齒輪感應(yīng)淬火的作用與目的

近年來 ，隨著齒輪生產(chǎn)商對技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷提高，帶來了多方面的改進(jìn)，如低噪音、輕量化、低成本和高承載能力等，使得齒輪副在高速和大扭矩作用下產(chǎn)生少的熱量。并不是所有的齒輪都適應(yīng)感應(yīng)淬火 ，外螺旋直齒輪、蝸桿齒輪、內(nèi)齒輪、齒條和鏈齒屬于典型的感應(yīng)淬火齒輪零件。相反，錐齒輪、雙曲面齒輪和非圓形齒輪幾乎不使用感應(yīng)熱處理。

與滲碳和滲氮相比，感應(yīng)淬火不要求齒輪整體加熱。通過感應(yīng)淬火，可將熱量地施加于特定的區(qū)域，使該區(qū)域產(chǎn)生所期望的相變 (例如齒廓、齒根和齒頂有選擇的硬化) ，且對其余區(qū)域的影響很小。根據(jù)應(yīng)用情況，齒部硬度范圍一般是 42～60 HRC。

齒輪感應(yīng)淬火的一個(gè)目的是在齒輪的特殊部位得到細(xì)晶的全馬氏體層 ，以提高硬度和耐磨性。 但不會(huì)使其余部分受熱處理的影響。 硬度的增強(qiáng)也提高了接觸疲勞強(qiáng)度 ，由于同時(shí)增強(qiáng)了硬度、耐磨性并可獲得細(xì)晶粒的馬氏體層 ，所以可以使用廉價(jià)的中高碳鋼或低合金鋼去替代較貴的高合金鋼。

并非總是能夠得到全馬氏體層 ，根據(jù)鋼的品種不同 ，硬化層不可避免存在殘余奧氏體 (除非使用低溫處理) 。 對于含碳量高的鋼和鑄鐵 ，光軸淬火設(shè)備定制，尤其如此。

齒輪感應(yīng)淬火的另外一個(gè)目的是增加齒輪表面壓應(yīng)力。這是很重要的，因?yàn)樗兄谝种屏鸭y的產(chǎn)生，也阻止了拉應(yīng)力引起的彎曲疲勞性能的下降。這種鋼鐵的使用 ，使它原先的顯微組織和齒輪工況 (包括載荷情況和操作環(huán)境) 決定了所需要的表面硬度、芯部硬度、硬度斷面、齒輪強(qiáng)度和殘余應(yīng)力分布。

大模數(shù)齒輪淬火用感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)

與感應(yīng)加熱表面淬火相比，滲碳淬火雖可以使齒面達(dá)到很高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的抗彎曲強(qiáng)度及良好的耐磨性，但熱處理周期長，淬火變形大，因此世界上工業(yè)化國家在生產(chǎn)大模數(shù)重載齒輪軸逐漸開始采用感應(yīng)加熱電源淬火，其特點(diǎn)是加熱速度快、幾乎沒有保溫時(shí)間 (加熱到溫后立即淬火)。目前以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 和復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD) 為的感應(yīng)加熱電源，已經(jīng)科技取代進(jìn)口設(shè)備。

基于 DSP 的感應(yīng)加熱電源主要包括主電路與控制電路兩部分，主電路包括整流和逆變兩部分。主電路整流部分輸入為380V/50 Hz 工頻交流電壓，經(jīng)三相不控橋式整流后，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，輪流?dǎo)通和關(guān)斷逆變橋器件，在逆變器的輸出端獲得交變的方波電壓，經(jīng)高頻逆變變壓器耦合輸出到諧振電容和感應(yīng)線圈，通過串聯(lián)諧振產(chǎn)生電流，在線圈中形成交變磁場，對工件進(jìn)行感應(yīng)加熱。

由于感應(yīng)加熱用IGBT器件工作頻率在20至100kHz，可以滿足大多數(shù)感應(yīng)加熱的工作需求。由DSP產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。控制過程中融入恒流PID和數(shù)字鎖相環(huán)運(yùn)算、PWM 波形輸出頻率實(shí)時(shí)性和高分辨率移相 PWM 及死區(qū)時(shí)間控制，計(jì)算時(shí)間短，計(jì)算量大，要求系統(tǒng)有較高的運(yùn)算速度和精度；需要同時(shí)對多個(gè)電流、電壓值進(jìn)行采樣分析，要求系統(tǒng)有較強(qiáng)的并行處理能力，能完成系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、顯示等功能。

帶偏心輪凸輪軸的感應(yīng)加熱淬火

凸輪軸是廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、拖拉機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，它與挺桿組成一對摩擦副，其主要作用是保證氣閥定時(shí)開啟和關(guān)閉。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)以及氣門挺桿的沖擊和磨損，在工作中除承受一定的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷外，還要求具有良好的強(qiáng)度和表面耐磨性等。凸輪軸材料的選用主要取決于其在發(fā)動(dòng)機(jī)中的工作條件、使用狀況等。目前制造凸輪軸的材料、工藝種類較多，可分為鋼和鑄鐵兩大類。凸輪軸感應(yīng)淬火機(jī)床必須對偏心輪表面淬硬。淬火機(jī)床具有兩個(gè)工位，淬火變壓器、感應(yīng)器共兩套，每個(gè)工位各一套。雙工位可單獨(dú)執(zhí)行淬火程序，可對凸輪軸的各軸承檔、凸輪檔、偏心輪檔單獨(dú)進(jìn)行加熱、淬火。加熱電源系統(tǒng)設(shè)備采用晶體管感應(yīng)加熱電源，輸出功率范圍可調(diào)。淬火機(jī)床控制部分該控制系統(tǒng)由西門子S840D數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成，是該設(shè)備的部分，對淬火過程的凸輪軸運(yùn)動(dòng)、感應(yīng)器移動(dòng)、能量控制、冷卻水和淬火介質(zhì)的冷卻、供給等進(jìn)行控制，并具有自動(dòng)監(jiān)測和報(bào)警功能，能將故障編碼和主要內(nèi)容顯示在主菜單上?？赏ㄟ^主菜單上的按鈕進(jìn)行操作，并對程序中各參數(shù)進(jìn)行修改、保存，實(shí)現(xiàn)不同的淬火工藝。

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