因此,一些學(xué)者提出了齒輪優(yōu)選電流頻率選取公式,經(jīng)過(guò)幾次改正,形成了下式:
f≈250/m2
式中f——電流頻率,KHZ;
m——齒輪的模數。
表1 不同模數齒輪加熱的優(yōu)選頻率
加熱時(shí)間與齒輪模數也有密切關(guān)系,加熱時(shí)間應盡可能接近下式。
T≈m2/4
式中T——加熱時(shí)間,s;
m——齒的模數。
由此可見(jiàn),單頻感應加熱無(wú)法滿(mǎn)足齒輪模數的變化,加工不同模數齒輪時(shí)極不方便。而雙頻感應加熱可以針對不同模數齒輪調整加熱頻率和功率,使用更加靈活方便。
雙頻感應加熱設備,中頻輸出頻率為10KHZ,高頻輸出頻率為120~150KHZ,加熱不同模數齒輪時(shí),通過(guò)調整中頻輸出功率和高頻輸出功率的占比大小,來(lái)匹配齒輪模數的大小,高頻輸出功率隨齒輪模數的增加而減小?;緷M(mǎn)足小模數齒輪的表面熱處理加工。
同時(shí),使用ANSYS軟件進(jìn)行熱仿,能夠很好地匹配輸出功率及頻率。
不同熱處理工藝比較
比較滲碳淬火、單頻感應淬火和同步雙頻感應淬火三種常用的熱處理工藝。
氣體滲碳法是將工件放入密閉的滲碳爐內,使工件在920℃高溫的滲碳氣氛中滲碳,然后再進(jìn)行淬火處理。滲碳淬火熱處理時(shí)間相對較長(cháng),故其變形量相對較大,高頻熱處理,成本較高,且不適用于局部淬火,靈活性差。
圖7 滲碳爐
單頻感應淬火即為普通感應淬火,變形量小,加熱效率高,適合局部淬火,但對于表面凹凸的仿形工件,加熱不均勻,無(wú)法得到均勻的硬化層。
圖8 齒輪單頻淬火
圖9 齒輪雙頻加熱
同步雙頻感應淬火是在工件表面同時(shí)感應雙頻渦流,高頻熱處理爐,加熱到淬火溫度,然后急速冷卻,獲得所需性能。同步雙頻適用范圍比單頻淬火更廣,變形量小,加熱時(shí)間極短,生產(chǎn)效率高,適合局部淬火和仿形淬火,適合批量化、流水化作業(yè)。
國外公司試驗參數
試驗齒輪為圓柱齒輪m=2,高頻淬火熱處理,Z=36,全齒高4.7mm,齒寬20mm。
表2 齒輪三種不同的試驗工藝參數
單頻率感應加熱的困惑
眾所周知,與其他傳統的熱處理方式相比,感應加熱淬火具有工件表面硬度高、脆性低、疲勞強度高、工件表面質(zhì)量好(不易氧化脫碳)、變形小,以及加熱溫度、淬硬層深度等參數容易控制等特點(diǎn)。然而對于類(lèi)似齒輪這樣具有凹凸表面的結構的工件而言,高頻熱處理(淬火),常規的單頻感應加熱技術(shù)就無(wú)法實(shí)現令人滿(mǎn)意的處理效果。由于齒輪存在凸面和凹面,采用高頻感應加熱進(jìn)行齒輪表面淬火(見(jiàn)下圖),感應電流所產(chǎn)生的熱量迅速傳導,齒頂得到完全硬化,但是齒根硬化不足。此外,這種處理方法還容易在齒根面上增加殘留應力,導致斷裂發(fā)生。
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