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带偏心轮凸轮轴的感应加热淬火

凸轮轴是广泛应用于汽车、工程机械、拖拉机等发动机的重要零件,它与挺杆组成一对摩擦副,其主要作用是保证气阀定时开启和关闭。由于发动机的高速运转以及气门挺杆的冲击和磨损,在工作中除承受一定的弯曲和扭转载荷外,还要求具有良好的强度和表面耐磨性等花键轴淬火设备。凸轮轴材料的选用主要取决于其在发动机中的工作条件、使用状况等齿轮淬火设备。目前制造凸轮轴的材料、工艺种类较多,可分为钢和铸铁两大类。凸轮轴感应淬火机床必须对偏心轮表面淬硬。淬火机床具有两个工位，淬火变压器、感应器共两套,每个工位各一套。双工位可单独执行淬火程序,可对凸轮轴的各轴承档、凸轮档、偏心轮档单独进行加热、淬火。加热电源系统设备采用晶体管感应加热电源，输出功率范围可调。淬火机床控制部分该控制系统由西门子S840D数控系统构成轴淬火设备,是该设备的核心部分，对淬火过程的凸轮轴运动、感应器移动、能量控制、冷却水和淬火介质的冷却、供给等进行控制,并具有自动监测和报警功能,能将故障编码和主要内容显示在主菜单上。可通过主菜单上的按钮进行操作,并对程序中各参数进行修改、保存,实现不同的淬火工艺。

钢齿圈的感应淬火

钢齿圈的表面感应淬火后技术要求为:表面硬度55HRC~60HRC,淬硬层深为1.1mm~10.8mm(齿顶为10.8mm花键轴淬火设备,齿根为1.1mm)。

齿圈感应加热参数的选择现有的加热方式是采用中频电源,沿齿廓整体旋转加热达到淬火温度后,喷冷却介质,要达到齿顶、齿根均匀的硬化层分布,使齿圈得到接近仿形淬火效果,选择合适的加热功率、加热时间、预冷时间非常重要。根据齿圈同时加热淬火的面积、硬化层深度、比功率及加热时间之间的关系,确定齿圈的加热参数。

感应加热参数对齿圈淬火的影响齿圈感应加热的频率选择是比较复杂的,要选择的电流频率,使齿顶和齿根被均匀地加热有一定的困难,特别是模数m,齿数z及齿宽b等参数的变化都影响频率的选择。

汽车半轴感应加热电源电流频率及加热时间的选择

汽车半轴局部感应加热时频率的选择基于以下两个因素:

(1) 感应器的电效率,使其力求接近于极限值,这就要求有足够高的电流频率,因为电效率随频率而提高。

(2) 加热时间的情况下,保证工艺需要的心表温差,即要求适度降低电流频率。高的电效率短的加热时间,使局部加热必然会产生的局部热向毛坯非加热部位的热传导会更少。因此,局部感应加热的效率,基本上取决于电流频率的正确选择。电流频率可依据半轴坯料的的直径来选择电流的频率。

坯料以给定的心表温度差由起始温度(这里取600 ℃)加热到锻压温度所需要的时间,称为加热时间。在给定心表温度差(如100 ℃温差规范)的前提下,加热时间只取决于电流的频率(它决定电流透入深度)、坯料的物理性质(导热性)以及坯料的直径(坯料的直径减去电流透入深度决定了平均热传导的距离)。

加热时间的确定非常重要,坯料在感应器内实际的加热时间小于确定的加热时间, 从感应器内出来的坯料的心表温差将大于100 ℃,而达不到锻压需要的温度要求;如果大于确定的时间,将会造成能耗的增加,工作节拍延长,生产效率降低,加热段向非加热段热传导增加,甚至造成加热段过烧、坯料报废的严重后果。坯料直径按直径来进行加热时间的计算。

提升齿轮硬度的方式：感应加热及淬火

齿轮旋转淬火（使用环形感应器）

旋转淬火是的感应齿轮硬化方法，并且它特别适用于中等大小的齿轮。在加热期间旋转齿轮以确保能量的均匀分布。可以使用环绕整个齿轮的感应器。当应用感应器时，有五个参数对硬度起主要作用：频率，功率，循环时间，感应器几何形状和淬火条件。通过加热时间，频率和功率的变化获得的感应淬火图案。通常，当仅需要硬化齿尖时，应结合较短的加热时间来施加较高的频率和较高的功率密度。为了硬化齿根，使用较低的频率。

感应淬火是一个两步过程：加热和淬火。两个阶段都很重要。在旋转淬火应用中有三种方法来淬火齿轮

1.将齿轮浸入淬火槽中。这种技术特别适用于大齿轮；

2.使用集成喷雾淬火“就地”淬火。中小型齿轮通常使用这种技术淬火；

3.使用位于感应器下方的单独的同心喷雾灭火块（淬火）。淬火-蒸气层，沸腾和对流热传递的三个阶段的经典冷却曲线不能直接应用于喷射淬火。由于喷射淬火的性质，两个阶段被大大抑制。同时，在对流阶段期间的冷却更严重。齿轮几何形状和转速是在齿轮淬火期间对淬火流动和冷却严重性具有显着影响的其它因素。同样重要的是避免感应器和淬火系统相对于齿轮和齿轮摆动的偏心。即使齿轮旋转，齿轮摆动将导致齿轮的特定部分在加热期间更热，因为不管旋转，它将总是更靠近线圈。除了不均匀加热以外，摆动还引起不均匀淬火，导致额外的硬度不均匀性和齿轮形状变形。已经报道，使用齿轮旋转硬化技术而不是“逐齿”或“间隙”方法在齿根内获得更有利的压缩应力。

齿轮旋转感应淬火技术

齿轮旋转感应淬火可分为两种主要方法：通过硬化和轮廓硬化。种方法 - 主要用于齿轮高磨损 - 齿周边采用低硬化比功率。但是，如果频率太低，则存在温度感应涡流流动，并且温度在齿中滞后。淬火是通过浸没或喷雾，以实现齿和根圆之间均匀的温度。全硬化后的回火用于工件防裂。

轮廓硬化分为单频和双频过程，也实现了奥氏体化在单一加热中，或通过将齿轮预加热至550-750℃  加热之前硬化温度。预热的目的是充分达到在终加热期间在根圆中的高奥氏体化温度，没有过热的齿。短加热时间和高比功率通常需要实现在不规则距离处的硬化轮廓齿面。

双频过程使用单独或同时的频率。使用单独的频率实现类似于情况的硬化曲线硬化。该过程一个接一个地应用两个不同的频率齿轮。齿以低频率被预热至550-750℃的频率应该使得在根圆区域中发生预热。短延迟，使用较高频率和比功率实现奥氏体化。准确的监测系统是必不可少的，因为加热时间是测量的在这个终加热阶段中的十分之几秒或秒。