本發(fā)明涉及表面熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝。

背景技術(shù)：

對于材質(zhì)為42crmo的壓紋輥?，F(xiàn)有技術(shù)一般是采用化學(xué)熱處理的滲氮工藝進行表面熱處理，即采用低溫(500-600℃)在滲碳爐內(nèi)進行的滲氮處理，可保證零件尺寸精度，也不會使壓紋輥模上的網(wǎng)格紋熔化，但滲氮層增厚緩慢，滲氮時間常需十幾甚至幾十個小時；一般經(jīng)滲氮處理后，壓紋輥模的網(wǎng)格花紋的淬硬層深度在0.6mm以內(nèi)；對于規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm、淬硬層要求達到3-5mm的壓紋輥模工件，進行表面滲氮處理時需要使用大型的滲碳爐，且滲氮的周期長，成本高。

對于規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm、淬硬層要求達到3-5mm的大直徑、長度長的壓紋輥模工件，有必要尋求一種成本低、淬硬層形成速度快且能達到要求的硬度和耐磨性的表面感應(yīng)淬火工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服了上述缺陷，提供一種表面耐磨性好，成本低的壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝，包括如下步驟：

步驟1、將壓紋輥模表面的網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍；

步驟2、將步驟1的壓紋輥模安裝在感應(yīng)淬火機上，將感應(yīng)圈固定在噴水圈的上方，感應(yīng)圈與噴水圈的間距為9-12mm，感應(yīng)圈的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模表面的間距為5-8mm，噴水圈的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模表面的間距為30-50mm；

步驟3、步驟2中的壓紋輥模表面感應(yīng)淬火和回火處理。

本發(fā)明的有益效果在于：以表面感應(yīng)淬火工藝代替原先的滲氮工藝對壓紋輥模表面進行熱處理，簡化了熱處理工藝，縮短了熱處理周期，且能達到淬硬層深度為3-5mm的要求和表面硬度的要求，減少能耗，降低成本；感應(yīng)淬火機的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本低；通過對網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍處理，避免應(yīng)力集中，使得壓紋輥模的網(wǎng)格花紋不會因過燒而熔化，提高成品率；壓紋輥模、感應(yīng)圈、噴水圈相互之間的距離，確保了工件在淬火旋轉(zhuǎn)時不會碰到感應(yīng)圈，又避免了感應(yīng)圈和噴水圈距離太近的問題，滿足工件加熱和冷卻的需求，防止過燒，滿足工件耐磨性要求；淬火后材質(zhì)為42crmo，規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm的壓紋輥模工件的硬度為57-60hrc，淬硬層深度為3-5mm；低溫回火后，達到設(shè)計要求的50-55hrc；整體變形小，圓柱度≤0.5mm/300mm。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝的感應(yīng)器和噴水器的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中a表示感應(yīng)圈的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模表面的間距；b表示感應(yīng)圈與噴水圈的間距；c表示噴水圈的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模表面的間距)。

圖2是本發(fā)明實施例壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝的感應(yīng)器和噴水器的俯視圖。

圖3是本發(fā)明實施例二壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝處理后的壓紋輥模的截面樣本(樣本沿著平行于壓紋輥模軸線進行截取，圖中d表示淬硬層區(qū)，e表示淬硬層過渡區(qū))。

圖4是本發(fā)明實施例二壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝處理后的圖3樣本的淬硬層的100倍金相圖。

圖5是本發(fā)明實施例二壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝處理后的圖3樣本的淬硬層過渡區(qū)的100倍金相圖。

圖6是本發(fā)明實施例二壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝處理后的圖3樣本的淬硬層深度及硬度關(guān)系的曲線圖(橫坐標(biāo)為淬硬層深度，即x(μm)；縱坐標(biāo)為維氏硬度值，即hrc)。

標(biāo)號說明：

1-壓紋輥模；2-感應(yīng)圈；3-噴水圈；31-噴水孔。

具體實施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。

本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：采用表面感應(yīng)淬火處理工件，設(shè)備成本投入低；通過控制壓紋輥模、感應(yīng)圈、噴水圈相互之間的距離，滿足工件加熱和冷卻的需求，使得表面的硬度和淬硬層深度達到要求，處理周期短，能耗低。

請參閱圖1所示，本實施例的壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝，包括如下步驟：

步驟1、將壓紋輥模1表面的網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍；

步驟2、將步驟1的壓紋輥模1安裝在感應(yīng)淬火機上，將感應(yīng)圈2固定在噴水圈3的上方，感應(yīng)圈2與噴水圈3的間距b為9-12mm，感應(yīng)圈2的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距a為5-8mm，噴水圈3的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距c為30-50mm；

