在齒輪強化的方法中, 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, 在風電增速齒輪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15 0 63 36 標準, 對于模數大于16 的齒輪件就不再推薦使用滲氮工藝來提高表面硬度, 故對模數大于16的內齒圈推薦采用感應淬火工藝進行加工。
1. 感應淬火工藝
風電增速齒輪箱內齒圈一般采用逐齒/ 隔齒沿齒溝掃描技術進行感應淬火。 感應器采用仿形法設計制造, 其中一種可行的方案大體結構如圖1 所示。
采用設計制造合理的感應器, 配合精確的工藝參數控制, 可以生產質量優良、 穩定的感應淬火齒圈。 目前, 我公司內齒圈感應淬火技術已接近成熟,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。
為達到較好的感應淬火結果, 生產時需根據感應淬火設計要求針對如下工藝參數進行選擇。
(1) 電流頻率由感應電流透人深度計算。 針對內齒圈數毫米級的工藝層深要求, 一般采用中頻感應電源進行加熱。
(2) 感應器與零件間隙由工藝試驗確定。 考慮到現場生產控制水平, 機床精度限制及零件熱輻射對感應器的影響, 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。掃描速度影響生產效率, 加熱功率影響零件開裂風險, 因此要綜合考慮各因素后選擇最合適的參數。
(4 ) 加熱一淬火間隔影響零件開裂風險。 通過調節相關機構及掃描速度來控制。
2. 感應淬火質皿控制
為保證產品質量的穩定性, 在批量生產時, 零件質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進行感應淬火, 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器間位置可調的導向機構進行精確定位。此機構配合機床的浮動裝置可部分彌補機床動作精度的不足,完成工藝上對感應器與零件間隙控制精度的要求。生產中需要定期對機床進行精度測量, 對機床上起承載回轉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 ) 感應器控制風電增速齒輪箱內齒圈感應淬火的質量很大程度上取決于感應器設計的優劣。一個設計精良的感應器, 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, 發生異常概率低。而使用不滿足以上特性的感應器會增加感應淬火工序的質量控制風險, 降低優良品率, 從而間接提高了產品成本。 故感應器設計質量控制在整個感應淬火質量控制體系中尤為重要。對內齒零件進行感應淬火時采用的感應器肯定安裝了導磁體,而工藝試驗中如需對導磁體進行修形時, 應根據導磁體種類不同而采用不同方式: 硅鋼片結構的導磁體應在修形后重新磷化, 防止硅鋼片間導通或擊穿;鐵氧體結構的導磁體應注意加工力度, 防止粉末冶金成形的易碎裂。另一方面, 感應器在生產使用過程中受到淬火冷卻介質、 本身通電產生的熱效應、 高溫零件熱輻射等影響, 會發生各種異常, 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器所得結果產生偏離, 故生產過程中對感應器狀態的全程跟蹤監控是質量控制體系中很重要的一環。建議針對每只感應器建立專門臺賬進行跟蹤, 對其變形情況、 試樣結果、 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) 水基淬火冷卻介質參數控制目前, 感應淬火中通常使用以G 水基淬火冷卻介質進行淬火。
PA G 淬火冷卻介質是由聚烷撐二醇(Polyaleneglyeol) 聚合物加上能獲得其他輔助性能的復合添加劑并溶于水獲得的水溶性淬火冷卻介質。使用中, 淬火冷卻介質可能發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 淬火冷卻介質冷卻性能進行監控時, 由于其PA G 組分在所有溶質中的比例及有效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, 從而杜絕因淬火冷卻介質老化等問題導致的批量質量事故。
(4 ) 零件狀態控制由于感應淬火使用感應電流進行加熱, 而感應電流在工件表面分布對于工件表面狀態有很高的敏感性, 故感應淬火對工件表面狀態的要求要高于其他熱處理方式。對齒形確定的內齒圈來說, 生產中主要考慮感應電流的尖角效應對其影響。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. 感應淬火的優缺點
將感應淬火技術應用于風電增速齒輪箱內齒圈上, 不僅具有生產效率高, 節約能源, 環境污染小,以及易于實現自動化等感應淬火的共有優點, 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, 設計放磨量可減少, 且后續生產加工成本較低。
(3) 批量生產時交貨期短, 滿足客戶需求。
(4) 便于機械化和自動化, 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: ¹ 新齒形產品工藝試驗周期較長, 感應器設計及相關工藝參數選擇需要慎之又慎。 º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的地方。 »批量生產時, 發生質量事故風險較大,需要企業具有嚴格的質量控制體系和較高的質量控制水平。
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
