专利名称：一种淬火工艺方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热处理技术领域，特别是涉及ー种淬火エ艺方法。此外，本发明还涉及ー种用于实现所述淬火エ艺方法的装置。
背景技术：
鉄路道岔的护轨，在时速200公里以下的已有技术是采用标准钢轨制造，护轨的轨头工作表面淬火，技术要求采用铁标TB/T 1779-93《道岔钢轨件淬火技术条件》。随着铁路运输向高速、重载方向的发展，对护轨有了更高的要求。时速200公里以上的客专或高速道岔的护轨，设计采用33kg/m护轨用槽型钢制造，槽型钢轨头工作面热处理，技术要求达到铁标TB/T3110-2005《护轨用槽型钢》的規定。与200公里以下的护轨相比，其热处理技术要求的淬火层深度也不同。已有技术要求淬火层深度为8mm，硬度为32HRCT40HRC。而TB/T3110-2005《护轨用槽型钢》标准则要求淬火层深度为24mm，硬度为34HRC 43HRC。目前已有的对钢轨轨头感应加热表面淬火技术为在轨顶面设置加热感应线圈，使其磁力线方向平行于钢轨轨头截面，其加热深度为IOmm左右，根据感应加热表面淬火原理，采用超过1000Hz的中频电流，其感应加热深度不可能超过25mm。所以，现有的对钢轨轨头感应加热表面淬火技术无法满足《护轨用槽型钢》标准规定的淬火层深度为24mm的エ业生产要求。此外，与上述护轨用槽型钢类似的凸缘部位需要热处理的凸缘类エ件，或其他结构有类似热处理要求的エ件也存在上述问题。有鉴于此，如何研究出ー种淬火エ艺方法，可以使待加工エ件工作面的淬火层深度满足技术要求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供ー种淬火エ艺方法，该淬火エ艺方法可以使待加工エ件工作面的淬火层深度满足エ业生产要求。本发明的另一目的是提供一种实现上述淬火エ艺方法的装置。为解决上述技术问题，本发明提供ー种淬火エ艺方法，包括如下步骤11)将待加工エ件设置在台车上；12)通过台车将待加工エ件送入中频加热器的三面加热感应器内；13)台车按照预设的エ艺速度带动待加工エ件依序穿行于三面加热感应器和喷风冷却装置，三面加热感应器按照预设的加热功率对待加工エ件的工作顶面和两侧面进行加热，喷风冷却装置按照预设的压缩空气风压參数对待加工エ件的工作顶面和两侧面进行冷却，完成淬火作业。优选地，步骤12)中进ー步包括以下步骤121)调节三面加热感应器与待加工エ件顶面的间隙；调节喷风冷却装置与三面加热感应器之间的距离以及喷风冷却装置与待加工エ件顶面之间的间隙。优选地，所述三面加热感应器与所述待加工エ件顶面的间隙范围为3mnTllmm。优选地，所述喷风冷却装置与所述待加工エ件顶面的间隙范围为20mnT200mm。优选地，步骤11)中所述待加工エ件的一端用端头夹紧装置夹紧，所述端头夹紧装置固定在台车上。优选地,步骤13)中，预设的エ艺速度为50mm/min"400mm/min ;预设的加热功率为50kW 140kW ;预设的压缩空气风压为0. 05MPa 0. 4MPa。本发明还提供了一种实现上述淬火エ艺方法的装置，包括 中频加热器，安装有三面加热感应器，用于加热待加工エ件的工作顶面和两侧面；喷风冷却装置，与所述中频加热器连接，用于冷却被加热的待加工エ件的工作顶面和两侧面；台车，用于带动待加工エ件依次穿行于所述中频加热器、所述喷风冷却装置。优选地，所述装置还包括间隙调节装置，与所述中频加热器连接，用于调节三面加热感应器与所述待加工エ件顶面之间的间隙。优选地，所述装置进ー步包括固定于所述台车上的端头夹紧装置，所述端头夹紧装置夹紧所述待加工エ件的一端。优选地,所述三面加热感应器包括顶面感应线圈和对称布置在两侧的侧面感应线圈；所述顶面感应线圈和所述侧面感应线圈产生的磁力线方向平行于待加工エ件的横截面，且所述顶面感应线圈的磁力线方向与所述侧面感应线圈的磁力线方向相反。优选地，所述喷风冷却装置包括依次相接的多节箱体，所述箱体包括上箱体和与所述上箱体组合的下箱体；所述上箱体的上顶面设有压カ空气接头，所述下箱体的下底面设有高速喷风嘴。