圖1為一種汽車凸緣軸結(jié)構(gòu)示意，圖中所示區(qū)域要求進(jìn)行感應(yīng)淬火，且凸緣及端面的淬硬層要求連續(xù)。一般情況下，零件局部表面淬火后的殘余應(yīng)力分布規(guī)律為：淬硬區(qū)為壓應(yīng)力，而過(guò)渡區(qū)將由殘余壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，經(jīng)自回火或回火后，殘余應(yīng)力可降低l～2倍。因此可見(jiàn)，在局部表面淬火時(shí)，決不可使硬化層終止在軸的危險(xiǎn)斷面或有應(yīng)力集中的地方。例如軸頸圓角處是應(yīng)力集中的地方，如果硬化層在此處終止，則過(guò)渡區(qū)的張應(yīng)力與應(yīng)力集中疊加，易造成零件的早期疲勞損壞。圖2a所示硬化層不合理分布，如改為圖2 b的正確分布形式，軸肩的危險(xiǎn)斷面不僅因表面硬化而得到強(qiáng)化，還因殘余壓應(yīng)力而減小應(yīng)力集中系數(shù)，因而可使疲勞強(qiáng)度得到大幅度提高。

1.一種汽車凸緣零件技術(shù)要求

該凸緣零件的材料是40Cr，預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)，硬度260～300HBW；硬化層深為1.0～2.0mm；硬度為50～55HRC；金相組織為7～8級(jí)馬氏體；高頻感應(yīng)淬火區(qū)（圖1中虛框線內(nèi)）硬化層深1.0～2.0mm，為避免花鍵淬火裂紋，端面徑向硬化區(qū)域4～5mm（圖1中A端面）。

現(xiàn)行的機(jī)加工藝流程：毛坯退火→鉆孔→車小端外徑→車大端面至光潔、車內(nèi)孔→車小端面→粗、精拉花鍵→車外圓、切槽→車、絞叉部孔→倒角→鉆螺紋底孔→攻螺紋→切卡圈槽→檢驗(yàn)。

2.存在問(wèn)題及注意事項(xiàng)

（1）帶凸緣的軸或軸頸，硬化區(qū)最好從凸緣根部R圓角處開(kāi)始，以保證獲得最好的疲勞壽命。如根部不需要淬硬，硬化區(qū)距圓角處距離應(yīng)為5～8mm，以避免過(guò)渡區(qū)的拉應(yīng)力出現(xiàn)在應(yīng)力集中部位。

（2）花鍵軸施行花鍵全長(zhǎng)淬火時(shí)，硬化區(qū)應(yīng)超過(guò)花鍵全長(zhǎng)的10～15mm，即硬化區(qū)超過(guò)其應(yīng)力集中部位。

（3）階梯軸的階梯小于3mm（D/2－d/2<3）時(shí)，允許采用同一感應(yīng)器連續(xù)淬火，但不同直徑過(guò)渡時(shí)，零件在感應(yīng)器內(nèi)的移動(dòng)速度應(yīng)有所不同。

（4）當(dāng)階梯軸的階梯大于3mm時(shí)，軸上的硬化區(qū)應(yīng)分段處理。對(duì)疲勞強(qiáng)度要求較高的軸，其大小軸頸R圓角過(guò)渡處可采用滾壓或噴丸處理來(lái)改善和提高該處的疲勞強(qiáng)度。

綜上所述，圖1中不僅要求A端面淬火，同時(shí)要求A端面和臺(tái)階B處淬硬層連續(xù)成一體，對(duì)其感應(yīng)器設(shè)計(jì)及淬火工藝調(diào)整有很大的難度，故進(jìn)行了如下的工藝試驗(yàn)研究。

3.工藝

（1）感應(yīng)器及夾具設(shè)計(jì)??根據(jù)階梯軸的階梯（D－d）/2=（64－44）/2=10mm，則軸上的硬化區(qū)應(yīng)分段處理，故設(shè)計(jì)成如圖3所示的分段式感應(yīng)器，夾具設(shè)計(jì)如圖4所示。

（2）熱處理工藝??根據(jù)圖樣要求，凸緣淬火后的硬化層深為1.0～2.0mm，故選用的是中頻感應(yīng)淬火機(jī)床，如圖5所示。

加熱電源參數(shù)：

頻率為25kHz；電壓：360-520，3 ph Vac，功率為100kW；淬火液流量為3.8～3.9m3/h；加熱時(shí)間為3.8s；噴液時(shí)間為6s；感應(yīng)器與處理面間隙：距端面A為1mm。淬火后硬度為55～57HRC，試驗(yàn)過(guò)程及金相取樣如圖6、圖7所示。

凸緣零件淬火后經(jīng)磁粉探傷檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷磁痕顯示。

金相檢驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

4.結(jié)果分析

（1）φ62mm軸頸3mm倒角處淬硬層為0.5mm（技術(shù)要求：1.0～2.0mm），不合格；從φ62mm軸頸下端15mm處淬硬層為2.4mm（技術(shù)要求：1.0～2.0mm），不合格。

由于該零件上同時(shí)有端面及凸緣兩個(gè)感應(yīng)淬火疑難結(jié)構(gòu)的存在，而上述部位的存在，在實(shí)施局部感應(yīng)淬火時(shí)，易產(chǎn)生尖角效應(yīng)，即在局部感應(yīng)淬火時(shí)，位于尖角處的電流密集，易產(chǎn)生過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生淬火裂紋，故感應(yīng)加熱工藝存在一定難度。

（2）由于φ62mm軸頸加熱溫度高，而φ62mm軸頸3mm倒角處加熱溫度低（加熱顏色偏暗），在感應(yīng)器下端整體位置上移5mm，同時(shí)將φ62mm軸頸與感應(yīng)器內(nèi)壁處間隙加大1.5mm進(jìn)行試驗(yàn)，最終使問(wèn)題得以圓滿解決（臺(tái)階處加熱時(shí)間由原來(lái)3.8s增加至4.2s）。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)一發(fā)法感應(yīng)器的設(shè)計(jì)，避免了凸緣處的電流密集導(dǎo)致過(guò)熱、過(guò)燒，甚至淬火裂紋的產(chǎn)生。?

（2）通過(guò)調(diào)整感應(yīng)器間隙大小及加熱冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)，使凸緣處感應(yīng)淬火的淬硬層深度得到有效的控制，且淬硬層連續(xù)，分布均勻，繼而提升了淬火質(zhì)量。

（3）通過(guò)定位夾具使凸緣的加熱位置得以控制，使其在感應(yīng)淬火過(guò)程中旋轉(zhuǎn)定位加熱，進(jìn)一步確保了淬火質(zhì)量，且操作方法簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)施，質(zhì)量穩(wěn)定，效率高，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。?

（4）程序編制合理，配合優(yōu)化的工藝參數(shù)，滿足了凸緣所需的淬火硬度、淬硬層深度以及淬火均勻性，且淬火后變形小，達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。