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        齒類零件感應(yīng)熱處理

        2014-11-24 08:22:22艾瑪應(yīng)泰感應(yīng)科技北京有限公司總經(jīng)理
        金屬加工(熱加工) 2014年3期
        關(guān)鍵詞:單齒工步芯模

        艾瑪應(yīng)泰感應(yīng)科技(北京)有限公司總經(jīng)理 劉 平

        感應(yīng)熱處理主要應(yīng)用在表面淬火、模壓淬火、保護(hù)氣氛淬火、退火、回火中。

        感應(yīng)模壓淬火-回火工藝

        隨著汽拖制造技術(shù)越來越成熟,對零部件的加工要求越來越高,對淬硬層的分布和變形要求更加嚴(yán)格,批量要求變大。零件一般加熱到900~950℃時(shí)進(jìn)行淬火,淬火時(shí)存在很多的問題:加熱膨脹導(dǎo)致變形,淬硬層分布不均勻?qū)е伦冃?,加熱時(shí)相變引起的體積增加導(dǎo)致變形,工件結(jié)構(gòu)不對稱引起的變形,還有就是上述結(jié)果的累積導(dǎo)致變形。淬火之前工件機(jī)加工時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,淬火時(shí)這些應(yīng)力將釋放出來,特別是薄壁類零件,這些問題更加普遍,都將導(dǎo)致變形。

        淬火后,為了減少變形,將在精加工工序中花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行矯直、磨削等,對淬火表面進(jìn)行精加工。為在根本上解決這些問題,EMA開發(fā)了一系列的模壓淬火機(jī)床,綜合了感應(yīng)熱處理和傳統(tǒng)的模壓式壓淬的一整套工藝,適用于圓形、圓盤形零件。比如滑套的模壓淬火,如圖1所示,先把變形的橢圓零件固定在非導(dǎo)磁定心和夾持裝置上(工步1),開始對零件加熱(工步2),900℃時(shí)零件會(huì)達(dá)到均勻的溫度,這時(shí)矯正芯模就位(工步3),即可進(jìn)行淬火噴淋(工步4),這里矯正芯模的作用就是防止和限制零件變形。之后感應(yīng)器下移到零件位置開始加熱,受熱后零件就會(huì)膨脹,與矯正芯模之間會(huì)產(chǎn)生很小的間隙,芯模會(huì)自由脫落,最后把零件冷卻下來。

        圖1

        滑套模壓淬火過程參數(shù):功率100kW,頻率20kHz;淬火+回火工藝中,節(jié)拍60s,表面硬度為650~720HV1,淬層深度0.3~0.6mm,心部硬度320~420HV1;變形檢查結(jié)果,圓度<0.05mm,平面度<0.06mm,錐度<0.05mm,熱處理能力指數(shù)Cpk>1.67。

        錐齒輪感應(yīng)模壓淬火如圖2所示,在工步3和工步4中多了一個(gè)上下壓模(綠色部分),作用是牢固地夾持工件進(jìn)行淬火。錐齒輪模壓淬火過程參數(shù):功率250kW,頻率10kHz;淬火+回火工藝中,節(jié)拍4min,表面硬度680~780HV30,淬層深度0.8~1.2mm,心部硬度350~480HV30;變形檢查結(jié)果,齒部圓度<0.03mm,法蘭部圓度<0.03mm,內(nèi)徑錐度<0.03mm,法蘭部平面度<0.05mm。

        感應(yīng)模壓淬火工藝的優(yōu)勢:加熱后,立即進(jìn)行模壓淬火,變形?。?路單獨(dú)控制的淬火冷卻裝置,均勻、高效;芯模幾乎沒有磨損;加熱時(shí)間短,能源消耗少;工件尺寸更精確;淬火參數(shù)可重復(fù)性好。相比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)底爐滲碳或加熱壓淬系統(tǒng)設(shè)備,感應(yīng)模壓淬火系統(tǒng)設(shè)備能夠直接與生產(chǎn)線集成,淬火、回火共用一套加熱電源,不需要回火爐,不需要清洗機(jī),工件傳輸系統(tǒng)少,還可以進(jìn)行保護(hù)氣氛下淬回火,可以二次加熱進(jìn)行模壓淬火,不改變硬化層輪廓(深度和分布/全部表面),運(yùn)行條件更便利,占地面積小。適合感應(yīng)模壓淬火的零件有同步器滑套、同步器齒圈、錐齒輪、離合器片、軸承等高精度工件。

