大型托輪軸感應淬火的工藝分析

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，高頻感應加熱表面淬火時，一次可以加熱的零件表面，是由高頻變壓器、感應器的效率、設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，當加熱設備一定時，所能加熱的直徑與感應器有效圈的高度有關(guān)。軸外表面連續(xù)加熱時，在瞬時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有效圈的高度決定的。由于托輪軸重量和尺寸較大，超過了一般淬火機床的適應范圍，為此，將托輪軸的一端用臥式淬火機床的卡盤卡緊，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，支承輪可以隨工件轉(zhuǎn)動。齒輪經(jīng)過感應淬火后的表面溫度會比普通的淬火處理高，這是感應淬火的特點，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，當托輪軸放于托車的支承輪上時，支承輪受很大的重力，因此，軸與支承輪之間也會產(chǎn)生較大的摩擦力。

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

帶偏心輪凸輪軸的感應加熱淬火

凸輪軸是廣泛應用于汽車、工程機械、拖拉機等發(fā)動機的重要零件,它與挺桿組成一對摩擦副,其主要作用是保證氣閥定時開啟和關(guān)閉。由于發(fā)動機的高速運轉(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)動機中的工作條件、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。凸輪軸感應淬火機床必須對偏心輪表面淬硬。淬火機床具有兩個工位，淬火變壓器、感應器共兩套,每個工位各一套。雙工位可單獨執(zhí)行淬火程序,可對凸輪軸的各軸承檔、凸輪檔、偏心輪檔單獨進行加熱、淬火。加熱電源系統(tǒng)設備采用晶體管感應加熱電源，輸出功率范圍可調(diào)。因此，在決定感應器與齒側(cè)間隙時要考慮熱膨脹因素，并采用適當?shù)南尬谎b置來保證間隙。淬火機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,是該設備的核心部分，對淬火過程的凸輪軸運動、感應器移動、能量控制、冷卻水和淬火介質(zhì)的冷卻、供給等進行控制,并具有自動監(jiān)測和報警功能,能將故障編碼和主要內(nèi)容顯示在主菜單上。可通過主菜單上的按鈕進行操作,并對程序中各參數(shù)進行修改、保存,實現(xiàn)不同的淬火工藝。

齒輪感應淬火的發(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 )及感應淬火。齒輪感應淬火和滲碳、滲氮相比 ,具有節(jié)能、節(jié)約合金元素、生產(chǎn)周期短、勞動環(huán)境好以及可在線生產(chǎn)等優(yōu)點。因此 ,隨著齒輪感應淬火工藝的不斷改進 ,它在機床、汽車、拖拉機、機車以及回轉(zhuǎn)支承等制造工業(yè)等應用領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用。齒圈感應加熱淬火有四種，沿齒溝感應淬火、逐齒感應淬火、回轉(zhuǎn)感應淬火、雙頻感應淬火。

常規(guī) (單頻 )齒輪感應淬火

機床傳動齒輪使用感應淬火早 ,但受當時感應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 ,此種方法應用極廣 ,并且已有極成熟的工藝與裝備。

汽車半軸感應加熱電源電流頻率及加熱時間的選擇

汽車半軸局部感應加熱時頻率的選擇基于以下兩個因素:

(1) 感應器的電效率,使其力求接近于極限值,這就要求有足夠高的電流頻率,因為電效率隨頻率而提高。

(2) 加熱時間的情況下,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間,使局部加熱必然會產(chǎn)生的局部熱向毛坯非加熱部位的熱傳導會更少。因此,局部感應加熱的效率,基本上取決于電流頻率的正確選擇。齒輪感應淬火的發(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)及感應淬火。電流頻率可依據(jù)半軸坯料的的直徑來選擇電流的頻率。

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間,稱為加熱時間。在給定心表溫度差(如100 ℃溫差規(guī)范)的前提下,加熱時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。

加熱時間的確定非常重要,坯料在感應器內(nèi)實際的加熱時間小于確定的加熱時間, 從感應器內(nèi)出來的坯料的心表溫差將大于100 ℃,而達不到鍛壓需要的溫度要求;如果大于確定的時間,將會造成能耗的增加,工作節(jié)拍延長,生產(chǎn)效率降低,加熱段向非加熱段熱傳導增加,甚至造成加熱段過燒、坯料報廢的嚴重后果。軸承高頻淬火設備加熱速度極快，淬硬層深，易于控制操作，易于實現(xiàn)機械化、自動化，采用感應加熱原理，符合現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的理念，操作間也更加清潔、安全。坯料直徑按直徑來進行加熱時間的計算。