步驟3、步驟2中的壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火和回火處理。

42crmo屬于超高強度鋼，鋼中鉻合金元素含量高，其淬硬性和淬透性非常好。為了僅獲得表面的淬硬層，采用感應(yīng)加熱淬火即將工件放入感應(yīng)器中，使工件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，在極短的時間內(nèi)加熱到淬火溫度后，立即冷卻液冷卻，使工件表層淬火，不僅降低了能耗，而且在感應(yīng)加熱的應(yīng)用上也是一大創(chuàng)新。

本發(fā)明的工作過程為：在雕刻網(wǎng)格花紋前對壓紋輥模1進行調(diào)質(zhì)處理，使壓紋輥模1從常溫升溫至830-860℃，保溫3-5小時，使壓紋輥模1具有優(yōu)良的綜合機械性能；雕刻工序后采取低溫去應(yīng)力退火，使壓紋輥模1從常溫升溫至200-300℃，保溫6小時，以消除機加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

經(jīng)過調(diào)質(zhì)和去應(yīng)力退火后，采用感應(yīng)淬火機對規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm的壓紋輥模1表面進行感應(yīng)淬火工藝，包括如下步驟：

步驟1、將壓紋輥模1表面的網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍，最好為弧角過度，圓角直徑為0.1-0.3mm，清理毛刺，確保網(wǎng)格花紋邊緣沒有毛刺、銳角；

步驟2、將步驟1的壓紋輥模1安裝在感應(yīng)淬火機上，將感應(yīng)圈2固定在噴水圈3的上方，感應(yīng)圈2與噴水圈3的間距b為9-12mm，感應(yīng)圈2的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距a為5-8mm，噴水圈3的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距c為30-50mm；

步驟3、步驟2中的壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火處理和回火；

感應(yīng)淬火處理為：壓紋輥模1沿著壓紋輥模1的軸線旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)圈2和噴水圈3從壓紋輥模1的下端相對于壓紋輥模1的軸線向壓紋輥模1的上端相對運動，接通感應(yīng)圈2和噴水圈3的電源時，感應(yīng)圈2在與壓紋輥模1的下端相平的位置處停留3-6秒，待壓紋輥模1表面的淬火溫度為830-870℃時，噴水圈3上的噴水孔31開始向壓紋輥模1表面噴灑淬火液，感應(yīng)圈2到達與壓紋輥模1的上端相平位置后，感應(yīng)圈2停止加熱，噴水圈3再上升20-25mm，且噴水孔31繼續(xù)向壓紋輥模1表面噴淬火液，停留噴淬火液80-100秒；

回火處理為：壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火處理結(jié)束后將壓紋輥模1移入回火爐中進行回火，壓紋輥模1從常溫升溫到140-170℃，保溫3-6小時，出爐冷卻至常溫。

從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：以表面感應(yīng)淬火工藝代替原先的滲氮工藝對壓紋輥模表面進行熱處理，簡化了熱處理工藝，表面熱處理周期短，從而節(jié)約了設(shè)備成本和能耗成本，同時本工藝能達到淬硬層深度為3-5mm的要求和表面硬度的要求；采用感應(yīng)淬火機進行表面感應(yīng)淬火處理，淬火前對壓紋輥模進行調(diào)質(zhì)、去應(yīng)力退火和網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍處理，消除機加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、使壓紋輥模具有優(yōu)良的綜合機械性能，不易開裂，同時避免應(yīng)力集中，使網(wǎng)格花紋不會產(chǎn)生過燒，提高成品率；通過控制壓紋輥模、感應(yīng)圈、噴水圈相互之間的距離，確保工件旋轉(zhuǎn)時不會碰到感應(yīng)圈，又避免了感應(yīng)圈和噴水圈距離太近的問題，待壓紋輥模表面達到淬火溫度時向壓紋輥模表面噴灑淬火液進行冷卻，感應(yīng)圈停止加熱，噴水圈再上升一定距離進行噴灑淬火液進行冷卻，滿足工件加熱和冷卻的需求，防止過燒，保證工件的表面硬度；淬火后材質(zhì)為42crmo，規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm的壓紋輥模工件的硬度為57-60hrc，淬硬層深度為3-5mm；低溫回火后，達到設(shè)計要求的50-55hrc；整體變形小，圓柱度≤0.5mm/300mm。

