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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。齿圈(包括外齿圈和内齿圈)作为常用的机械传动零件，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、双频感应淬火轧辊淬火设备。

1、沿齿沟感应淬火：使齿面和齿根得到硬化齿轮淬火设备，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，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，齿根硬化层浅轴淬火设备。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。

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、硬层深花键轴淬火设备，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。

链轮表面感应淬火可直接选配套的链轮高频淬火设备

链轮在工作的时候会受到扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用，在链轮的表面承受着比心部更高的应力，因而更易变形火损坏，所以在生产链轮的时候，会对链轮表面进行淬火工艺，增强链轮表面的硬度、耐磨性以及承载外力冲击的作用。市面上链轮淬火的设备有很多，因今年来对环保要求的提升，链轮表面淬火一般也选择环保性更强的感应淬火设备。

链轮在机械设备中应用需要满足高强度、高硬度、高耐磨性等的要求，给链轮表面淬火就是为幅提链轮的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。那为什么选用表面淬火呢?表面淬火变形小，较整理淬火生产率更高，因而生产过程中没有特殊要求的多进行表面淬火。

花键轴零件感应淬火

花键轴类汽车零件在使用中承受扭转应力和滑动摩擦,所以需要具有较高的表面硬度和抗扭转强度。感应淬火是提高其使用性能的方法之一。在汽车或机械制造领域中,花键轴类零件往往是承受交变的扭转、交变的弯曲和滑动摩擦等载荷。商用车常见花键轴类零件主要包括驱动半轴、贯通轴、传动轴、花键轴、花键轴叉、轴间差速器壳、行星轮架轴、制动凸轮轴等。在生产实践中为提高这些零件的使用性能,除个别零件采用调质工艺外,绝大部分零件采用感应热处理强化工艺,其抗弯曲强度和抗扭转疲劳强度等性能得到极大提高。

整体一次加热淬火方法感应器结构为矩形铜管加导磁体的纵向分布形式,即由铜管绕制成矩形回线结构, 加热时,工件上的感生涡流纵向环流,在工件旋转同时整个圆周面迅速被加热。感应器铜导线上装置的导磁体起到控制磁力线分布的作用。感应器的附近装置喷液冷却器,在加热工件达到设定温度(或时间)时自动喷液冷却。目前,国内汽车厂家多采用整体一次加热淬火方法来处理半轴这类零件,零件的质量和生产效率均达到比较好的状态。

移动(扫描、连续)加热淬火方法感应器一般为圆环形回线结构,环形导线内部通有足够压力和流量的循环冷却水。感应加热时,工件上有周向感生电流流动,工件一边加热一边与感应器相对移动,感应器上装有喷液器,以实现一边移动(扫描、连续)加热一边喷射冷却液冷却,终实现淬火强化的目的。

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。

齿轮联轴器感应加热淬火的工艺研究

鼓形齿轮联轴器在高速、重载机械上得到广泛应用，具有无轴向窜动、传动平衡、冲击振动和噪声小的特点，但加工工艺过程比较复杂，原热处理花键采用渗氮处理。

为了提高生产效率，降低生产成本，在保证产品质量的前提，对齿轮联轴器进行了感应淬火处理的测试。测试采用数控感应淬火机床，淬火感应器与工件之间间隙均匀，采用扫描淬火的方式进行.淬火后工件的内花键，外鼓形齿硬度均符合技术要求，对内花键、外鼓形齿进行了裂纹检测，未发现裂纹。对感应淬火后齿轮联轴器内花键、外鼓形齿进行变形检测，变形较小，符合技术要求。有效硬化层深度，均满足技术要求。金相组织检验属于细马氏体，组织级别符合标准要求。相对于渗碳工艺相比，可以缩短生产周期，并且可以提升生产效率，并降低生产成本。