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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。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细长轴淬火设备。

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齿轮淬火设备。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，故相应磨量较小轴淬火设备，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，使用方便花键轴淬火设备，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。

半轴法兰圆角感应淬火

半轴是汽车上传递扭矩的重要零件 ,过去半轴多采用调质处理 ,随着感应淬火技术的发展 ,目前国内外汽车半轴基本上都采用感应淬火取代调质 ,使半轴疲劳寿命成倍提高。

半轴设计给感应热处理带来了较大的难度 ,首先 ,采用一只感应器既要满足杆部深层淬火 ,又要满足法兰部圆角大直径范围淬火 ,其功率分配较难掌握。其次 ,较细的杆径 ,较深的淬火层使零件淬火变形的控制成为难点。因此必须设计的感应器满足以克服以上的难点。新设计的感应器有以下优点 :镶嵌导磁体迫使磁力线向圆角集中 ,提高了平面加热效率 ,大大加强了圆角淬火的效果。通过实际生产及测试，淬火后的半轴具有很高的强韧性 ,实现了强度、塑性和韧性的合理配合。工艺采用立式淬火机床连续淬火，可以大批量生产品质优良的半轴。

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。

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。

提升齿轮硬度的方式：感应加热及淬火

齿轮旋转淬火（使用环形感应器）

旋转淬火是的感应齿轮硬化方法，并且它特别适用于中等大小的齿轮。在加热期间旋转齿轮以确保能量的均匀分布。可以使用环绕整个齿轮的感应器。当应用感应器时，有五个参数对硬度起主要作用：频率，功率，循环时间，感应器几何形状和淬火条件。通过加热时间，频率和功率的变化获得的感应淬火图案。通常，当仅需要硬化齿尖时，应结合较短的加热时间来施加较高的频率和较高的功率密度。为了硬化齿根，使用较低的频率。

感应淬火是一个两步过程：加热和淬火。两个阶段都很重要。在旋转淬火应用中有三种方法来淬火齿轮

1.将齿轮浸入淬火槽中。这种技术特别适用于大齿轮；

2.使用集成喷雾淬火“就地”淬火。中小型齿轮通常使用这种技术淬火；

3.使用位于感应器下方的单独的同心喷雾灭火块（淬火）。淬火-蒸气层，沸腾和对流热传递的三个阶段的经典冷却曲线不能直接应用于喷射淬火。由于喷射淬火的性质，两个阶段被大大抑制。同时，在对流阶段期间的冷却更严重。齿轮几何形状和转速是在齿轮淬火期间对淬火流动和冷却严重性具有显着影响的其它因素。同样重要的是避免感应器和淬火系统相对于齿轮和齿轮摆动的偏心。即使齿轮旋转，齿轮摆动将导致齿轮的特定部分在加热期间更热，因为不管旋转，它将总是更靠近线圈。除了不均匀加热以外，摆动还引起不均匀淬火，导致额外的硬度不均匀性和齿轮形状变形。已经报道，使用齿轮旋转硬化技术而不是“逐齿”或“间隙”方法在齿根内获得更有利的压缩应力。

齿轮旋转感应淬火技术

齿轮旋转感应淬火可分为两种主要方法：通过硬化和轮廓硬化。种方法 - 主要用于齿轮高磨损 - 齿周边采用低硬化比功率。但是，如果频率太低，则存在温度感应涡流流动，并且温度在齿中滞后。淬火是通过浸没或喷雾，以实现齿和根圆之间均匀的温度。全硬化后的回火用于工件防裂。

轮廓硬化分为单频和双频过程，也实现了奥氏体化在单一加热中，或通过将齿轮预加热至550-750℃  加热之前硬化温度。预热的目的是充分达到在终加热期间在根圆中的高奥氏体化温度，没有过热的齿。短加热时间和高比功率通常需要实现在不规则距离处的硬化轮廓齿面。

双频过程使用单独或同时的频率。使用单独的频率实现类似于情况的硬化曲线硬化。该过程一个接一个地应用两个不同的频率齿轮。齿以低频率被预热至550-750℃的频率应该使得在根圆区域中发生预热。短延迟，使用较高频率和比功率实现奥氏体化。准确的监测系统是必不可少的，因为加热时间是测量的在这个终加热阶段中的十分之几秒或秒。