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淬火機床使用示例
某型號商用車車橋上差速器殼，材料為QT600-3A，如圖1所示。軸頸部位要求感應(yīng)淬火（包括圓角），要求表面硬度45HRC以上，硬化層深：圓角1.5～4mm（45°方向）以上，光桿部5～8mm，花鍵齒底1.5～4 mm（模數(shù)m=2，齒高約5mm），如圖2所示。
圖1 差速器殼實物照片
圖2 差速器殼淬火示意
1. 復(fù)合導磁體環(huán)形感應(yīng)器設(shè)計
現(xiàn)場采用環(huán)形連續(xù)淬火感應(yīng)器。感應(yīng)器有效圈為紫銅車削后焊接而成，橫截面為去掉一部分的（下端面外側(cè)30°）中空菱形（中通冷卻水），感應(yīng)器與工件單邊間隙為2.5mm，有效圈最小內(nèi)徑125mm，高19.5mm，寬12mm，相對工件中心方向外偏30°。噴水圈采用16mm×14mm×2.5mm矩形銅管，鉆三排孔，孔與工件中心成50°角（見圖3）。
圖3 環(huán)形感應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖
一般連續(xù)淬火用環(huán)形感應(yīng)器結(jié)構(gòu)只有一種導磁體，基于工件為小圓角，大直徑結(jié)構(gòu)考慮，如果導磁體朝向端面則桿部加熱慢，將導致移動速度慢效率低，如果導磁體朝向桿部，則圓角加熱效果差，將導致圓角未淬硬或圓角（法蘭）加熱停留時間過長。為平衡圓角淬火效果及桿部移動速度，本感應(yīng)器創(chuàng)造性的設(shè)計了兩種導磁體，一種朝向桿部，一種朝向端面，兩種導磁體分區(qū)間隔安裝在有效圈上（見圖4）。
圖4 復(fù)合導磁體安裝示意
2.差速器殼連續(xù)淬火工藝
小圓角大直徑差速器殼感應(yīng)淬火在數(shù)控立式淬火機床上進行。該淬火機床主控制采用三菱E60數(shù)控系統(tǒng)，運動方式為感應(yīng)器固定不動，主軸（零件）旋轉(zhuǎn)移動。主軸（下工作臺）旋轉(zhuǎn)由交流變頻電機控制，可實現(xiàn)無級調(diào)速。交流伺服電機帶動機床部件（下工作臺、上頂尖）升降活動，移動速度由三菱E60系統(tǒng)設(shè)定，可以無級調(diào)速。淬火機電源為全固態(tài)中頻感應(yīng)加熱電源IGBT250KW/4-10kHz，電源與機床三菱E60系統(tǒng)結(jié)合，可以實現(xiàn)模擬調(diào)功（通過設(shè)置中頻電壓S值）來實現(xiàn)輸出不同的加熱功率。
采用復(fù)合導磁體環(huán)形感應(yīng)器（見圖5），連續(xù)加熱淬火工藝，噴液冷卻方式。利用淬火機的三菱E60系統(tǒng)進行編程，通過理論計算及經(jīng)驗估算先預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，調(diào)試中觀察熱形及對淬火試樣進行解剖檢驗，修改工藝參數(shù)，最終淬火程序如附表所示（單件時間約90s）。
附表 差速器殼淬火程序
行次 | 程序 | 解析 |
1 | N100 G90 G1 X-10.00 F2500; | X軸（下工作臺）快速定位到絕對位置-10.0（上料位置），移動速度2500mm/min-1 |
2 | N102 M11； | 吊裝工件，等待門關(guān)閉（門開關(guān)1） |
3 | N104 M17； | 上頂尖（氣動）伸出，工件夾緊 |
N106 G04 X0.5； | 延時0.5s | |
4 | N108 G90 G1 X292.5 F2000 | X軸(工件)移動（上升）到絕對位置292.5（此時工件圓角貼近感應(yīng)器下端面，間隙約1.5-3mm），移動速度2000mm/min-1（加熱開始位置） |
5 | N110 M3 | X軸（工件）旋轉(zhuǎn) |
6 | N112 G04 X0.5； | 延時0.5s |
7 | M114 M25 S280； | 加熱啟動，圓角（法蘭）處模擬調(diào)功S280（中頻電壓280V，實際加熱功率約50kW） |
8 | N116 G04 X15.0； | 加熱延時，圓角（法蘭）停留15s |
9 | N118 G91 G1 X-10.00 F300； | S280（中頻電壓280V）保持，X軸（工件）相對向下運動（下降）10mm，速度300mm/min-1 |
10 | N120 M08； | 噴液冷卻開啟 |
11 | N122 G91 G1 X-12.00 F160； | S280保持， X軸（工件）相對向下運動（下降）12mm，移動速度（光桿及花鍵尾)速度160 mm/min-1 |
12 | N124 M03 S500； | 旋轉(zhuǎn)保持，變功率，花鍵模擬調(diào)功S500（中頻電壓500V，實際加熱功率約100kW） |
13 | N126 G91 G1 X-35.00 F260； | S500（中頻電壓500V）保持，X軸（工件）相對向下運動（下降）35mm，速度260mm/min-1，花鍵最高位置（加熱停止位置） |
14 | N128 M26； | 加熱停 |
15 | N130 G91 G1 X-30.00 F1000； | X軸（工件）相對向下運動（下降）30mm，速度1000 mm/min-1，延冷位置（頂端噴液冷卻） |
16 | N132 G04 X0.5； | 延時0.5s |
17 | N134 M09； | 噴液冷卻停 |
18 | N136 G40 X4.0； | 延時4s（甩水） |
19 | N138 M5； | 旋轉(zhuǎn)停 |
20 | N140 G90 G1 X-10.0 F2000； | X軸（工件）快速移動到絕對位置-10.0（下料位置），移動速度2000mm/min-1 |
21 | N142 G04 X0.5； | 延時0.5s |
22 | N144 M18； | 上頂尖（氣動）縮回（夾緊松開） |
23 | N146 M10； | 等待門完全打開（門開關(guān)2） |
24 | N148 M2； | 程序結(jié)束 |
25 | % | — |
淬火后，按JB/T 9205-1999《珠光體球墨鑄鐵零件感應(yīng)淬火金相檢驗》、Q/EQY-05-2002《感應(yīng)淬火零件淬硬深度的測定》檢驗。經(jīng)縱向切開腐蝕后，宏觀照片如圖6所示，感應(yīng)淬火層連續(xù)圓滑，圓角深度2.4mm，直線段深6.9mm，花鍵齒根深2.2mm，圓角及光桿部表面硬度53～56HRC，花鍵硬度48～52HRC，淬火組織為細針狀馬氏體+球狀石墨，評為5級。前幾批次約100件零件經(jīng)熒光磁粉探傷，無裂紋。該零件從2011年9月以來，已批量生產(chǎn)約2000件，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，現(xiàn)場無異常反饋。
圖5 復(fù)合導磁體環(huán)形感應(yīng)器實物照片
圖6 差速器殼試樣解剖實物照片
3.結(jié)語
（1）對于小圓角，大直徑零件來說，復(fù)合導磁體連續(xù)感應(yīng)器很好的兼顧了圓角淬火質(zhì)量及桿部加熱效率兩者之間的關(guān)系，現(xiàn)場實際使用效果良好，有較大推廣價值。
（2）數(shù)控淬火機床的可編程，變功率，變移動速度等功能使感應(yīng)淬火技術(shù)得到進步，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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