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          低噪聲長壽命齒圈關鍵工藝技術的研究與應用

          作者:浙江三歡齒輪有限公司 瀏覽: 發表時間:2022-01-04 11:28:11

          低噪聲長壽命齒圈關鍵工藝技術的研究與應用

          齒圈是各種柴油發動機或汽油發動機的重要部件。齒圈和為發動機提供轉動慣量的圓盤構成一個部件。發動機啟動時,飛輪齒圈與起動機的齒輪嚙合,帶動曲軸轉動,使發動機正常工作。發動機啟動時,齒圈齒輪會瞬間產生很大的沖擊力,齒間會有撞擊聲。因此,如何提高產品的抗沖擊性能,降低嚙合噪音等。在齒圈的設計和制造過程中,同時提高生產效率和延長使用壽命的齒圈已經成為提高產品競爭力的核心技術。

          齒圈加工后應進行熱處理,以提高表面硬度和耐磨性。目前常用的熱處理工藝是高頻感應淬火,多用于工業金屬零件的表面淬火。是一種使工件表面產生一定的感應電流,快速加熱零件表面,然后快速淬火的金屬熱處理方法。使用的設備是高頻淬火感應器。感應加熱的原理是將工件放入感應器中,感應器通常是中頻或高頻交流電(1000 ~ 300000Hz或更高)的空心銅管。將銅管制成方管形狀,利用設計的夾具在加熱變形的情況下快速完成成型,從而制成所需的圓柱形感應器,并產生交變磁場,在工件中產生同頻率的感應電流。這種感應電流在工件上分布不均勻,表面強,內部弱,中心接近于零。利用這種趨膚效應,可以快速加熱工件表面,幾秒鐘內表面溫度升至800 ~ 1000℃,而中心溫度略有上升。普通齒圈的淬火要求一般為淬火件,齒圈兩端的硬化層深度、硬度、金相等級相同。這種結構可以滿足普通齒圈,淬火后工件硬化層深度相同的淬火要求。

          一、倒梯形結構齒圈淬火感應器應用擴展齒圈使用壽命

          國產齒圈熱處理主要采用高頻感應淬火工藝,但感應器的結構會帶來不同的淬火效果。通常齒圈上下端面的硬化層深度相同,即兩端面的硬化層硬度相同。如果硬度高,齒心會變脆,容易折斷,大大降低了牙齒的耐用性。在齒圈的實際工作中,只有靠近嚙合齒輪的端面受到較大沖擊,而附著在飛輪上的端面應保持柔軟,具有最佳的緩沖效果。這樣,硬齒面和相對較軟的齒心是最好的齒圈淬火狀態,倒梯形結構的淬火感應器可以達到這種“外硬內軟”的理想狀態。

          根據齒圈的實際使用情況,與起動機齒輪嚙合的齒圈的入口端受沖擊較大,工作頻率較高,即齒圈的倒角端和齒圈的非倒角端面承受的載荷不同,對齒圈兩端硬化層的深度和硬度要求不同,為了保證齒的使用壽命,對其進行了硬化處理。雖然在實際加工過程中,有些因素可能會導致“陰陽面”,但這些“陰陽面”屬于熱處理缺陷,無法精確控制。

          采用倒梯形結構齒圈淬火感應器,很好地解決了傳統高頻感應淬火工藝無法實現齒圈“陰陽面”的技術難題,大大延長了齒圈件的使用壽命。

          接下來,將參照圖1、圖2和一個例子進一步解釋這種特殊的高頻感應淬火工藝。

          A 齒圈高頻感應淬火工藝,包括以下步驟:

          (1)調整淬火感應線圈1的截面形狀,使淬火感應線圈的截面形狀為直角梯形(見圖2b)。淬火感應線圈的三個直角邊四周均涂有導磁體4,屏蔽磁場,減少能量損耗,起到節能作用。淬火感應線圈1水平放置,淬火感應線圈的長直角邊5朝上,并且齒圈2放置在淬火感應線圈1和/kloc中