优选地，所述间隙调节装置包括安装框架和安装在所述安装框架上的导向轮，所述安装框架与所述中频加热器连接；工作时，所述待加工エ件的工作面部位压紧在所述导向轮的凹槽内。相对上述背景技术，本发明所提供的淬火エ艺方法先将待加工エ件设置在台车上，通过台车将待加工エ件送入中频加热器的三面加热感应器内，然后台车按照预设的エ艺速度带动待加工エ件依序穿行于三面加热感应器和喷风冷却装置，三面加热感应器和喷风冷却装置分别按照预设的加热功率、预设的压缩空气风压參数依序对待加工エ件的工作面进行加热和冷却，完成淬火作业。由于本发明所提供的中频加热器的加热感应器为三面加热感应器，不仅包括顶面加热感应线圈，也包括对称布置的侧面加热感应线圈，加热时，三面加热感应线圈同时加热，其磁力线加热区域各自分担三分之一的加热面积，在连续加热过程中通过热传导达到温度均匀，综合效果可使待加工エ件工作面的加热深度达到技术要求，经过喷风冷却装置的喷风冷却后淬火层深度同样可以满足技术要求。
图I为本发明所提供淬火エ艺方法用于护轨用槽型钢的流程图；图2为本发明所提供淬火装置的结构示意图3为图2中所示淬火装置的正视图；图4为图3中所示淬火装置的右视图；图5为图2中所示淬火装置的三面加热感应器的结构示意图；图6为本发明所提供中频加热器的三面加热感应器的磁力线加热原理示意图；图7为本发明所提供中频加热器的三面加热感应器的感应线圈的电路连接示意图；图8为图2中所示淬火装置的喷风冷却装置的高速喷风嘴的布局示意图；图9为本发明所提供端头夹紧装置ー种具体实施方式
的正视图；图10为图9中所示端头夹紧装置的俯视图；图11为图9所示端头夹紧装置的压紧块与护轨用槽型钢的压紧示意图。
具体实施例方式本发明的核心是提供一种淬火エ艺方法，该淬火エ艺方法可以使待加工エ件工作面的淬火层深度满足エ业生产要求。本发明的另ー核心是提供一种实现上述淬火エ艺方法的装置。不失一般性，下面以护轨用槽型钢为例结合说明书附图具体说明本实施方式。请參考图1，图I为本发明所提供淬火エ艺方法用于护轨用槽型钢的流程图。在ー种具体实施方式
中，本发明所提供的淬火エ艺方法的步骤如下步骤Sll :将护轨用槽型钢设置在台车上。由于护轨用槽型钢的断面形状不对称，所需热处理的轨头工作面也不在其重心位置线上，在加热淬火过程中可能会向其侧面倾倒。为了避免在加热淬火过程中护轨用槽型钢倾倒影响其热处理，所以需要将护轨用槽型钢相对固定。具体地，可以通过端头夹紧装置将护轨用槽型钢夹紧，再将端头夹紧装置固定在台车上，当然也可以通过其他方式将护轨用槽型钢固定，只要可以防止其倾倒，不会影响热处理即可。步骤S 12 :将所述护轨用槽型钢送入中频加热器的三面加热感应器内。具体地,三面加热感应器包括顶面感应线圈和对称布置的两侧面感应线圈；在加热时，可以同时对护轨用槽型钢的轨顶面及两侧面进行加热。步骤S13 :台车按照预设的エ艺速度带动护轨用槽型钢依序穿行于三面加热感应器和喷风冷却装置，三面加热感应器按照预设的加热功率对护轨用槽型钢的轨头工作面进行加热，喷风冷却装置按照预设的压缩空气风压參数对护轨用槽型钢的轨头工作面进行冷却，完成淬火作业。具体地，台车按照护轨用槽型钢以预定的エ艺速度带动护轨用槽型钢移动，先经过三面加热感应器被其加热，再经过喷风冷却装置被喷风冷却，即护轨用槽型钢的移动方向为从三面加热感应器到喷风冷却装置。其中，エ艺速度是指护轨用槽型钢的移动速度，由于护轨用槽型钢设置在台车上，所以该エ艺速度为台车的移动速度；加热功率是指中频加热器的加热功率，影响加热速度和加热深度；压缩空气风压參数是喷风冷却装置的压缩空气參数，影响冷却速度。优选地，エ艺速度为50mm/min 400mm/min,中频加热器采用的加热功率为、50kW 140kW，压缩空气风压为0. 05MPa 0. 4MPa。在工作过程中，可以根据实际エ艺需求来设定上述參数的具体值。