PDF《模压式感应淬火和回火工艺》

模压式感应淬火和回火工艺 Goy Wilfried

1 , 闫 满刚

2 1.

EMA-Indutec GmbH,德国;

2.艾玛感应应泰科技(北京)有限公司,北京

102206 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. 关键字:感应加热;

模压式淬火;

压力淬火和回火;

伞齿轮淬火 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.本文介绍了模压淬火工艺的 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. 传统感应淬火的主要优点有: ? 热量在工件内部直接产生. ? 没有热能传导损失. ? 节能. ? 高生产率. ? 加热/淬火迅速,过程控制容易. ? 没有污染. 1. 1. 1. 工件的变形与精度 由于工件需要加热到大约 900-950 °C 温度淬 火,因此会产生不利的影响,例如: ? 热膨胀引起工件尺寸和外形的变化. ? 由于形状不规则在淬火过程中造成工件变 形. ? 由于硬化层分布的不规则的也造成工件的 变形. ? 由于马氏体组织的转变造成工件的体积膨 胀(约1%). ? 上面的各种因素共同影响工件的形变. ? 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,工件 内部所有已经存在的内应力会得到释放造成形变. 为了消除这些不可避免的影响造成的形变,达 到要求的精度,就需要费时费工花费很高的成本进 行后续加工.通常工件淬火后,需要磨削和校直. 2. 2. 2. 模压式感应淬火 2.1 模压式感应淬火工艺 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,比如滑 套.针对渗碳后工件的常规工艺如图

1 所示. 图1模压式感应淬火 变形了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(step1),然后感应加热到大约

900 °C.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(step 3),立即用淬火液喷淋工 件(step 4).从step1 到step

4 图示了感应淬火得到 一个漂亮零件的过程,校正芯模可以有效防止工件 收缩,芯模是不锈钢材质. 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(step 5),然后对工 件进行回火加热(step 6).随着温度升高,滑套发 生膨胀,很小的缝隙产生(step 7),可以不费力气 把滑套从芯模另一端拔出,弹簧弹力就足够 (step 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 2.2 新的感应压淬工艺 图3伞齿轮模压式感应淬火 新工艺针对伞齿轮的压淬工艺开发,但不受零 件的限制.所有的工件都得到平直的、连续的表 面,这样淬火后工件才能得到足够的尺寸精度. 滑套(16MnCrS5 16MnCrS5 16MnCrS5) 淬火和回火,模压式感应淬火. 功率

100 kW 频率

10 (or 20) kHz 周期时间(包括装卸)

60 sec. (incl. loading) 表面硬度

650 …

720 HV1 硬化层深度 0.3 … 0.6 HV1 心部硬度

320 …

420 HV1 精度 同心度 < 0.05 mm 平行度 < 0.08 mm 圆锥度/垂直度 < 0.05 mm 原则上,新装置的工作方式和前述的一般模式 相同.附加的是,新装置具有坚固的底部固定和上 部固定装置(见前图),可以很好地夹持加热后的 工件,实现压淬工艺. 对照一般的模压式淬火工艺模式 ,step3 和4为变化的固定方式.在step

4 淬火后,固定装置就 不在需要了,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 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:通过底模、通过上模、通过非导磁芯 模和通过外模.通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.所有个淬火 系统通过流量控制. 伞齿轮(16MnCrS5 16MnCrS5 16MnCrS5) 感应淬火和回火,模压式感应淬火 功率

250 kW 频率

10 kHz 工艺时间

4 min. 表面硬度

680 …

780 HV30 硬化层深度 0.8 … 1.2 HV30 芯部硬度

350 …

480 HV30 精度 同心度 < 0.03 mm 圆锥度(内径) < 0.03 mm 平面度(底部) < 0.05 mm 图2畸变了的伞齿轮 图44个可独立控制的淬火通道 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: ? 工艺过程能够在生产线实现. ? 单件流动. ? 工艺随时开始,不需要炉子长的加热过程. ? 由于加热时间短,节能. ? 由于控制优良,可实现优质的重复性生产. ? 工件最终尺寸精度最高. ? 工件变形小,废品率低. ? 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 或其它的工艺过程相比,该工艺过程成本更低.

3 3 3. . . 配套转底炉的模压式感应淬火 3.1 渗碳压床淬火生产线-平面布置 图5传统的渗碳压床淬火生产线 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. 3.2 模压式感应淬火生产线-平面布置 图6模压式感应淬火生产线 首先,装置的数量减少了如图

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 了,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---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. 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 淬火机床上面,如图

7 所示. 图7感应淬火机床 压淬机床 上下料系统 清洗机 零件转移系统 回火炉 转炉444. . . 适合应用的零件 ? 滑套 ? 齿轮(圈) ? 同步圈 ? 伞齿轮 ? 耦件 ? 任何高精度的园环形零件

5 5 5. . . 结论 本文介绍了一种全新的工艺,综合了感应淬火 和模压式淬火的优势,可以获得高精度的工件,很 大程度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 压式淬火装置和完整的感应器系统.感应产生的能 量可以用来加热工件而后模压淬火,也可以用来回 火,这使得工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另外的回火 炉. 参参参考考考文文文献献献[1] Heess K. et al. Ma?- und Form?nderungen infolge W?rmebehandlung. Expert Verlag, Renningen 2007. [2 ]Benkowsky G. Induktionserw?rmung. Verlag Technik GmbH, Berlin 1990. 附录 联系信息: EMA-Indutec EMA-Indutec EMA-Indutec GmbH GmbH GmbH, Germany Petersbergstr. 9, D-65451 Meckesheim, Germany Tel & Fax: +49-6226-788-0 Email: [email protected] http://www.ema-indutec.de 艾玛应泰感应科技(北京)有限公司 联系地址: 北京昌平沙河工业园,

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