西馬克艾洛特姆感應(yīng)設(shè)備技術(shù)（上海）有限公司總經(jīng)理 陳加良

感應(yīng)淬火具有高效能量滲透、淬火可限定區(qū)域、生產(chǎn)可重復(fù)性、質(zhì)量可控制、可與生產(chǎn)線(xiàn)一體化、高產(chǎn)能及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，是一種能量可持續(xù)并高效及由此而帶來(lái)曲軸淬火的經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)。

西馬克艾洛特姆電感應(yīng)加熱技術(shù)

西馬克艾洛特姆業(yè)務(wù)服務(wù)涉及基礎(chǔ)和詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和組裝、項(xiàng)目管理、調(diào)試、培訓(xùn)和客戶(hù)支持、改造和更新、備件、檢查和保養(yǎng)、融資等，產(chǎn)品系列涉及軸類(lèi)零件淬火機(jī)床、環(huán)類(lèi)零件淬火機(jī)床、變頻電源技術(shù)、感應(yīng)攪拌系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、管焊系統(tǒng)、焊縫退火系統(tǒng)、管材彎曲系統(tǒng)、帶材加熱系統(tǒng)、圓坯加熱系統(tǒng)、方坯加熱系統(tǒng)和調(diào)質(zhì)系統(tǒng)等。

艾洛特姆的設(shè)備全球都有銷(xiāo)售，如長(zhǎng)材感應(yīng)加熱工序中美國(guó)加利福尼亞鋼鐵采購(gòu)了位于高頻直縫焊管系統(tǒng)EloWeld?之后的感應(yīng)焊縫系統(tǒng)EloSeam?（集成到西馬克梅爾的管材焊接線(xiàn)中）；瑞典的歐沃克鋼管&鋼環(huán)公司采購(gòu)了位于阿塞爾軋管機(jī)之前的感應(yīng)管材再加熱系統(tǒng)EloTube?；沙特阿拉伯的沙特鋼管采購(gòu)了模塊化的EloSeam?系列感應(yīng)加熱系統(tǒng)，用于高頻直縫焊管的感應(yīng)焊縫退火。感應(yīng)熱處理工序中向沙特阿拉伯的安賽樂(lè)米塔爾出售了一套用于帶加厚端石油管材的調(diào)質(zhì)處理的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)的調(diào)試；西班牙的Tubos Reunidos采購(gòu)了用于管材調(diào)質(zhì)的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)；東北特鋼采購(gòu)了用于特種合金鋼棒材的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)。圓坯和方坯加熱工序中向上海納鐵福出售了模塊化EloForge?系列感應(yīng)加熱設(shè)備，用于方坯950℃溫鍛加熱和軸的各種鍛造；向斯洛伐克的依納舍弗勒出售了位于臥式壓機(jī)前的模塊化EloBar?系列圓坯感應(yīng)加熱設(shè)備；向印度的金達(dá)萊鋼鐵出售了同西馬克梅爾的軋線(xiàn)共線(xiàn)的用于軌道加熱的LongLine?系列感應(yīng)加熱設(shè)備等。淬火工序中向上海納鐵福售出6套模塊化EloFlex?系列感應(yīng)淬火機(jī)床，可以加熱帶有多個(gè)淬火區(qū)域的各種各樣的傳動(dòng)系統(tǒng)部件；美國(guó)、墨西哥、韓國(guó)和中國(guó)的通用汽車(chē)公司有5套模塊化EloCrank?系列感應(yīng)淬火機(jī)床；中國(guó)和德國(guó)的采埃孚轉(zhuǎn)向機(jī)有4套EloShaft?系列轉(zhuǎn)向齒條淬火機(jī)床，能集成到整套生產(chǎn)單元中。

曲軸是內(nèi)燃機(jī)的中心部件，在各種機(jī)械傳動(dòng)場(chǎng)合有大量的應(yīng)用，由此產(chǎn)生不同規(guī)格的曲軸。曲軸的任務(wù)在于通過(guò)連桿將活塞力轉(zhuǎn)換成扭矩，再通過(guò)離合器傳遞至變速箱，工作中存在靜止或交變應(yīng)力，這些力更多情況下為復(fù)合的。如通過(guò)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量在主軸頸、法蘭頸及連桿頸處產(chǎn)生扭矩力，通過(guò)振蕩質(zhì)量在活塞及連桿處產(chǎn)生扭矩力（滑移運(yùn)動(dòng)），由燃燒產(chǎn)生的氣動(dòng)力。因此，曲軸軸頸表面需要進(jìn)行強(qiáng)化處理，我們給出的方案就是表層感應(yīng)淬火。

表面淬火工藝

軸頸表層感應(yīng)淬火本質(zhì)上達(dá)到兩個(gè)目的：通過(guò)軸頸表面淬火改善抗磨損性，特別是在主軸頸及連桿頸圓角處通過(guò)淬火產(chǎn)生所希望的壓應(yīng)力，可改善疲勞強(qiáng)度。曲軸需要淬火的部位有：主軸頸、連桿軸頸、油封軸頸、法蘭頸、圓角和曲軸后端等。

