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國(guó)際先進(jìn)的感應(yīng)淬火技術(shù) 工藝發(fā)展與應(yīng)用

時(shí)間：2011-04-14 14:21:35 來(lái)源：作者：

　　我國(guó)汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用感應(yīng)熱處理技術(shù)現(xiàn)狀
　　1、電源
　　電源是感應(yīng)加熱的關(guān)鍵設(shè)備之一，隨著感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組和真空管式高頻電源、晶閘管中頻電源及全晶體管電源三個(gè)發(fā)展階段。在20世紀(jì)80年代后期，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，晶閘管中頻電源已完全取代了中頻發(fā)電機(jī)組，我國(guó)自90年代中期也已逐步取代。
　　同機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組相比，晶閘管（SCR）中頻電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、材料消耗少；電效率高，逆變停止時(shí)幾乎不消耗電能，逆變效率可達(dá)90%以上；無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、噪音小、運(yùn)行可靠、負(fù)載匹配容易，可以根據(jù)負(fù)載情況確定電源的頻率；啟動(dòng)停止方便，頻率能自動(dòng)跟蹤以保持最佳運(yùn)行狀態(tài)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造周期短；安裝容易，不需要特殊的基礎(chǔ)；維修方便等。
　　我國(guó)的晶閘管中頻電源的共同特點(diǎn)是全集成化控制線路數(shù)字化程度高于90%、啟動(dòng)成功率幾乎達(dá)到100% 、除具有常規(guī)的水壓不足、快熔熔斷、過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能外，還具有限流、限壓等保護(hù)功能、功能較齊全的晶閘管電源還配置逆變失敗、水溫監(jiān)視等可選功能，其頻率最高可以作到8kHz，額定功率可以作到1000kW左右，如果在裝配工藝上再進(jìn)一步改進(jìn)的話，可以接近世界先進(jìn)水平。
　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，跟蹤80年代國(guó)際感應(yīng)加熱技術(shù)水平，我國(guó)于90年代中期開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)電效率較高的50kW/50kHz IGBT電流型超音頻感應(yīng)加熱電源。目前可做到頻率0.4～50kHz、最大功率可達(dá)到800 kW，頻率達(dá)到100kHz時(shí)功率達(dá)到100 kW 。

　　IGBT應(yīng)用同期，我國(guó)還成功研制出20 kW/300kHz MOSFET高頻電源，縮小了同國(guó)際先進(jìn)水平的差距，隨著大功率MOSFET器件的問(wèn)世，大功率的晶體管高頻電源有望年內(nèi)在感應(yīng)淬火中應(yīng)用。
　　2、淬火工藝
　　隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)采用感應(yīng)淬火的零件的種類(lèi)和品種不斷增加。目前我國(guó)汽車(chē)零件感應(yīng)淬火用材料包括：45#、40Cr、55MnVS、40MnB、42CrMo、35#、ZG45、球鐵、合金鑄鐵等。感應(yīng)加熱淬火介質(zhì)包括：水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介質(zhì)、UCON、豪富頓251等。所采用的加熱方式及應(yīng)用主要包括：橫向磁場(chǎng)靜止一次加熱淬火（銷(xiāo)軸類(lèi)零件、凸輪軸）；橫向磁場(chǎng)連續(xù)加熱淬火（減振器桿、變速叉軸、扭桿等）；橫向磁場(chǎng)多段連續(xù)加熱淬火（起動(dòng)機(jī)軸、空壓機(jī)軸等）；縱向磁場(chǎng)整體一次加熱淬火（半軸等）；仿形感應(yīng)器零件旋轉(zhuǎn)加熱淬火（球頭銷(xiāo)）；感應(yīng)接觸加熱淬火（轉(zhuǎn)向齒條）；內(nèi)孔的一次及連續(xù)加熱淬火（輸出法蘭、鐘型殼內(nèi)腔）；階梯軸類(lèi)零件的旋轉(zhuǎn)加熱淬火（小紅旗后輪轂軸、轉(zhuǎn)向節(jié)）；平面類(lèi)零件的一次及連續(xù)加熱淬火（鋼板彈簧橫向限位板）；薄壁類(lèi)復(fù)雜零件一次及連續(xù)加熱淬火（前輪轂、滑動(dòng)軸叉）；復(fù)雜形狀零件的一次加熱淬火（鐘型殼變截面軸）；槽口一次淬火（變速叉）；復(fù)雜回線工件旋轉(zhuǎn)一次加熱淬火（曲軸）等。
　　3、淬火機(jī)床
　　為了適應(yīng)多品種的批量生產(chǎn)，在汽車(chē)生產(chǎn)應(yīng)用中，我國(guó)引進(jìn)的感應(yīng)淬火機(jī)床種類(lèi)由傳統(tǒng)的專(zhuān)用設(shè)備逐步向柔性化程度較高的通用設(shè)備和專(zhuān)用淬火自動(dòng)生產(chǎn)線發(fā)展。
　　通用淬火機(jī)床方面，一汽技術(shù)中心開(kāi)發(fā)的臥式數(shù)控淬火機(jī)床主驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)拖動(dòng)，移動(dòng)速度穩(wěn)定均勻、定位準(zhǔn)確、重復(fù)精度高；零件旋轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速，能適應(yīng)多方面工藝要求；采用能量和數(shù)控技術(shù)對(duì)不同性能要求的不同零件感應(yīng)加熱淬火，甚至在同一零件上實(shí)現(xiàn)多段變功變速，編程容易可操作性強(qiáng)。

