双排链轮轴感应加热淬火工艺：42CrMo 钢的应用及研究

王清源1、杨喜胜2、李艳萍1

（1.中国工程机械集团公司，天津 300384；2.北京齿轮厂，北京 100024）

关键词：双排链轮轴；感应加热设备；感应加热淬火工艺

42CrMo钢双排链轮轴感应加热淬火工艺

王清源1、杨喜胜2、李艳萍1

(1.中国工程机械公司,天津300384;

2.北京齿轮厂,北京 100024)

摘要: 基于先进机电感应加热系统的应用，通过工艺试验筛选出平地机双排链轮轴感应加热淬火的最佳工艺。所选择的工艺保证了有效淬火深度和显微组织的稳定和可控性，从而提高了生产率。

关键词：双排链轮轴；感应加热设备；感应加热淬火工艺

双排链轮轴是德国引进的FAUN-WERKE平地机型号中传递扭矩的重要部件。其作用与普通车辆的后桥半轴相同。发动机扭矩通过传动轴到达后桥齿轮，由双排链轮轴驱动。它被传递到驱动轮以推动平地机前进。设计规定为A级零件，国产化时热处理工艺难度较大。介绍双排链轮轴感应加热淬火的工艺方法。由于采用IGBT全固态中频感应加热成套设备进行感应加热淬火，生产效率是传统工艺的3倍，双排链轮轴感应加热淬火效果显着。硬化。层深和金相组织稳定可控。

1、双排链轮轴热处理技术要求

图1为筑路机械平地机双排链轮轴工艺流程示意图。原材料为德国41CrMo4V钢，现已被国产42CrMo钢替代。材料性能指标基本相同。预热处理为毛坯的调质，调质硬度为280-302HB。图2是热处理图，规定了感应淬火区域硬化层的深度和硬度，其中：1份6+3mm、2份5+3mm、3份5+6mm、4份2.5+3mm。淬火硬度50-55HRc。

图1 双排链轮轴零件示意图

图1 双排链轮轴示意图

图2 双排链轮轴热处理图

图2 双排火箭轴热处理示意图

2、双排链轮轴原有感应加热淬火工艺现状

这种双排链轮轴是采用20世纪80年代从德国引进的平地机技术设计的。零件的热处理工艺要求比较合理，但需要淬火的零件形状复杂，截面尺寸差异较大，这是感应加热最难处理的。 ，热处理工艺难度较大。采用两个传感器，以适应不同部位的传感效果。每个零件都需要感应淬火两次。更换和调整传感器很麻烦。感应淬火周期接近30分钟，生产效率低。而且操作过程复杂，每次淬火都需要人工调整功率参数。如果调整不及时，可能会导致温度过高或过低，影响淬火质量[1]。另外，原有的热处理设备也比较落后。电源是晶闸管逆变器。淬火机床是第一台国产普通机床。无法实现变速、变功率运行。自动化程度低，劳动强度高。操作员依靠经验进行生产。 ，工艺重复性差，硬化层深度难以控制，裂纹时有发生，质量不稳定，已成为主机生产的瓶颈工艺。

为了解决上述问题，改进现行工艺，根据相关数据和长期积累的经验，为适应逐年翻倍增长的平地机及其工矿配件的生产需要，结合其热处理技术要求，采用IGBT全固态中频感应加热成套设备，对双排链轮轴进行中频感应加热淬火，最佳的感应加热淬火工艺平地机双排链轮轴是经过工艺试验选定的。

3、双排链轮轴感应加热淬火设备分析探讨

为了改进原有工艺，所使用的成套感应加热设备主要包括：IGBT200Kw/2-10KHz全固态中频感应加热电源； 1000KVA淬火变压器； 2500mm变压器移动式数控淬火机床；能量检测系统；电源软水、淬火介质、闭式综合循环冷却系统。

3.1 IGBT200Kw/2-10KHz全固态中频感应加热电源

IGBT200Kw/2-10KHz全固态中频感应加热电源的整流侧控制电路采用MCS-51系列的89C51单片机作为控制核心，组成全数字触发器，充分利用智能微控制器的功能，形成功能齐全的保护措施。

为了保证恒定功率输出，提高加热均匀性，保证淬火质量，调节器采用以直流电压调节为外环，电流调节为内环的双闭环PI调节器。这克服了传统比例控制方法中输出功率受电网电压波动和负载影响的问题。变化的影响。

IGBT200Kw/2-10KHz全固态中频感应加热电源逆变侧控制技术充分发挥并联逆变器的优势，具有优异的自动频率跟踪能力，逆变效率高。

3.2 2500mm变压器移动式数控淬火机床

为了满足热处理工艺的要求，机床主控采用SIEMENS 802C数控系统，控制交流伺服电机驱动工件升降运动。运动速度可实现无级调速，重复定位精度<0.01mm。

工作台主轴旋转由交流变频电机带动主轴旋转。转速采用变频调速器控制，可实现无级调速。具有速度均匀、调速范围宽的特点。

为了解决伺服系统的静态和动态性能影响数控机床的定位精度、加工精度和位移速度的问题，在数控机床的轴端安装了高精度、高分辨率的旋转编码器。伺服电机用于位移检测。交流全数字伺服控制的位置在驱动器中完成，位置环、速度环、电流环的控制全部数字化

