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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
在齒輪的強化方法中,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),對于模數(shù)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(shù)大于16的內(nèi)齒圈-采用感應(yīng)淬火工藝進行加工。
1.感應(yīng)淬火工藝
風(fēng)電增速箱內(nèi)齒圈一般采用逐/隔齒沿齒溝掃描技術(shù)進行感應(yīng)淬火。采用設(shè)計制造合理的感應(yīng)器,配合的工藝參數(shù)控制,可以生產(chǎn)優(yōu)良、穩(wěn)定的感應(yīng)淬火齒圈。
2.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)電增速箱內(nèi)齒圈上,不僅具有生產(chǎn)、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)淬火共有優(yōu)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(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)時交貨期短,滿足一些客戶需求。
(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:新齒形產(chǎn)品工藝試驗周期較長,感應(yīng)器設(shè)計/相關(guān)工藝參數(shù)選擇需要慎之又慎;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和克服的地方;批量生產(chǎn)時,發(fā)生批量事故風(fēng)險較大,需要嚴(yán)格的控制體系和較高的控制水平來進行控制。
大模數(shù)齒輪淬火用感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)
與感應(yīng)加熱表面淬火相比,滲碳淬火雖可以使齒面達到-的接觸疲勞強度、高的抗彎曲強度及-的耐磨性,但熱處理周期長,淬火變形大,因此-上工業(yè)化-在生產(chǎn)大模數(shù)重載齒輪軸逐漸開始采用感應(yīng)加熱電源淬火,其特點是加熱速度快、幾乎沒有保溫時間 (加熱到溫后立即淬火)。目前以數(shù)字信號處理器(dsp) 和復(fù)雜可編程邏輯器件 (cpld) 為-的感應(yīng)加熱電源,已經(jīng)科技取代進口設(shè)備。
基于 dsp 的感應(yīng)加熱電源主要包括主電路與控制電路兩部分,主電路包括整流和逆變兩部分。主電路整流部分輸入為380v/50 hz 工頻交流電壓,經(jīng)三相不控橋式整流后,轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷,輪流?dǎo)通和關(guān)斷逆變橋器件,在逆變器的輸出端獲得交變的方波電壓,經(jīng)高頻逆變變壓器耦合輸出到諧振電容和感應(yīng)線圈,通過串聯(lián)諧振產(chǎn)生電流,在線圈中形成交變磁場,對工件進行感應(yīng)加熱。
由于感應(yīng)加熱用igbt器件工作頻率在20至100khz,可以滿足大多數(shù)感應(yīng)加熱的工作需求。由dsp產(chǎn)生pwm脈沖信號?刂七^程中融入恒流pid和數(shù)字鎖相環(huán)運算、pwm 波形輸出頻率實時性和高分辨率移相 pwm 及死區(qū)時間控制,計算時間短,計算量大,要求系統(tǒng)有較高的運算速度和精度;需要同時對多個電流、電壓值進行采樣分析,要求系統(tǒng)有較強的并行處理能力,能完成系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)存儲、傳輸、顯示等功能。
齒輪雙頻感應(yīng)加熱過程及齒輪材質(zhì)的選擇
雙頻加熱的原理是使用低高兩種頻率的熱源。首先,以較低頻率的熱源加熱(3—10khz),為齒輪預(yù)熱提供所需能量。
隨后,立即進行高頻熱源加熱,頻率范圍100-250khz之間。頻率選擇依齒輪尺寸及周節(jié)大小而定。高頻熱源將迅速使全部齒輪外表面加熱至淬火溫度,齒輪淬火設(shè)備價格,然后齒輪立即淬火,獲得設(shè)計所規(guī)定的硬度。
在雙頻加熱中,固定在心軸上旋轉(zhuǎn)著的齒輪接受預(yù)熱,隨后一個快速“脈沖使之達到終適宜的淬火溫度后,工件被送入水中淬火。全部過程共需30秒鐘。
這一過程為計算機所控制。由于加熱速度快,表面無氧化、脫碳現(xiàn)象,外觀及心部材料的性能仍保持不變。
制造齒輪有多種材料,從工藝及經(jīng)濟的觀點出發(fā),鋼得到廣泛應(yīng)用。
含碳量決定鋼能達到的硬度。通常用于感應(yīng)熱處理的鋼,視其表面的設(shè)計硬度要求,含碳量一般為0.40,0.50或0.60%為宜。
要使零件在局部加熱之后淬火硬化,鋼的含碳量必須達到設(shè)計硬度的要求。
雙頻感應(yīng)淬火解決這一問題的辦法是,嚴(yán)格控制熱處理變形,使變形量-在太多數(shù)齒輪的設(shè)計要求范圍之內(nèi)。
齒輪淬火處理有其特點,雙頻感應(yīng)處理是各種方法中較理想的。在常規(guī)處理中,要同時滿足一定的硬化層-及變形要求是困難的,因為兩者會相互影響,相互制約。而雙頻感應(yīng)方法僅對齒輪的局部提供淬火所必須的能量(比常規(guī)生產(chǎn)減少2—3倍),因此,變形范圍及硬化-均達到設(shè)計要求。
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