凸輪軸感應(yīng)淬火

感應(yīng)加熱淬火具有加熱速度快，生產(chǎn)，工件氧化脫碳少、淬火畸變小，勞動(dòng)條件好，無(wú)污染和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于凸輪軸感應(yīng)淬火，傳統(tǒng)滲碳爐裝載量少，且淬火質(zhì)量不高。淬火機(jī)床采用凸輪軸雙工位感應(yīng)淬火機(jī)床，該設(shè)備感應(yīng)加熱電源采用IGBT (與SCR可控硅相比，可靠性與節(jié)能效果更好，頻率適配范圍寬)。淬火機(jī)床可以嚴(yán)格控制冷卻液噴射時(shí)間，使工件既能獲得足夠的表面硬度，又不會(huì)因冷卻過(guò)于劇烈而開(kāi)裂。淬火機(jī)床上的中頻變壓器連接加熱用感應(yīng)器一起可沿車(chē)軸縱向上下移動(dòng),移動(dòng)速度采用變頻連續(xù)可調(diào)。凸輪軸淬火位置的調(diào)試首先根據(jù)凸輪軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，在程序中確定各檔相對(duì)位置。通過(guò)肉眼觀(guān)察感應(yīng)器的位置及加熱效果完成粗調(diào)，粗調(diào)并試淬后，進(jìn)行金相分析測(cè)定淬硬層的分布狀況，再進(jìn)行位置微調(diào)。在確定加熱功率和淬火液濃度后，為了保證淬硬層深度達(dá)到技術(shù)要求，還需要確定合適的加熱時(shí)問(wèn)，以保證在滿(mǎn)足技術(shù)要求的前提下，提高生產(chǎn)效率。

大模數(shù)齒輪淬火用感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)

與感應(yīng)加熱表面淬火相比，滲碳淬火雖可以使齒面達(dá)到很高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的抗彎曲強(qiáng)度及良好的耐磨性，但熱處理周期長(zhǎng)，淬火變形大，因此世界上工業(yè)化國(guó)家在生產(chǎn)大模數(shù)重載齒輪軸逐漸開(kāi)始采用感應(yīng)加熱電源淬火，其特點(diǎn)是加熱速度快、幾乎沒(méi)有保溫時(shí)間 (加熱到溫后立即淬火)。如果要使轉(zhuǎn)子軸心部淬火硬度達(dá)到規(guī)定要求,必須要按淬火工藝進(jìn)行感應(yīng)回火。目前以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 和復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD) 為核心的感應(yīng)加熱電源，已經(jīng)科技取代進(jìn)口設(shè)備。

基于 DSP 的感應(yīng)加熱電源主要包括主電路與控制電路兩部分，主電路包括整流和逆變兩部分。軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種重要零部件，主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度。主電路整流部分輸入為380V/50 Hz 工頻交流電壓，經(jīng)三相不控橋式整流后，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，輪流?dǎo)通和關(guān)斷逆變橋器件，在逆變器的輸出端獲得交變的方波電壓，經(jīng)高頻逆變變壓器耦合輸出到諧振電容和感應(yīng)線(xiàn)圈，通過(guò)串聯(lián)諧振產(chǎn)生電流，在線(xiàn)圈中形成交變磁場(chǎng)，對(duì)工件進(jìn)行感應(yīng)加熱。

由于感應(yīng)加熱用IGBT器件工作頻率在20至100kHz，可以滿(mǎn)足大多數(shù)感應(yīng)加熱的工作需求。由DSP產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為集膚效應(yīng)?？刂七^(guò)程中融入恒流PID和數(shù)字鎖相環(huán)運(yùn)算、PWM 波形輸出頻率實(shí)時(shí)性和高分辨率移相 PWM 及死區(qū)時(shí)間控制，計(jì)算時(shí)間短，計(jì)算量大，要求系統(tǒng)有較高的運(yùn)算速度和精度；需要同時(shí)對(duì)多個(gè)電流、電壓值進(jìn)行采樣分析，要求系統(tǒng)有較強(qiáng)的并行處理能力，能完成系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、顯示等功能。

齒輪雙頻感應(yīng)加熱過(guò)程及齒輪材質(zhì)的選擇

雙頻加熱的原理是使用低高兩種頻率的熱源。首先，以較低頻率的熱源加熱(3—10kHz)，為齒輪預(yù)熱提供所需能量。

隨后，立即進(jìn)行高頻熱源加熱，頻率范圍100-250kHz之間。頻率選擇依齒輪尺寸及周節(jié)大小而定。高頻熱源將迅速使全部齒輪外表面加熱至淬火溫度，然后齒輪立即淬火，獲得設(shè)計(jì)所規(guī)定的硬度。

在雙頻加熱中，固定在心軸上旋轉(zhuǎn)著的齒輪接受預(yù)熱，隨后一個(gè)快速“脈沖使之達(dá)到終適宜的淬火溫度后，工件被送入水中淬火。全部過(guò)程共需30秒鐘。

這一過(guò)程為計(jì)算機(jī)所控制。由于加熱速度快，表面無(wú)氧化、脫碳現(xiàn)象，外觀(guān)質(zhì)量及心部材料的性能仍保持不變。

制造齒輪有多種材料，從工藝及經(jīng)濟(jì)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，鋼得到廣泛應(yīng)用。

含碳量決定鋼能達(dá)到的硬度。通常用于感應(yīng)熱處理的鋼，視其表面的設(shè)計(jì)硬度要求，含碳量一般為0.40,0.50或0.60％為宜。

要使零件在局部加熱之后淬火硬化，鋼的含碳量必須達(dá)到設(shè)計(jì)硬度的要求。

雙頻感應(yīng)淬火解決這一問(wèn)題的辦法是，嚴(yán)格控制熱處理變形，使變形量限制在太多數(shù)齒輪的設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。

齒輪淬火處理有其特點(diǎn)，雙頻感應(yīng)處理是各種方法中較理想的。在常規(guī)處理中，要同時(shí)滿(mǎn)足一定的硬化層深度及變形要求是困難的，因?yàn)閮烧邥?huì)相互影響，相互制約。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,經(jīng)常對(duì)軸的中心部有硬度要求,一般需要到專(zhuān)業(yè)的熱處理生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行熱處理,這樣就帶來(lái)了加工周期長(zhǎng)、成本高等不足。而雙頻感應(yīng)方法僅對(duì)齒輪的局部提供淬火所必須的能量(比常規(guī)生產(chǎn)減少2—3倍)，因此，變形范圍及硬化深度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

齒輪雙頻淬火

1.  齒輪雙頻淬火機(jī)理

齒輪雙頻淬火的機(jī)理是先用較低頻率進(jìn)行齒輪預(yù)熱，然后在進(jìn)行高頻加熱。

2.  雙頻齒輪淬火法

齒輪雙頻淬火可由兩種方法實(shí)現(xiàn)，即同時(shí)加熱法：一次加熱齒輪全部加熱表面；掃描加熱法：齒輪依次通過(guò)中頻預(yù)熱及高頻加熱感應(yīng)器。掃描淬火法所需電源功率比同時(shí)加熱法要小。

雙頻齒輪感應(yīng)淬火工藝適用于大批量齒輪生產(chǎn)，能取代滲碳齒輪方式。