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齿轮感应淬火的应用前景

感应淬火是热处理行业所追求的清洁生产工艺,感应淬火所具有的一系列优点是其他热处理工艺难以比拟和取代的。感应加热淬火是热处理重要工艺之一轴淬火设备,尤其以它具有生产、节约能源、环境污染小齿轮淬火设备,以及易于实现自动化等优点而倍受欢迎。在齿轮的强化方法中,与调质、渗碳和渗氮一起构成四大基础工艺,在齿轮从软齿面向硬齿面技术发展的过程中,感应淬火工艺曾发挥了重要作用。

国外感应加热淬火的应用还是比较广泛的。在日本,铁路机车齿轮,包括高速机车齿轮以感应淬火为主。在美国,感应淬火齿轮的典型应用包括:(1)大型挖掘机齿轮轴淬火设备。(2)重载起重机驱动齿轮。(3)轧糖机的大扭矩传动齿轮。(4)轧钢机的主驱动齿轮,剪切机齿轮以及卷曲机械齿轮。(5)水泥磨驱动齿轮。

我国的感应加热电源及淬火设备针对齿轮产品的工艺技术需要,开发成套装备和相应的工艺,如前景看好的双频、多频,同时加热大功率电源、脉冲加热电源、CNC齿轮淬火机床及配套的辅助设施和工艺软件等方面,都具有巨大的市场花键轴淬火设备。

带偏心轮凸轮轴的感应加热淬火

凸轮轴是广泛应用于汽车、工程机械、拖拉机等发动机的重要零件,它与挺杆组成一对摩擦副,其主要作用是保证气阀定时开启和关闭。由于发动机的高速运转以及气门挺杆的冲击和磨损,在工作中除承受一定的弯曲和扭转载荷外,还要求具有良好的强度和表面耐磨性等。凸轮轴材料的选用主要取决于其在发动机中的工作条件、使用状况等。目前制造凸轮轴的材料、工艺种类较多,可分为钢和铸铁两大类。凸轮轴感应淬火机床必须对偏心轮表面淬硬。淬火机床具有两个工位，淬火变压器、感应器共两套,每个工位各一套。双工位可单独执行淬火程序,可对凸轮轴的各轴承档、凸轮档、偏心轮档单独进行加热、淬火。加热电源系统设备采用晶体管感应加热电源，输出功率范围可调。淬火机床控制部分该控制系统由西门子S840D数控系统构成,是该设备的核心部分，对淬火过程的凸轮轴运动、感应器移动、能量控制、冷却水和淬火介质的冷却、供给等进行控制,并具有自动监测和报警功能,能将故障编码和主要内容显示在主菜单上。可通过主菜单上的按钮进行操作,并对程序中各参数进行修改、保存,实现不同的淬火工艺。

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。

轴类零件在感应加热淬火后的回火温度

感应淬火的钢轴类零件的回火温度为150至205摄氏度。在该温度的回火条件下，40钢的轴具有的扭转强度和较好的塑性（扭曲度），并具有的性能和抗过载性能。

此项结果是通过对40钢（热轧圆钢）的轴类零件在进行多次感应淬火和回火试验得出的结果。试验在同一环境及同一感应加热设备下进行。在试验中进行了150摄氏度、175摄氏度、205摄氏度、260摄氏度、315摄氏度等一系列的回火试验并通过数据比对得出的结论。从40钢轴的扭转试验结果看，在150摄氏度至205摄氏度回火温度下可以获得的性能。疲劳试验表示温度超过205摄氏度后，回火的结果并不理想。对于温度超过150摄氏度的回火而言，扭转强度极限下降了，而断裂前的扭转度在205摄氏度回火时达到了峰值。

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。

汽车轮毂轴分段感应淬火与整体感应淬火的工艺的区别

分段感应淬火和整体感应淬火在汽车轮毂轴上应用的进行对比。

1.分段感应淬火工艺

目前生产厂家大部分都设计采用复杂台阶的轮毂轴管结构，由于轮毂轴管特殊结构，目前感应淬火强化多采用分段多次进行。淬火强化区域包括两段外圆柱面及三个过度圆角，淬火区域比较复杂。分段感应淬火技术有以下缺点：

（1）轮毂轴管有两段不连续的淬火区，分两道工序淬火，所需感应器品种多；

（2）淬火变形超差造成废品率较高，且分段淬火生产节拍慢、成本高、工人劳动强度大；

（3）分段感应淬火形成的中间淬火软带降低了轮毂轴管的强度，由于淬火硬化区和软带硬度相差大，进入磨削工序软带部位粗糙度偏低，影响磨削质量；

（4）分段感应淬火技术中圆角靠圆角的热传导带起来，台阶尖角部位存在明显的过热问题；

（5）分段感应淬火使零件储热少，自回火开裂风险增大。对于以上分段感应淬火技术所带来的缺点，其中淬火变形问题可以采取加大磨削余量的办法解决，但会增加部分磨削加工的成本；其他缺点在使用分段淬火技术时是无法解决办法的，如需这些问题，需进一步优化感应热处理工艺。