江西省新余市職業(yè)教育中心 （338029） 陳 莉

江西省新余市長林集團長林機器公司 （338029） 鐘翔山 鐘禮耀

圖1所示折彎刀是折彎機上用于板料折彎的工作部件，工作時承受沖擊、摩擦和局部刻劃等作用，工作條件較為苛刻。要求其具有足夠的強度和韌性，?？诓课贿€應有足夠硬度。設(shè)計選材為T8A，整體調(diào)質(zhì)250～280HBW，?？诖慊鹩捕?8～52HRC。通過熱處理試制、總結(jié)、提高，已滿意實現(xiàn)?？诓课坏谋砻娲慊穑瑵M足了設(shè)計要求。

圖1 折彎刀結(jié)構(gòu)

1.生產(chǎn)流程

此折彎刀組件由4件組配成一直線使用，全長達3200mm，精度要求很高，生產(chǎn)工藝流程相應比較復雜：毛坯鍛造（退火）→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→回火→精加工→高頻淬火→配組半精磨（打配組號）→時效→氧化→配組精磨→油封。

2.感應淬火方案確定

（1）零件結(jié)構(gòu)對感應加熱淬火的影響 由于功能需要，需高頻淬火的模口部位斷面尺寸變化大，呈尖角狀（?？趭A角為88°，過渡半徑0.5mm），這種形狀對于高頻淬火是極為不利的。首先，在加熱時易受尖角效應影響，以及渦流密度過分集中、升溫太高而出現(xiàn)過熱過燒，而在隨后的冷卻時尖角處又由于熱容量小，散熱面大，冷卻最為激烈，極易冷卻太快而出現(xiàn)不測，尖角處于加熱、冷卻雙重危險狀態(tài)。

再者，零件由于4件組裝使用，要求理想銜接，4件間相關(guān)尺寸精度在0.02mm之內(nèi)，高頻處理后要留足相當?shù)哪ハ饔嗔?，使感應加熱淬火深度大大增加，又增加了高頻淬火的困難。250kHz周高頻電在鋼中的透入深度在840℃時只有0.7mm，因此不能使用透入式加熱（整個加熱深度靠渦流直接加熱到溫），而只能主要用傳導式加熱（渦流層產(chǎn)生的熱量以傳導方式導入深部而加熱到溫），使用較低的比功率，用較長的時間加熱以增加淬火深度，這將增加控制的困難。

第三，淬火部位長達800mm，且極不對稱地分布在零件的一側(cè)，造成零件淬火變形過大。

第四，零件淬火部位要求硬度均勻，兩端部不允許存在過渡區(qū)，增加了淬火難度。

（2）淬火方案的具體確定 根據(jù)零件特點，用連續(xù)加熱淬火，感應器固定不動，零件固定在軌道小車上，水平方向沿軸線移動，采取壓住感應器的辦法來微調(diào)感應器與零件間距離，從而有利于簡化夾具結(jié)構(gòu)，降低精度，節(jié)約成本，同時噴液冷卻的時間也較好掌握，達到控制上的一致性。

淬火部位呈尖角式，為減輕其不利影響，結(jié)合磨削留量，把尖角部位加工成2mm寬的平面狀，以進行形狀、質(zhì)量補償，全面改善工藝性能。

由于采用連續(xù)淬火，油冷比較困難，故采用水冷?？紤]到直接用冷水，零件仍有淬裂的危險，故使用溫水以降低冷速。用感應器冷卻水來冷卻零件，控制感應器水量及感應器出水皮管高度，便可方便地控制淬火冷卻水的水溫和水量。其系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 感應器結(jié)構(gòu)

3.感應器結(jié)構(gòu)設(shè)計

感應加熱，感應器是關(guān)鍵之一，要求感應加熱損耗少，效率高，加熱溫度均勻。感應器設(shè)計的好壞對淬火質(zhì)量起著決定性作用。

試制階段，套用傳統(tǒng)的平面狀表面淬火感應器——雙回線型平面感應器。并按機床導軌淬火那樣相應彎成一個角度。由于其電流方向與零件軸線垂直，稱之為“橫式感應器”，其結(jié)構(gòu)和感生渦流如圖3所示。

圖3 橫式感應器結(jié)構(gòu)及感生渦流示意

用“橫式感應器”加熱，?？谑芨袘娣e很小，在比功率相同的情況下，總功率提不高，供能有限，淬火速度極慢；為提高生產(chǎn)率，勢必加大比功率，從而加大加熱層的溫度梯度，造成表層溫度過高，出現(xiàn)過熱過燒、淬裂現(xiàn)象；尖角區(qū)一直處在感應區(qū)域內(nèi)，尖角效應仍然嚴重，曾考慮用調(diào)整間隙的辦法來改善，但因空間位置太小，感應器極難在如此小尺寸范圍內(nèi)做成如此形狀突變。即使做成了，零件受感面積還得大減，淬火速度會更慢，甚至無法加熱到指定溫度；這類感應器加熱零件時，由于渦流分布于特征兩導體之間，必然存在一個低溫區(qū)，使加熱始末兩頭留下一個不允許存在的軟帶。

綜合吸收雙回線矩形感應器和單齒淬火感應器的優(yōu)點設(shè)計成所謂“縱式感應器”。其感生渦流如圖4所示?！翱v式感應器”電流方向與零件移動方向相平行，從根本上解決了上模的加熱問題。