　　專(zhuān)用淬火機(jī)床方面，二汽和天舒機(jī)電科技有限公司經(jīng)過(guò)多年努力，攻克一個(gè)個(gè)難關(guān)，采用功率脈沖分配技術(shù)、尾座自由頂尖技術(shù)、薄型淬火變壓器技術(shù)、獨(dú)立懸掛技術(shù)、懸掛平衡技術(shù)等分別研制成功曲軸全自動(dòng)淬火機(jī)床，與電源、水冷系統(tǒng)組成成套淬火設(shè)備可對(duì)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)曲軸進(jìn)行各軸徑的圓角+軸徑淬火、軸徑淬火自回火，采用計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)顯示屏對(duì)設(shè)備的加熱、淬火工藝參數(shù)諸如電壓、電流、頻率、時(shí)間、壓力、流量溫度等進(jìn)行監(jiān)控和顯示，目前國(guó)內(nèi)多家采用。

　　這些機(jī)床在傳動(dòng)系統(tǒng)方面主要采用機(jī)械傳動(dòng)，代表現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌等先進(jìn)技術(shù)被廣泛采用；主驅(qū)動(dòng)采用伺服數(shù)控、變頻調(diào)速，移動(dòng)速度穩(wěn)定均勻；拖架定位準(zhǔn)確，重復(fù)精度高；工件旋轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速取代固定轉(zhuǎn)速，能適應(yīng)多方面工藝要求；上下料系統(tǒng)采用較先進(jìn)的步進(jìn)鏈傳動(dòng)、托盤(pán)送進(jìn)料、人工送取料。另外，在一條生產(chǎn)線中，大功率電源用于淬火，然后用較低功率回火，兩個(gè)工序在一條生產(chǎn)線上自動(dòng)完成，減少了重復(fù)上下工件的工序，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。
　　4、其他器件及冷卻系統(tǒng)
　　在氣動(dòng)式和接觸器式功率切換器、電熱電容器、淬火變壓器、動(dòng)作順序控制及顯示、變壓器三維移動(dòng)快換接頭等方面，我國(guó)也取得了很多技術(shù)進(jìn)步，使淬火技術(shù)和工藝水平不斷提高。
　　對(duì)于冷卻和淬火水循環(huán)裝置，在消化理解國(guó)際感應(yīng)加熱成套設(shè)備用水冷系統(tǒng)最新技術(shù)基礎(chǔ)上，我國(guó)自行研制成功適合我國(guó)國(guó)情的新型、高效、價(jià)廉的軟水冷卻機(jī)和水-水冷卻機(jī)，換熱效率高，大大提高了加熱設(shè)備的可靠性，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
　　認(rèn)清差距，開(kāi)拓進(jìn)取
　　雖然近年來(lái)我國(guó)感應(yīng)淬火技術(shù)得到了迅速發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有相當(dāng)大的差距。
　　MOSFET高頻電源是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的首選產(chǎn)品，而我國(guó)在高頻段仍以晶閘管交流調(diào)壓、高壓硅堆整流、節(jié)能型電子管振蕩器式電源為主；IGBT超音頻電源有部分取代晶閘管中頻電源的趨勢(shì)，而我國(guó)在這方面的應(yīng)用還不夠普及；近些年來(lái)雖然晶閘管中頻電源應(yīng)用較為普遍，但由于老企業(yè)改造步伐的限制，還有部分中頻停留在發(fā)電機(jī)組。
　　必須指出，雖然我國(guó)能夠生產(chǎn)MOSFET、 IGBT和SIT感應(yīng)加熱淬火用電源，但品種和規(guī)格沒(méi)有國(guó)外那么多、那么細(xì)，由于關(guān)鍵主要電力電子器件國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)，必須進(jìn)口，所以從性能和技術(shù)水平方面和國(guó)外相比仍有相當(dāng)大的差距。
　　總體來(lái)說(shuō)，和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的數(shù)控及全自動(dòng)淬火機(jī)床開(kāi)發(fā)屬起步階段。在自動(dòng)化水平上，國(guó)內(nèi)設(shè)備大部分是人工上下料，自動(dòng)化程度較低；

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