大型托輪軸感應(yīng)淬火的工藝分析

大型托輪軸的材料為40Cr鋼，重量約900-1200kg,兩端表面淬火硬度為HRC通40~45，淬硬層深度＞0.4mm.在通常情況下，高頻感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，一次可以加熱的零件表面，是由高頻變壓器、感應(yīng)器的效率、設(shè)備的輸出功率及零件加熱所需的單位功率決定。軸類零件的外表面加熱淬火，當(dāng)加熱設(shè)備一定時(shí)，所能加熱的直徑與感應(yīng)器有效圈的高度有關(guān)。軸外表面連續(xù)加熱時(shí)，在瞬時(shí)加熱面積一定的情況下，加熱帶的寬度和所能加熱的軸的直徑成反比，加熱帶的寬度是由感應(yīng)有效圈的高度決定的。由于托輪軸重量和尺寸較大，超過(guò)了一般淬火機(jī)床的適應(yīng)范圍，為此，將托輪軸的一端用臥式淬火機(jī)床的卡盤卡緊，中部置于新制作的托車的支承輪上，為了避免劃傷軸的表面，支承輪用黃銅制作。淬火時(shí)，支承輪可以隨工件轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪經(jīng)過(guò)感應(yīng)淬火后的表面溫度會(huì)比普通的淬火處理高，這是感應(yīng)淬火的特點(diǎn)，這也可以稱為超硬現(xiàn)象。托車可以固定于支架的軌道上滾動(dòng)，當(dāng)托輪軸放于托車的支承輪上時(shí)，支承輪受很大的重力，因此，軸與支承輪之間也會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力。

托輪軸的感應(yīng)加熱表面淬火表明，適當(dāng)減小通常沿用的淬火感應(yīng)圈有效圈的高度，可以增大軸類淬火的直徑，再對(duì)淬火機(jī)床稍作改裝，就可以在一定范圍內(nèi)解決大型軸類的表面淬火問(wèn)題了。

帶偏心輪凸輪軸的感應(yīng)加熱淬火

凸輪軸是廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、拖拉機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件,它與挺桿組成一對(duì)摩擦副,其主要作用是保證氣閥定時(shí)開啟和關(guān)閉。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)以及氣門挺桿的沖擊和磨損,在工作中除承受一定的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷外,還要求具有良好的強(qiáng)度和表面耐磨性等。凸輪軸材料的選用主要取決于其在發(fā)動(dòng)機(jī)中的工作條件、使用狀況等。目前制造凸輪軸的材料、工藝種類較多,可分為鋼和鑄鐵兩大類。凸輪軸感應(yīng)淬火機(jī)床必須對(duì)偏心輪表面淬硬。淬火機(jī)床具有兩個(gè)工位，淬火變壓器、感應(yīng)器共兩套,每個(gè)工位各一套。雙工位可單獨(dú)執(zhí)行淬火程序,可對(duì)凸輪軸的各軸承檔、凸輪檔、偏心輪檔單獨(dú)進(jìn)行加熱、淬火。加熱電源系統(tǒng)設(shè)備采用晶體管感應(yīng)加熱電源，輸出功率范圍可調(diào)。因此，在決定感應(yīng)器與齒側(cè)間隙時(shí)要考慮熱膨脹因素，并采用適當(dāng)?shù)南尬谎b置來(lái)保證間隙。淬火機(jī)床控制部分該控制系統(tǒng)由西門子S840D數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成,是該設(shè)備的核心部分，對(duì)淬火過(guò)程的凸輪軸運(yùn)動(dòng)、感應(yīng)器移動(dòng)、能量控制、冷卻水和淬火介質(zhì)的冷卻、供給等進(jìn)行控制,并具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能,能將故障編碼和主要內(nèi)容顯示在主菜單上。可通過(guò)主菜單上的按鈕進(jìn)行操作,并對(duì)程序中各參數(shù)進(jìn)行修改、保存,實(shí)現(xiàn)不同的淬火工藝。

