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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,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,因感應(yīng)器與零件間的間隙相對較小,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,當加熱設(shè)備一定時,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,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(yīng)有效圈的高度決定的。由于托輪軸重量和尺寸較大,超過了一般淬火機床的適應(yīng)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。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(yīng)加熱表面淬火表明,適當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。
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到很高的接觸疲勞強度、高的抗彎曲強度及良好的耐磨性,但熱處理周期長,淬火變形大,因此世界上工業(yè)化國家在生產(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,其特點是加熱速度快、幾乎沒有保溫時間 (加熱到溫后立即淬火)。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(yīng)有效圈的高度決定的。目前以數(shù)字信號處理器(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,為保證感應(yīng)器與齒部間隙的一致性,一般采用靠模對齒溝定位。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,對工件進行感應(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,并根據(jù)硬化層深度要求不同,設(shè)定不同的移動速度和加熱功率,并冷卻,可以獲得預(yù)期的硬化層。由DSP產(chǎn)生PWM脈沖信號??刂七^程中融入恒流PID和數(shù)字鎖相環(huán)運算、PWM 波形輸出頻率實時性和高分辨率移相 PWM 及死區(qū)時間控制,計算時間短,計算量大,要求系統(tǒng)有較高的運算速度和精度;需要同時對多個電流、電壓值進行采樣分析,要求系統(tǒng)有較強的并行處理能力,能完成系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)存儲、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)器造價昂貴,因此如何降低造價,提率及增長使用壽命已成為主要的目標。
已研制出固定式(靜止式)曲軸淬火感應(yīng)器,其特點是:加熱時工件不轉(zhuǎn)動,節(jié)能、,感應(yīng)器壽命長。
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 一個專用的噴淋裝置將保護氣體帶給進行淬火的工件。它可以連接氣體或淬火液回路。在使用的時候,必須增加一個圍堵裝置以縮小需要氣體的區(qū)域。
2.手套式操作箱 對低產(chǎn)量和半自動生產(chǎn)方式而言,手套式操作箱方案是經(jīng)濟、簡單的方案。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。充氣室的簡化版早就被證明對于保護大、中、小復(fù)合的工件的氣體而言都適用。這個箱子的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際需要來訂制,通常在加工過程中是密封的,系統(tǒng)像半開口容器系統(tǒng)一樣簡單,以減少結(jié)垢。
3.充氣室 該設(shè)備的設(shè)計是用于大工件的,并需要有完整的全封閉的工作區(qū)域。從外部對工件的上下料操作需要一個自動化方案,并且需要適應(yīng)大部件。為減少旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動以及掃描臺或其他機械裝置產(chǎn)生的氣流的干擾,可以為系統(tǒng)額外添加一個局部噴淋器。
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。