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EMA：模压式感应淬火和回火工艺

作者：艾玛感应应泰科技北京有限公司

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内容摘要：模压式淬火，也叫做压力淬火，广泛应用于汽车工业。本技术综合了感应加热 / 淬火和压淬工艺的优点，介绍了一种新的感应淬火和回火工艺。主要的设备是拥有模压式淬火装置以及感应加热系统的新型淬火机床。工件感应加热而后模压淬火，还可用于回火。工件和压模可以方便装卡，表面没有任何磨损。

近年来，随着汽车零部件技术越来越成熟，要求工件的加工精度越来越高。为了满足这一需求，开发了模压淬火工艺。下面本文将介绍模压淬火工艺的最新进展。

EMA感应科技公司开发的最新的模压淬火工艺，综合了传统感应加热/淬火和模压式压淬工艺的优点。

主要表现为：

（1）热量在工件内部直接产生。
（2）没有热能传导损失。
（3）节能。
（4）高生产率。
（5）加热/淬火迅速，过程控制容易。
（6）没有污染。

一、工件的变形与精度

由于工件需要加热到900～950℃进行淬火，因此会产生不利的影响，表现为：

（1）热膨胀引起工件尺寸和外形的变化。
（2）由于形状不规则在淬火过程中造成工件变形。
（3）由于硬化层分布的不规则也造成工件的变形。
（4）由于马氏体组织的转变造成工件的体积膨胀（约1%）。
（4）上面的各种因素共同影响工件的形变。
（5）工件淬火以前，在加工和装配阶段，工件内部已残留内应力。

在加热和淬火阶段，特别对于薄壁工件，其内部所有已经存在的内应力会得到释放而造成变形。

为了消除这些不可避免的影响所造成的形变，达到要求的精度，就需要费时、费工进行后续加工，通常工件淬火后，需要磨削和校直。

二、模压式感应淬火

2. 1. 芯模式感应淬火工艺

为了克服这些不可避免的不利后果，EMA感应淬火科技有限公司开发了一系列模压式感应淬火机床，主要用于圆形和圆盘形工件的淬火，如滑套等。针对渗碳后工件的常规工艺如图1所示。

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图1 模压式感应淬火

变形的椭圆或非圆形滑套固定到非导磁性的定心和夹持装置上（工步1），然后感应加热到约900℃。经过一定时间后，工件达到一个相同或均匀的温度，芯模到位（工步3），立即用淬火液喷淋工件（工步4）。从工步1到工步4图示了感应淬火得到一个合格零件的过程，校正芯模是不锈钢材质，可以有效防止工件收缩。

接下来是工件的回火工艺过程。感应器移动到滑套和校正芯模的组合位置（工步5），然后对工件进行回火加热（工步6）。随着温度升高，滑套发生膨胀，产生很小的缝隙（工步7），可以不费力气地把滑套从芯模另一端拔出，弹簧弹力就足够（工步8）。在淬火和回火工艺结束以后，滑套可以重新冷却到室温。表1 列出了主要的工艺参数。

表1 滑套淬火的工艺参数
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2.2 新的感应压淬工艺

伞齿轮畸变情况如图2所示。

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图2 畸变了的伞齿轮

新工艺针对伞齿轮的淬工艺开发，但不受零件的制。所有的工件都得到平的、连续的表面，这样淬火工件才能得到足够的尺寸度。

原则上，新装置的工作式和前述的一般模式相同。附加的是，新装置具有坚的底部固定和上部固定装置，可以很好地夹持加热后工件，实现压淬工艺。

对照一般的模压式淬火工艺模式，工步3和工步为变化的固定方式。在工步4淬火后，固定装置就不需要了，直接进入回火阶段。

工艺参数和结果见表2。

表2 伞齿轮压淬的工艺参数
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2.3. 机床优势

同传统压淬淬火工艺相比，新机床具有以下两个鲜明的优势：

（1）在传统的工艺下，工件采用燃气转底炉加热，工件转移到加压装置下施加压力。在转移阶段工件会降温，然而新机床中的感应器可以将工件从室温开始加热，如果有必要的话，或补偿由于转移造成的能量损失。工件从加热结束到淬火开始的时间间隔大大缩短。而该间隔对工件质量的影响很大。

（2）淬火技术也非常有特色。采用4个独立可控的淬火回路（见图3）：通过底模、上模、非导磁芯模和外模，经过调整冷却方式如流速和开启时间，延续时间等，使工件的变形最小。整个淬火系统通过流量控制。

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图3 伞齿轮模压式感应淬火

2.4. 工艺优点

采取上述装置和工艺，EMA感应科技有限公司结合了感应淬火和模压式淬火工艺的优点：

（1）工艺过程能够在生产线实现。
（2）单件流动。
（3）工艺随时开始，不需要炉子那样长的加热过程。
（4）由于加热时间短，因此节能。
（5）由于控制优良，可实现优质的重复性生产。
（6）工件最终尺寸精度最高。
（7）工件变形小，废品率低。
（8）后续工序少。

然而，该工艺是以渗碳后的工件为基础建立起来的，所以无需把材料更改为中碳钢，硬化层分布也不变。因此，与完全由其他材料制造的新零件或其他的工艺过程相比，该工艺过程成本更低。模压式淬火结构如图4所示。

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图4 4个可独立控制的淬火通道

三、配套转底炉的模压式感应淬火

1. 渗碳压床淬火生产线的平面布置

图5给出了传统炉子的规划方式。主要的组成是用于渗碳的转底炉，和已加热零件淬火的传统的淬火压床。由于传统压床采用油淬方式，则下一个大的组成设备清洗机，用来冲走零件表面的油污。然后，工件转移到回火炉回火。在这些组成设备之间，还需要零件转移系统。

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2. 模压式感应淬火生产线的平面布置

首先，装置的数量有所减少（如图6所示），只有转底炉和新的感应压淬装置。由于感应淬火采用水基淬火液淬火，所以热处理后的工件就不需要清洗，清洗机就可以去掉。第二个去掉的装置是庞大的、昂贵的回火炉。回火工序现在可以以一种新的工艺进行而不需要附加的设备或能源。内置的感应器不仅可以把零件加热淬火，而且可以用来加热回火而不需要任何变化，只不过功率不同而已。

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图6 模压式感应淬火生产线

因此，工序数量的减少和中间转移系统的取消会改善编程的控制量，从而故障率会减小。新工艺的核心包括感应器、上下压模装置和校正芯模，可以安装在EMA感应科技有限公司标准的感应淬火机床上，如图7所示。

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图7 感应淬火机床

四.适合应用的零件

（1）滑套。
（2）齿轮（圈）。
（3）同步圈。
（4）伞齿轮。
（5）耦件。
（6）任何高精度的圆柱形零件。

五、结语

本文介绍了一种全新的工艺，综合了感应淬火和压式淬火的优势，可以获得高精度的工件，在很大程上可减少或取消后续工序。

核心的装置是一种新的感应淬火机床，装有模压淬火装置和完整的感应器系统。感应产生的能量可以来加热工件而后模压淬火，也可以用来回火，这使得件和芯模可以相对自由装卸，表面也没有任何磨损。

整个机床或生产线不需要清洗机和回火炉。

参考文献
[1] Heess K. et al. Ma ? - und Form nderungen infolgeW ? rmebehandlung. Expert Verlag, Renningen 2007。
[2 ] Benkowsky G. Induktionserw rmung. Verlag Technik GmbH, Berlin1990。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/28/2010)


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