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內容導讀:用感應電流使工件局部加熱的外表熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于外表淬火,也可用于局部退火或回火,有時也用于整體淬火和回火。
基本原理 將工件放入感應器(線圈)內 (圖1[感應加熱原理]),當感應器中通入一定頻率的交變電流時,周圍即産生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內産生封閉的感應電流──渦流。感應電流在工件截面上的分布很不均勻,工件表層電流密度很高,向內逐漸減。▓D2[沿工件截面的電流密度分布]),這種現象稱爲集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變爲熱能,使表層的溫度升高,即實現外表加熱。電流頻率越高,工件表層與內部的電流密度差則越大,加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度後敏捷冷卻,即可實現外表淬火。
分類 依據交變電流的頻率高低,可將感應加熱熱處置分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類。①超高頻感應加熱熱處置所用的電流頻率高達27兆赫,加熱層極薄,僅約0.15毫米,可用于圓盤鋸等外形龐大工件的薄層外表淬火。②高頻感應加熱熱處置所用的電流頻率通常為200~300千赫,加熱層深度為0.5~2毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的外表淬火。③超音頻感應加熱熱處置所用的電流頻率一般為20~30千赫,用超音頻感應電流對小模數齒輪加熱,加熱層大體沿齒廓分布,粹火后使用性能較好。④中頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般爲2.5~10千赫,加熱層深度爲2~8毫米,多用于大模數齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的外表淬火。⑤工頻感應加熱熱處理所用的電流頻率爲50~60赫,加熱層深度爲10~15毫米,可用于大型工件的外表淬火。(見彩圖[差溫爐淬火]、[600毫米直徑冷軋輥工頻感應加熱淬火]、[大型鑄鋼件的熱處理爐]、[真空淬火爐])
特點和應用 感應加熱的要緊優點是:①不用整體加熱,工件變形小,電能消耗小。②無公害。③加熱速度快,工件外表氧化脫碳較輕。④外表淬硬層可依據需要進行調整,易于控制。⑤加熱設備可以安裝在機械加工生產線上,易于實現機械化和自動化,便于管理,且可減少運輸,節約人力,提高生產功效。⑥淬硬層馬氏體組織較細,硬度、強度、韌性都較高。⑦外表淬火后工件表皮有較大壓縮內應力,工件抗勞累破斷能力較高。
感應加熱熱處置也有一些弱點。與火焰淬火相比,感應加熱設備較龐大,同時習慣性較差,對某些外形龐大的工件難以保證質量。
感應加熱廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的外表淬火,目的是提高這些工件的耐磨性和抗勞累破斷的能力。汽車后半軸采用感應加熱外表淬火,設計載荷下的勞累循環次數比用調質處置約提高10倍。感應加熱外表淬火的工件材料一般為中碳鋼。為習慣某些工件的特殊需要,已研制出供感應加熱外表淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應加熱外表淬火。淬冷介質常用水或高分子聚合物水溶液。
設備 感應加熱熱處置的設備要緊由電源設備、淬火機床和感應器組成。
電源設備的要緊作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設備有電子管高頻產生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設備是發電機組。一般電源設備只能輸出一種頻率的電流,有點設備可以轉變電流頻率,也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。
電源設備的選擇與工件要求的加熱層深度有關。加熱層深的工件,應使用電流頻率較低的電源設備;加熱層淺的工件,應使用電流頻率較高的電源設備。選擇電源設備的另一條件是設備功率。加熱外表面積增大,需要的電源功率相應加大。當加熱外表面積過大時或電源功率不足時,可采用連續加熱的方法,使工件和感應器相對移動,前邊加熱,后邊冷卻。但最好依然對整個加熱外表一次加熱。如此可以使用工件心部余熱使淬硬的表皮回火,從而使工藝簡化,還可節約電能。
感應加熱淬火機床的要緊作用是使工件定位并進行需要的運動。另外還應附有提供淬火介質的裝置。淬火機床可分為標準機床和專用機床,前者適用于一般工件,后者適用于大批生產的龐大工件。
進行感應加熱熱處置時,為保證熱處置質量和提高熱功效,必須依據工件的外形和要求,設計制造結構適當的感應器。常用的感應器有外外表加熱感應器、內孔加熱感應器、平面加熱感應器等(圖3 [常用的高頻感應器])。對于變截面軸類零件,可采用半圈形感應器,使用橫向磁場加熱。根據加熱方法,感應器又可分爲同時加熱用感應器和連續加熱用感應器。爲了提高生産功效,對小型工件還可以設計能對多個工件同時加熱的感應器。爲了提高小孔和平面加熱感應器的熱功效和獲得理想的加熱輪廓,可在感應器上安裝導磁體,以使電流分布有理。