在齒輪強化的方法中, 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)實際, 在風(fēng)電增速齒輪箱內(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)15 0 63 36 標(biāo)準(zhǔn), 對于模數(shù)大于16 的齒輪件就不再推薦使用滲氮工藝來提高表面硬度, 故對模數(shù)大于16的內(nèi)齒圈推薦采用感應(yīng)淬火工藝進行加工。
1. 感應(yīng)淬火工藝
風(fēng)電增速齒輪箱內(nèi)齒圈一般采用逐齒/ 隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進行感應(yīng)淬火。 感應(yīng)器采用仿形法設(shè)計制造, 其中一種可行的方案大體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
采用設(shè)計制造合理的感應(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, 組織細密, 深度滿足設(shè)計要求的零件。 切割齒圈制樣, 腐蝕后熱形顯示如圖2 所示。
為達到較好的感應(yīng)淬火結(jié)果, 生產(chǎn)時需根據(jù)感應(yīng)淬火設(shè)計要求針對如下工藝參數(shù)進行選擇。
(1) 電流頻率由感應(yīng)電流透人深度計算。 針對內(nèi)齒圈數(shù)毫米級的工藝層深要求, 一般采用中頻感應(yīng)電源進行加熱。
(2) 感應(yīng)器與零件間隙由工藝試驗確定。 考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)控制水平, 機床精度限制及零件熱輻射對感應(yīng)器的影響, 推薦各處間隙保證在1.5~ 以上。
(3) 加熱功率及掃描速度由工藝試驗確定。掃描速度影響生產(chǎn)效率, 加熱功率影響零件開裂風(fēng)險, 因此要綜合考慮各因素后選擇最合適的參數(shù)。
(4 ) 加熱一淬火間隔影響零件開裂風(fēng)險。 通過調(diào)節(jié)相關(guān)機構(gòu)及掃描速度來控制。
2. 感應(yīng)淬火質(zhì)皿控制
為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性, 在批量生產(chǎn)時, 零件質(zhì)量控制計劃主要包含以下幾點。
( 1) 機床精度控制由于采用逐齒/隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進行感應(yīng)淬火, 故工藝上對機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)向機構(gòu)進行精確定位。此機構(gòu)配合機床的浮動裝置可部分彌補機床動作精度的不足,完成工藝上對感應(yīng)器與零件間隙控制精度的要求。生產(chǎn)中需要定期對機床進行精度測量, 對機床上起承載回轉(zhuǎn)作用的支撐臺尤為要注意這一點。 推薦至少每班次使用百分表測量齒圈徑向圓跳動, 并檢查機床十字浮動裝置運作/ 報警正常。
(2 ) 感應(yīng)器控制風(fēng)電增速齒輪箱內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火的質(zhì)量很大程度上取決于感應(yīng)器設(shè)計的優(yōu)劣。一個設(shè)計精良的感應(yīng)器, 本身對零件加熱效率高,功率在整個齒槽表層分布合理, 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)器會增加感應(yīng)淬火工序的質(zhì)量控制風(fēng)險, 降低優(yōu)良品率, 從而間接提高了產(chǎn)品成本。 故感應(yīng)器設(shè)計質(zhì)量控制在整個感應(yīng)淬火質(zhì)量控制體系中尤為重要。對內(nèi)齒零件進行感應(yīng)淬火時采用的感應(yīng)器肯定安裝了導(dǎo)磁體,而工藝試驗中如需對導(dǎo)磁體進行修形時, 應(yīng)根據(jù)導(dǎo)磁體種類不同而采用不同方式: 硅鋼片結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體應(yīng)在修形后重新磷化, 防止硅鋼片間導(dǎo)通或擊穿;鐵氧體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體應(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冷卻介質(zhì)、 本身通電產(chǎn)生的熱效應(yīng)、 高溫零件熱輻射等影響, 會發(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)果產(chǎn)生偏離, 故生產(chǎn)過程中對感應(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)。建議針對每只感應(yīng)器建立專門臺賬進行跟蹤, 對其變形情況、 試樣結(jié)果、 修形/返修過程進行記錄。 對于使用壽命接近/ 超過一般使用壽命的感應(yīng)器, 要綜合考慮各項成本后, 采用提高代表試樣淬火頻次或直接報廢。
(3) 水基淬火冷卻介質(zhì)參數(shù)控制目前, 感應(yīng)淬火中通常使用以G 水基淬火冷卻介質(zhì)進行淬火。
PA G 淬火冷卻介質(zhì)是由聚烷撐二醇(Polyaleneglyeol) 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冷卻介質(zhì)。使用中, 淬火冷卻介質(zhì)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等性能的變化。對PA G 淬火冷卻介質(zhì)冷卻性能進行監(jiān)控時, 由于其PA G 組分在所有溶質(zhì)中的比例及有效P A G 聚合物在所有PA G 聚合物中的比例在生產(chǎn)過程中會不斷下降, 故不能只通過折光儀濃度法、 黏度測量法、真實濃度測量法等進行控制, 還要定期使用冷卻特性測試儀進行測試, 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冷卻介質(zhì), 從而杜絕因淬火冷卻介質(zhì)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)電流進行加熱, 而感應(yīng)電流在工件表面分布對于工件表面狀態(tài)有很高的敏感性, 故感應(yīng)淬火對工件表面狀態(tài)的要求要高于其他熱處理方式。對齒形確定的內(nèi)齒圈來說, 生產(chǎn)中主要考慮感應(yīng)電流的尖角效應(yīng)對其影響。一般要求工件表面無超過0.Z m m 的臺階、積屑瘤、 鐵屑等, 倒角圓滑過渡。
3. 感應(yīng)淬火的優(yōu)缺點
將感應(yīng)淬火技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電增速齒輪箱內(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,以及易于實現(xiàn)自動化等感應(yīng)淬火的共有優(yōu)點, 還具有以下特點。
(1) 相比于滲氮, 其對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)計放磨量可減少, 且后續(xù)生產(chǎn)加工成本較低。
(3) 批量生產(chǎn)時交貨期短, 滿足客戶需求。
(4) 便于機械化和自動化, 設(shè)備緊湊, 使用方便, 勞動條件好。
但使用感應(yīng)淬火技術(shù)對內(nèi)齒圈進行加工, 尚有以下困難及缺點待克服: ¹ 新齒形產(chǎn)品工藝試驗周期較長, 感應(yīng)器設(shè)計及相關(guān)工藝參數(shù)選擇需要慎之又慎。 º不能實現(xiàn)全齒寬淬硬, 目前可滿足設(shè)計上80 % 齒寬高符合工藝要求, 這一點也是未來需要改進的地方。 »批量生產(chǎn)時, 發(fā)生質(zhì)量事故風(fēng)險較大,需要企業(yè)具有嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系和較高的質(zhì)量控制水平。
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