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。在采用非埋入式沿齒溝掃描淬火工藝時(shí)，因感應(yīng)器與零件間的間隙相對(duì)較小，受加熱面的熱輻射，以及鼻部銅管有限尺寸的約束，銅管極易過熱燒壞，使感應(yīng)器損壞。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)。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題了。

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、幾乎沒有保溫時(shí)間 (加熱到溫后立即淬火)。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。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。6)大模數(shù)齒輪采用單齒連續(xù)加熱淬火時(shí)，為保證感應(yīng)器與齒部間隙的一致性，一般采用靠模對(duì)齒溝定位。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)線圈，通過串聯(lián)諧振產(chǎn)生電流，在線圈中形成交變磁場(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，可以滿足大多數(shù)感應(yīng)加熱的工作需求。之后,感應(yīng)器沿圓柱區(qū)向花鍵區(qū)方向移動(dòng),并根據(jù)硬化層深度要求不同,設(shè)定不同的移動(dòng)速度和加熱功率,并冷卻,可以獲得預(yù)期的硬化層。由DSP產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)?？刂七^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。

曲軸淬火感應(yīng)淬火設(shè)備的技術(shù)

曲軸淬火感應(yīng)器，特別是半環(huán)型感應(yīng)器造價(jià)昂貴，因此如何降低造價(jià)，提率及增長(zhǎng)使用壽命已成為主要的目標(biāo)。

已研制出固定式（靜止式）曲軸淬火感應(yīng)器，其特點(diǎn)是：加熱時(shí)工件不轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)能、，感應(yīng)器壽命長(zhǎng)。

根據(jù)生產(chǎn)率和工件構(gòu)造，有幾種設(shè)備的技術(shù)可以適用以下四種主要操作：

1.周圍噴淋 一個(gè)專用的噴淋裝置將保護(hù)氣體帶給進(jìn)行淬火的工件。它可以連接氣體或淬火液回路。在使用的時(shí)候，必須增加一個(gè)圍堵裝置以縮小需要?dú)怏w的區(qū)域。

2.手套式操作箱 對(duì)低產(chǎn)量和半自動(dòng)生產(chǎn)方式而言，手套式操作箱方案是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的方案。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。充氣室的簡(jiǎn)化版早就被證明對(duì)于保護(hù)大、中、小復(fù)合的工件的氣體而言都適用。這個(gè)箱子的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需要來訂制，通常在加工過程中是密封的，系統(tǒng)像半開口容器系統(tǒng)一樣簡(jiǎn)單，以減少結(jié)垢。

3.充氣室 該設(shè)備的設(shè)計(jì)是用于大工件的，并需要有完整的全封閉的工作區(qū)域。從外部對(duì)工件的上下料操作需要一個(gè)自動(dòng)化方案，并且需要適應(yīng)大部件。為減少旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)以及掃描臺(tái)或其他機(jī)械裝置產(chǎn)生的氣流的干擾，可以為系統(tǒng)額外添加一個(gè)局部噴淋器。

齒輪高頻感應(yīng)加熱淬火溫度

加熱溫度及加熱速度是感應(yīng)加熱的基本的工藝參數(shù)， 它直接決定鋼的相變過程和淬火后的組織，是提高和穩(wěn)定高頻表面淬火工藝質(zhì)量的重要保證。

高頻感應(yīng)加熱是由交變電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流和磁滯加熱零件。高頻感應(yīng)加熱速度很快，在相變區(qū)內(nèi)可達(dá)50-500攝氏度/秒，甚至更高。

高頻感應(yīng)快速加熱中，在其他因素相同的條件下，完成相變的條件取決于相變 區(qū)內(nèi)的加熱速度，加熱速度越快，完成相變的溫度就越高。

獲得淬火硬度的溫度，就是完成相變的理想淬火溫度,淬火組織為隱針狀 或細(xì)針狀馬氏體。若低于該淬火溫度下淬火，則淬火組織中出現(xiàn)屈氏體和少量鐵素體；若高于該溫度淬火，則得針狀或粗針狀馬氏體。

淬火溫度的選擇，主要決定于零件的服役條件，如以提高表面耐磨性為主，不 受沖擊的零件，可選擇獲得硬度的淬火溫度。