由于中频加热器的加热感应器为三面加热感应器，即包括顶面加热线圈和两侧面加热线圈，且三个感应线圈所 施加的电流产生的磁力线方向均平行于护轨用槽型钢轨头截面，可以实现护轨用槽型钢轨头顶面和侧面的同时加热；加热后当护轨用槽型钢轨头工作面区域钢体发生完全奥氏体化相变时，采用喷风冷却装置冷却护轨用槽型钢轨头工作面，使其工作面在珠光体转变区域发生奥氏体到细珠光体组织的转变，因此，可以实现护轨用槽型钢轨头工作面热处理加热深度达到25mm以上，经过喷风冷却后淬火层深度达到24mm以上。为了进一步地确保加热深度，步骤12中还包括以下步骤步骤121 :调节三面加热感应器与护轨用槽型钢轨顶面的间隙；调节喷风冷却装置与三面加热感应器之间的距离以及喷风冷却装置与护轨用槽型钢轨顶面之间的间隙。具体地，中频加热器上设置有间隙调节装置，可以用于调节三面加热感应器与护轨用槽型钢轨顶面之间的间隙；喷风冷却装置与中频加热器可移动连接，既可以调节喷风冷却装置与中频加热器之间的距离，也可以调节喷风冷却装置与护轨用槽型钢轨顶面之间的间隙。所述三面加热感应器与护轨用槽型钢轨顶面的间隙优选为3mnTllmm ;所述喷风冷却装置与护轨用槽型钢轨顶面的间隙优选为20mnT200mm。在工作过程中，可以根据实际エ艺需求来设置三面加热感应器、喷风冷却装置与护轨用槽型钢轨顶面的间隙的具体值。本发明还提供一种实现上述淬火エ艺方法的装置，请參考图2至图8 ;图2为本发明所提供淬火装置的结构示意图；图3为图2中所示淬火装置的正视图；图4为图3中所示淬火装置的右视图；图5为图2中所示淬火装置的三面加热感应器的结构示意图；图6为本发明所提供中频加热器的三面加热感应器的磁力线加热原理示意图；图7为本发明所提供中频加热器的三面加热感应器的感应线圈的电路连接示意图；图8为图2中所示淬火装置的喷风冷却装置的高速喷风嘴的布局示意图。所述装置包括中频加热器2，中频加热器2的下方设置有三面加热感应器21 ;三面加热感应器21包括顶面感应线圈211和两个对称布置的侧面感应线圈212 ;顶面感应线圈211和两侧面感应线圈212在电路连接上串联，具体地，感应线圈通过导电板22、导电块23和中频加热器2的接电板24连接；侧面感应线圈212和导电块23还分别连接有冷却水接头25，其中通水可以形成循环冷却导体，用于冷却感应线圏。參考图6，顶面感应线圈211和两侧面感应线圈212施加的电流方向所产生的顶面磁力线LI和侧面磁力线L2均与护轨用槽型钢I的轨头截面平行，磁力线的加热区域为护轨用槽型钢I的轨头工作面，即护轨用槽型钢I的轨顶面和两侧面。进ー步地，为了防止磁力线分散，可以在顶面感应线圈211和两侧面感应线圈212的外围分别设置顶面导磁体213和侧面导磁体214，用以控制磁通的密度和方向，避免磁力线分散，增加驱流作用。由于顶面感应线圈211产生的顶面磁力线LI和两侧面感应线圈212产生的侧面磁力线L2存在相交区域，即护轨用槽型钢截面上方的左右两圆角部位，所以为了防止由于相交的磁力线方向不一导致的抵消现象，在设置时，要求顶面感应线圈211产生的顶面磁カ线LI与两侧面感应线圈212产生的侧面磁力线L2的方向相反，如此在顶面磁力线LI和侧面磁力线L2相交的区域，磁力线的方向一致，可以保证护轨用槽型钢截面上方左右两圆角部位的加热效果。图6中示出的顶面磁力线LI为逆时针方向，侧面磁力线L2为顺时针方向。当然在具体设置时，也可以使顶面磁力线LI为顺时针方向，侧面磁力线L2为逆时针方向，只要可以保证加热效果即可。參考图7，两侧面感应线圈212分别连接接电板24的两极，由于顶面感应线圈211和两侧面感应线圈212并列放置，串联后，两侧面感应线圈212的电流方向与顶面感应线圈211的电流方向相反，如图7中箭头所示，所以两侧面感应线圈212和顶面感应线圈211产生的磁力线方向也相反。进ー步地，为了保证护轨用槽型钢I的轨头截面上圆角温度平衡，两侧面感应线圈212可以设置为水平S形状。进ー步地,可以在两侧面感应线圈212和顶面感应线圈211的内侧涂抹耐高温胶，增强三面加热感应器21的耐磨性，延长其使用寿命。中频加热器2的左侧连接有喷风冷却装置3 (示于图2中)，喷风冷却装置3和中频加热器2的连接板26可移动连接，喷风冷却装置3可以左右移动从而改变其与三面加热感应器21之间的距离；通过喷风冷却装置3和连接板26之间的第一调节螺杆35可以调节喷风冷却装置3的高度，从而调节喷风冷却装置3与护轨用槽型钢I的轨顶面之间的间隙。