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(shù)。
表1 不同模數(shù)齒輪加熱的優(yōu)選頻率
加熱時間與齒輪模數(shù)也有密切關(guān)系,加熱時間應(yīng)盡可能接近下式。
T≈m2/4
式中T——加熱時間,s;
m——齒的模數(shù)。
由此可見,單頻感應(yīng)加熱無法滿足齒輪模數(shù)的變化,加工不同模數(shù)齒輪時極不方便。而雙頻感應(yīng)加熱可以針對不同模數(shù)齒輪調(diào)整加熱頻率和功率,使用更加靈活方便。
雙頻感應(yīng)加熱設(shè)備,中頻輸出頻率為10KHZ,高頻輸出頻率為120~150KHZ,加熱不同模數(shù)齒輪時,通過調(diào)整中頻輸出功率和高頻輸出功率的占比大小,來匹配齒輪模數(shù)的大小,高頻輸出功率隨齒輪模數(shù)的增加而減小。基本滿足小模數(shù)齒輪的表面熱處理加工。
同時,使用ANSYS軟件進行熱仿,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(yīng)淬火和同步雙頻感應(yīng)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(nèi),使工件在920℃高溫的滲碳氣氛中滲碳,然后再進行淬火處理。滲碳淬火熱處理時間相對較長,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(yīng)淬火即為普通感應(yīng)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(yīng)淬火是在工件表面同時感應(yīng)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(shù)
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(shù)
單頻率感應(yīng)加熱的困惑
眾所周知,與其他傳統(tǒng)的熱處理方式相比,感應(yīng)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(shù)容易控制等特點。然而對于類似齒輪這樣具有凹凸表面的結(jié)構(gòu)的工件而言,高頻熱處理(淬火),常規(guī)的單頻感應(yīng)加熱技術(shù)就無法實現(xiàn)令人滿意的處理效果。由于齒輪存在凸面和凹面,采用高頻感應(yīng)加熱進行齒輪表面淬火(見下圖),感應(yīng)電流所產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo),齒頂?shù)玫酵耆不?,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(yīng)力,導(dǎo)致斷裂發(fā)生。
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