朱國(guó)元

（常州東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)有限公司,江蘇常州213012）

1 問(wèn)題的提出

拖拉機(jī)半軸的中頻淬火是典型的熱處理工藝，一般中頻淬火工藝是感應(yīng)淬火＋低溫回火。我公司的中頻感應(yīng)淬火是由一臺(tái)立式中頻淬火機(jī)（如圖 1）承擔(dān)，低溫回火由箱式加熱爐承擔(dān)，立式淬火機(jī)的工作原理是機(jī)床通過(guò)頂尖帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)（350r/min）并在感應(yīng)線圈中以5～10mm/s的速度向下移動(dòng)，中頻電源（4100Hz/100kW）驅(qū)動(dòng)淬火變壓器工作使固定不動(dòng)的感應(yīng)線圈加熱，冷卻中頻電源、淬火變壓器及感應(yīng)線圈的內(nèi)外循環(huán)冷卻系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)始工作，淬火結(jié)束時(shí)工件已基本浸入水中，已淬火的工件集中放入箱式爐中進(jìn)行低溫回火（180℃～230℃），保溫90～120min后將工件取出空冷至常溫，這樣就完成了中頻淬火的全過(guò)程，立式淬火機(jī)由于其設(shè)備陳舊及缺乏數(shù)控系統(tǒng)，造成工件不同外圓的淬火硬度和深度均不同，隨著我公司輪拖質(zhì)量和產(chǎn)量逐年提升，原先的立式淬火機(jī)已不能滿足生產(chǎn)要求。

2 中頻淬回火專機(jī)的調(diào)研及設(shè)計(jì)要求

近年來(lái)，為了提高工藝水平，我公司多次組織工藝人員到日本井關(guān)（拖拉機(jī)）公司進(jìn)修及訪問(wèn)，在井關(guān)公司機(jī)加工車(chē)間里，工藝人員看到他們的半軸中頻淬火工藝是在一臺(tái)機(jī)床上完成的，即感應(yīng)淬火線圈在半軸上走一個(gè)來(lái)回（4～5min）就完成了感應(yīng)淬火+低溫回火的中頻淬火熱處理過(guò)程。為盡快提升中頻淬火的加工質(zhì)量及生產(chǎn)能力，公司決定學(xué)習(xí)日本的先進(jìn)技術(shù)，自主設(shè)計(jì)改造臥式半軸中頻淬回火專機(jī)。

半軸中頻淬回火專機(jī)（見(jiàn)圖2）主要由淬火電源、回火電源、淬火變壓器和感應(yīng)線圈、用于冷卻淬回火電源、淬火變壓器及感應(yīng)線圈的內(nèi)部循環(huán)冷卻水裝置、感應(yīng)線圈外部循環(huán)冷卻水裝置、驅(qū)動(dòng)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)和感應(yīng)線圈運(yùn)行的機(jī)床以及操作控制臺(tái)等七部分組成。在專機(jī)改造啟動(dòng)之前，為了獲得可靠的熱處理技術(shù)的支持，我們對(duì)杭州、蘇州及無(wú)錫等許多熱處理電器公司進(jìn)行了調(diào)研，最終選擇了一家無(wú)錫電器公司。

3 中頻淬回火專機(jī)的工作原理及改造

在無(wú)錫電器公司（該公司提供淬火變壓器、淬回火電源及內(nèi)部冷卻循環(huán)裝置）的合作支持下，我公司對(duì)一臺(tái)已經(jīng)報(bào)廢多年的半自動(dòng)仿形車(chē)床進(jìn)行了修復(fù)改造，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)主電機(jī)（由11kW改為3kW）、皮帶輪、尾架頂尖和交換齒輪等恢復(fù)改進(jìn)了機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)床轉(zhuǎn)速（350r/min）滿足中頻淬火工藝的要求，設(shè)計(jì)了數(shù)控系統(tǒng)及氣動(dòng)裝置，取代了機(jī)床原有的液壓系統(tǒng)及刀架，使該機(jī)床能攜帶淬火變壓器和感應(yīng)線圈以不同的速度運(yùn)行，從而確保半軸各檔外圓表面獲得相同的硬度和深度。

