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大型托輪軸感應淬火的工藝分析

大型托輪軸的材料為40Cr鋼，重量約900-1200kg,兩端表面淬火硬度為HRC通40~45，淬硬層深度＞0.4mm.在通常情況下，高頻感應加熱表面淬火時，一次可以加熱的零件表面，是由高頻變壓器、感應器的效率、設備的輸出功率及零件加熱所需的單位功率決定。軸類零件的外表面加熱淬火，當加熱設備一定時，所能加熱的直徑與感應器有效圈的高度有關。軸外表面連續加熱時，在瞬時加熱面積一定的情況下，加熱帶的寬度和所能加熱的軸的直徑成反比，加熱帶的寬度是由感應有效圈的高度決定的。表面淬火變形小，較整理淬火生產率更高，因而生產過程中沒有特殊要求的多進行表面淬火。由于托輪軸重量和尺寸較大，超過了一般淬火機床的適應范圍，為此，將托輪軸的一端用臥式淬火機床的卡盤卡緊，中部置于新制作的托車的支承輪上，為了避免劃傷軸的表面，支承輪用黃銅制作。淬火時，支承輪可以隨工件轉動。托車可以固定于支架的軌道上滾動，當托輪軸放于托車的支承輪上時，支承輪受很大的重力，因此，軸與支承輪之間也會產生較大的摩擦力。

托輪軸的感應加熱表面淬火表明，適當減小通常沿用的淬火感應圈有效圈的高度，可以增大軸類淬火的直徑，再對淬火機床稍作改裝，就可以在一定范圍內解決大型軸類的表面淬火問題了。

車軸感應淬火設備

感應器研制車軸是一個變直徑的圓柱體,要實現全長表面淬火在很大程度上取決于感應器的結構設計與制造。加熱用感應器的設計應主要考慮①使被加熱零件的表面溫度均勻;②感應器損耗小,電;③感應器冷卻良好;④制造簡單,有足夠的機械強度,操作使用方便。車軸加熱感應器用矩形紫銅管制造成圓形感應器,并通水冷卻,零件加熱后由用附帶噴水圈進行噴射冷卻。解決花鍵軸同一鍵槽各部位淬火加熱溫度不均勻性問題：(1)減少感應器高度在保證感應器本身強度及內部冷卻系統冷卻能力的前提下,減少感應器高度,使感應器可以進入花鍵三分之一后就開始加熱,使感應器預熱部位的作用得以充分發揮。為了保證在感應加熱中盡可能地減少漏磁,提高加熱效率,感應器與零件之間的間距盡可能小,但要有足夠的間隙,保證使感應器能與車軸的相對運動順利進行。因此,選擇圓環形感應器內側與車軸輪座表面之間的距離為5～6ｍｍ較為合適。

加熱設備頻率的選擇感應加熱的電流透入深度與電流的頻率成反比,必須正確選擇中頻發生器設備的中頻電流頻率,以實現一定加熱深度的感應加熱。正確選擇加熱電流頻率可實現技術要求,提高熱處理質量,充分發揮設備的效能,提高生產率,節省電能。如果用感應淬火使軸的中心部達到規定的硬度要求,那就要求感應設備加熱深度必須達到軸的中心部,而且中心部的溫度要達到臨界溫度以上。感應器的電頻率選擇與零件的直徑大小有關,大直徑零件可采用較低的頻率,所以對于直徑很大的車軸,選擇下限頻率中頻電源作為車軸感應加熱的中頻加熱設備。

冷卻器的研制車軸中頻感應表面淬火,冷卻是關鍵。因為車軸鋼的含碳量低,臨界冷卻速度高。選擇適當的冷卻方法和冷卻介質,才能使淬火區獲得馬氏體組織。加熱設備頻率的選擇感應加熱的電流透入深度與電流的頻率成反比,必須正確選擇中頻發生器設備的中頻電流頻率,以實現一定加熱深度的感應加熱。因此,冷卻器的合理設計就顯得致關重要。所以 ,噴水圈噴水孔采用多排交叉分布,為防止靠近感應器處噴水孔噴射水柱飛濺影響加熱效果。

淬火機床的研制為盡可能減少車軸淬火后的變形,淬火機床采用豎立式,車軸垂直放置，自身旋轉,以使車軸圓周表面的加熱均勻。淬火機床上的中頻變壓器連接加熱用感應器一起可沿車軸縱向上下移動 ,移動速度采用變頻連續可調。

整體感應淬火工藝技術針對現有分段感應淬火工藝技術存在的問題進行研究，開發出整體感應淬火技術，整體感應淬火工藝技術是將原來的兩次感應淬火工藝合二為一，解決了分段感應淬火過程中存在的問題，并使淬火區域連接在一起，實現淬硬層連續，提升產品質量，提高生產率，降低生產成本。整體感應淬火技術的開發主要包括感應淬火技術專用感應器的設計及試制、輪轂軸管零件的工藝調試及結果分析；通過多輪的試驗及工藝調試試制出感應淬火專用感應器，開發出感應淬火工藝，并試制出合格的輪轂軸管零件。采用平面感應器對波形槽單邊加熱時,由于平面感應器的功率損耗大,電效率低,加熱速度慢,在加熱波形槽過程中,熱量已向盲孔傳導,再加上平面感應器磁力線逸散入盲孔,當波形槽溫度達淬火溫度時,盲孔也已被加熱,無法達到盲孔精度要求。整體感應淬火技術由于淬火區域大，零件儲熱高，為自回火技術的實施創造了條件，因此在開發整體感應淬火工藝過程中通過嚴格控制噴水壓力、持續時間、淬火液濃度等參數，使零件淬火后余溫達到大約200℃，實現了自回火，節省了回火費用。