用半环感应器，它的电流除周向流动外，还有纵向部分，使螺纹顶与底均能加热；②通过间隔定位块跨在丝杠上进行扫描淬火，由于定位块紧跨在丝杠上，保持了等间隙，丝杠又是转动着加热，可使加热均匀；③安装了支承丝杠的限变形滚子，减少了弯曲变形。

这台机床的特点是具有长度修正。丝杠在淬硬深度较浅时，长度会缩短淬硬层深度较深时，长度会增加。丝杠在中频感应淬火时，机床尾座中的长度测量装置会及时测出丝杠长度变化值ΔL（精确到0.01mm），淬火小车下的淬火距离测量装置同时不断测出已经淬火的长度L（精确到0.01mm）。上述两种信号输入到设备的计算机后，即可求出丝杠淬火过程中的“螺距变化千分比”。此值与“预置修正量”相比，若实际的“螺距变化千分比”小于“预置修正量”时，计算机会发出信号，使扫描速度降低，丝杠淬硬层加深，伸长量加大；反之，计算机发出相反信号，加快扫描速度，丝杠淬硬层变浅，伸长量减小。通过上述过程的不断反复，使丝杠实际“螺距变化千分比”始终接近于“预置修正量”，这样达到了淬火过程中的长度变化控制。滚珠丝杠的回火也在这台机床上进行，利用回程进行回火。回火后在机床上再一次进行冷却，完成了热处理工序。

图4-66 卧式滚珠丝杠感应淬火机床的主要工作过程

这台机床的计算机连接打印机，打印出每个淬火件的测量结果，此报告可作质量记录卡用。现在工艺上能达到5000mm长丝杠，伸长变化ΔL＝±0.17mm。

此机床的喷液器结构也有特点：第一段是喷嘴，以雾状喷出4％（质量分数）的聚合物水溶液（高压小流量）；第二段是低压大流量冷却工件的低温转变阶段。

滚珠丝杠装备的电源，现在又发展为三种频率，对不同直径的丝杠可有更恰当的选择。

4.4.19 钟形壳全自动淬火机床

钟形壳是等速万向节部件的主要零件，承受很大的转矩，需要很高的疲劳强度与冲击强度。钟形壳的柄部与内球道均需表面淬火，柄部与台肩处的淬硬层要求连续球道或滑套内表面淬火，更是因为结构原因，技术复杂。钟形壳感应淬火机床生产线，国内外制造厂均有各种类型，不断在发展改进。

图4-67所示的钟形壳全自动感应淬火机床，是G.H.电热公司近年研制的产品，其性能见表4-6。

该钟形壳全自动感应淬火机床特点如下：

1）具有进料滚道，两个机械手装、卸料。左右两个工位的作用为：右工位专用于柄部淬火；左工位专用于内球道或滑套内孔的淬火。机床设计具有高度的柔性，在上列规格范围内的钟形壳或滑套均能处理调整，工作极为简单。

图4-67 钟形壳全自动感应淬火机床（CVJ淬火机床）

表4-6 钟形壳及滑套全自动淬火机床性能

（续）

2）工作过程如下：装、卸料输送链将工件输送到机床入口处，1号机械手将工件从入口处抓取到左、右工位中间的分度盘第1位置分度盘转到2位置，可进行杆部的淬火（右位置是变压器感应器升降的），3位置将柄部冷透，4位置是机动位置，第5位置可对滑套进行角度定位第6位置是干燥台，将工件干燥。2号机械手将工件从分度盘抓取，装到左位置的夹头上左位置是工件升降的。

3）左工位是进行钟形壳内球道或滑套内孔淬火的工位如图4-68所示，滑套感应器装在下面，工件在上面。滑套下降前已进行了角定位，保证与三柱感应器相吻合。

4）淬火机床配有Siemense 840D数控系统，至少可编150个不同工件的程序。

5）感应器能进行X、Y、Z三维调整。

6）此装置左侧是一个CRT，显示工况与故障；右侧有一台PC，用以计算存储相关工艺资料。

图4-68 滑套内孔准备淬火

4.4.20 导轨及直线导轨感应淬火机床

1.导轨感应淬火机床

图4-69所示为一台国产导轨感应淬火机床。该淬火机床中感应器在横梁导轨上可左右移动，最大移动长度为1500mm；横梁在立柱上上下移动，最大移动长度为1000mm；立柱在床身导轨上前后移动，最大移动长度为9000mm。因此导轨最大淬火长度达8300mm，宽度达300mm。淬火机床是CNC控制、伺服电动机驱动的。

