感應淬火技術在風電增速齒輪箱內齒圈上的應用
在齒輪的強化方法中,感應淬火與調質、滲碳、滲氮一起構成四大基礎工藝。考慮到生產實際,在風電增速箱內齒圈的批量生產中采用滲氮或感應淬火工藝可以獲得比較高的生產效率及較低的生產成本。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效率成本等因素而定。根據iso6336標準,對于模數大于16的齒輪件就不再使用氮化工藝提高表面硬度,故對模數大于16的內齒圈采用感應淬火工藝進行加工。
1.感應淬火工藝
風電增速箱內齒圈一般采用逐/隔齒沿齒溝掃描技術進行感應淬火。采用設計制造合理的感應器,配合的工藝參數控制,可以生產優良、穩定的感應淬火齒圈。
2.感應淬火的優缺點
將感應淬火技術應用于風電增速箱內齒圈上,不僅具有生產、節約能源、環境污染小以及易于實現自動化等感應淬火共有優點,還具有以下特點:
1相比于氮化,其對基體硬度和組織要求可以適當放寬。
2相比于滲碳淬火,工件不是整體加熱,變形較小,故相應磨量較小,設計放模量可減少,且后續生產加工成本較低。
3批量生產時交貨期短,滿足一些客戶需求。
4便于機械化和自動化,傳動軸淬火機惠,設備緊湊,使用方便,勞動條件好。
但使用感應淬火技術對內齒圈進行加工,尚有以下困難及缺點待克服:新齒形產品工藝試驗周期較長,感應器設計/相關工藝參數選擇需要慎之又慎;不能實現全齒寬淬硬。目前可滿足設計上80%齒寬高符合工藝要求,這一點也是未來需要改進和克服的地方;批量生產時,發生批量事故風險較大,需要嚴格的控制體系和較高的控制水平來進行控制。
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使被加熱零件的表面溫度均勻;感應器損耗小,電;感應器冷卻-;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。為了-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,-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-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-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,充分發揮設備的效能,提高生產率,節省電能。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。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。
齒輪高頻感應加熱淬火溫度
加熱溫度及加熱速度是感應加熱的基本的工藝參數, 它直接決定鋼的相變過程和淬火后的組織,是提高和穩定高頻表面淬火工藝的重要-。
高頻感應加熱是由交變電磁感應產生渦流和磁滯加熱零件。高頻感應加熱速度很快,在相變區內可達50-500攝氏度/秒,甚至更高。
高頻感應快速加熱中,在其他因素相同的條件下,完成相變的條件取決于相變 區內的加熱速度,加熱速度越快,完成相變的溫度就越高。
獲得淬火硬度的溫度,就是完成相變的理想淬火溫度,淬火組織為隱針狀 或細針狀馬氏體。若低于該淬火溫度下淬火,則淬火組織中出現屈氏體和少量鐵素體;若高于該溫度淬火,則得針狀或粗針狀馬氏體。
淬火溫度的選擇,主要決定于零件的服役條件,如以提高表面耐磨性為主,不 受沖擊的零件,可選擇獲得硬度的淬火溫度。