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感应淬火技术在风电增速齿轮箱内齿圈上的应用

在齿轮的强化方法中传动轴淬火设备，感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺齿轮淬火设备。考虑到生产实际，在风电增速箱内齿圈的批量生产中采用渗氮或感应淬火工艺可以获得比较高的生产效率及较低的生产成本。具体采用何种工艺主要由客户要求、自身工艺控制水平及生产效率成本等因素而定。根据ISO6336标准，对于模数大于16的齿轮件就不再推荐使用氮化工艺提高表面硬度，故对模数大于16的内齿圈推荐采用感应淬火工艺进行加工。

1.感应淬火工艺

风电增速箱内齿圈一般采用逐/隔齿沿齿沟扫描技术进行感应淬火。采用设计制造合理的感应器，配合的工艺参数控制，可以生产质量优良、稳定的感应淬火齿圈。

2.感应淬火的优缺点

将感应淬火技术应用于风电增速箱内齿圈上轴淬火设备，不仅具有生产、节约能源、环境污染小以及易于实现自动化等感应淬火共有优点，还具有以下特点：

（1）相比于氮化，其对基体硬度和组织要求可以适当放宽。

（2）相比于渗碳淬火，工件不是整体加热，变形较小，故相应磨量较小，设计放模量可减少，且后续生产加工成本较低。

（3）批量生产时交货期短，满足一些客户需求花键轴淬火设备。

（4）便于机械化和自动化，设备紧凑，使用方便，劳动条件好。

但使用感应淬火技术对内齿圈进行加工，尚有以下困难及缺点待克服：新齿形产品工艺试验周期较长，感应器设计/相关工艺参数选择需要慎之又慎；不能实现全齿宽淬硬。目前可满足设计上80%齿宽高符合工艺要求，这一点也是未来需要改进和克服的地方；批量生产时，发生批量事故风险较大，需要严格的质量控制体系和较高的质量控制水平来进行控制。

大型托轮轴感应淬火的工艺分析

大型托轮轴的材料为40Cr钢，重量约900-1200kg,两端表面淬火硬度为HRC通40~45，淬硬层深度＞0.4mm.在通常情况下，高频感应加热表面淬火时，一次可以加热的零件表面，是由高频变压器、感应器的效率、设备的输出功率及零件加热所需的单位功率决定。轴类零件的外表面加热淬火，当加热设备一定时，所能加热的直径与感应器有效圈的高度有关。轴外表面连续加热时，在瞬时加热面积一定的情况下，加热带的宽度和所能加热的轴的直径成反比，加热带的宽度是由感应有效圈的高度决定的。由于托轮轴重量和尺寸较大，超过了一般淬火机床的适应范围，为此，将托轮轴的一端用卧式淬火机床的卡盘卡紧，中部置于新制作的托车的支承轮上，为了避免划伤轴的表面，支承轮用黄铜制作。淬火时，支承轮可以随工件转动。托车可以固定于支架的轨道上滚动，当托轮轴放于托车的支承轮上时，支承轮受很大的重力，因此，轴与支承轮之间也会产生较大的摩擦力。

托轮轴的感应加热表面淬火表明，适当减小通常沿用的淬火感应圈有效圈的高度，可以增大轴类淬火的直径，再对淬火机床稍作改装，就可以在一定范围内解决大型轴类的表面淬火问题了。

解决花键轴同一键槽各部位淬火加热温度不均匀性问题：

(1)减少感应器高度在保证感应器本身强度及内部冷却系统冷却能力的前提下,减少感应器高度,使感应器可以进入花键三分之一后就开始加热,使感应器预热部位的作用得以充分发挥。

(2)增加预热工艺增加预热工艺,感应器在花键轴键槽下部起始位置加热一、二秒后开始运动,增加花键轴键槽下部加热效果。这样达到花键轴同一键槽各部位淬火加热温度的均匀。

