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

時(shí)間：2016-07-26作者：洛陽飛泰窯爐有限公司瀏覽：55

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。考慮到生產(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。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。感應(yīng)器采用仿形法設(shè)計(jì)制造，其中一種可行的方案大體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火用感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意
采用設(shè)計(jì)制造合理的感應(yīng)器，配合精確的工藝參數(shù)控制，可以生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良、穩(wěn)定的感應(yīng)淬火齒圈。目前我公司內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火技術(shù)已接近成熟，可加工出沿齒槽層深均勻，組織細(xì)密，深度滿足設(shè)計(jì)要求的零件。切割齒圈制樣，腐蝕后熱形顯示如圖2所示。

圖2 感應(yīng)淬火內(nèi)齒圈齒槽截面熱形圖
為達(dá)到這樣較好的感應(yīng)淬火結(jié)果，生產(chǎn)時(shí)需要根據(jù)感應(yīng)淬火設(shè)計(jì)要求針對(duì)如下工藝參數(shù)進(jìn)行選擇：
（1）電流頻率
由感應(yīng)電流透入深度計(jì)算。針對(duì)內(nèi)齒圈數(shù)毫米的工藝層深要求，一般采用中頻感應(yīng)電源進(jìn)行加熱。

（2）感應(yīng)器與零件間隙
由工藝試驗(yàn)確定?？紤]到現(xiàn)場生產(chǎn)控制水平，機(jī)床精度限制及零件熱輻射對(duì)感應(yīng)器的影響，推薦各處間隙保證在1.5mm以上。

（3）加熱功率及掃描速度
由工藝試驗(yàn)確定。掃描速度影響生產(chǎn)效率，加熱功率影響零件開裂風(fēng)險(xiǎn)。要綜合考慮各因素后選擇較合適參數(shù)。

（4）加熱-淬火間隔
影響零件開裂風(fēng)險(xiǎn)。通過調(diào)節(jié)相關(guān)機(jī)構(gòu)及掃描速度來控制。

2.感應(yīng)淬火質(zhì)量控制
為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，在批量生產(chǎn)時(shí)，零件質(zhì)量控制計(jì)劃主要包含以下幾點(diǎn)：
（1）機(jī)床精度控制
由于采用逐/隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進(jìn)行感應(yīng)淬火，固工藝上對(duì)機(jī)床本身精度有較高要求。目前采用的主流辦法是使用與感應(yīng)器間位置可調(diào)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確定位。此機(jī)構(gòu)配合機(jī)床的浮動(dòng)裝置可彌補(bǔ)機(jī)床動(dòng)作精度的部分不足，完成工藝上對(duì)感應(yīng)器與零件間隙控制精度的要求。生產(chǎn)中需要定期對(duì)機(jī)床進(jìn)行精度測量，而機(jī)床上起承載回轉(zhuǎn)作用的支撐臺(tái)尤為要注意這一點(diǎn)。推薦至少每班次使用絲表測量齒圈外圓跳動(dòng)，并檢查機(jī)床十字浮動(dòng)裝置運(yùn)作/報(bào)警正常。

（2）感應(yīng)器控制
風(fēng)電增速箱內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火的質(zhì)量很大程度上決定于感應(yīng)器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。一個(gè)設(shè)計(jì)精良的感應(yīng)器，本身對(duì)零件加熱效率高、功率在整個(gè)齒槽表層分布合理、壽命長、發(fā)生異常概率低。而使用不滿足以上特性的感應(yīng)器會(huì)增加感應(yīng)淬火工序的質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)、降低良品率，從而間接提高了產(chǎn)品成本。故感應(yīng)器設(shè)計(jì)質(zhì)量控制在整個(gè)感應(yīng)淬火質(zhì)量控制體系中尤為重要。對(duì)內(nèi)齒零件進(jìn)行感應(yīng)淬火時(shí)采用的感應(yīng)器肯定安裝了導(dǎo)磁體，而工藝試驗(yàn)中如需對(duì)導(dǎo)磁體進(jìn)行修形時(shí)應(yīng)根據(jù)導(dǎo)磁體種類不同采用不同方式：矽鋼片結(jié)構(gòu)的應(yīng)在修形后重新磷化，防止矽鋼片間導(dǎo)通或擊穿；鐵氧體結(jié)構(gòu)的應(yīng)注意加工力度，防止粉末冶金成形的易碎裂。

另一方面，感應(yīng)器在生產(chǎn)使用過程中受到淬火液、本身通電產(chǎn)生的熱效應(yīng)、高溫零件熱輻射等影響，會(huì)發(fā)生各種異常，影響其表層電流分布，從而使淬硬層深及淬火組織與新感應(yīng)器所得結(jié)果發(fā)生偏離。故生產(chǎn)過程中對(duì)感應(yīng)器狀態(tài)的全程跟蹤監(jiān)控是質(zhì)量控制體系中很重要的一環(huán)。建議針對(duì)每只感應(yīng)器建立專門臺(tái)賬進(jìn)行跟蹤，對(duì)其變形情況、試樣結(jié)果、修形/返修過程進(jìn)行記錄。對(duì)于使用壽命接近/**過一般使用壽命的感應(yīng)器，要綜合考慮各項(xiàng)成本后采用提高淬代表試樣頻次或直接報(bào)廢。

（3）水基淬火液參數(shù)控制
目前感應(yīng)淬火中使用PAG水基淬火液進(jìn)行淬火冷卻。PAG淬火液是由聚烷撐二醇（Polyaleneglycol）聚合物加上能獲得其他輔助性能的復(fù)合添加劑并溶于水獲得的水溶性淬火介質(zhì)。使用中，淬火液可能發(fā)生的變化主要有兩類：一類是其冷卻性能上的變化，另一類是其防銹和防腐敗等性能的變化。對(duì)PAG淬火液冷卻性能進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，由于其PAG組分在所有溶質(zhì)中的比例及有效PAG聚合物在所有PAG聚合物中的比例在生產(chǎn)過程中會(huì)不斷下降。故不能只通過如折光儀濃度法、粘度測量法、真實(shí)濃度測量法等進(jìn)行控制，還要定期使用冷卻特性測試儀進(jìn)行測試，并用得到的冷卻特性曲線控制濃度。在成本許可的條件下，推薦每月徹底更換一次淬火液，從而杜絕因淬火液老化等問題導(dǎo)致的批量質(zhì)量事故。

（4）零件狀態(tài)控制
由于感應(yīng)淬火使用感應(yīng)電流進(jìn)行加熱，而感應(yīng)電流在工件表面分布之于工件表面狀態(tài)有很高的敏感性。故感應(yīng)淬火對(duì)工件表面狀態(tài)的要求要**其他熱處理方式。對(duì)齒形確定的內(nèi)齒圈來說，生產(chǎn)中主要考慮感應(yīng)電流的尖角效應(yīng)對(duì)其影響。一般要求工件表面無**過20絲臺(tái)階、積屑瘤、鐵屑等，倒角圓滑過渡。

3.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)效率高、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，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)量控制水平來進(jìn)行控制。


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