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西马克艾洛特姆电感应曲轴淬火机床能量监测技术领先的奥秘之处
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退火炉, 渗碳炉, 盐浴炉, 真空炉, 淬火炉, ...
感应淬火具有高效能量渗透、淬火可限定区域、生产可重复性、质量可控制、可与生产线一体化、高产能、环保的优点,是一种能量可持续并高效及由此而带来曲轴淬火的经济性的技术。

西马克艾洛特姆电感应加热技术

西马克艾洛特姆业务服务涉及基础和详细设计、生产和组装、项目管理、调试、培训和客户支持、改造和更新、备件、检查和保养、融资等,产品系列涉及轴类零件淬火机床、环类零件淬火机床、变频电源技术、感应搅拌系统、激光系统、管焊系统、焊缝退火系统、管材弯曲系统、带材加热系统、圆坯加热系统、方坯加热系统和调质系统等。

曲轴是内燃机的中心部件,在各种机械传动场合有大量的应用,由此产生不同规格的曲轴。曲轴的任务在于通过连杆将活塞力转换成扭矩,再通过离合器传递至变速箱,工作中存在静止或交变应力,这些力更多情况下为复合的。如通过旋转质量在主轴颈、法兰颈及连杆颈处产生扭矩力,通过震荡质量在活塞及连杆处产生扭矩力(滑移运动),由燃烧产生的气动力。所以,曲轴轴颈表面需要进行强化处理,我们给出的方案就是表层感应淬火。

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表面淬火工艺

轴颈位表层淬火,感应淬火本质上达到两目的:通过轴颈表面淬火改善抗磨损性,特别是在主轴颈及连杆颈圆角处通过淬火产生所希望的压应力,可改善疲劳强度。曲轴需要淬火的部位有:主轴颈位、连杆轴颈位、油封轴颈位、法兰颈位、圆角和曲轴后端等。

电感应加热一般顺序是:电感应加热→喷淋→回火。加热是以高于奥氏体化温度加热轴颈,通过电感应在工件表面产生热量,形成500~2000W/cm2的高能量密度,在数秒内升至约950℃,淬硬层深度通常由频率确定。快速可控喷淋步骤,冷却越快,马氏体形成越多,一般用特殊淬火液冷却,结果是硬度达到了,但曲轴轴颈面变脆了。接下来的步骤就是降低脆性及机械压力的回火,回火温度200~300℃,这样能达到硬度下降,内应力减少,弯曲疲劳强度增强。回火的方式有感应回火、余温回火及炉子回火。炉子回火可以优化结果,硬度降低2~10HRC,缺点是成本高;余温回火的能量成本低,但是硬度降低不规则,一般为2~4HRC;感应回火不产生额外成本,硬度降低2~10HRC(可调),缺点是节拍延长。

滚道及圆角淬火

曲轴使用场合不一,根据不同要求淬硬层分布各异,就需要通过感应器来实现,规格为带冷却功能的加热芯体及一体化喷淋装置的半圆形感应器,钨钢头用于保持加热芯体与轴颈位置规定距离,该设计可以使内部磁场集中以达到能量渗透。

用于滚道淬火的优点是可以主要降低磨损,简单的感应器形状可避免曲轴明显变形。用于圆角及滚道淬火的优点是加固措施可防交变弯曲及弯曲应力,易于磁场集中的径向布置。

艾洛特姆的应用案例中,比较典型的是错拐曲轴的淬火。包含两个连杆颈 30°夹角布置的曲轴我们称之为错拐曲轴,这使得包含90°空间夹角的V6曲轴有同样的点火间隔。此曲轴的感应淬火面临复杂多变的几何形状且不能过热。解决方案是采用两个相互独立的感应器及能量控制。另外一个案例是后截面圆角淬火,曲轴通常主要标示藉以提高强度的后截面圆角,解决方案是位于后标线以下的自动可调加热芯体,另外尚可达到磁场集中分布。

功率控制及小变形淬火

由热量导致材料金相结构变化而造成体积膨胀,故电感应加热中容易导致曲轴变形。主要影响曲轴变形的因素为质量分布、内应力、主轴颈及连杆颈的方向/重叠、平衡块质量、淬火区形成等。艾洛特姆的解决方案是无应力加热、变形模拟、优化淬火顺序、能量脉冲、角度控制的能量渗透、特殊固定夹具。

工件实际能量监测

工件实际能量测量作为艾洛特姆的专利,是测量实际进入工件的电感应能量,原理是考虑整个谐振回路的损失,以此来监控加热过程。监控时在曲轴淬火机床上工件的合格区有一个能量限定的监测窗口,如果实际能量值在窗口内活动,质量就是合格的。如果跳出上偏差或者下偏差,就会报警,设备就会停止。其优点:由于不用剖开曲轴做晶相分析,所以是无损的质量检测;极少产生废品,单件成本微小;使可用于生产时间增加,生产效率提高;可跟踪各变频器单元效用;如果出现磨损就会有预警;可以确定运行故障的位置。通常我们说的标准测量只是变频器的出口能量值,与艾洛特姆的能量测量有很大的差异,比如感应器有微小损伤是,标准测量很难检测出,而艾洛特姆的实时能量测量就能检测出有大的偏差;又如工件表面出现了裂纹,标准测量的能量出口值是没有变化的,而整个谐振回路的损失有大的变化,会下降的15kW,直接能判断出工件出现裂纹。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (3/20/2014)
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