滾針軸承滾子的自動(dòng)感應(yīng)淬火的工藝研究

1、滾針軸承滾子的自動(dòng)化感應(yīng)淬火的工藝研究摘要： 首先介紹滾子的材料、淬火工藝要求、加工節(jié)拍。通過對感應(yīng)器設(shè)計(jì)、加熱時(shí)間、加工電參數(shù)的分析，以滿足產(chǎn)品熱處理硬度、淬火層深度、淬火區(qū)域等指標(biāo)，從而對熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后簡單介紹成熟的滾子熱處理設(shè)備案例。 關(guān)鍵字：軸承滾子、淬火引言： 隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車、拖拉機(jī)、航空、儀表、冶金、國防等工業(yè)對零件的要求越來越高。熱處理可以提高零件性能，延長使用壽命，因此，在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用，并成為生產(chǎn)過程中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。  感應(yīng)加熱表面淬火是表面淬火方法中比較好的一種，因此，受到普遍的重視和廣泛應(yīng)用。本文主要對感應(yīng)淬火工

2、藝的研究做簡單的介紹。一、滾子的材料、淬火工藝要求、加工節(jié)拍1. 滾針材料：SAE52100、GCr15 等2.零件尺寸范圍：滾子直徑：6 - 22mm，滾子長度：10 - 35 mm3.單個(gè)零件生產(chǎn)節(jié)拍：2.5s/pcs典型案例零件及要求如下圖：二、感應(yīng)器設(shè)計(jì) 針對圖示工件的加工要求，如果采用單匝感應(yīng)器，由于有效圈部阻抗小，不易得到高的功率，加熱時(shí)間長；如果改用雙匝感應(yīng)器，由于有效圈阻抗增大，感應(yīng)器效率會(huì)立即提高。 感應(yīng)加熱的原理如圖1所示： 感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為：   式中e 瞬時(shí)電勢，V； 零件上感應(yīng)電流所包圍面積的總磁通，Wb，其數(shù)值隨

3、感應(yīng)器中的電流強(qiáng)度和零件材料的破導(dǎo)率的增加而增大，并與零件和感應(yīng)器之間的間隙有關(guān)。 d/dt為磁通變化率，其絕對值等于感應(yīng)電勢。電流額率越高，磁通變化率越大，使感應(yīng)電勢P相應(yīng)也就越大。中的負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電勢的方向與d巾dt的變化方向相反。 零件中感應(yīng)出來的渦流的方向，在每一瞬時(shí)和感應(yīng)器中的電流方向相反，渦流強(qiáng)度決定于感應(yīng)電勢及零件內(nèi)渦濰回路的電抗，可表示為 式中  I 渦流電流強(qiáng)度，A；      II  Z自感電抗，；     

4、;  III R零件電阻，；       IV X阻抗， 由于Z值很小，所以I值很大。 零件加熱的熱量為  式中  Q熱能，J；       t加熱時(shí)間，s； 該零件采用振蕩功率：30KW；振蕩頻率：80-200KHz的IGBT高頻感應(yīng)加熱電源，根據(jù)公式感應(yīng)器內(nèi)徑初定為：11mm。感應(yīng)器如下圖圖2：圖2該感應(yīng)器采用雙匝式設(shè)計(jì)，提高了效率；考慮到工件的加工要求需盡量縮小感應(yīng)器上下

5、圈的間隙，但是考慮到感應(yīng)器上下層的絕緣性能，將感應(yīng)器上下圈間隙設(shè)計(jì)為1.2mm，并且感應(yīng)器上下圈之間采用聚四氟乙烯絕緣材料進(jìn)行絕緣處理。感應(yīng)器的每匝厚度對工件的熱處理效果有很大的影響，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)得出以下數(shù)據(jù)：感應(yīng)器單匝厚度為：6.4mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖3：圖3 如圖所示淬硬層區(qū)域出現(xiàn)不對稱，且下方淬硬層區(qū)域不滿足工件的加工要求。 感應(yīng)器單匝厚度為：5.4mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖4：圖4如圖所示淬硬層區(qū)域?qū)ΨQ，且淬硬層區(qū)域、硬度滿足工件的質(zhì)量要求。當(dāng)感應(yīng)器單匝厚度為：5mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖5：圖5 如圖所示淬硬層區(qū)域雖然對稱，但是淬硬層區(qū)域不滿足工件的加工要求。經(jīng)過多次試驗(yàn)論證感應(yīng)器單匝厚度

6、選取5.4mm左右為最佳，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量最好且穩(wěn)定。3、 加工電參數(shù)、加熱時(shí)間對產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，加熱電源需要采用具有能量監(jiān)控功能的設(shè)備，做到：1、時(shí)間控制，對能量的監(jiān)測； 2、能量控制，對時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測； 3、對超出上下限的產(chǎn)品給出OK或NG判別信號(hào)。通過智能化改變加熱時(shí)間和功率大小，保證能量輸出的一致性。工件的加熱時(shí)間由產(chǎn)品的質(zhì)量要求和加工節(jié)拍的要求決定，在滿足加工質(zhì)量的前提上提高生產(chǎn)效率以滿足加工節(jié)拍要求。加工節(jié)拍由加熱時(shí)間和輔助時(shí)間共同決定，設(shè)備設(shè)計(jì)的輔助時(shí)間大約為1s，所以加熱的時(shí)間需要控制在1.5s以內(nèi)，結(jié)合能量監(jiān)控功能經(jīng)過多次驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)加熱1s時(shí)質(zhì)量和效率最

7、好，且?guī)缀趿阕冃巍?、 現(xiàn)代化軸承滾子高頻感應(yīng)加工中心 圖6 上圖6是一臺(tái)技術(shù)成熟的現(xiàn)代化軸承滾子高頻感應(yīng)加工中心，該設(shè)備具有：全自動(dòng)無人操作；全過程數(shù)字監(jiān)測，單件能量控制；合格品自動(dòng)分揀，熱處理質(zhì)量無損檢測等功能。該設(shè)備針對軸承滾子的生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)而成，通過現(xiàn)代化的檢測、監(jiān)控技術(shù)嚴(yán)格控制產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的閉環(huán)控制。5、 總結(jié)國內(nèi)現(xiàn)在的軸承滾子感應(yīng)淬火工藝相對于發(fā)達(dá)國家還存在很多不足之處, 但我們正在努力改善和提高其工藝技術(shù)水平，研發(fā)并采用更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，取代老式的加工方式從而減少材料浪費(fèi)和不良品過剩的問題。參考文獻(xiàn)： 1 喬 健, 馬梅香. 我國感應(yīng)熱處理技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景及實(shí)施措施研究 A . 第一屆全國農(nóng)機(jī)感應(yīng)熱處理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集 C . 洛陽:1989: 1-14.  2 陳再良，閻承沛先進(jìn)熱處理制造技術(shù)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002159-161  3 沈慶通，梁文林.現(xiàn)代感應(yīng)熱處理技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版