電感應(yīng)加熱一般順序是：電感應(yīng)加熱→噴淋→回火。加熱是以高于奧氏體化溫度加熱軸頸，通過(guò)電感應(yīng)在工件表面產(chǎn)生熱量，形成500～2000W/cm2的高能量密度，在數(shù)秒內(nèi)升至約950℃，淬硬層深度通常由頻率確定?？焖倏煽貒娏懿襟E，冷卻越快，馬氏體形成越多，一般用特殊淬火冷卻介質(zhì)冷卻，結(jié)果是硬度達(dá)到了，但曲軸軸頸面變脆了。接下來(lái)的步驟就是降低脆性及機(jī)械壓力的回火，回火溫度200～300℃，這樣能使硬度下降，內(nèi)應(yīng)力減少，彎曲疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)?；鼗鸬姆绞接懈袘?yīng)回火、余溫回火及爐子回火。爐子回火可以?xún)?yōu)化結(jié)果，硬度降低2～10HRC，缺點(diǎn)是成本高；余溫回火的能量成本低，但是硬度降低不規(guī)則，一般為2～4HRC；感應(yīng)回火不產(chǎn)生額外成本，硬度降低2～10HRC（可調(diào)），缺點(diǎn)是節(jié)拍延長(zhǎng)。

滾道及圓角淬火

曲軸使用場(chǎng)合不一，根據(jù)不同要求淬硬層分布各異，就需要通過(guò)感應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，規(guī)格為帶冷卻功能的加熱芯體及一體化噴淋裝置的半圓形感應(yīng)器，鎢鋼頭用于保持加熱芯體與軸頸位置規(guī)定距離，該設(shè)計(jì)可以使內(nèi)部磁場(chǎng)集中以達(dá)到能量滲透。

用于滾道淬火的優(yōu)點(diǎn)是可以主要降低磨損，簡(jiǎn)單的感應(yīng)器形狀可避免曲軸明顯變形。用于圓角及滾道淬火的優(yōu)點(diǎn)是加固措施可防交變彎曲及彎曲應(yīng)力，易于磁場(chǎng)集中的徑向布置。

艾洛特姆的應(yīng)用案例中，比較典型的是錯(cuò)拐曲軸的淬火。包含兩個(gè)連桿頸 30°夾角布置的曲軸我們稱(chēng)之為錯(cuò)拐曲軸，這使得包含90°空間夾角的V6曲軸有同樣的點(diǎn)火間隔。此曲軸的感應(yīng)淬火面臨復(fù)雜多變的幾何形狀且不能過(guò)熱。解決方案是采用兩個(gè)相互獨(dú)立的感應(yīng)器及能量控制。另外一個(gè)案例是后截面圓角淬火，曲軸通常主要標(biāo)示藉以提高強(qiáng)度的后截面圓角，解決方案是位于后標(biāo)線(xiàn)以下的自動(dòng)可調(diào)加熱芯體，另外尚可達(dá)到磁場(chǎng)集中分布。

功率控制及小變形淬火

由熱量導(dǎo)致材料金相結(jié)構(gòu)變化而造成體積膨脹，故電感應(yīng)加熱中容易導(dǎo)致曲軸變形。影響曲軸變形的主要因素為質(zhì)量分布、內(nèi)應(yīng)力、主軸頸及連桿頸的方向/重疊、平衡塊質(zhì)量、淬火區(qū)形成等。艾洛特姆的解決方案是采用無(wú)應(yīng)力加熱、變形模擬、優(yōu)化淬火順序、能量脈沖、角度控制的能量滲透、特殊固定夾具的。

工件實(shí)際能量監(jiān)測(cè)

工件實(shí)際能量測(cè)量作為艾洛特姆的專(zhuān)利，是測(cè)量實(shí)際進(jìn)入工件的電感應(yīng)能量，原理是考慮整個(gè)諧振回路的損失，以此來(lái)監(jiān)控加熱過(guò)程。監(jiān)控時(shí)在曲軸淬火機(jī)床上工件的合格區(qū)有一個(gè)能量限定的監(jiān)測(cè)窗口，如果實(shí)際能量值在窗口內(nèi)活動(dòng)，質(zhì)量就是合格的。如果跳出上偏差或者下偏差，就會(huì)報(bào)警，設(shè)備就會(huì)停止。其優(yōu)點(diǎn)：由于不用剖開(kāi)曲軸做晶相分析，所以是無(wú)損的質(zhì)量檢測(cè)；極少產(chǎn)生廢品，單件成本微小；使可用于生產(chǎn)的時(shí)間增加，生產(chǎn)效率提高；可跟蹤各變頻器單元效用；如果出現(xiàn)磨損就會(huì)有預(yù)警；可以確定運(yùn)行故障的位置。通常我們說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量只是變頻器的出口能量值，與艾洛特姆的能量測(cè)量有很大的差異，比如感應(yīng)器有微小損傷時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量很難檢測(cè)出，而艾洛特姆的實(shí)時(shí)能量測(cè)量就能檢測(cè)出有大的偏差；又如工件表面出現(xiàn)了裂紋，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的能量出口值是沒(méi)有變化的，而整個(gè)諧振回路的損失有大的變化，會(huì)下降到15kW，直接能判斷出工件出現(xiàn)裂紋。