數控感應淬火技術在內花鍵表面淬火上的應用

賈金榮，敬麗蓉，楊泗江

(1.中國人民解放軍駐256廠軍事代表室， 重慶 400050；2.重慶鐵馬工業集團有限公司， 重慶 400050)

數控感應淬火技術在內花鍵表面淬火上的應用

賈金榮1，敬麗蓉2，楊泗江2

(1.中國人民解放軍駐256廠軍事代表室， 重慶 400050；2.重慶鐵馬工業集團有限公司， 重慶 400050)

簡要介紹了利用數控感應淬火技術提高內花鍵表面淬火質量的工藝過程。為改善零件內花鍵表面淬火質量，提高使用性能，避免安全隱患，重慶鐵馬工業集團有限公司引進了數控感應淬火設備，并進行了充分的工藝試驗，采用新工藝方式顯著地改善了零件質量，大幅度提高了生產效率。

數控感應淬火；內花鍵；淬硬層；過渡層

負重輪平衡肘(見圖1)是裝甲車輛懸掛系統的重要零件，其技術要求如下：整體硬度為33～38 HRC，內花鍵表面硬度≥50 HRC。該零件由38CrSi合金鋼整體鍛造后機加成形，零件熱處理工藝采用整體淬火后對內花鍵表面進行感應淬火。熱處理質量好壞將顯著影響零件使用性能和壽命，從而影響行車安全性。某產品試車過程中數件平衡肘零件發生斷裂失效，經過對失效零件的檢測和綜合分析發現，由于內花鍵表面淬火質量不穩定，淬硬層分布不均勻，部分花鍵齒表面硬度偏低，在使用過程中率先發生局部變形，造成受力狀態偏離，局部應力集中，產生疲勞源，擴展至最終斷裂。為改善零件內花鍵表面淬火質量，提高使用性能，避免安全隱患，工廠引進了數控感應淬火設備，進行了充分的工藝試驗，采用新工藝方式顯著地改善了零件質量，并大幅度提高了生產效率。

圖1 零件結構示意圖

1 內花鍵表面淬火質量不穩定原因分析

內花鍵表面淬火質量不穩定主要是由設備和工藝方式落后引起的。原有設備落后，穩壓效果差且沒有能量監控系統，無法精確控制各加熱參數，加熱過程中只能通過人工目測零件顏色來判斷加熱溫度，人為因素對零件質量影響較大；同時，由于設備限制，在加熱過程中零件無法旋轉，其表面各部位不能均勻受熱，不能有效保證花鍵表面硬度和淬硬層深度的均勻性。

原工藝過程中使用的感應器采用圓銅管簡易繞制，不帶噴水器，因而不能采用連續加熱淬火方式，只能采用同時加熱法將零件加熱后整體浸入介質槽內進行淬火；但由于零件內花鍵表面積大，而設備本身功率損失嚴重，且內孔加熱效率低，所以采用同時加熱法時不能對零件實施快速透入式加熱，主要靠傳導加熱，致使零件淬火過渡層較深，表面壓應力低，從而影響了零件疲勞壽命。

2 工藝改進

采用數控設備進行平衡肘內花鍵表面感應淬火，零件和感應器的機械運動以及噴液冷卻等過程均通過數控程序控制實現；同時，設備控制系統還可對加熱能量、介質溫度和介質流量等參數進行實時監控，可有效避免人為因素造成的熱處理質量不穩定。

針對該零件在數控設備上的加工，設計了專用夾具，淬火過程中零件可繞花鍵中心旋轉，淬火部位受熱和冷卻的均勻性得到顯著提高。制造了內花鍵淬火專用感應器，感應器上裝有導磁體，有效解決了內孔感應加熱時效率低的問題，感應器上有均勻分布的噴水孔，可實現邊加熱邊噴液冷卻的連續加熱淬火方式。試驗采用的設備是龍門式多功能淬火機床，設備頻率為3～20 kHz,額定功率為200 kW。工藝參數需根據設備參數、淬火零件的技術要求等條件來進行計算和試驗優化[1]，具體如下。