進一步的，所述淬火液為濃度為5％-10％的pag淬火液。

由上述描述可知，pag淬火液的淬火性能好，采用濃度為5％-10％的pag淬火液避免了壓紋輥模的開裂或硬度不足的問題。

進一步的，感應(yīng)圈2和噴水圈3與壓紋輥模1的軸線的相對移動速度為3-5mm/s。

由上述描述可知，相對移動速度為3-5mm/s可使得壓紋輥模的淬火溫度和冷卻效果達到要求，縮短了工件表面感應(yīng)淬火處理的時間，節(jié)省能耗，從而降低成本。

進一步的，所述感應(yīng)圈2的加熱電源的頻率為9-11khz，功率為67-68kw。

由上述描述可知，感應(yīng)圈的加熱電源的頻率與淬硬層的深度有關(guān)，功率與感應(yīng)圈的加熱溫度有關(guān)，加熱電源的頻率為9-11khz，功率為67-68kw的條件下，滿足淬火溫度的需求，也使得淬硬層深度達到3-5mm的要求。

請參照圖1-2，本發(fā)明的實施例一為：

一種壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝，包括如下步驟：

步驟1、將壓紋輥模1表面的網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍，圓角直徑為0.1mm，清理毛刺，確保網(wǎng)格花紋邊緣沒有毛刺、銳角；

步驟2、將步驟1的壓紋輥模1安裝在中頻淬火機上，將感應(yīng)圈2固定在噴水圈3的上方，感應(yīng)圈2與噴水圈3的間距b為9mm，感應(yīng)圈2的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距a為5mm，噴水圈3的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距c為30mm，所述感應(yīng)圈2的加熱電源的頻率為9khz，功率為67kw，其中感應(yīng)圈2的匝比選擇為小匝比4:1，確保有足夠的功率，電容選擇連接兩個8khz的電容，啟動頻率調(diào)至11khz，感應(yīng)功率為65kw；

步驟3、步驟2中的壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火和回火處理；

感應(yīng)淬火處理為：壓紋輥模1沿著壓紋輥模1的軸線旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)圈2和噴水圈3從壓紋輥模1的下端相對于壓紋輥模1的軸線向壓紋輥模1的上端相對運動，相對移動速度為3mm/s；接通感應(yīng)圈2和噴水圈3的電源時，感應(yīng)圈2在與壓紋輥模1的下端相平的位置處停留6秒，待壓紋輥模1表面的淬火溫度為830℃時，噴水圈3上的噴水孔31開始向壓紋輥模1表面噴灑濃度為5％的pag淬火液，感應(yīng)圈2到達與壓紋輥模1的上端相平位置后，感應(yīng)圈2停止加熱，噴水圈3再上升20mm，且噴水孔31繼續(xù)向壓紋輥模1表面噴濃度為5％的pag淬火液，停留噴濃度為5％的pag淬火液80秒；

回火處理為：壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火處理結(jié)束后將壓紋輥模1移入回火爐中進行回火，壓紋輥模1從常溫升溫到140℃，保溫3小時，出爐冷卻至常溫。

請參照圖1-2，本發(fā)明的實施例二為：

采用中頻淬火機對規(guī)格為φ165*800mm、網(wǎng)格花紋深度為2-4mm的壓紋輥模1表面進行感應(yīng)淬火工藝，包括如下步驟：

步驟1、將壓紋輥模1表面的網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍，圓角直徑為0.3mm，清理毛刺，確保網(wǎng)格花紋邊緣沒有毛刺、銳角；

步驟2、將步驟1的壓紋輥模1安裝在中頻淬火機上，將感應(yīng)圈2固定在噴水圈3的上方，感應(yīng)圈2與噴水圈3的間距b為12mm，感應(yīng)圈2的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距a為8mm，噴水圈3的內(nèi)側(cè)面與壓紋輥模1表面的間距c為50mm，感應(yīng)圈2的加熱電源的頻率為11khz，功率為68kw；其中感應(yīng)圈2的匝比選擇為小匝比4:1，確保有足夠的功率，電容選擇連接兩個8khz的電容，啟動頻率調(diào)至13khz，感應(yīng)功率為70kw；

步驟3、步驟2中的壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火和回火處理；

感應(yīng)淬火處理為：壓紋輥模1沿著壓紋輥模1的軸線旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)圈2和噴水圈3從壓紋輥模1的下端相對于壓紋輥模1的軸線向壓紋輥模1的上端相對運動，相對移動速度為5mm/s；接通感應(yīng)圈2和噴水圈3的電源時，感應(yīng)圈2在與壓紋輥模1的下端相平的位置處停留3秒，待壓紋輥模1表面的淬火溫度為870℃時，噴水圈3上的噴水孔31開始向壓紋輥模1表面噴灑濃度為10％的pag淬火液，感應(yīng)圈2到達與壓紋輥模1的上端相平位置后，感應(yīng)圈2停止加熱，噴水圈3再上升25mm，且噴水孔31繼續(xù)向壓紋輥模1表面噴灑濃度為10％的pag淬火液，停留并噴灑濃度為10％的pag淬火液100秒；

