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感應(yīng)淬火技術(shù)在風(fēng)電增速齒輪箱內(nèi)齒圈上的應(yīng)用

在齒輪的強(qiáng)化方法中，感應(yīng)淬火與調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮一起構(gòu)成四大基礎(chǔ)工藝?？紤]到生產(chǎn)實(shí)際，在風(fēng)電增速箱內(nèi)齒圈的批量生產(chǎn)中采用滲氮或感應(yīng)淬火工藝可以獲得比較高的生產(chǎn)效率及較低的生產(chǎn)成本。在受摩擦的場(chǎng)合，表面層還不斷地被磨損，因此對(duì)一些零件表面層提出高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有表面強(qiáng)化才能滿足上述要求。具體采用何種工藝主要由客戶要求、自身工藝控制水平及生產(chǎn)效率成本等因素而定。根據(jù)ISO6336標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于模數(shù)大于16的齒輪件就不再推薦使用氮化工藝提高表面硬度，故對(duì)模數(shù)大于16的內(nèi)齒圈推薦采用感應(yīng)淬火工藝進(jìn)行加工。

1.感應(yīng)淬火工藝

風(fēng)電增速箱內(nèi)齒圈一般采用逐/隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進(jìn)行感應(yīng)淬火。采用設(shè)計(jì)制造合理的感應(yīng)器，配合的工藝參數(shù)控制，可以生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良、穩(wěn)定的感應(yīng)淬火齒圈。

2.感應(yīng)淬火的優(yōu)缺點(diǎn)

將感應(yīng)淬火技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電增速箱內(nèi)齒圈上，不僅具有生產(chǎn)、節(jié)約能源、環(huán)境污染小以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等感應(yīng)淬火共有優(yōu)點(diǎn)，還具有以下特點(diǎn)：

（1）相比于氮化，其對(duì)基體硬度和組織要求可以適當(dāng)放寬。

（2）相比于滲碳淬火，工件不是整體加熱，變形較小，故相應(yīng)磨量較小，設(shè)計(jì)放模量可減少，且后續(xù)生產(chǎn)加工成本較低。

（3）批量生產(chǎn)時(shí)交貨期短，滿足一些客戶需求。

（4）便于機(jī)械化和自動(dòng)化，設(shè)備緊湊，使用方便，勞動(dòng)條件好。

但使用感應(yīng)淬火技術(shù)對(duì)內(nèi)齒圈進(jìn)行加工，尚有以下困難及缺點(diǎn)待克服：新齒形產(chǎn)品工藝試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，感應(yīng)器設(shè)計(jì)/相關(guān)工藝參數(shù)選擇需要慎之又慎；不能實(shí)現(xiàn)全齒寬淬硬。目前可滿足設(shè)計(jì)上80%齒寬高符合工藝要求，這一點(diǎn)也是未來(lái)需要改進(jìn)和克服的地方；批量生產(chǎn)時(shí)，發(fā)生批量事故風(fēng)險(xiǎn)較大，需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系和較高的質(zhì)量控制水平來(lái)進(jìn)行控制。加熱設(shè)備頻率的選擇感應(yīng)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(fā)生器設(shè)備的中頻電流頻率,以實(shí)現(xiàn)一定加熱深度的感應(yīng)加熱。

鋼齒圈的感應(yīng)淬火

鋼齒圈的表面感應(yīng)淬火后技術(shù)要求為:表面硬度55HRC~60HRC,淬硬層深為1.1mm~10.8mm(齒頂為10.8mm,齒根為1.1mm)。

齒圈感應(yīng)加熱參數(shù)的選擇現(xiàn)有的加熱方式是采用中頻電源,沿齒廓整體旋轉(zhuǎn)加熱達(dá)到淬火溫度后,噴冷卻介質(zhì),要達(dá)到齒頂、齒根均勻的硬化層分布,使齒圈得到接近仿形淬火效果,選擇合適的加熱功率、加熱時(shí)間、預(yù)冷時(shí)間非常重要。凸輪感應(yīng)器有時(shí)采用雙孔串聯(lián)，主要是為了利用變頻電源的功率，一般凸輪軸的軸頸數(shù)量少（如3個(gè)），而加熱表面積大，凸輪則數(shù)量多（如8個(gè)）而加熱面積小。根據(jù)齒圈同時(shí)加熱淬火的面積、硬化層深度、比功率及加熱時(shí)間之間的關(guān)系,確定齒圈的加熱參數(shù)。

感應(yīng)加熱參數(shù)對(duì)齒圈淬火的影響齒圈感應(yīng)加熱的頻率選擇是比較復(fù)雜的,要選擇的電流頻率,使齒頂和齒根被均勻地加熱有一定的困難,特別是模數(shù)m,齒數(shù)z及齒寬b等參數(shù)的變化都影響頻率的選擇。

