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的齿轮件就不再使用氮化工艺提高表面硬度,故对模数大于16的内齿圈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,传动轴淬火机惠,设备紧凑,使用方便,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,需要严格的控制体系和较高的控制水平来进行控制。
车轴感应淬火设备
感应器研制车轴是一个变直径的圆柱体,要实现全长表面淬火在很大程度上取决于感应器的结构设计与制造。加热用感应器的设计应主要考虑使被加热零件的表面温度均匀;感应器损耗小,电;感应器冷却-;制造简单,有足够的机械强度,操作使用方便。车轴加热感应器用矩形紫铜管制造成圆形感应器,并通水冷却,零件加热后由用附带喷水圈进行喷射冷却。为了-在感应加热中尽可能地减少漏磁,提高加热效率,感应器与零件之间的间距尽可能小,但要有足够的间隙,-使感应器能与车轴的相对运动顺利进行。因此,选择圆环形感应器内侧与车轴轮座表面之间的距离为5~6mm较为合适。
加热设备频率的选择感应加热的电流透入-与电流的频率成反比,必须正确选择中频发生器设备的中频电流频率,以实现一定加热-的感应加热。正确选择加热电流频率可实现技术要求,提高热处理,充分发挥设备的效能,提高生产率,节省电能。感应器的电频率选择与零件的直径大小有关,大直径零件可采用较低的频率,所以对于直径很大的车轴,选择下限频率中频电源作为车轴感应加热的中频加热设备。
冷却器的研制车轴中频感应表面淬火,冷却是关键。因为车轴钢的含碳量低,临界冷却速度高。选择适当的冷却方法和冷却介质,才能使淬火区获得马氏体组织。因此,冷却器的合理设计就显得致关重要。所以 ,喷水圈喷水孔采用多排交叉分布,为防止靠近感应器处喷水孔喷射水柱飞溅影响加热效果。
淬火机床的研制为尽可能减少车轴淬火后的变形,淬火机床采用竖立式,车轴垂直放置,自身旋转,以使车轴圆周表面的加热均匀。淬火机床上的中频变压器连接加热用感应器一起可沿车轴纵向上下移动 ,移动速度采用变频连续可调。
齿轮高频感应加热淬火温度
加热温度及加热速度是感应加热的基本的工艺参数, 它直接决定钢的相变过程和淬火后的组织,是提高和稳定高频表面淬火工艺的重要-。
高频感应加热是由交变电磁感应产生涡流和磁滞加热零件。高频感应加热速度很快,在相变区内可达50-500摄氏度/秒,甚至更高。
高频感应快速加热中,在其他因素相同的条件下,完成相变的条件取决于相变 区内的加热速度,加热速度越快,完成相变的温度就越高。
获得淬火硬度的温度,就是完成相变的理想淬火温度,淬火组织为隐针状 或细针状马氏体。若低于该淬火温度下淬火,则淬火组织中出现屈氏体和少量铁素体;若高于该温度淬火,则得针状或粗针状马氏体。
淬火温度的选择,主要决定于零件的服役条件,如以提高表面耐磨性为主,不 受冲击的零件,可选择获得硬度的淬火温度。
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