          (2)對于第一次淬火,從淬火感應線圈1的長直角邊5到齒圈2的倒角端面6的落差是第一設定距離,加熱時間設定為第一設定時間,冷卻時間設定為第二設定時間。

          (3)對于第二次淬火,從淬火感應線圈1的短直角邊8到齒圈2的非倒角端面7的落差是第二設定距離,加熱時間是第三設定時間,冷卻時間是第四設定時間。

          該方案可以根據齒圈2兩個端面的硬度要求和淬火深度要求調整第一次淬火和第二次淬火的工藝參數,通過參數調整控制“陰陽面”,解決了長期困擾該領域技術人員的技術難題。

          接下來,以17.5毫米的齒圈2厚度和26毫米的淬火感應線圈1厚度為例,詳細介紹上述特殊工藝。

          用工裝將齒圈2的內圈擰緊,使齒圈2的倒角端面6在淬火感應線圈1內朝上放置,齒圈2與淬火感應線圈1同心設置,淬火感應線圈1的長直角邊5朝上設置,在淬火感應線圈1的短直角邊8一側設置有截面為矩形結構的噴水環3,噴水環3通過緊固件與淬火感應線圈1連接

          第一次淬火時,從淬火感應線圈1的長直角邊5到齒圈2的倒角端面6的落差為3.5mm,加熱時間設定為5.8s,冷卻時間設定為10s,冷卻時間即噴水時間也需要控制。如果時間短,很容易出現tobite,甚至噴水壓力也要有效控制。通常壓力控制在0.3~0.45MPa,低壓容易導致淬火后零件的顯微組織。

          冷卻后,調整齒圈2的位置,然后進行第二次淬火。從淬火感應線圈1的短直角邊8到齒圈2的非倒角端面7的落差為2mm,加熱時間設定為5.7s,冷卻時間設定為10s。同樣,冷卻時間和噴水壓力指的是第一次淬火。

          齒圈2一次淬火不能加工出想要的硬化層,中間有斷層。通過兩次淬火,齒圈2端面硬化層深度不同,齒圈2倒角端面6硬度為50 ~ 56 HRC,齒圈2非倒角端面7硬度為25 ~ 35 HRC,倒角。

          該方案不僅適用于齒圈2的淬火工藝,也適用于其他產品的“陰陽面”處理工藝。這些產品有兩個端面,要求兩個端面硬化層的深度和硬度,如鏈輪、礦山設備中的耐磨環等。,沒有舉例說明。

          二是減少齒圈裝配時加熱造成的二次能源浪費和齒圈淬火余熱。

          根據淬火齒圈時的不同供給形式,可通過淬火機程序設定相應的工藝參數,完成自回火,也可利用淬火余熱實現齒圈和飛輪零件的熱裝,減少了全廠齒圈熱裝過程中二次加熱造成的能源浪費,使雙方的經濟效益最大化。同時,降低了由齒圈二次(重復)加熱引起的退火風險。

          1.齒圈自回火工藝研究

          通過減少冷卻時間,齒圈利用淬火加熱產生的余熱進行自回火,將淬火工藝和回火工藝相結合,節約了回火工藝的動能成本和人工成本。

          測試設備:采用ZT-250淬火機床,如圖3所示。檢測工具采用TM-902C溫度檢測儀。

          自回火試驗數據記錄見表1,自回火試件2金相檢驗數據見表2,自回火試件3金相檢驗數據見表3。金相檢測如圖5所示。

          2.齒圈淬火余熱熱裝工藝研究

          利用飛輪齒圈高頻感應淬火余熱實現齒圈壓裝工藝的工序可以納入飛輪加工線的生產模式中形成連接??s短飛輪裝配加工線的物流距離,減少不必要的資源浪費,增加產品收益。此外,由于裝配零件的供應,一方面減少了整機廠包裝線的投入;另一方面,作為飛輪組件的供應商,為公司增加了銷售收入。

          國內發動機廠家大多還是以傳統的分包裝形式壓裝飛輪齒圈然后以飛輪組件的形式送到整個發動機裝配線完成發動機裝配。例如,在柴蔚發動機裝配線上,其裝配線旁邊還有一條飛輪部件的子裝配和預裝配生產線,承擔飛輪部件上線前的預裝配任務。

          目前,國內外齒圈制造工藝普遍存在能耗壓力大、環保不達標等諸多弊端,R&D及制造水平處于較低水平。但該工藝方案可降低齒圈處理能耗,節約人工成本,具有廣闊的推廣應用前景。

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