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齿轮淬火

齿轮淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、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。

齿轮淬火的必要性

有些零件（包括齿轮在内）在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合行车轮淬火设备，表面层还不断地被磨损齿轮淬火设备，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。

齿轮淬火目的

齿轮淬火原理：将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小轴淬火设备，这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却花键轴淬火设备，即可实现表面淬火。

齿轮感应淬火操作要点是什么?

1)齿轮全齿加热淬火时，应在淬火机床上进行，齿轮与定位心轴的间隙应≤0. 40mm，定位心轴台阶高为5~10mm即可，太大时会对齿轮加热有影响。

2)双联齿轮淬火时，当大、小齿轮的距离≤15mm时，先淬大齿轮，后淬小齿轮。加热小齿轮时，为防止将已淬硬的齿面加热，可采用三角形截面感应器，或用铜板屏蔽的方法。对于直径不大的双联齿轮，为提率，也可采用双圈感应器串联的方法一次完成淬火。

3)具有内外齿的齿轮淬火时，应先淬内齿轮，后淬外齿轮。必要时可用水冷却内齿轮。

4)端面有离合卡爪的齿轮淬火时，应先淬卡爪，后淬齿轮。必要时可用水冷却卡爪。

5)在单件或零星生产中，为操作方便和省去制作感应器的过程，可采取一些简便的淬火方法。例如：用普通外圆感应器加热锥齿轮。将感应器倾斜一定角度，使感应器低端靠近锥齿轮大端，感应器靠近锥齿轮小端，调整好感应器倾斜角度及其与锥齿轮的间隙，使锥齿轮在感应器中旋转，即可获得均匀加热。当用低高度感应器加热高度较高的圆柱齿轮时，可先加热齿轮的中间部位，然后上下移动齿轮，使齿轮沿齿宽方向温度均匀后即可冷却淬火。

6)大模数齿轮采用单齿连续加热淬火时，为保证感应器与齿部间隙的一致性，一般采用靠模对齿沟定位。

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。根据ISO6336标准，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，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，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。

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。

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。