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大型托轮轴感应淬火的工艺分析

大型托轮轴的材料为40Cr钢，重量约900-1200kg,两端表面淬火硬度为HRC通40~45，淬硬层深度＞0.4mm.在通常情况下，高频感应加热表面淬火时，一次可以加热的零件表面轧辊淬火设备，是由高频变压器、感应器的效率、设备的输出功率及零件加热所需的单位功率决定齿轮淬火设备。轴类零件的外表面加热淬火，当加热设备一定时，所能加热的直径与感应器有效圈的高度有关。轴外表面连续加热时，在瞬时加热面积一定的情况下，加热带的宽度和所能加热的轴的直径成反比，加热带的宽度是由感应有效圈的高度决定的。由于托轮轴重量和尺寸较大，超过了一般淬火机床的适应范围，为此，将托轮轴的一端用卧式淬火机床的卡盘卡紧轴淬火设备，中部置于新制作的托车的支承轮上，为了避免划伤轴的表面，支承轮用黄铜制作。淬火时，支承轮可以随工件转动。托车可以固定于支架的轨道上滚动，当托轮轴放于托车的支承轮上时，支承轮受很大的重力，因此花键轴淬火设备，轴与支承轮之间也会产生较大的摩擦力。

托轮轴的感应加热表面淬火表明，适当减小通常沿用的淬火感应圈有效圈的高度，可以增大轴类淬火的直径，再对淬火机床稍作改装，就可以在一定范围内解决大型轴类的表面淬火问题了。

在轴类零件中的应用轴类感应淬火

一般是对轴表面进行局部淬火,材料为45钢或40Cr,淬火的硬度可根据材料直径大小设定感应电流和加热时间。淬火的硬度层深度,取决于感应设备的频率和加热时间,频率越高或加热时间越短,硬度层深度越低。在实际生产过程中,经常对轴的中心部有硬度要求,一般需要到专业的热处理生产厂家进行热处理,这样就带来了加工周期长、成本高等不足。如果用感应淬火使轴的中心部达到规定的硬度要求,那就要求感应设备加热深度必须达到轴的中心部,而且中心部的温度要达到临界温度以上。现以直径20mm的电机转子为例进行说明，电机转子端面中心部有一个滑长槽,滑长槽的作用是负责传递电机输出的动力,如果没有硬度或者硬度达不到规定的要求:37HRC~45HRC,装配好的产品很快就因滑长槽失效而失去动力,因此花键轴淬火设备滑长槽的硬度直接影响整机产品质量。感应电流高、加热时间短,轴伸表面硬度偏高而心部硬度偏低;感应电流低、加热时间长,轴伸表面和心部硬度都偏高。如果要使转子轴心部淬火硬度达到规定要求,必须要按淬火工艺进行感应回火。回火就是将淬火后的工件重新加热到临界以下回火温度后,保温一定时间,然后取出冷却到室温的热处理工艺。常用的回火方法:低温回火(回火温度为150~250℃)、中温回火(回火温度为350~500℃)、高温回火(回火温度为500~680℃)。

钢齿圈的感应淬火

钢齿圈的表面感应淬火后技术要求为:表面硬度55HRC~60HRC,淬硬层深为1.1mm~10.8mm(齿顶为10.8mm,齿根为1.1mm)。

齿圈感应加热参数的选择现有的加热方式是采用中频电源,沿齿廓整体旋转加热达到淬火温度后,喷冷却介质,要达到齿顶、齿根均匀的硬化层分布,使齿圈得到接近仿形淬火效果,选择合适的加热功率、加热时间、预冷时间非常重要。根据齿圈同时加热淬火的面积、硬化层深度、比功率及加热时间之间的关系,确定齿圈的加热参数。

感应加热参数对齿圈淬火的影响齿圈感应加热的频率选择是比较复杂的,要选择的电流频率,使齿顶和齿根被均匀地加热有一定的困难,特别是模数m,齿数z及齿宽b等参数的变化都影响频率的选择。

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，因此花键轴淬火设备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。

汽车半轴局部感应加热感应器的类型

等直径变匝距感应器 当变截面圆柱体毛坯加热时,例如带台阶的变径毛坯,在同一加热时间内,必须保证在各个区段上析出不同的能量,能量也就是单位长度上的功率与直径区段相对应。这一点靠各区段上磁场强度的相应分布便可做到,为此感应器应做成变匝距的。直径的区段上的匝距而磁场强度。为此要确定各个区段上的单位功率, 平均单位功率和平均单位匝数,感应器的分段长度。

以上这种变截面圆柱体毛坯加热,感应器设计为变匝距,优点是感应器可做成等直径,不必仿型。

缺点是感应器设计制作较复杂,对于相对较细的直径来说感应加热的效率偏低。而且设备调试也较复杂。

因此花键轴淬火设备目前在半轴二火补温加热时更多得采用仿型感应器。感应器设计为等匝距。

等匝距仿型感应器 仿型感应器加热的基本原理是根据感应加热的电效率与感应器线圈内径与坯料外径之比有一定的函数关系来考虑的。

1.仿型的矩形感应器形式

矩形感应器又可称为椭圆截面感应器,与这种仿型的矩形感应器配套的机械装置常见的推料方式有3种情况:利用气缸或液压缸移动坯料;链式或板式输送带移动坯料;自动旋转装置移动坯料。

仿型的矩形感应器存在以下问题:由于坯料形状的特殊性,向感应器进料和出料时,坯料在感应器内移动困难等问题。虽然感应器制作工艺较简单,但机械动作较复杂,这种方式较少采用。

2.仿型的U型感应器形式

仿型的U型感应器是坯料端部感应加热又一种常用的加热方法。仿型的U型感应器常见的坯料移动方式,也有3种形式:利用气缸推动坯料;利用链(板)式移动坯料;自动旋转装置移动坯料。

这种仿形的U型感应器的机械动作虽然比较矩形感应器简单一些,但感应器的制作太复杂,人们也较少采用,另外,U型感应器的效率也相对。

双频法齿轮感应淬火的历史发展

在常规齿轮生产中，齿轮机加工后进行热处理硬化的工艺有许多种，但都为达到相同的目的， 即形成一定的显微组织从而获得适宜的性能。

但是，淬火处理常常使齿轮变形，导致齿轮质量下降。双频感应淬火处理为解决此问题应运而生。与两种局部淬火工艺齿轮单齿感应淬火和局部渗碳工艺相比，双频感应淬火费用降低，精度提高(使变形降至)。

局部渗碳在齿轮硬化方法中应用得为广泛。这一工艺包括在不需渗碳的表面镀上某种材料， 防止在渗碳过程中活性碳原子渗入，的方法是镀铜，除轮齿外，其它表面都镀上铜，然后渗碳，渗碳后把铜镀层去掉，进行机加工，后将所有表面又重新镀上铜，装入淬火炉中加热淬火。