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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，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轴淬火设备，已经科技取代进口设备齿轮淬火设备。

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轴淬火设备。

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花键轴淬火设备，能完成系统要求的数据存储、传输、显示等功能。

从动齿圈中频感应加热预淬火

从动齿圈是联合收割机差速器总成中的关键零件。技术要求感应淬火后齿顶和齿根部硬度为50～60HRC。

从动齿圈采用整体预热后高频加热淬火方式,可使齿部与心部的温差减小,降低齿顶和齿根传热条件不同而引起的温度差异,获得沿齿廓分布的淬硬层。另外,考虑到操作方便,直接采用中频进行齿部预热后二次加热淬火。零件淬火后留自回火温度200～250 ℃,同时规定淬火和回火时间间隔不得超过2小时,有效防止淬火裂纹的产生。

1. 从动齿圈采用齿部预热后中频加热淬火方式,可以显著降低由于齿顶和齿根传热条件不同而导致的温度差异,从而获得沿齿廓分布的淬硬层。

2. 在对齿宽较宽的盘状类齿轮整体加热的感应器设计时,感应器的高度应比齿圈的齿宽小1～2 mm,以减小加热时的尖角效应。

3. 随着数控淬火机床的发展,如果采用数控机床,可以实现两次加热采用不同的工艺参数,则能够取得更好的效果。

锥齿轮高频感应加热淬火工艺

锥齿轮用于拖拉机产品中，其齿部要求高频表面淬火，圆柱形感应器进行工艺试验,发现工件淬火硬度不均, 不能满足产品技术要求。

与齿部形状相一致的锥形感应器,通过工艺试验,满足了产品技术要求。

产品的材质为45钢，热处理调质硬度25-30HRC，齿部要求表面淬火，淬火硬度40-50HRC。

齿部高频淬火采用感应淬火设备。采用同时加热喷水冷却。高频感应淬火所用 感应器为锥形感应器,感应器与齿部大端面之间间隙为2mm。

通过生产实践，采用锥形感应器对锥齿轮齿部进行高频淬火，回火后测得齿部表面淬火硬度均在40-50HRC之间，产品质量稳定，满足生产需求及产品技术要求。

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。

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。