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2024-11-17 08:08:37
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,感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。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中频大轴淬火设备。采用设计制造合理的感应器齿轮淬火设备,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,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,设计放模量可减少轴淬火设备,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。
(4)便于机械化和自动化,设备紧凑,使用方便,劳动条件好花键轴淬火设备。
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。
大型轴承圈滚道中频感应淬火
钢平面滚道轴承是火箭、、发射装置中用于回转支承的重要部件。其滚道表面应采用中频感应连续淬火回火。弧面要求淬火HRC50~55,硬化层深度3.0mm,允许2处共有<40mm长、HRC>45的淬火软带区,不允许有密集的发纹。
滚道圈嵌镶在框架之中,采用中频感应淬火机床,淬火操纵台和工件回转驱动架等辅助装置。中频淬火工艺在滚道弧面上连续渐进预热、加热喷射淬火。调整、校正置于回转驱动架上的轴承滚道,对回转架中心的不同心度和不平行度小于0.6mm 。感应器施感导体的工作面与滚道表面间隙2~4 mm。轴承圈滚道表面中频连续喷射淬火介质常用 0.05~0.3%聚乙烯醇水溶液、4~10%乳化油水溶液或其它油类介质。聚乙烯醇淬火介质冷却能力强。
汽车半轴局部感应加热感应器的类型
等直径变匝距感应器 当变截面圆柱体毛坯加热时,例如带台阶的变径毛坯,在同一加热时间内,必须保证在各个区段上析出不同的能量,能量也就是单位长度上的功率与直径区段相对应。这一点靠各区段上磁场强度的相应分布便可做到,为此感应器应做成变匝距的。直径的区段上的匝距而磁场强度。为此要确定各个区段上的单位功率, 平均单位功率和平均单位匝数,感应器的分段长度。
以上这种变截面圆柱体毛坯加热,感应器设计为变匝距,优点是感应器可做成等直径,不必仿型。
缺点是感应器设计制作较复杂,对于相对较细的直径来说感应加热的效率偏低。而且设备调试也较复杂。
因此目前在半轴二火补温加热时更多得采用仿型感应器。感应器设计为等匝距。
等匝距仿型感应器 仿型感应器加热的基本原理是根据感应加热的电效率与感应器线圈内径与坯料外径之比有一定的函数关系来考虑的。
1.仿型的矩形感应器形式
矩形感应器又可称为椭圆截面感应器,与这种仿型的矩形感应器配套的机械装置常见的推料方式有3种情况:利用气缸或液压缸移动坯料;链式或板式输送带移动坯料;自动旋转装置移动坯料。
仿型的矩形感应器存在以下问题:由于坯料形状的特殊性,向感应器进料和出料时,坯料在感应器内移动困难等问题。虽然感应器制作工艺较简单,但机械动作较复杂,这种方式较少采用。
2.仿型的U型感应器形式
仿型的U型感应器是坯料端部感应加热又一种常用的加热方法。仿型的U型感应器常见的坯料移动方式,也有3种形式:利用气缸推动坯料;利用链(板)式移动坯料;自动旋转装置移动坯料。
这种仿形的U型感应器的机械动作虽然比较矩形感应器简单一些,但感应器的制作太复杂,人们也较少采用,另外,U型感应器的效率也相对。
轴类零件在感应加热淬火后的回火温度
感应淬火的钢轴类零件的回火温度为150至205摄氏度。在该温度的回火条件下,40钢的轴具有的扭转强度和较好的塑性(扭曲度),并具有的性能和抗过载性能。
此项结果是通过对40钢(热轧圆钢)的轴类零件在进行多次感应淬火和回火试验得出的结果。试验在同一环境及同一感应加热设备下进行。在试验中进行了150摄氏度、175摄氏度、205摄氏度、260摄氏度、315摄氏度等一系列的回火试验并通过数据比对得出的结论。从40钢轴的扭转试验结果看,在150摄氏度至205摄氏度回火温度下可以获得的性能。疲劳试验表示温度超过205摄氏度后,回火的结果并不理想。对于温度超过150摄氏度的回火而言,扭转强度极限下降了,而断裂前的扭转度在205摄氏度回火时达到了峰值。
感应加热表面淬火在汽车末端齿轮上的应用
渗碳处理是目前汽车和拖拉机重载齿轮主要的热处理淬火方式。但是,经过这种处理后的零件加工性不高,因为厚度不大的齿冠会产生径向和端面变形。
对齿轮的每个齿进行感应加热后再进行冷却淬火的方式,齿轮的耐磨性不亚于渗碳方式处理过的齿轮。
对于感应加热表面淬火复杂的过程是保证感应器与淬火表面之间的固定间隙。通过的定位控制,以确保感应器与齿轮淬火面的间隙保持在一定的误差范围内。为了使沿齿面轮廓的淬火层达到均匀的厚度,在淬火时待加工表面相对于感应器的移动速度要平稳地由齿顶处的值变化至值。利用运动的感应器从一个齿顶经齿窝到达下一个相邻的齿顶,使工作面很窄小的区域被加热和冷却,这种对齿 面持续不断淬火的方法有重大的工艺优越性。
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需要根据感应淬火设计要求针对工艺参数进行选择:
(1)电流频率由感应电流透入深度计算。针对内齿圈数毫米的工艺层深要求,采用中频感应电源进行加热。
(2)感应器与零件间隙由工艺试验确定。
(3)加热功率及扫描速度由工艺试验确定。扫描速度影响生产效率,加热功率影响零件开裂风险。要综合考虑各因素后选择参数。
(4)加热-淬火间隔影响零件开裂风险。通过调节相关机构及扫描速度来控制。
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