感应在中国是感应热处理，致力于感应淬火技术的研发已有十多年的历程，目前拥有多项核心，其淬火机床已应用于众多工业领域传动部件及动力输出部件的感应淬火。

车轴的感应淬火

40钢车轴表面感应淬火强化工艺研究是我国高速铁路的发展需要,填补国内在这项领域的技术空白。

车轴表面强化工艺的选择对于绝大部分轴类零件,通常采用高频或中频表面淬火来提高其使用寿命。动车轴、机车轴是一种即传递动力而又起支撑作用的心轴,而车辆轴是一种不传递动力而只起支撑作用的心轴,主要承受弯曲或弯曲疲劳负荷。统计表明大多数的各类轴均因疲劳断裂和微动磨蚀磨损而失效。为了避免发生脆性断裂,满足强度与韧性的要求,目前车轴常采用调质或正火工艺,但往往因疲劳与微动磨蚀磨损性能欠佳,而没有达到应有的使用寿命。实践表明,在调质或正火的基础上再施加表面感应淬火强化处理,可使服役寿命成倍地延长。因此,这是提高车轴使用寿命的一种重要工艺方法。车轴表面强化一般主要分喷涂 +滚压强化和感应淬火强化两种,滚压强化因其强化深度较浅,硬度较低,提高服役寿命有限。中频感应淬火加热适中,适合车轴表面加热深度。日本、法国均采用中频感应淬火强化。表面感应强化对提高车轴的弯曲或扭转疲劳强度、减少对缺口的敏感性和应力集中十分有效。表面感应淬火后,由于心部高的有效韧性和塑性,允许其硬化层有较高的硬度,以保持高的耐磨性、强度和残余压应力,充分发挥材料的潜力。国外对车轴中频感应淬火从过去的局部淬火、分段淬火,发展到现在的表面全长淬火。

汽车半轴局部感应加热感应器的类型

仿型的多孔位感应器形式

仿型的多孔位感应器中每只感应器为仿型的感应器,进、出料在线圈的同一端。各感应器之间电气连接方式,可以是并联,也可以是串联。

人工送料、气缸退料方式　感应器水平放置,坯料放在感应器前的托架上按节拍由人工送进感应器,感应器的另一端装有气缸,这种气缸中装有两个活塞,这种装置可使缸的顶杆头部有3个位置,个位置是进料时,顶杆作为定位挡;第2个位置是加热时,顶杆退出感应器,以免顶杆受热;第3 个位置是加热时间结束推出加热好的坯料。

(2) 气缸自动送料、退料方式　感应器倾斜放置,坯料放在感应器前的气缸缸体上的V型托架上,该气缸缸杆固定不动,活塞(缸体) 可上下移动。这样活塞移动,带动缸体V型托架,将坯料端部移入感应器进行加热,在进料端由气缸进行定位,不需要在感应器另一端定位。加热时间结束,气缸活塞下行,随之带动缸体、V型托架,端部已经加热好的坯料退出感应器,送入锻压设备成形。感应器倾斜角度以坯料可以顺利推上退下而不倾倒为原则。

(3) 人工送料、人工退料方式　感应器水平放置,人工送料,同人工退料。采用这种方式时, 定位等都由操作者掌握。

依据汽车行业工件的特点，研制了针对汽车轴类、齿轮齿圈类、等速万向节钟型壳类、轮毂轴承类、等速万向节三柱槽壳类零件的感应淬火及回火。

从动齿圈中频感应加热预淬火

从动齿圈是联合收割机差速器总成中的关键零件。技术要求感应淬火后齿顶和齿根部硬度为50～60HRC。

从动齿圈采用整体预热后高频加热淬火方式,可使齿部与心部的温差减小,降低齿顶和齿根传热条件不同而引起的温度差异,获得沿齿廓分布的淬硬层。另外,考虑到操作方便,直接采用中频进行齿部预热后二次加热淬火。零件淬火后留自回火温度200～250 ℃,同时规定淬火和回火时间间隔不得超过2小时,有效防止淬火裂纹的产生。

1. 从动齿圈采用齿部预热后中频加热淬火方式,可以显著降低由于齿顶和齿根传热条件不同而导致的温度差异,从而获得沿齿廓分布的淬硬层。

2. 在对齿宽较宽的盘状类齿轮整体加热的感应器设计时,感应器的高度应比齿圈的齿宽小1～2 mm,以减小加热时的尖角效应。

3. 随着数控淬火机床的发展,如果采用数控机床,可以实现两次加热采用不同的工艺参数,则能够取得更好的效果。