喷风冷却装置3包括依次相连的多节箱体，所述箱体之间可以通过密封垫圈和紧固螺栓装配固定。所述箱体的节数根据实际淬火的エ艺速度和所需求的冷却速度确定，优选为两节箱体或三节箱体。所述箱体包括上箱体31和下箱体32，上箱体31和下箱体32之间也可以通过密封垫圈和紧固螺母装配固定。上箱体31的上顶面均匀布置有多个压缩空气进风接头33，压缩空气进风接头33与压缩空气管道连接。下箱体32的下底面布置有高速喷风嘴34 ;具体地，高速喷风嘴34与下箱体32的箱体板之间可以用密封件和紧固螺母装配固定。需要指出的是，由于高速喷风嘴34用于喷风冷却被加热的道岔钢轨件，被加热的道岔钢轨件的温度比较高，所以高速喷风嘴34和所述下箱体32的箱体板之间的密封件优选采用耐温的密封件，防止因道岔钢轨件温度高造成的密封件损坏，进而影响喷风冷却效果。高速喷风嘴34优选为流线型高速喷风嘴，流线型高速喷风嘴具有压缩空气耗量小、冷却能力强和冷却均匀等优点。 高速喷风嘴34在下箱体32的下底面以棋盘式结构的方式错位布置(示于图8中)，棋盘式结构错位布置可以缩短高速喷风嘴34之间的间距，使护轨用槽型钢的工作面得到均匀有效的冷却。当然高速喷风嘴34的布置方式并不局限于此，也可采用其他方式，只要可以保证エ艺效果即可。中频加热器2的下方还设置有间隙调节装置4，间隙调节装置4位于三面加热感应器21的两端；间隙调节装置4包括导向轮41，导向轮41安装在安装框架42上，安装框架42连接在中频加热器2上，安装框架42和中频加热器2之间还设置有第二调节螺杆43。工作时，护轨用槽型钢I的轨头压紧在导向轮41的凹槽内(示于图4中)，通过调节第一调节螺杆43上的螺母可以调节导向轮41的高度，从而调节三面感应加热器21与护轨用槽型钢I轨顶面之间的间隙。此外，由于护轨用槽型钢I的轨头压紧在导向轮41的凹槽内，所以间隙调节装置4同时还具有导向的作用，可以避免三面加热感应器21相对护轨用槽型钢I轨顶面中心线出现偏斜。工作吋，将护轨用槽型钢I设置在台车上，通过台车将护轨用槽型钢I送入与中频加热器2连接的三面感应加热器21内，三面感应加热器21的顶面感应线圈211和两侧面感应线圈212同时对护轨用槽型钢I的轨头工作面加热，加热功率为50kW 140kW，每ー感应线圈产生的磁力线加热区域承担加热面积的三分之一，在连续加热过程中通过热传导达到温度均匀，可以使护轨用槽型钢的工作面加热深度达到25mm以上，在护轨用槽型钢I轨头工作面区域的钢体发生完全奥氏体化相变时，采用喷风冷却装置3连续冷却护轨用槽型钢的轨头工作面，喷风冷却装置3的压缩空气风压为0. 05MPa^0. 4MPa，使冷却速度可达到1.0° C/s^7° C/s，从而使护轨用槽型钢I的轨头工作面在珠光体转变区域发生奥氏体向细珠光体组织的转变，不发生贝氏体和马氏体等其它组织转变；护轨用槽型钢I轨头工作面喷风冷却后的温度为200° (T550° C时即完成护轨用槽型钢I轨头工作面的热处理过 程。由于护轨用槽型钢I是先加热再喷冷，所以工作过程中护轨用槽型钢I的移动方向为从三面加热感应器21到喷风冷却装置3，以图3为基准，即其移动方向为从右到左。具体地,通过台车的移动来实现护轨用槽型钢I的移动，台车移动的速度为50mm/min"400mm/min0需要指出的是，在实际工作时，可以根据エ艺要求来确定上述各參数的具体值。表I给出了在不同エ艺參数下，利用本发明所提供的淬火エ艺方法及装置对护轨用槽型钢进行热处理得到的结果；表2给出了某实施例结果与标准规定的对比情況。从表I和表2中可以看出，应用本发明所提供的淬火エ艺方法及装置对护轨用槽型钢进行热处理，可以达到铁标TB/T3110-2005《护轨用槽型钢》的规定，使护轨用槽型钢的轨头工作面的淬火层深度达到24_以上，满足客运专线或高速道岔制造的需要。表I
权利要求
