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感應(yīng)淬火技術(shù)在風電增速齒輪箱內(nèi)齒圈上的應(yīng)用

在齒輪的強化方法中，感應(yīng)淬火與調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮一起構(gòu)成四大基礎(chǔ)工藝?？紤]到生產(chǎn)實際，在風電增速箱內(nèi)齒圈的批量生產(chǎn)中采用滲氮或感應(yīng)淬火工藝可以獲得比較高的生產(chǎn)效率及較低的生產(chǎn)成本。05ｍｍ,系統(tǒng)的移動速度應(yīng)均勻平穩(wěn),能在規(guī)定的不同位置停留,在不同區(qū)域以不同的規(guī)定速度工作,這樣才能保證工件不同截面及尺寸過渡區(qū)的硬化層深度達到工藝要求,產(chǎn)品質(zhì)量連續(xù)、穩(wěn)定、可靠。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。根據(jù)ISO6336標準，對于模數(shù)大于16的齒輪件就不再推薦使用氮化工藝提高表面硬度，故對模數(shù)大于16的內(nèi)齒圈推薦采用感應(yīng)淬火工藝進行加工。

1.感應(yīng)淬火工藝

風電增速箱內(nèi)齒圈一般采用逐/隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進行感應(yīng)淬火。采用設(shè)計制造合理的感應(yīng)器，配合的工藝參數(shù)控制，可以生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良、穩(wěn)定的感應(yīng)淬火齒圈。

2.感應(yīng)淬火的優(yōu)缺點

將感應(yīng)淬火技術(shù)應(yīng)用于風電增速箱內(nèi)齒圈上，不僅具有生產(chǎn)、節(jié)約能源、環(huán)境污染小以及易于實現(xiàn)自動化等感應(yīng)淬火共有優(yōu)點，還具有以下特點：

（1）相比于氮化，其對基體硬度和組織要求可以適當放寬。

（2）相比于滲碳淬火，工件不是整體加熱，變形較小，故相應(yīng)磨量較小，設(shè)計放模量可減少，且后續(xù)生產(chǎn)加工成本較低。

（3）批量生產(chǎn)時交貨期短，滿足一些客戶需求。

（4）便于機械化和自動化，設(shè)備緊湊，使用方便，勞動條件好。

但使用感應(yīng)淬火技術(shù)對內(nèi)齒圈進行加工，尚有以下困難及缺點待克服：新齒形產(chǎn)品工藝試驗周期較長，感應(yīng)器設(shè)計/相關(guān)工藝參數(shù)選擇需要慎之又慎；不能實現(xiàn)全齒寬淬硬。目前可滿足設(shè)計上80%齒寬高符合工藝要求，這一點也是未來需要改進和克服的地方；批量生產(chǎn)時，發(fā)生批量事故風險較大，需要嚴格的質(zhì)量控制體系和較高的質(zhì)量控制水平來進行控制。制動凸輪感應(yīng)器，由于工件要求的淬硬部位為兩個圓弧面，現(xiàn)代制動凸輪感應(yīng)器大都設(shè)計成仿形結(jié)構(gòu)。

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。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)。低淬透性鋼齒輪感應(yīng)淬火樣品這種工藝有如下優(yōu)點:(1)對感應(yīng)加熱電源要求不高(常用8kHz、100kW),即不需要特殊的頻率及高的功率密度,設(shè)備投資費用少。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。

車軸感應(yīng)淬火技術(shù)的發(fā)展

車軸是機車車輛中的部件之一,它直接關(guān)系到鐵道車輛行車安全。從19世紀中到20世紀初,各國對車軸的疲勞斷裂進行了大量的研究,如科學家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸車軸進行車軸疲勞斷裂的研究,日本也對實物車軸進行了大量的試驗研究。對車軸疲勞強度和疲勞斷裂機理已研究很清楚,但鐵路車輛車軸疲勞斷裂依然存在。例如,在俄羅斯僅1993年在運用的220～250萬根車軸中,因疲勞裂紋而報廢的就達6800根。法國在高速鐵路系統(tǒng)的定期檢修中,將輪座磨去0.5mm深,以防止再次裂紋萌生。車軸表面強化工藝的選擇對于絕大部分軸類零件,通常采用高頻或中頻表面淬火來提高其使用壽命。在日本新干線使用的所有車軸,運行 45萬公里后,用磁粉探傷儀進行檢查,每年進行磁粉探傷的車軸總數(shù)約2萬根。隨著高速鐵路在世界各國的興起和不斷發(fā)展,對車軸的安全使用性能提出了更高的要求。強化車軸表面,是提高車軸斷裂的重要措施。無論是法國、日本還是德國對高速運行下的車軸都進行了大量的研究和應(yīng)用,日本、法國均采用低碳鋼制造車軸,并進行表面感應(yīng)淬火處理。日本新干線的使用結(jié)果表明,這種車軸經(jīng)表面感應(yīng)淬火后,克服了車軸的斷裂,確保了行車安全。車軸材料我國的機車、車輛均采用碳素鋼車軸,縱觀總體情況,應(yīng)該說碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。對于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼,我國還沒有成熟的技術(shù)。由于各國的國情不同 ,技術(shù)觀點不同 ,選用的車軸材料不盡相同,但都屬于低碳鋼范疇。

感應(yīng)淬火低碳鋼車軸表面采用感應(yīng)淬火是提高其疲勞壽命為經(jīng)濟而有效的方法。大型軸承圈滾道中頻感應(yīng)淬火鋼平面滾道軸承是火箭、、發(fā)射裝置中用于回轉(zhuǎn)支承的重要部件。日本對此進行了詳細的試驗研究 ,并成功地運用在高速鐵路上。日本新干線在這方面工作早在 1948年就開始了 ,碳素鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 ,再沿車軸縱向進行表面感應(yīng)加熱淬火 ,在淬硬層內(nèi)獲得非常細的馬氏體組織 ,使其表面硬度顯著增加。

感應(yīng)加熱表面淬火在汽車末端齒輪上的應(yīng)用

滲碳處理是目前汽車和拖拉機重載齒輪主要的熱處理淬火方式。但是，經(jīng)過這種處理后的零件加工性不高，因為厚度不大的齒冠會產(chǎn)生徑向和端面變形。

對齒輪的每個齒進行感應(yīng)加熱后再進行冷卻淬火的方式，齒輪的耐磨性不亞于滲碳方式處理過的齒輪。

對于感應(yīng)加熱表面淬火復雜的過程是保證感應(yīng)器與淬火表面之間的固定間隙。通過的定位控制，以確保感應(yīng)器與齒輪淬火面的間隙保持在一定的誤差范圍內(nèi)。齒輪鏈輪淬火設(shè)備在選型時容易走進的三個誤區(qū)市面上齒輪鏈輪淬火設(shè)備分很多種，不是很熟門熟路的消費者在選擇的時候往往會走進誤區(qū)。為了使沿齒面輪廓的淬火層達到均勻的厚度，在淬火時待加工表面相對于感應(yīng)器的移動速度要平穩(wěn)地由齒頂處的值變化至值。利用運動的感應(yīng)器從一個齒頂經(jīng)齒窩到達下一個相鄰的齒頂，使工作面很窄小的區(qū)域被加熱和冷卻，這種對齒 面持續(xù)不斷淬火的方法有重大的工藝優(yōu)越性。

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