齒輪感應(yīng)淬火的發(fā)展

齒輪的硬齒面熱處理工藝主要有 :滲碳 (和碳氮共滲 )、滲氮 (和軟氮化 )及感應(yīng)淬火。齒輪感應(yīng)淬火和滲碳、滲氮相比 ,具有節(jié)能、節(jié)約合金元素、生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)環(huán)境好以及可在線生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此 ,隨著齒輪感應(yīng)淬火工藝的不斷改進(jìn) ,它在機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車以及回轉(zhuǎn)支承等制造工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。齒圈感應(yīng)加熱淬火有四種，沿齒溝感應(yīng)淬火、逐齒感應(yīng)淬火、回轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火、雙頻感應(yīng)淬火。

常規(guī) (單頻 )齒輪感應(yīng)淬火

機(jī)床傳動(dòng)齒輪使用感應(yīng)淬火早 ,但受當(dāng)時(shí)感應(yīng)淬火電源頻率的限制 ,大部分仍采用高頻200kHz或中頻 25～8kHz電應(yīng)淬火。此種工藝常得到全齒淬硬或半齒淬硬的齒輪。

單齒一次加熱或掃描淬火

單齒一次加熱淬火中頻 8～10kHz常用于m =8mm以上的大模數(shù)齒輪。沿齒溝掃描淬火　沿齒溝掃描淬火主要用于m =6mm以上的直齒輪及斜齒輪 ,此種方法應(yīng)用極廣 ,并且已有極成熟的工藝與裝備。

汽車半軸感應(yīng)加熱電源電流頻率及加熱時(shí)間的選擇

汽車半軸局部感應(yīng)加熱時(shí)頻率的選擇基于以下兩個(gè)因素:

(1) 感應(yīng)器的電效率,使其力求接近于極限值,這就要求有足夠高的電流頻率,因?yàn)殡娦孰S頻率而提高。

(2) 加熱時(shí)間的情況下,保證工藝需要的心表溫差,即要求適度降低電流頻率。高的電效率短的加熱時(shí)間,使局部加熱必然會(huì)產(chǎn)生的局部熱向毛坯非加熱部位的熱傳導(dǎo)會(huì)更少。因此,局部感應(yīng)加熱的效率,基本上取決于電流頻率的正確選擇。齒輪感應(yīng)淬火的發(fā)展齒輪的硬齒面熱處理工藝主要有:滲碳(和碳氮共滲)、滲氮(和軟氮化)及感應(yīng)淬火。電流頻率可依據(jù)半軸坯料的的直徑來(lái)選擇電流的頻率。

坯料以給定的心表溫度差由起始溫度(這里取600 ℃)加熱到鍛壓溫度所需要的時(shí)間,稱為加熱時(shí)間。在給定心表溫度差(如100 ℃溫差規(guī)范)的前提下,加熱時(shí)間只取決于電流的頻率(它決定電流透入深度)、坯料的物理性質(zhì)(導(dǎo)熱性)以及坯料的直徑(坯料的直徑減去電流透入深度決定了平均熱傳導(dǎo)的距離)。具體采用何種工藝主要由客戶要求、自身工藝控制水平及生產(chǎn)效率成本等因素而定。

加熱時(shí)間的確定非常重要,坯料在感應(yīng)器內(nèi)實(shí)際的加熱時(shí)間小于確定的加熱時(shí)間, 從感應(yīng)器內(nèi)出來(lái)的坯料的心表溫差將大于100 ℃,而達(dá)不到鍛壓需要的溫度要求;如果大于確定的時(shí)間,將會(huì)造成能耗的增加,工作節(jié)拍延長(zhǎng),生產(chǎn)效率降低,加熱段向非加熱段熱傳導(dǎo)增加,甚至造成加熱段過(guò)燒、坯料報(bào)廢的嚴(yán)重后果。軸承高頻淬火設(shè)備加熱速度極快，淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，采用感應(yīng)加熱原理，符合現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的理念，操作間也更加清潔、安全。坯料直徑按直徑來(lái)進(jìn)行加熱時(shí)間的計(jì)算。