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齿圈高频淬火过程中常见问题与对策

感应加热淬火工艺简单、、节能等特点受到了大家的欢迎，尤其现在对环保抓的比较严的当下，在大环境下可以说感应淬火是一种趋势，齿圈高频淬火设备就是应用的感应淬火原理中频大轴淬火设备。齿圈(包括外齿圈和内齿圈)作为常用的机械传动零件齿轮淬火设备，特别是大直径齿圈通过感应加热淬火工艺进行表面强化，达到实际应用中所需要的硬度。

齿圈感应加热淬火有四种，沿齿沟感应淬火、逐齿感应淬火、回转感应淬火、双频感应淬火。

1、沿齿沟感应淬火：使齿面和齿根得到硬化，齿顶中部无淬硬层。此法热处理变形小，但生产效率低。

2、逐齿感应淬火：齿面硬化，齿根无硬化层，提高齿面的耐磨性轴淬火设备，但因热影响区的存在，会降低齿的强度。

3、回转感应淬火：单圈扫描淬火或多匝同时加热淬火，齿部基本淬透，齿根硬化层浅。适于中小齿轮，不适于高速、重载齿轮。

4、双频感应淬火：中频预热齿槽，高频加热齿顶，得到基本沿齿廓分布的硬化层花键轴淬火设备。

齿圈高频淬火过程中常见问题与对策（这里主要以沿齿沟感应淬火方法为例）

1、淬硬层分布不匀，一侧硬度高、硬层深，另一侧硬度低、硬层浅。这是因为沿齿沟感应淬火与圆环感应器回转感应淬火相比，位置敏感度很高，需要设计制造定位装置，以保证齿侧与感应器的间隙高度对称分布。若不对称，还可能造成间隙小的一侧发生感应器与零件短路打弧，使感应器早期损坏。

2、已淬硬齿侧退火。原因是辅助冷却装置调整不到位或冷却液量不足。

3、感应器鼻尖部分铜管过热。在采用非埋入式沿齿沟扫描淬火工艺时，因感应器与零件间的间隙相对较小，受加热面的热辐射，以及鼻部铜管有限尺寸的约束，铜管极易过热烧坏，使感应器损坏。因此，感应器要保证有足够流量和压力的冷却介质通过。

4、感应处理过程中齿圈的形状、位置变化。沿齿沟扫描淬火时，处理齿会胀出0.1～0.3mm。形变、热膨胀、感应器调整不当会造成零件与感应器相碰而损坏。因此，在决定感应器与齿侧间隙时要考虑热膨胀因素，并采用适当的限位装置来保证间隙。

5、感应器导磁体性能退化。导磁体工作条件恶劣，处于高密磁场、高电流环境下，极易过热损坏，同时淬火介质、锈蚀都会使其性能退化。因此，要做好感应器的日常维护和保养。

凸轮轴采用淬火设备进行淬火热处理，其感应器是怎么样的呢？

凸轮感应器有圆环形与仿形两种。发动机凸轮感应器大都采用圆环形有效圈。为防止相邻凸轮或轴颈受到磁场影响而回火，因此，需要在有效圈上跨上导磁体束，既提高感应器的效率，又防止磁力线散射。早期的凸轮感应器在有效圈两端装上导磁体板与短路环，同样具有屏蔽效果，但损耗较大，现在已经被淘汰。

凸轮感应器有时采用双孔串联，主要是为了利用变频电源的功率，一般凸轮轴的轴颈数量少（如3个），而加热表面积大，凸轮则数量多（如8个）而加热面积小。因此，当采用双工位凸轮轴淬火机时，双孔凸轮感应器与单孔轴颈感应器交替工作，能得到恰当的匹配。

凸轮轴轴颈感应器一般为一次加热带喷液结构，特殊尺寸的轴颈也有采用扫描淬火的。制动凸轮感应器，由于工件要求的淬硬部位为两个圆弧面，现代制动凸轮感应器大都设计成仿形结构。为避免凸轮尖部温度过高，有些感应器设计时，针对桃尖部装有针形阀结构，凸轮加热时，针阀小孔喷出微小的淬火冷却介质，进行温度调整。

凸轮轴采用淬火设备进行淬火热处理，其热处理工艺主要是通过感应器实施的。因此，了解凸轮轴的淬火感应器具有非常重要的现实意义。

大模数齿轮淬火用感应加热电源控制系统

与感应加热表面淬火相比，渗碳淬火虽可以使齿面达到很高的接触疲劳强度、高的抗弯曲强度及良好的耐磨性，但热处理周期长，淬火变形大，因此世界上工业化国家在生产大模数重载齿轮轴逐渐开始采用感应加热电源淬火，其特点是加热速度快、几乎没有保温时间 (加热到温后立即淬火)。目前以数字信号处理器(DSP) 和复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 为核心的感应加热电源，已经科技取代进口设备。

基于 DSP 的感应加热电源主要包括主电路与控制电路两部分，主电路包括整流和逆变两部分。主电路整流部分输入为380V/50 Hz 工频交流电压，经三相不控桥式整流后，转变为直流电压，轮流导通和关断逆变桥器件，在逆变器的输出端获得交变的方波电压，经高频逆变变压器耦合输出到谐振电容和感应线圈，通过串联谐振产生电流，在线圈中形成交变磁场，对工件进行感应加热。

由于感应加热用IGBT器件工作频率在20至100kHz，可以满足大多数感应加热的工作需求。由DSP产生PWM脉冲信号。控制过程中融入恒流PID和数字锁相环运算、PWM 波形输出频率实时性和高分辨率移相 PWM 及死区时间控制，计算时间短，计算量大，要求系统有较高的运算速度和精度；需要同时对多个电流、电压值进行采样分析，要求系统有较强的并行处理能力，能完成系统要求的数据存储、传输、显示等功能。

汽车半轴感应热处理淬火工艺

汽车发动机动力输出通过变速器、后桥，经半轴传到车轮，使车轮承受扭转力与冲击，在汽车传动中，半轴属于不可或缺的关键部件。半轴需要具备高硬度、高强度等性能，以便保证汽车在行驶中有着良好的性能和安全保证。目前半轴采用感应淬火工艺。半轴法兰与杆部硬化层的连续与否，以及杆部硬化层深度与直径之比，是提高半轴疲劳强度的关键。

半轴感应淬火一般有扫描淬火与一次加热淬火两种。一次加热淬火适用于半轴的大批量生产。从生产率、淬火质量、节能效果与生产成本进行比较。一次加热淬火比扫描淬火为优，但需要大功率电源、冷却系统及设计的感应器结构。

1、半轴扫描淬火，一般采用立式通用淬火机或淬火机。首先加热法兰面到淬火温度，然后对杆部与花键部进行扫描淬火。

2、半轴一次加热淬火，是将整根半轴的淬火区域一次进行加热，是一种先进的工艺。由于一次冷却量特别大，因此需配的冷却系统及特殊设计的感应器。国内汽车制造厂已成功地将此工艺应用于生产，取得生产率提高数倍、弯曲疲劳强度大大提高，并且节能效果显著。

需要根据感应淬火设计要求针对工艺参数进行选择：

（1）电流频率由感应电流透入深度计算。针对内齿圈数毫米的工艺层深要求，采用中频感应电源进行加热。

（2）感应器与零件间隙由工艺试验确定。

（3）加热功率及扫描速度由工艺试验确定。扫描速度影响生产效率，加热功率影响零件开裂风险。要综合考虑各因素后选择参数。

（4）加热-淬火间隔影响零件开裂风险。通过调节相关机构及扫描速度来控制。