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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电梯轮淬火设备，特别是大直径齿圈通过感应加热淬火工艺进行表面强化齿轮淬火设备，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，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，高频加热齿顶花键轴淬火设备，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）

中频轴淬火设备都应用在哪些领域，具有什么特点？

大直径的中频轴淬火设备，配置采用的IGBT变压器、感应器是精心制作的，大直径中频轴淬火设备400mm以内直径的轴淬火，其淬火层深为2-6mm，淬火深度可以自行调节，满足各种要求淬火层比较深的工件淬火（链轮、导轨面、轴、盘、花键轴、凸轮、凸缘等）。

中频轴淬火设备的主要应用范围：

1、各种五金工具、手工工具的热处理，如钳子、扳手、旋具、锤子、斧头等。

2、各种汽车配件、摩托车配件的高频淬火处理，如：曲轴、连杆、活塞销、曲柄销、链轮、凸轮轴、气门、各种摇臂、摇臂轴；变速箱内各种齿轮、花键轴、传支半轴、各种小轴、各种拨叉等高频淬火的处理。

3、各种电动工具上的齿轮、轴等的高频淬火处理。

4、塞、转子泵的转子；各种阀门上的换向轴、齿轮泵的齿轮等的淬火处理。

5、金属零件的热处理，如各种齿轮、链轮、各种轴、花键轴、销等的高频淬火处理。

中频轴淬火设备的特点：设备体积小，方便移动，安装和操作起来非常方便，设备安全性能高；省电节能环保，使用新型的IGBT加热电源，无噪音；设备应用范围较广泛，适合各种机械零件的表面淬火；用于轴表面淬火，淬火速度快，淬火加热均匀。

齿轮感应淬火的发展

齿轮的硬齿面热处理工艺主要有 :渗碳 (和碳氮共渗 )、渗氮 (和软氮化 )及感应淬火。齿轮感应淬火和渗碳、渗氮相比 ,具有节能、节约合金元素、生产周期短、劳动环境好以及可在线生产等优点。因此 ,随着齿轮感应淬火工艺的不断改进 ,它在机床、汽车、拖拉机、机车以及回转支承等制造工业等应用领域得到了越来越广泛的应用。

常规 (单频 )齿轮感应淬火

机床传动齿轮使用感应淬火早 ,但受当时感应淬火电源频率的限制 ,大部分仍采用高频200kHz或中频 25～8kHz电应淬火。此种工艺常得到全齿淬硬或半齿淬硬的齿轮。

单齿一次加热或扫描淬火

单齿一次加热淬火中频 8～10kHz常用于m =8mm以上的大模数齿轮。沿齿沟扫描淬火　沿齿沟扫描淬火主要用于m =6mm以上的直齿轮及斜齿轮 ,此种方法应用极广 ,并且已有极成熟的工艺与装备。

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。

齿轮感应淬火的作用与目的

近年来 ,随着齿轮生产商对技术认识的不断提高，带来了多方面的改进，如低噪音、轻量化、低成本和高承载能力等，使得齿轮副在高速和大扭矩作用下产生少的热量。并不是所有的齿轮都适应感应淬火 ,外螺旋直齿轮、蜗杆齿轮、内齿轮、齿条和链齿属于典型的感应淬火齿轮零件。相反，锥齿轮、双曲面齿轮和非圆形齿轮几乎不使用感应热处理。

与渗碳和渗氮相比，感应淬火不要求齿轮整体加热。通过感应淬火，可将热量地施加于特定的区域，使该区域产生所期望的相变 (例如齿廓、齿根和齿顶有选择的硬化) ，且对其余区域的影响很小。根据应用情况，齿部硬度范围一般是 42～60 HRC。

齿轮感应淬火的一个目的是在齿轮的特殊部位得到细晶的全马氏体层 ,以提高硬度和耐磨性。 但不会使其余部分受热处理的影响。 硬度的增强也提高了接触疲劳强度 ,由于同时增强了硬度、耐磨性并可获得细晶粒的马氏体层 ,所以可以使用廉价的中高碳钢或低合金钢去替代较贵的高合金钢。

并非总是能够得到全马氏体层 ,根据钢的品种不同 ,硬化层不可避免存在残余奥氏体 (除非使用低温处理) 。 对于含碳量高的钢和铸铁 ,尤其如此。

齿轮感应淬火的另外一个目的是增加齿轮表面压应力。这是很重要的，因为它有助于抑制裂纹的产生，也阻止了拉应力引起的弯曲疲劳性能的下降。这种钢铁的使用 ，使它原先的显微组织和齿轮工况 (包括载荷情况和操作环境) 决定了所需要的表面硬度、芯部硬度、硬度断面、齿轮强度和残余应力分布。

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。