回火處理為：壓紋輥模1表面感應(yīng)淬火處理結(jié)束后將壓紋輥模1移入回火爐中進行回火，壓紋輥模1從常溫升溫到170℃，保溫6小時，出爐冷卻至常溫。

圖3-6為實施例二經(jīng)表面感應(yīng)淬火處理后的壓紋輥模沿著壓紋輥模軸線截取的樣本(樣本包含網(wǎng)格花紋)，對樣本使用維氏硬度計進行淬硬層深度及硬度的測量，測量數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1樣塊的淬硬層深度及硬度數(shù)據(jù)

對圖3的樣本淬硬層深度進行測量，網(wǎng)格花紋全部被淬硬，淬硬層區(qū)d的淬硬厚度為4.0-4.5mm，淬硬層之后接下去的是淬硬層過渡區(qū)e，馬氏體含量在50％以下。

圖4顯示的是樣本淬硬層的100倍金相圖，方形點是打維氏硬度留下的壓痕，從圖中可以看出淬硬層區(qū)的金相組織為細(xì)針狀馬氏體，結(jié)合表1可知，硬度達到50-55hrc的要求。

圖5顯示的是樣本淬硬層過渡區(qū)的100倍金相圖，方形點是打維氏硬度留下的壓痕，從圖中可以看出金相組織為珠光體和鐵素體的混合狀態(tài)，淬硬層過渡區(qū)的金相組織為細(xì)針狀馬氏體、珠光體和鐵素體的混合狀態(tài)。

結(jié)合表1和圖6可知，淬硬層深度在4mm左右后進入淬硬層過渡區(qū)，在4.2mm時，hv420即42.9hrc；在淬硬層區(qū)域內(nèi)，硬度值波動小，趨于穩(wěn)定，硬度分布均勻；壓紋輥模的網(wǎng)格壓紋處于淬硬層區(qū)域內(nèi)，滿足硬度達到50-55hrc的要求。相比于滲氮處理(網(wǎng)格花紋的淬硬層厚度在0.6mm以內(nèi))，本發(fā)明的淬硬層深度可達到4-4.5mm。

綜上所述，本發(fā)明提供的壓紋輥模表面感應(yīng)淬火工藝，在中頻淬火機中對壓紋輥模表面進行感應(yīng)淬火處理，中頻淬火機的設(shè)備投入成本低；表面感應(yīng)淬火處理的周期短，且能達到淬硬層深度為3-5mm的要求和表面硬度的要求，簡化了熱處理工藝，節(jié)省能耗，從而降低生產(chǎn)成本；淬火前對壓紋輥模進行調(diào)質(zhì)、去應(yīng)力退火和網(wǎng)格花紋邊緣銳角倒鈍處理，消除機加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、使壓紋輥模具有優(yōu)良的綜合機械性能以及避免應(yīng)力集中，不會產(chǎn)生開裂且網(wǎng)格紋不會過燒熔化，提高成品率；通過控制壓紋輥模、感應(yīng)圈、噴水圈相互之間的距離，確保工件熱處理旋轉(zhuǎn)時不會碰到感應(yīng)圈，又避免了感應(yīng)圈和噴水圈距離太近的問題，待壓紋輥模表面達到淬火溫度時向壓紋輥模表面噴灑淬火液進行冷卻，感應(yīng)圈停止加熱，噴水圈再上升一定距離進行噴灑淬火液進行冷卻，滿足工件加熱和冷卻的需求，防止過燒或過快冷卻，保證了工件表面的耐磨性要求；淬火液為濃度較稀的pag淬火液，淬火性能好，避免了壓紋輥模的開裂或硬度不足的問題；感應(yīng)圈和噴水圈與壓紋輥模的軸線的相對移動速度，保證壓紋輥模的淬火溫度和冷卻效果能達到要求，使得壓紋輥模淬火后的硬度和淬硬層深度滿足要求；加熱電源的頻率和功率滿足淬火溫度和淬硬層深度的要求，保證了工件表面的硬度和淬硬層深度；淬火后壓紋輥模表面的硬度為57-60hrc，淬硬層深度為3-5mm；低溫回火后，達到設(shè)計要求的50-55hrc；整體變形小，圓柱度≤0.5mm/300mm。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。