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- 2022-10-10 17:16:55
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。采用设计制造合理的感应器,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,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,大直径齿轮淬火设备报价,劳动条件好。
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。
变速器换档叉轴感应淬火
换档叉轴结构,技术要求高,采用常规的感应淬火工艺难以达到技术要求。热处理技术要求及零件结构特点零件材料为45钢,要求波形槽部分感应淬火,硬度≥55HRC,有效硬化层深≥2mm。
采用一般的多匝外圆感应器淬火时,由于尖角效应,棱边棱角部分的加热速度比其它部分快,在波形槽温度还未达到淬火温度时,盲孔出口平台的棱角棱边就已过热,甚至被烧熔。我们曾经试过在盲孔中插入铜塞,以屏蔽盲孔及出口处的棱边棱角。虽然解决了棱边棱角过热过烧,但由于零件整个圆柱面被加热,盲孔受到热影响产生变形,无法保证尺寸要求。采用平面感应器对波形槽单边加热时,由于平面感应器的功率损耗大,电效率低,加热速度慢,在加热波形槽过程中,热量已向盲孔传导,再加上平面感应器磁力线逸散入盲孔,当波形槽温度达淬火温度时,盲孔也已被加热,无法达到盲孔精度要求。
改进工艺方案为零件预先反弯曲变形→屏蔽感应加热淬火→回火→校直→磨外圆。(1)用紫铜管制造屏蔽套。其作用是把不需加热的地方全部屏蔽,只露出波形槽部分,这样,在波形槽感应加热淬火过程中可地减少盲孔受到的热影响。 (2)感应器仍采用电的圆柱形感应器。(3)为减少淬火变形,采用聚乙烯醇冷却液。(4)在零件感应加热前进行预先反变形处理。
为什么齿轮感应淬火后的表面硬度会比普通淬火的高?
齿轮经过感应淬火后的表面温度会比普通的淬火处理高,这是感应淬火的特点,这也可以称为超硬现象。其实为什么齿轮淬火后表面的硬度更高呢?目前主要有两种解释。一是由于感应加热的方式,缩短了加热时间,在加热的过程中缺乏奥氏体晶粒产生的条件,因此导致了齿轮表面硬度提高了。第二种解释就是因为由于感应淬火时冷却速度快,在齿轮淬火表面层存在较大的残留压应力,从而提高了齿轮的表面硬度。
为了印证残留应力对金属工件的作用,我们特意将经过高频感应淬火设备淬火的工件切断,然后再将其与切断前的硬度做比较,发现经过切断后的硬度平均降低了2HRC以上,因此可以证明残留压应力去除之后,金属工件的硬度是会降低的。为什么齿轮残留留压应力会导致表面硬度的提高呢?我们还可以从另一方面来解释,这就是由于齿轮在经过感应设备淬火的时候,在低温回火过程中,齿轮硬度下降的比普通淬火的要多。
现在,大家明白了为什么要使用高频感应淬火设备了吗?因为齿轮感应淬火后的表面硬度会比普通淬火的更高,使用感应淬火设备,可获得高硬度高耐磨的金属工件,何乐而不为呢?