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感应淬火技术在风电增速齿轮箱内齿圈上的应用

在齿轮的强化方法中，感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。考虑到生产实际，在风电增速箱内齿圈的批量生产中采用渗氮或感应淬火工艺可以获得比较高的生产效率及较低的生产成本。具体采用何种工艺主要由客户要求、自身工艺控制水平及生产效率成本等因素而定大齿轮淬火设备。根据ISO6336标准齿轮淬火设备，对于模数大于16的齿轮件就不再推荐使用氮化工艺提高表面硬度，故对模数大于16的内齿圈推荐采用感应淬火工艺进行加工。

1.感应淬火工艺

风电增速箱内齿圈一般采用逐/隔齿沿齿沟扫描技术进行感应淬火。采用设计制造合理的感应器，配合的工艺参数控制，可以生产质量优良、稳定的感应淬火齿圈。

2.感应淬火的优缺点

将感应淬火技术应用于风电增速箱内齿圈上，不仅具有生产、节约能源、环境污染小以及易于实现自动化等感应淬火共有优点，还具有以下特点：

（1）相比于氮化，其对基体硬度和组织要求可以适当放宽。

（2）相比于渗碳淬火轴淬火设备，工件不是整体加热，变形较小，故相应磨量较小，设计放模量可减少，且后续生产加工成本较低。

（3）批量生产时交货期短，满足一些客户需求。

（4）便于机械化和自动化，设备紧凑花键轴淬火设备，使用方便，劳动条件好。

但使用感应淬火技术对内齿圈进行加工，尚有以下困难及缺点待克服：新齿形产品工艺试验周期较长，感应器设计/相关工艺参数选择需要慎之又慎；不能实现全齿宽淬硬。目前可满足设计上80%齿宽高符合工艺要求，这一点也是未来需要改进和克服的地方；批量生产时，发生批量事故风险较大，需要严格的质量控制体系和较高的质量控制水平来进行控制。

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，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。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，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，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。

解决花键轴同一键槽各部位淬火加热温度不均匀性问题：

(1)减少感应器高度在保证感应器本身强度及内部冷却系统冷却能力的前提下,减少感应器高度,使感应器可以进入花键三分之一后就开始加热,使感应器预热部位的作用得以充分发挥。

(2)增加预热工艺增加预热工艺,感应器在花键轴键槽下部起始位置加热一、二秒后开始运动,增加花键轴键槽下部加热效果。这样达到花键轴同一键槽各部位淬火加热温度的均匀。

感应在中国是感应热处理，致力于感应淬火技术的研发已有十多年的历程，目前拥有多项核心，其淬火机床已应用于众多工业领域传动部件及动力输出部件的感应淬火。

低淬钢齿轮感应加热淬火

利用钢材的低淬透性 ,将感应加热透的齿轮用激烈的冷却水进行淬火 ,得到沿齿轮廓的淬硬层及略提高硬度的齿心部。低淬透性钢齿轮感应淬火样品这种工艺有如下优点 :( 1 )对感应加热电源要求不高 (常用 8kHz、1 0 0kW) ,即不需要特殊的频率及高的功率密度 ,设备投资费用少。( 2 )低淬透性钢成本低 ,其价格与中碳结构钢相似。( 3)轮齿表面有很高的残余压应力 ,齿心部由于热透 ,硬度略有提高 ,因此轮齿的抗弯性强度得到提高 ,综合力学性能好。

齿轮双频淬火

齿轮双频淬火机理齿轮双频淬火的机理是先用较低频率进行齿轮预热 。早期的齿轮双频淬火是在两个感应器中进行的 ,即先在中频感应器进行预热 ,然后在高频感应器中进行终加热。现代化的双频齿轮感应淬火现代化的双频齿轮加热已经改进在一个感应器内进行。

转向齿条感应淬火技术

感应加热电流频率的选择电流频率的选择与齿条齿面和齿背的硬化层深、齿倾角及零件直径等因素有关。

要保持感应淬火技术在转向齿条生产线上的应用,必须设计研制挤压夹持装置,确保该技术在大批量生产过程中发挥功效。试验中运用了多种挤压装置(淬火机床)较好地解决了大批量生产中齿条的装夹定位问题。

在转向齿条接触式感应淬火过程中,采用保证齿沟都得到充分冷却的喷水并在齿条加热本体的另一侧辅助喷淋冷的冷却方式,在生产过程中对加强齿条的硬化及减小畸变产生了良好的效果。

限制淬火畸变方法：

①淬火时在齿条背部采用3点支撑,其中一点为预应力支撑,其相对于另外2个支撑块的高度,要控制在一定范围内,同时3个支撑块的布置必须同轴;②系统对齿条压紧,选择合理的系统压力;③齿条淬火时,合理选择压紧部位。

凸轮轴感应淬火

感应加热淬火具有加热速度快，生产，工件氧化脱碳少、淬火畸变小，劳动条件好，无污染和易于实现机械化、自动化等一系列优点。

对于凸轮轴感应淬火，传统渗碳炉装载量少，且淬火质量不高。淬火机床采用凸轮轴双工位感应淬火机床，该设备感应加热电源采用IGBT (与SCR可控硅相比，可靠性与节能效果更好，频率适配范围宽)。淬火机床可以严格控制冷却液喷射时间，使工件既能获得足够的表面硬度，又不会因冷却过于剧烈而开裂。凸轮轴淬火位置的调试首先根据凸轮轴的结构和尺寸，在程序中确定各档相对位置。通过肉眼观察感应器的位置及加热效果完成粗调，粗调并试淬后，进行金相分析测定淬硬层的分布状况，再进行位置微调。在确定加热功率和淬火液浓度后，为了保证淬硬层深度达到技术要求，还需要确定合适的加热时问，以保证在满足技术要求的前提下，提高生产效率。