图4-69 导轨感应淬火机床

2.直线导轨数控淬火机床

直线导轨数控淬火机床如图4-70所示。该淬火机床可对直线导轨的球沟进行扫描感应加热，喷液淬火。其主要特点如下：

1）采用气缸压紧工件，便于装卸。

2）感应器可前后浮动，通过滚轮以工件两侧面导向，保持淬火间隙不变。

3）感应器可手动调升降及前后位置。采用数控系统感应器纵向运动及程序。

4）淬火冷却介质循环系统与机床一体，床身兼作储液箱，分段进行淬火。

图4-70 直线导轨数控淬火机床

4.4.21 国产曲轴淬火机床及生产线

1.国产曲轴旋转淬火机床

国产的半自动数控曲轴旋转淬火成套装置，由IGBT中频电源、具有四工位回转机构的数控半自动淬火机床、软化水循环系统、淬火冷却介质循环系统等组成，曲轴采用浸液淬火工艺。其特点如下：

1）中频柜（变压器、感应器、电容器等）移动小车，采用直线导轨，齿轮齿条传动，伺服电动机驱动，移动轻便，定位精确。

2）采用计算机控制，除手动装卸曲轴外，实现淬火过程的全自动化，工艺程序设定方便，CRT屏幕显示工况，并具有报警信息。

3）感应器快换，在15s内完成水、电连接更换。

此机床适用于长度在1500mm以内，旋转直径为Φ350mm，重150kg以下的曲轴颈淬火。图4-71所示为国产曲轴淬火机床。

图4-71 国产曲轴旋转淬火机床

2.国产船用柴油机曲轴淬火机床

国产船用柴油机曲轴淬火机床如图4-72所示。它处理的曲轴长度范围为2000～6000mm，主、连杆轴颈最大尺寸：300mm×150mm，最大回转直径为900mm。该淬火机床可进行喷液淬火，具有功率脉动、尾座浮动防变形支撑等功能，配套的晶体管电源，采用CNC控制。

图4-72 国产船用柴油机曲轴淬火机床

3.全自动曲轴感应淬火自动生产线

图4-73所示为全自动曲轴感应淬火自动生产线。该自动生产线由两台晶体管加热电源（160kW／10kHz）、11套加热负载、两套自动切换器、机床主机、清洗液循环系统、淬火冷却介质循环冷却系统（带有磁性过滤装置和多路流量数显）、冷却液循环冷却系统（带有压力保护装置）、制冷机等组成。曲轴主轴颈加热的情况如图4-74所示。

图4-73 全自动曲轴感应淬火自动生产线

图4-74 曲轴主轴颈加热情况

淬火自动生产线采用前进后出形式，可以和回火炉自动对接；自动生产线按照工艺动作顺序共设置有10个工位，分别为：上料、清洗传输过渡、连杆颈及小端油封淬火、传输过渡3个、主轴颈及大端油封淬火、传输过渡、下料每台电源所固定对应的负载之间靠切换器自动切换交替工作，淬火变压器均采用高效薄型结构可以适应多品种的曲轴，调整方便，对四缸曲轴生产节拍可以达到1件／min。

整套设备控制主系统带有完善的淬火质量控制功能，包括大量加工数据的存储、电源能量监控保护、淬火冷却介质流量监控保护、淬火冷却介质温度监控保护、冷却水压力监控保护、冷却水温度监控保护、各节点运动到位监控保护、各节点工件缺料监控保护、工件旋转速度监控保护等。

4.4.22 冷轧辊双频感应淬火机床

1.双频感应淬火机床主要技术参数

图4-75所示为冷轧辊双频感应淬火机床示意图。淬火机床主要技术参数如下：轧辊直径为Φ100～Φ850mm；辊身长度为100～3000mm；轧辊全长为200～5250mm；轧辊移动速度：低速为0.2～2.0mm／s，高速为15mm／s；轧辊转速为30r／min。