淬火介质喷淋冷却由PLC控制打开常闭电磁阀，管路设有水压开关保护、流量开关保护、温控保护。淬火变压器和传感器冷却水管路设有水压开关保护和流量开关保护。

通过能量检测，记录零件的加工过程，实现加热功率、加热时间、冷却时间、转速、移动速度等工艺参数的控制，并显示加工节奏的整个过程。

3.3 循环冷却系统

电源冷却水采用纯水，通过闭式塔和全封闭软水循环冷却。淬火介质冷却系统设有压力显示、水箱液位指示、淬火介质温度显示功能，并对水压、水温、水箱液位等具有保护和报警功能。可调、可显示，并设有水流保护和报警功能[2]。

4、双排链轮轴感应加热淬火工艺

4.1 双排链轮轴工艺流程

下料——锻造——正火——机械加工（粗车）——调质——机械加工——中频感应淬火——回火——机械加工（磨削）。

4.2 双排链轮轴感应加热淬火工艺

通过分析双排链轮轴的结构特点，设计了专用淬火感应器，如图3所示。考虑到圆R部、轴颈、花键的加热效应，专门设计了高度为100mm的淬火感应器。 6mm，以及连续、一次性、连续加热淬火工艺。淬火介质为8%KR6480水基淬火介质，用于喷淋淬火，不仅冷却性能好，而且变形、开裂风险低，并具有防锈作用。

图3 双排链轮轴淬火传感器实物照片

图3 双排链轮轴感应器照片

根据双排链轮轴技术要求：淬硬层深度第1位6+3mm、第2位5+3mm、第3位5+6mm、第4位2.5+3mm位置，频率为2.5KHz，变压器匝数比为10：1。计算并优化加热功率、淬火移动速度、移动时间以及各位置加热时间，如表1所示，总加热时间为113.8S。辅助作业时间为207S，如表2所示。计算出的双排链轮轴淬火循环时间为320.8S。编制的零件淬火工艺程序如表3所示，实现加热功率、加热时间、冷却时间、转速、移动速度等工艺参数的自动控制。

5、感应热处理质量检验

5.1 硬化层深度、金相及表面硬度检测

表1 工艺参数表

表1 工艺参数

直径φ（mm）

硬化层深度Xk(mm)

移动时间（加热）t(s)

单位功率Po(Kw)

加热功率P(Kw)

移动速度V(mm/s)

1 部分 107.5

6+3

32

0.45

90

2.3

2 部分 117

5+3

37

0.40

106

2.3

3 份 120.5

5+6

0.8(6)

0.80

50

5.0(0)

4 份 120.5

2.5+3

38

0.80

50

表2 双排链轮轴感应淬火辅助工序表

表2 双排链轮轴感应加热淬火辅助作业时间表

喂养

上端压下 t1(s)

启动

t2(s)

关门

t3(s)

传感器

运动的

t4(s)

预热

t5(s)

喷

延迟

t6(s)

打开门

T7(s)

卸货

上端升程 t8(s)

辅助工作时间

时间

60+4

26

10+35

60+4

207

表3 感应淬火工艺流程

表3 感应加热淬火工艺方案

G22G94

M3

G01*196.4F3000

M22

M9

G4F50

M10

G01*223.5F5000

M25

G4F70

M26

M20

G01*388.5F3000

M21

M9

G4F2.0

M25

G01*473.5F140M20

M23

G01*548F140

M10

G01*571.5F180

G04F10

M20

M26

M5

G01*632F3000

M02

按JG/T 5011.9-92《工程机械设备热处理通用技术条件》执行。经纵向解剖分析，如图4所示，双排链轮轴感应淬火后淬硬层深度为：花键部分1处7.90mm，轴颈2处7.50mm，淬火范围为170毫米。圆R部分3个部分为6.00mm，4个部分为3.20mm，淬火范围为17mm。金相组织淬火硬化层马氏体级别为5级，为细针状马氏体，如图5所示。表面硬度为53-55HRc。

5.2探伤：零件100%经过磁力探伤，未发现裂纹。

六、结论

双排链轮轴经过调质处理后可以获得良好的综合力学性能，再采用该工艺进行感应加热淬火，可以使双排链轮轴获得优良的疲劳性能。感应加热淬火可以有效地淬硬层深度和金相组织。稳定可控，避免返修现象，解决制约生产的瓶颈工艺，提高生产效率。零件的组装和使用过程中没有发现任何问题，到目前为止已经使用该工艺生产了约1000件。

若工作制为两班制生产，则设备的生产能力=每班28800工时（S）×80%工时利用率÷单件生产周期320.8（S）×2（班/天）×250（天）= 35,910（件）。为了满足工程机械产品产量不断增加的需要，未来该工艺方案还可用于生产其他难以采用感应加热且大批量生产的零件。 ab

图4 双排链轮轴淬火试样a、b的解剖照片

图4 充足a和b的照片

图5 感应淬火回火样品X500的显微组织

图5 X500感应加热淬火回火后的显微组织

参考

[1]钟祥山，钟立耀。半轴表面淬火[J]．工程机械，2006，（11）：66-68。

[2] 王清源，等。感应加热成套设备在后桥半轴热处理工艺中的应用[J].工程机械，2007，（12）：62-65。