圖4 縱式感應器感生渦流示意

用“縱式感應器”加熱，零件處于感應器有效圈內(nèi)側(cè)，此時高頻電的臨近效應與圓環(huán)效應相一致，感應器的效率最高，可達85%；尖角區(qū)正好處于兩導體間中點附近，磁場基本抵消，渦流很小，較好地避免了尖角效應，該處加熱主要靠兩側(cè)面渦流熱場擴散傳導來完成，受熱緩和；感應器縱向放置，避免了“橫式”受感面積受橫截面尺寸限制的困難，適當加長有效長度后受感面積可成十倍地增加，也即加熱能量可成十倍加大；加長感應器后，即使移動速度加快也能保證零件在感應器下能有足夠長的加熱時間，這對傳導式加熱來說是至關(guān)重要的；感應器的各個斷面上磁場分布是一致的，受感零件各個斷面上的磁場溫度也一致，不會出現(xiàn)“橫式”感應器中的始末軟帶現(xiàn)象。

由上面分析比較看出，“縱式”感應器比“橫式”有更多優(yōu)點。經(jīng)此改進后：單件加熱淬火時間（走完800mm）由18min減短為2min；尖角淬裂比率由65：17下降為262：0；淬火層深度從0.4～3.0mm極度不均勻提高到穩(wěn)定于2.25～2.75mm；淬火層金相組織也從經(jīng)常嚴重過熱改善為穩(wěn)定在4～6級。

改進感應器設(shè)計后得到了完全滿意的結(jié)果，其工藝參數(shù)為：淬火溫度830～840℃；零件移動速度1.5～2.0min/800mm；陽極電壓10kV，陽極電流1A，柵極電流0.18A。

4.零件變形及解決措施

此零件試制生產(chǎn)中，變形是另一個十分突出的問題。淬火以后，發(fā)現(xiàn)零件在厚度、寬度兩個方向均有較大變形。在厚度方向凹槽面中間凹陷一般為0.4mm左右，極限值曾達0.8mm；在寬度方向，淬火面兩頭上撓，中間下陷成馬鞍形，一般下陷0.75mm左右，極限值曾達1.2mm。變形方向如圖5所示。

圖5 變形方向示意

高頻感應加熱淬火變形要小些，由于淬火層相對來說較淺，組織變化引起的組織應力相對也居次要，引起變形的主要原因是熱應力（淬火前已有去應力回火工序，機加工殘留應力已大部分消除）。

當高頻淬火時，只加熱上表層后從上側(cè)急冷，由于下部剛度強，塑性變形抗力大，因此下側(cè)不發(fā)生縱彎曲，其結(jié)果是受急冷的一面發(fā)生收縮，產(chǎn)生如圖6所示的中部凹陷變形。類似的單面感應加熱淬火的工件，如機床導軌類零件均發(fā)生這種變形。

圖6 零件變形原理

由于此模具幾何形狀不對稱，淬火部位又處于最不對稱的邊角上。從圖5分析可知，設(shè)淬火部位拉應力中心為A，中性軸為O，應力作用中心點A既不通過厚度方向的中性面X—X，也不通過寬度方向的中性面Y—Y。在厚度方向出現(xiàn)應力彎矩σmax×b（b為折彎刀厚度方向的力臂），在寬度方面出現(xiàn)應力彎矩σmax×a（a為折彎刀寬度方向的力臂），作用的結(jié)果使厚度凹陷面中間下陷，寬度淬火面中間下陷，呈雙馬鞍形。由于a遠大于b，故寬度方向變形也大，這都符合實際情況，是該零件變形過大的主要原因。

為了消除或減少變形，在淬硬的前題下，曾經(jīng)嘗試適當降低淬火溫度，提高水溫以減緩冷卻速度的辦法，感應器出水溫度盡量控制得高一些，可減少一部分變形。根據(jù)機床導軌變形的經(jīng)驗介紹：在淬火前預先對淬火面施以正火或高溫回火（感應加熱），使淬火面先上凸，淬火后補償大部分變形，但試驗發(fā)現(xiàn)，凹陷情況雖有好轉(zhuǎn)（寬度方向可減少凹陷0.08～0.1mm），但距要求甚遠。

根據(jù)對稱原理，既然此種變形是不對稱的熱應力造成的，那么在其相應的反面同樣施以熱應力，讓其相互抵消或大部分抵消，也就可以消除或減少變形。如果在對稱面上與淬火面同時淬火，則應力可平衡補償而不致發(fā)生變形。如果在淬火后于對稱面上加熱、冷卻，則會發(fā)生反向變形而補償淬火變形。由于后者比較容易掌握，且不致使非淬火部位淬上火，故選擇了后者。

具體做法是：淬火后的折彎刀先經(jīng)回火，然后在與刀口相對的面上感應加熱，溫度控制在600℃左右，同時水冷。利用其收縮產(chǎn)生的拉應力，一次處理可使凹陷減少0.5～0.6mm，平直度糾正到0.3mm范圍之內(nèi)。個別變形較大，一次處理不合格者可施以二次處理，且中間過程一定要經(jīng)過去應力回火，否則效果不大。厚度方向的不平也可通過冷壓校正來消除。0.3mm以內(nèi)的凹陷變形，通過組合配套（4件）的磨削同時除去。淬火變形解決后，生產(chǎn)線全部暢通，折彎刀的加工質(zhì)量得到全面保證。