图4-75 冷轧辊双频感应淬火机床示意图

1—传动部分 2—旋转电动机及润滑系统 3—上横梁 4—丝杠 5—光杠 6—喷水器7—下横梁 8—中频感应器 9—工频感应器 10—轧辊工件

2.双频电源

双频电源为工频50Hz、1000kW与中频250Hz、750kW，由10kV供电系统分两路供电，每路均由降压变压器降至需要电压。图4-76所示为双频供电系统示意图。

3.机床顶部

由图4-75可知，这台机床顶部装有传动部分1，包括电动机与减速器。上下两根横梁3与7由丝杠4带动，可以上下升降。工件夹紧由光杠5来操纵横梁，工频感应器9位于上面，预热轧辊，中频感应器8位于下面，进行最后加热，喷水器6位于最下面。

4.工作过程

托架慢速下降，由一台带速度反馈调压调速的DC电动机驱动，在0.3～1.5mm／s范围内可无级调整；托架快速升降则由另一台交流电动机来完成，速度为15mm／s。

图4-76 双频供电系统示意图

1—高压柜 2—降压变压器 3—调压器 4—工频电源柜 5、10—补偿电容 6—串联可调电抗器 7—淬火变压器 8—工频感应器 9—中频感应器 11—中频电源

轧辊转速有两档：30r／min用于直径较小的轧辊，15r／min用于直径较大的轧辊。

5.大容量的淬火水系统

因为轧辊直径大，加热深度深，因此淬火水系统的水泵流量特大，可达350m3／h。

6.采用红外双色测温装置

采用红外双色测温装置，使轧辊加热温度自动显示，功率、温度闭环全自动控制。这种冷轧辊双频感应淬火机床已在国内多家钢厂生产上使用，并在生产过程中进行改进。材质为86CrMoV7的轧辊淬硬深度可达15～17mm。

轧辊淬火机床近年来也从扫描淬火向一次加热发展，因为一次加热法能使淬硬层深度得到更好的控制，但感应器体积巨大，专用性强，电源容量更大此技术正在开发中，已有少量设备用于生产。

4.4.23 大直径冠齿轮一次加热淬火机床

意大利SiAtem公司为德国罗德艾德公司制造了一台大直径冠齿轮淬火机床冠齿轮是供运输或装载机用的，齿轮直径为500～1600mm，模数为6～14mm淬硬深度为齿轮根圆下2～3mm。冠齿轮加热及淬火装置如图4-77所示。

固态电源具有两种频率与功率，即1600kW／4kHz与1200kW／8kHz。齿轮加热频率的选择根据模数而定。大齿轮加热后，落入流量为8000L／min的淬火冷却介质中，淬火冷却介质中含有添加剂。齿轮淬火后，再回到加热位置，进行消除应力的回火。典型的生产能力，以直径1m、模数8mm的齿轮为例是10件

图4-77 冠齿轮加热及淬火装置

4.4.24 大直径内齿整体加热淬火机床

大直径内齿整体加热淬火有两种方式，即单齿扫描法与整体一次加热法前者电源设备功率小，通用性广，投资费用小，但生产率低；后者是工艺简单生产率高，但需大功率电源、大喷液泵与特殊设计的一次加热带喷液的内孔感应器，这种感应器加导磁体有困难，因为是有效圈直接喷液，不加则效率降低。

现在我国已有1000kW电源并配有大流量淬火冷却介质泵，能淬内径1000mm大内齿圈的淬火机床用于生产。

4.4.25 双负载齿轮扫描淬火机床

德国EMA公司推出了一种PS2HS系列双感应器扫描淬火机床，如图4-78所示。该淬火机床配备双输出数字化晶体管电源2×（150～200kW／4～10kHz）可同时进行两个单齿的扫描淬火。加工工件外径可达4500mm。此机床还能进行回转支承滚道的淬火，前面一个感应器进行预热，后面一个感应器进行最终加热淬火，使扫描速度与淬硬层深层均得到提高，淬火齿轮模数范围为8～25mm。

图4-78 PS2HS系列双感应器扫描淬火机床