1)變壓器匝比和電容。根據感應器結構及試驗優化后，變壓器匝比取8∶2。電容C依據試驗情況增減，試驗優化后取7。

2)加熱功率。加熱功率計算式如下：

式中，ηg為感應器效率，一般取0.8；ηp為變壓器效率,一般取0.8；P0為比功率，連續加熱取1.0～2.0；S為加熱面積，S計算公式如下：

S=KπDh

式中，K為花鍵等效受熱表面積計算系數，取1.2[2]；h為感應器高度；D為零件直徑，則：

S=1.2π×95×10=3 579.6 (mm2)≈36 (cm2)

P=(1～2)×36/0.8×0.8=56.25～112.5 (kW)

試驗優化后?。?/p>

P≈97～100 (kW)

3)移動速度。零件移動速度v的計算公式為：

式中，h為感應器高度(本例中h=10 mm)；t為零件通過感應器達到淬火溫度所用時間，經驗數值一般取3～4 s，經試驗優化取4 s。則：

3 零件淬火后質量檢測

零件淬火后經物理探傷檢查，未見裂紋及其他表面缺陷。表面硬度、硬化層深和金相組織檢測結果見表1。

表1 零件淬火后質量檢測結果

4 工藝改進前后對比

單個零件淬火加熱時間約為原工藝方式的1/2，生產效率顯著提高，且能源消耗降低。新工藝過程通過數控程序控制，工藝參數精確控制，并且零件處于旋轉狀態，淬火質量得到了顯著改善，表面硬度和淬硬層均勻性也得到了提高。工藝改進后，零件變形量明顯小于改進前，減小了后續裝配工序難度。舊工藝方式加熱效率很低，主要靠傳導加熱，零件過渡層較深，而改進后零件單位面積上的加熱時間僅4 s(感應圈高度約10 mm，移動速度2.5 mm/s)，實現了透入式加熱，增加了表面殘余壓應力，有利于提高零件使用性能。

5 結語

通過分析，準確找出了平衡肘內花鍵表面淬火質量不穩定的主要原因，針對工藝方式進行了改進，解決了長期以來人工操作為主、憑經驗水平決定零件質量的弊端，零件表面硬度和硬化層均勻性提高，質量穩定性提高，從而提高了零件的使用壽命和安全性，投入生產后帶來了良好的經濟價值和社會效益。通過本次數控感應淬火技術在平衡肘零件內花鍵表面感應淬火的成功應用，熟悉了數控感應淬火設備的使用和工藝控制細節，并積累了經驗，為其他材料零件數控感應淬火試驗和生產打下了基礎。

[1] 姚旭東，孔春花.大變徑軸類零件感應淬火新工藝研究[J].材料熱處理技術，2011(5):12.

[2] 中國機械工程學會熱處理專業分會.熱處理手冊·典型零件熱處理[M].北京：機械工業出版社，2008.

責任編輯李思文

ApplicationofNumericalControlInductiveHardeningonSurfaceHardeningofInternalSpline

JIA Jinrong1，JING Lirong2，YANG Sijiang2

(1.Representative Office of People’s Liberation Army in Factory 256, Chongqing 400050, China;2.Chongqing Tiema Industries Corporation, Chongqing 400050, China)

This article introduces the technological process that is using numerical control inductive to improve the quality of surface hardening of internal spline. To improve surface hardening quality of internal spline of parts, enhance using performance, and avoid potential risk, Chongqing Tiema Industries Corporation imports numerical control hardening equipments, and does sufficient process tests.Using new process ways significantly improves quality of parts, and drastically increases production efficiency.

numerical control inductive hardening, internal spline, grind-hardened layer, transition layer

TG 156.33

：A

賈金榮(1973-)，男，工程師，主要從事裝甲車輛等方面的研究。

2014-09-09