        大齒輪、齒條感應(yīng)淬火

        圖2

        圖3

        圖4

        圖5

        利用單齒“齒廓”淬火方法(見圖3),我們進(jìn)行了風(fēng)電齒輪單齒淬火(見圖4a)、礦山機(jī)械單齒淬火(見圖4b)、模數(shù)為63的大的齒板齒條單齒淬火(見圖4c)等,單齒切片如圖5所示。全齒長的淬硬層均勻分布,決定因素有溫度、溫度的分布控制、冷卻,間隙控制技術(shù),加熱溫度對產(chǎn)品的最終質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用,感應(yīng)器的間隙控制對于溫度的控制是很關(guān)鍵的,EMA的淬火機(jī)床都會(huì)安裝一個(gè)高精密的感應(yīng)探頭,對齒廓進(jìn)行初始的精確定位,避免了人工調(diào)整感應(yīng)器間隙帶來的誤差,齒輪在加熱淬火時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形,我們采用一套隨動(dòng)系統(tǒng)來適應(yīng)齒輪的變形,從而保證感應(yīng)器的間隙是合適的,保證淬硬層的分布是均勻的。沿齒長方向的能量均勻分布控制,連續(xù)淬火中,出口和入口處的棱角會(huì)產(chǎn)生端面效應(yīng),造成局部過熱或欠熱,輕則導(dǎo)致淬硬層分布不均勻,重則導(dǎo)致開裂,因此需要對整個(gè)溫度進(jìn)行均勻控制,由于紅外測溫法的局限性,能量法是唯一可行的控制方式,EMA開發(fā)了一套沿齒長方向的溫度控制系統(tǒng),把齒長方向分成若干了微小等分,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量每個(gè)等分的能量,小于0.01s后把其顯示在操作屏上,如果采集的數(shù)據(jù)落在曲線區(qū)域之內(nèi)就正常,如果落在區(qū)域之外系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警,之后通過調(diào)整功率和速率來控制溫度。

        EMA的單頭淬火機(jī)床,集成帶有旋轉(zhuǎn)分度臺(tái)專用工裝就可以對大的零件進(jìn)行淬火,目前能加工直徑4m的零部件。這種機(jī)床如果加上保護(hù)氣氛罩,就可以避免工件氧化層的形成,免掉了拋丸、磨削等工序。特別是對于重載齒輪,在感應(yīng)熱處理后都需要對整個(gè)齒進(jìn)行硬度檢查和裂紋檢查,需要工人花大量的時(shí)間把齒輪打磨的很干凈后進(jìn)行著色檢查,如果整個(gè)工件在保護(hù)氣氛下淬火,這種情況就不會(huì)再發(fā)生了。這種機(jī)床解決了小功率電源對大規(guī)格齒輪的淬火,但是相對于整體淬火效率較低,尤其是規(guī)格較大、齒數(shù)較多的齒輪,加工時(shí)間很長,放到回火爐回火時(shí)第一個(gè)齒有開裂的傾向。為此,EMA開發(fā)了雙加熱頭淬火機(jī)床,大大提高了生產(chǎn)效率,降低了齒輪的開裂傾向,還可以應(yīng)用到齒條的感應(yīng)淬火。典型案例就是三峽大壩升船機(jī)超大模數(shù)齒條的感應(yīng)淬火工藝,升船機(jī)的提升機(jī)構(gòu)包括4套大齒輪以及4個(gè)垂直的總長113m的齒條,升船機(jī)重量將達(dá)到34000t。

        另外,齒面淬火方法如圖6所示,用以加工的切片試樣如圖7所示,可見淬硬層分布比較均勻。

        圖6

        圖7

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