軸類(lèi)零件在感應(yīng)加熱淬火后的回火溫度

感應(yīng)淬火的鋼軸類(lèi)零件的回火溫度為150至205攝氏度。在該溫度的回火條件下，40鋼的軸具有的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和較好的塑性（扭曲度），并具有的性能和抗過(guò)載性能。

此項(xiàng)結(jié)果是通過(guò)對(duì)40鋼（熱軋圓鋼）的軸類(lèi)零件在進(jìn)行多次感應(yīng)淬火和回火試驗(yàn)得出的結(jié)果。試驗(yàn)在同一環(huán)境及同一感應(yīng)加熱設(shè)備下進(jìn)行。車(chē)軸的感應(yīng)淬火40鋼車(chē)軸表面感應(yīng)淬火強(qiáng)化工藝研究是我國(guó)高速鐵路的發(fā)展需要,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在這項(xiàng)領(lǐng)域的技術(shù)空白。在試驗(yàn)中進(jìn)行了150攝氏度、175攝氏度、205攝氏度、260攝氏度、315攝氏度等一系列的回火試驗(yàn)并通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)得出的結(jié)論。從40鋼軸的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果看，在150攝氏度至205攝氏度回火溫度下可以獲得的性能。疲勞試驗(yàn)表示溫度超過(guò)205攝氏度后，回火的結(jié)果并不理想。對(duì)于溫度超過(guò)150攝氏度的回火而言，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限下降了，而斷裂前的扭轉(zhuǎn)度在205攝氏度回火時(shí)達(dá)到了峰值。

提升齒輪硬度的方式：感應(yīng)加熱及淬火

齒輪旋轉(zhuǎn)淬火（使用環(huán)形感應(yīng)器）

旋轉(zhuǎn)淬火是的感應(yīng)齒輪硬化方法，并且它特別適用于中等大小的齒輪。在加熱期間旋轉(zhuǎn)齒輪以確保能量的均勻分布。可以使用環(huán)繞整個(gè)齒輪的感應(yīng)器。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是銷(xiāo)軸淬火設(shè)備熱處理效果好，詳細(xì)的就要從多方面來(lái)比較了。當(dāng)應(yīng)用感應(yīng)器時(shí)，有五個(gè)參數(shù)對(duì)硬度起主要作用：頻率，功率，循環(huán)時(shí)間，感應(yīng)器幾何形狀和淬火條件。通過(guò)加熱時(shí)間，頻率和功率的變化獲得的感應(yīng)淬火圖案。通常，當(dāng)僅需要硬化齒尖時(shí)，應(yīng)結(jié)合較短的加熱時(shí)間來(lái)施加較高的頻率和較高的功率密度。為了硬化齒根，使用較低的頻率。

感應(yīng)淬火是一個(gè)兩步過(guò)程：加熱和淬火。兩個(gè)階段都很重要。在旋轉(zhuǎn)淬火應(yīng)用中有三種方法來(lái)淬火齒輪

1.將齒輪浸入淬火槽中。這種技術(shù)特別適用于大齒輪；

2.使用集成噴霧淬火“就地”淬火。中小型齒輪通常使用這種技術(shù)淬火；

3.使用位于感應(yīng)器下方的單獨(dú)的同心噴霧滅火塊（淬火）。淬火-蒸氣層，沸騰和對(duì)流熱傳遞的三個(gè)階段的經(jīng)典冷卻曲線不能直接應(yīng)用于噴射淬火。由于噴射淬火的性質(zhì)，兩個(gè)階段被大大抑制。(1)淬火感應(yīng)器與花鍵軸鍵槽同一截面各部位不等間距齒頂部位加熱速度快,增大間距,減弱磁感應(yīng)強(qiáng)度。同時(shí)，在對(duì)流階段期間的冷卻更嚴(yán)重。齒輪幾何形狀和轉(zhuǎn)速是在齒輪淬火期間對(duì)淬火流動(dòng)和冷卻嚴(yán)重性具有顯著影響的其它因素。同樣重要的是避免感應(yīng)器和淬火系統(tǒng)相對(duì)于齒輪和齒輪擺動(dòng)的偏心。即使齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪擺動(dòng)將導(dǎo)致齒輪的特定部分在加熱期間更熱，因?yàn)椴还苄D(zhuǎn)，它將總是更靠近線圈。除了不均勻加熱以外，擺動(dòng)還引起不均勻淬火，導(dǎo)致額外的硬度不均勻性和齒輪形狀變形。已經(jīng)報(bào)道，使用齒輪旋轉(zhuǎn)硬化技術(shù)而不是“逐齒”或“間隙”方法在齒根內(nèi)獲得更有利的壓縮應(yīng)力。