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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齿轮表面淬火设备，感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺齿轮淬火设备。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轴淬火设备，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，满足一些客户需求花键轴淬火设备。

（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。

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。

曲轴淬火感应淬火设备的技术

曲轴淬火感应器，特别是半环型感应器造价昂贵，因此如何降低造价，提率及增长使用寿命已成为主要的目标。

已研制出固定式（静止式）曲轴淬火感应器，其特点是：加热时工件不转动，节能、，感应器寿命长。

根据生产率和工件构造，有几种设备的技术可以适用以下四种主要操作：

1.周围喷淋 一个的喷淋装置将保护气体带给进行淬火的工件。它可以连接气体或淬火液回路。在使用的时候，必须增加一个围堵装置以缩小需要气体的区域。

2.手套式操作箱 对低产量和半自动生产方式而言，手套式操作箱方案是经济、简单的方案。充气室的简化版早就被证明对于保护大、中、小复合的工件的气体而言都适用。这个箱子的结构可以根据实际需要来订制，通常在加工过程中是密封的，系统像半开口容器系统一样简单，以减少结垢。

3.充气室 该设备的设计是用于大工件的，并需要有完整的全封闭的工作区域。从外部对工件的上下料操作需要一个自动化方案，并且需要适应大部件。为减少旋转工作台转动以及扫描台或其他机械装置产生的气流的干扰，可以为系统额外添加一个局部喷淋器。

齿轮双频感应加热过程及齿轮材质的选择

双频加热的原理是使用低高两种频率的热源。首先，以较低频率的热源加热(3—10kHz)，为齿轮预热提供所需能量。

随后，立即进行高频热源加热，频率范围100-250kHz之间。频率选择依齿轮尺寸及周节大小而定。高频热源将迅速使全部齿轮外表面加热至淬火温度，然后齿轮立即淬火，获得设计所规定的硬度。

在双频加热中，固定在心轴上旋转着的齿轮接受预热，随后一个快速“脉冲使之达到终适宜的淬火温度后，工件被送入水中淬火。全部过程共需30秒钟。

这一过程为计算机所控制。由于加热速度快，表面无氧化、脱碳现象，外观质量及心部材料的性能仍保持不变。

制造齿轮有多种材料，从工艺及经济的观点出发，钢得到广泛应用。

含碳量决定钢能达到的硬度。通常用于感应热处理的钢，视其表面的设计硬度要求，含碳量一般为0.40,0.50或0.60％为宜。

要使零件在局部加热之后淬火硬化，钢的含碳量必须达到设计硬度的要求。

双频感应淬火解决这一问题的办法是，严格控制热处理变形，使变形量限制在太多数齿轮的设计要求范围之内。

齿轮淬火处理有其特点，双频感应处理是各种方法中较理想的。在常规处理中，要同时满足一定的硬化层深度及变形要求是困难的，因为两者会相互影响，相互制约。而双频感应方法仅对齿轮的局部提供淬火所必须的能量(比常规生产减少2—3倍)，因此，变形范围及硬化深度均达到设计要求。

生产应用及推广

（1）轮毂轴管整体感应淬火的结果分析将整体感应淬火的轮毂轴管样品切样分析，结果淬火区域连续，圆柱面和圆角淬硬层比较均匀。同时在零件的淬火区域内用洛氏硬度计在不同部位上进行硬度检查， 其硬度比较均匀，硬度值为50~55HRC，能满足产品设计的技术要求。用以上的检验结果与分段工艺淬火结果进行对比分析，其硬度和淬硬层深优于多次分段淬火工艺，调试完成的工艺淬火层连续均匀，且采用了自回火技术，提高了产品的质量，降低了生产成本。因此，整体一次感应淬火完全可以替代于分段感应淬火技术；

（2）轮毂轴管整体一次感应淬火的小批量生产试制经过多方论证及试验对比分析，已经按计划分阶段完成了该零件的工艺试验，小批量试制以及大批量的生产，经过使用表明整体一次应淬火代替分段感应淬火这一工艺改进确实可行，零件生产的各项技术指标及经济指标均已达到和满足设计要求，从很大程度上已经显示出整体一次应淬火这一工艺的优越性和先进性.