轴类零件中最具代表性的是滚珠丝杠，它的螺纹滚道部分热处理一般采用中频淬火，中频淬火的质量决定了滚珠丝杠在以后使用过程中的服役质量。在实际生产中曾发生过有几批滚珠丝杠在热处理中频淬火后，不小心掉在地上，丝杠甩断成几截，经过淬硬层深检测，丝杠已被完全淬透，造成零件报废。
为吸取造成质量事故的教训，我们调整了中频淬火的参数，结果其淬硬层深度又太浅，仍然没有达到需要的淬硬层深度，这样的丝杠在以后的服役过程中会严重影响其使用精度，同样也会产生严重的质量问题。为此，“如何合理的确定中频淬火参数以保证丝杠的热处理质量”就成了我们必须解决的问题。通过试验、计算、验证，我们找到了一种快速确定丝杠等轴类零件中频淬火参数的经验公式，并在生产实践中得到了很好的验证，为中频淬火工艺编制和实际操作带来了方便。
1.理论依据
感应加热是利用电磁感应的原理，使工件表面产生涡流而被加热。当感应器中流过交变电流时，其周围就要产生同样频率的交变磁场，工件中将产生与感应器频率相同而方向相反的感应电流——涡流，当感应器和工件的形状、尺寸以及相对位置固定时，涡流的大小与感应器中的电流的频率成正比。涡流因工件的电阻而转换成热能，将工件加热。根据焦耳-楞次定律，涡流产生的热量可用式（1）计算：
q=0.24i2rt (卡) （1）
式中 i——感应电流（a）；
r——工件电阻（ω）；
t——加热时间（s）。
感应加热具有表面效应、邻近效应和环流效应的特点。当交变电流流过导体时，电流沿导体的截面分布是不均匀的，导体表面电流密度最大，中心的电流密度最小。一般规定从表面到电流为i/e（e=2.718）处的深度为电流透入深度δ，电流在δ薄层内产生的热量为全部电流的85%以上，由于工件的淬硬层深与电流透入深度δ很接近，因而可以将电流透入深度近似的看成工件的淬硬层深。
2.试验方法
试验材料选用滚珠丝杠的常用材料gcr15，经调质处理28～32hrc后，分别制成与滚珠丝杠外径规格相同的试棒，然后在kgps100中频淬火机床上进行中频淬火，淬火后在试棒中段用线切割割取约30mm长的试块，将截面用砂纸磨光后，在hr-150a洛氏硬度计上进行硬度检测，检硬度时由外表面沿径向向里进行，并根据半马氏体的硬度（gcr15钢半马氏体硬度约为55hrc）处距外表面的距离确定出淬硬层深度。试样规格与编号见表1。
表1 滚珠丝杠与相应试棒规格及试棒编号
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试棒编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
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试棒规格/mm |
ф28×500 |
ф32×500 |
ф40×500 |
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滚珠丝杠规格 |
gq28×4 |
gq32×4 |
gq40×6 |
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要求淬硬层深/mm |
2.0～3.5 |
2.0～3.5 |
3.0～4.5 |
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3.试验结果与分析
中频淬火试验结果如表2所示。
表2 硬度与其距试棒外表面的距离
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试棒 编号 |
试 验 结 果 |
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