熱處理技術之: 齒圈感應加熱淬火工藝控制要點和注意事項

化(hua)學熱處理(li)和感應(ying)熱處理(li)是鋼鐵零(ling)件(jian)表面熱處理(li)強化(hua)的兩種主要熱處理(li)工藝(yi)方法,以使零(ling)件(jian)具有(you)“表硬里韌(ren)”的力學性能。感應(ying)加熱淬火(huo)因工藝(yi)簡單,零(ling)件(jian)變形小,可對零(ling)件(jian)進行局部處理(li),生產(chan)效率高,節能,清潔(jie)生產(chan)、環境污染(ran)少,以及工藝(yi)過程易(yi)于實現(xian)機械化(hua)和自動化(hua)等優點而得到廣(guang)泛的應(ying)用。

齒(chi)(chi)圈(quan)(quan)(包括外齒(chi)(chi)圈(quan)(quan)和內齒(chi)(chi)圈(quan)(quan))作為常用的機械傳(chuan)動零件,特別是大直徑(jing)齒(chi)(chi)圈(quan)(quan)通過感(gan)應加熱淬火工藝進行(xing)表面強化應用相當普遍。

一、齒圈感應(ying)淬火常用(yong)方(fang)法

齒(chi)(chi)(chi)圈感(gan)應(ying)加熱淬火(huo)有四(si)種,沿(yan)齒(chi)(chi)(chi)溝(gou)感(gan)應(ying)淬火(huo)(gap-by-gap)、逐齒(chi)(chi)(chi)感(gan)應(ying)淬火(huo)(tooth-by-tooth)、回(hui)轉感(gan)應(ying)淬火(huo)(spin hardening)、雙頻感(gan)應(ying)淬火(huo)。沿(yan)齒(chi)(chi)(chi)溝(gou)感(gan)應(ying)淬火(huo)、逐齒(chi)(chi)(chi)感(gan)應(ying)淬火(huo)工藝特別適用(yong)于直(zhi)徑大(可達2.5m以上)、模數大的外齒(chi)(chi)(chi)圈和內齒(chi)(chi)(chi)圈,但不適用(yong)于小直(zhi)徑和小模數齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(模數小于6)。

1. 沿齒(chi)溝感應淬火

使(shi)齒面(mian)和(he)齒根(gen)得(de)到(dao)硬(ying)化(hua),齒頂(ding)中部無淬硬(ying)層(見圖1)。此法熱處理(li)變(bian)形(xing)小(xiao),但生產效率(lv)低。

圖(tu)1 沿(yan)齒(chi)溝感應淬火

2.逐齒(chi)感應淬(cui)火

齒(chi)面(mian)硬(ying)化,齒(chi)根無硬(ying)化層(ceng),提高齒(chi)面(mian)的耐磨性,但因熱(re)影(ying)響區的存在,會降低齒(chi)的強(qiang)度(du),如圖2所(suo)示。

圖2 逐齒感應淬火

3.回轉感應淬火

單圈(quan)掃(sao)描淬火(huo)或(huo)多匝同時(shi)加(jia)熱淬火(huo),齒部基本淬透,齒根硬(ying)化層淺(見圖3)。適于(yu)中小(xiao)齒輪,不適于(yu)高速、重(zhong)載齒輪。

圖(tu)3 回轉感應(ying)淬火

4.雙頻感應淬火

中頻預(yu)熱(re)齒槽(cao),高頻加熱(re)齒頂,得到(dao)基本沿齒廓分布的硬化層(ceng)。

二、沿齒溝感應淬火工藝控制要點

(1)齒圈沿齒溝感應淬火常用頻率為1～30kHz,感應器與零件(jian)的(de)間(jian)隙控制在0.5～1mm。

(2)沿(yan)齒(chi)溝感應(ying)(ying)器(qi)產(chan)生的(de)渦流(liu)呈(cheng)蝴(hu)蝶狀,根(gen)部電流(liu)密度(du)最高(gao)。因此,感應(ying)(ying)器(qi)必須加裝導磁(ci)體,利用其槽(cao)口(kou)驅流(liu)效應(ying)(ying),增加感應(ying)(ying)器(qi)鄰(lin)近齒(chi)根(gen)表面的(de)電流(liu)密度(du),改善感應(ying)(ying)器(qi)的(de)效率。

