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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轧辊淬火设备，但热处理周期长齿轮淬火设备，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轴淬火设备，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，计算时间短花键轴淬火设备，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。

汽车半轴感应加热电源电流频率及加热时间的选择

汽车半轴局部感应加热时频率的选择基于以下两个因素:

(1) 感应器的电效率,使其力求接近于极限值,这就要求有足够高的电流频率,因为电效率随频率而提高。

(2) 加热时间的情况下,保证工艺需要的心表温差,即要求适度降低电流频率。高的电效率短的加热时间,使局部加热必然会产生的局部热向毛坯非加热部位的热传导会更少。因此,局部感应加热的效率,基本上取决于电流频率的正确选择。电流频率可依据半轴坯料的的直径来选择电流的频率。

坯料以给定的心表温度差由起始温度(这里取600 ℃)加热到锻压温度所需要的时间,称为加热时间。在给定心表温度差(如100 ℃温差规范)的前提下,加热时间只取决于电流的频率(它决定电流透入深度)、坯料的物理性质(导热性)以及坯料的直径(坯料的直径减去电流透入深度决定了平均热传导的距离)。

加热时间的确定非常重要,坯料在感应器内实际的加热时间小于确定的加热时间, 从感应器内出来的坯料的心表温差将大于100 ℃,而达不到锻压需要的温度要求;如果大于确定的时间,将会造成能耗的增加,工作节拍延长,生产效率降低,加热段向非加热段热传导增加,甚至造成加热段过烧、坯料报废的严重后果。坯料直径按直径来进行加热时间的计算。

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。

感应加热表面淬火在齿轮传动件上的应用

机械制造技术的进步向从事感应淬火工艺和设备工作的技术人员提出了愈来愈多的难题。为解决这些难题，必须研制新的技术装备和采用新的工艺方法。

齿轮传动件工作时承受各种类型的载荷，为提高零件在各种服役条件下的强度和寿命， 对热处理提出了许多具体的要求。比如：只要在浅淬硬层的表面获得高硬度就可以提高表面耐磨性。对于重载齿轮， 应增大轮齿高接触载荷区即接近节圆直径的淬硬层。沿齿廓即齿部和齿根淬火会提高在交变载荷下工作的齿轮的弯曲疲劳强度。淬硬层在齿根处断开或齿根部淬硬层太浅，易产生应力集中，是很危险的。需解决的主要问题是选择工作频率和淬火方法，淬火方法对淬火感应器的研制提出了很高的要求。特殊设计感应器能够仿齿沟形状的淬硬层，这与工件中感应涡流的路径有关。

在齿轮感应淬火领域，可为客户提供：齿轮单齿淬火、齿轮整体淬火、大型齿轮淬火解决方案。整套淬火设备包括：晶体管感应加热电源、淬火机床、设备冷却系统及控制系统，可实现齿轮淬火过程全部自动化。

感应加热表面淬火在汽车末端齿轮上的应用

渗碳处理是目前汽车和拖拉机重载齿轮主要的热处理淬火方式。但是，经过这种处理后的零件加工性不高，因为厚度不大的齿冠会产生径向和端面变形。

对齿轮的每个齿进行感应加热后再进行冷却淬火的方式，齿轮的耐磨性不亚于渗碳方式处理过的齿轮。

对于感应加热表面淬火复杂的过程是保证感应器与淬火表面之间的固定间隙。通过的定位控制，以确保感应器与齿轮淬火面的间隙保持在一定的误差范围内。为了使沿齿面轮廓的淬火层达到均匀的厚度，在淬火时待加工表面相对于感应器的移动速度要平稳地由齿顶处的值变化至值。利用运动的感应器从一个齿顶经齿窝到达下一个相邻的齿顶，使工作面很窄小的区域被加热和冷却，这种对齿 面持续不断淬火的方法有重大的工艺优越性。

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长轴棒料感应调质处理技术要求、注意事项及工艺方法

长轴淬火后必须达到以下三点要求：

1. 工件淬火后不开裂。

2. 工件控制淬火变形(含变形数不超过预备量)。

3. 工件淬火启硬度符合图纸技术要求。

长轴类零件热处理控制淬火变形韵操作注意事项：

1. 做好淬火前的准备工作，了解图纸的技术要求，鉴别钢材，检查工件表面缺陷等。

2. 固定后进行加热。

3. 检查工件加热前的变形是否大于0.2毫米。

4. 工件加热时要缓慢升温，一直升到组织变化温度 。

5. 工件淬火冷却时必须预冷淬火。

6. 工件淬火冷却必须在静水中进行，不能在循环水池中进行。

7. 细长的轴淬火前先经次预热用500至600摄氏度，第二次预热用600至650摄氏度完成后，零件以60摄氏度／小时再缓慢升温到零件所要求的加热淬火温度。