中頻淬火的工作原理是首先機(jī)床主電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)半軸旋轉(zhuǎn)，其次數(shù)控電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)淬火變壓器及感應(yīng)線圈在半軸上向左移動(dòng)，然后淬火電源按設(shè)定頻率和功率（淬火頻率3100Hz，功率80kW）驅(qū)動(dòng)淬火變壓器工作，使感應(yīng)線圈加熱至850℃～900℃，同時(shí)用于冷卻淬火電源、感應(yīng)線圈及淬火變壓器的內(nèi)外部冷卻水開(kāi)始循環(huán)冷卻供水。線圈走到終點(diǎn)時(shí)淬火電源停止工作并切換到50kW的回火電源（回火頻率800Hz）工作，線圈外部冷卻水同時(shí)停止供水（內(nèi)部冷卻循環(huán)系統(tǒng)由淬火電源轉(zhuǎn)換到回火電源），回火電源按設(shè)定頻率和功率（淬火頻率800Hz，功率50kW）驅(qū)動(dòng)線圈低溫加熱至250℃～300℃，線圈開(kāi)始從終點(diǎn)走回到起點(diǎn)，線圈回到起點(diǎn)時(shí)，機(jī)床、回火電源及內(nèi)部冷卻系統(tǒng)停止工作。

4 中頻淬回火專機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

專機(jī)改造的主要部件是淬回火電源、淬火變壓器及感應(yīng)線圈，而淬回火電源和淬火變壓器是熱處理電器專業(yè)公司的成熟產(chǎn)品，因此專機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是感應(yīng)淬火線圈的設(shè)計(jì)與制造。在電器公司設(shè)計(jì)的感應(yīng)線圈兩次試驗(yàn)失敗的情況下，我公司決定自主設(shè)計(jì)制造，我們?cè)诳偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈采用45°角噴射冷卻水，既保證了淬火硬度及深度的要求，又保證了工件的冷卻效果。最初由于我們對(duì)感應(yīng)線圈的內(nèi)部冷卻要求沒(méi)有完全掌握，導(dǎo)致感應(yīng)線圈在試驗(yàn)中因局部發(fā)熱而燒壞，根據(jù)燒壞的部位，我們確定感應(yīng)線圈燒壞的原因是冷卻水在盲孔部位不能流動(dòng)而形成積水，積水的溫度隨著感應(yīng)線圈加熱而不斷升高，這種現(xiàn)象必然造成感應(yīng)線圈燒壞，為此我們將盲孔打通形成循環(huán)冷卻管路，解決了感應(yīng)線圈的冷卻問(wèn)題，感應(yīng)線圈（見(jiàn)圖3）的使用壽命達(dá)到了預(yù)期的要求（半年以上）。

5 中頻淬回火專機(jī)的冷卻水循環(huán)

中頻淬回火專機(jī)在淬火過(guò)程中，工件冷卻需連續(xù)不斷供應(yīng)冷卻水，夏天加工時(shí)，由于循環(huán)水池的氣溫太高，只能用自來(lái)水代替冷卻水，而從工件上流下來(lái)的熱水只能白白地流掉，為了節(jié)省水資源，我們安裝了冷凝裝置，確保了中頻淬回火專機(jī)的正常工作。

6 結(jié)語(yǔ)

中頻淬回火專機(jī)的改造成功不僅提升了公司的熱處理生產(chǎn)能力，節(jié)省了設(shè)備投入，而且是公司熱處理工藝的創(chuàng)新，它改變了熱處理回火需2～3h的加工方式（中頻淬回火只需4min），使熱處理設(shè)備并入冷加工生產(chǎn)線變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，縮短了工藝流程和節(jié)拍，減少了人工及機(jī)械搬運(yùn)，為公司推行精細(xì)化生產(chǎn)管理及提升實(shí)物質(zhì)量創(chuàng)造了較好的工藝基礎(chǔ)。