1.ー种淬火エ艺方法，其特征在于，包括如下步骤 11)将待加工エ件设置在台车上； 12)通过台车将待加工エ件送入中频加热器的三面加热感应器内； 13)台车按照预设的エ艺速度带动待加工エ件依序穿行于三面加热感应器和喷风冷却装置，三面加热感应器按照预设的加热功率对待加工エ件的工作顶面和两侧面进行加热，喷风冷却装置按照预设的压缩空气风压參数对待加工エ件的工作顶面和两侧面进行冷却，完成淬火作业。
2.如权利要求I所述的淬火エ艺方法，其特征在于，步骤12)中进ー步包括以下步骤 121)调节三面加热感应器与待加工エ件顶面的间隙；调节喷风冷却装置与三面加热感 应器之间的距离以及喷风冷却装置与待加工エ件顶面之间的间隙。
3.如权利要求2所述的淬火エ艺方法，其特征在干，所述三面加热感应器与所述待加エエ件顶面的间隙范围为3mnTllmm。
4.如权利要求2所述的淬火エ艺方法，其特征在干，所述喷风冷却装置与所述待加工エ件顶面的间隙范围为20mnT200mm。
5.如权利要求I或2所述的淬火エ艺方法，其特征在于，步骤11)中所述待加工エ件的一端用端头夹紧装置夹紧，所述端头夹紧装置固定在台车上。
6.如权利要求I或2所述的淬火エ艺方法，其特征在干，步骤13)中，预设的エ艺速度为50mm/mirT400mm/min ;预设的加热功率为50kW 140kW ;预设的压缩空气风压为0.05MPa"0. 4MPa。
7.一种用于实现权利要求I中所述淬火エ艺方法的装置，其特征在于，包括 中频加热器，安装有三面加热感应器，用于加热待加工エ件的工作顶面和两侧面； 喷风冷却装置，与所述中频加热器连接，用于冷却被加热的待加工エ件的工作顶面和两侧面； 台车，用于带动待加工エ件依次穿行于所述中频加热器、所述喷风冷却装置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括间隙调节装置，与所述中频加热器连接，用于调节三面加热感应器与所述待加工エ件顶面之间的间隙。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在干，进ー步包括固定于所述台车上的端头夹紧装置，所述端头夹紧装置夹紧所述待加工エ件的一端。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述三面加热感应器包括顶面感应线圈和对称布置在两侧的侧面感应线圈；所述顶面感应线圈和所述侧面感应线圈产生的磁力线方向平行于待加工エ件的横截面，且所述顶面感应线圈的磁力线方向与所述侧面感应线圈的磁力线方向相反。
11.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述喷风冷却装置包括依次相接的多节箱体，所述箱体包括上箱体和与所述上箱体组合的下箱体；所述上箱体的上顶面设有压力空气接头，所述下箱体的下底面设有高速喷风嘴。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述间隙调节装置包括安装框架和安装在所述安装框架上的导向轮，所述安装框架与所述中频加热器连接；工作时，所述待加工エ件的工作面部位压紧在所述导向轮的凹槽内。
全文摘要
本发明公开了一种淬火工艺方法，包括以下步骤11)将待加工工件设置在台车上；12)通过台车将待加工工件送入中频加热器的三面加热感应器内；13)台车按照预设的工艺速度带动待加工工件依序穿行于三面加热感应器和喷风冷却装置，三面加热感应器按照预设的加热功率对待加工工件的工作顶面和两侧面进行加热，喷风冷却装置按照预设的压缩空气风压参数对待加工工件的工作顶面和两侧面进行冷却，完成淬火作业。本发明所提供加热感应器为三面加热感应器，工作时三面加热感应线圈同时加热，其磁力线加热区域各自分担三分之一的加热面积，在连续加热过程中通过热传导达到温度均匀，可使待加工工件工作面的淬火层深度满足技术要求。
文档编号C21D9/04GK102776336SQ20121028287
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者刘必成, 张苏, 彭斌, 李敏明, 皮珠麟, 陈林 申请人:株洲敏锐机车配件有限责任公司