(3)需精確控制感應器與(yu)相鄰兩齒側非常對稱,并嚴(yan)格控制齒側和齒根(gen)的間隙(xi)。

(4)合(he)理匹配感(gan)應器的高度和(he)導磁體的用量,保(bao)證齒面、齒根的加熱(re)溫度均勻一致,防止淬裂。

現(xian)場應用如圖4、圖5所示。

圖  4

圖(tu)   5

三、沿齒溝感應淬火感應器種類

(1)單(dan)回路感應器

 如圖6所示。

圖(tu)  6

(2)分支回(hui)路感應器

主路(lu)居中,兩支回(hui)路(lu)居兩側,主路(lu)電流(liu)是支路(lu)電流(liu)的兩倍,可有(you)效減(jian)少齒圈進、出端面的尖角過熱形象(xiang)。

感應器制造精度要高(gao),使用(yong)壽命(ming)長,使用(yong)中還需(xu)認真細致地進行調整,以避免其早期損壞。

四、沿齒(chi)溝感應淬火常(chang)見問題與對策(ce)

(1)淬(cui)硬(ying)(ying)層分布(bu)(bu)不勻,一側硬(ying)(ying)度高(gao)、硬(ying)(ying)層深;另一側硬(ying)(ying)度低、硬(ying)(ying)層淺。這是因(yin)為沿齒溝感(gan)(gan)應(ying)淬(cui)火與圓(yuan)環感(gan)(gan)應(ying)器回轉感(gan)(gan)應(ying)淬(cui)火相(xiang)比,位(wei)置(zhi)(zhi)敏(min)感(gan)(gan)度很高(gao),需要設(she)計制(zhi)造(zao)高(gao)精度定位(wei)裝置(zhi)(zhi),以保證(zheng)齒側與感(gan)(gan)應(ying)器的間(jian)隙(xi)高(gao)度對(dui)稱分布(bu)(bu)。若不對(dui)稱,還可能造(zao)成間(jian)隙(xi)小(xiao)的一側發生感(gan)(gan)應(ying)器與零件短路打弧(hu),使感(gan)(gan)應(ying)器早期損壞(huai)。

(2)已淬硬齒側退火。原(yuan)因是輔助冷卻(que)裝(zhuang)置調整不到位或(huo)冷卻(que)液量不足。

(3)感應(ying)器(qi)鼻尖部分(fen)銅管(guan)過(guo)(guo)熱。在采用非埋入式沿齒溝掃描淬火(huo)工藝時,因感應(ying)器(qi)與零(ling)件間的(de)間隙相對較小,受(shou)加(jia)熱面的(de)熱輻射,以及鼻部銅管(guan)有(you)限尺寸的(de)約束,銅管(guan)極易過(guo)(guo)熱燒(shao)壞(huai),使感應(ying)器(qi)損壞(huai)。因此,感應(ying)器(qi)要保證有(you)足夠流量和壓力的(de)冷卻介質通過(guo)(guo)。

(4)感應處(chu)(chu)理過程(cheng)中齒(chi)(chi)圈(quan)的形狀、位置變化。沿齒(chi)(chi)溝掃描淬火時,最后處(chu)(chu)理齒(chi)(chi)會脹(zhang)出0.1～0.3mm。形變、熱(re)膨(peng)脹(zhang)、感應器調(diao)整不當會造(zao)成零件與(yu)感應器相碰(peng)而損壞。因此(ci),在決定感應器與(yu)齒(chi)(chi)側間(jian)隙(xi)時要考慮熱(re)膨(peng)脹(zhang)因素,并采(cai)用適當的限位裝置來保(bao)證間(jian)隙(xi)。

(5)感應(ying)器(qi)導磁(ci)體(ti)性(xing)能退化(hua)。導磁(ci)體(ti)工(gong)作條件惡劣,處于高密(mi)磁(ci)場(chang)、高電流環境下(xia),極易過熱損(sun)壞(見圖7),同時淬火介質、銹蝕都(dou)會使(shi)其性(xing)能退化(hua)。因此,要做好感應(ying)器(qi)的日常維護和(he)保養。

圖7  感(gan)應器過(guo)熱損壞

作者:李鳳海,李偉