凸輪軸感應加熱淬火設備和工藝

淬火機床的結(jié)構(gòu)確定后，8個凸輪感應加熱淬火的工藝方法隨之確定了，這一工藝方法就是工件進入感應器中，一次通電加熱，工件退出感應器后轉(zhuǎn)入淬火介質(zhì)，浸液冷卻淬火。淬火所采用的工藝參數(shù)如表2。 表2 凸輪軸感應加熱淬火工藝參數(shù)

電 參 數(shù) 時間參數(shù)/s 淬火介質(zhì) 直流電壓/V 直流電流/A 中頻電壓/V 有效功率/kW 電容量/uF 變壓器匝比 中頻電頻率/kHz 加熱 預冷 濃度（%） 溫度/℃ 攪動泵出口壓力/MPa 380 800 620 350 180 18/1 3.7 13 2 11 10-40 0.4 淬火后的工件露出液面時要有一定的余熱，以便利用余熱回火，消除淬火應力?？刂乒ぜ鲆簻囟雀叩偷姆椒ㄓ袃煞N，一種是調(diào)整工件在淬火介質(zhì)中的停留時間，可以通過改變運輸機6間歇運動時間的長短來實現(xiàn)。另一種方法是改變淬火介質(zhì)的濃度。我們使用的淬火劑是今禹8-20水溶性淬火劑，其冷卻能力隨濃度的提高而下降。

8個凸輪一次感應加熱浸液冷卻后，硬化層的深度和淬火硬度如表3。從表3可以看出兩項指標都達到產(chǎn)品圖的技術(shù)要求。從凸輪淬火部位剖面圖中可以看出，硬化層均勻，位置正確。 表3 凸輪軸淬火硬度、硬化層深度

凸輪序號 淬火硬度HRC 硬化層深度/mm 尖部 基圓 1 51 53.5 55 7.8 5.7 2 52 54 54 7.2 6.0 3 55 55.5 53 10.0 6.5 4 53 53 56 7.5 6.4 5 50 51 52.5 9.6 7.3 6 56 55 56 10.3 7.5 7 54 52 54 10.8 7.7 8 52 50 52 9.5 7.0 凸輪軸淬火后，徑向跳動增加值經(jīng)測試為0.15mm，可以不經(jīng)校直滿足下道工序的要求。淬火介質(zhì)的溫度在l0℃-40℃范國內(nèi)，淬火后的凸輪經(jīng)熒光探傷檢查無淬火裂紋。

EQ491發(fā)動機凸輪軸的材料為鉻鉬合金鑄鐵，其化學成分如表1。

表1 鉻鉬合金鑄鐵的化學成分 w（%）

C Si Mn S P Cr Mo 3.36 2.34 0.87 0.12 0.053 0.87 0.39 鉻鉬合金鑄鐵凸輪軸加熱前的金相組織為B型石墨 細珠光體 網(wǎng)狀碳化物。

凸輪毛坯在鑄態(tài)進行感應加熱淬火，淬火的技術(shù)要求是表面硬度50-60HRC，桃尖硬化層深度為4.6mm-10.0mm，基圓硬化層深度為1.5mm-8.0mm。

用于EQ491發(fā)動機凸輪軸感應加熱淬火的設備是臥式淬火機床和可控硅中頻裝置。

臥式淬火機床主要由裝料輥1、托架5等組成，其中尾架9和頭架10由同一長活塞桿帶動，沿兩平行的圓導軌左右移動，其作用是將推桿4送來的工件送入和退出感應器3，托架5將受熱后的工件傳遞到滾筒7的頂尖位置，滾筒上對稱分布著4對頂尖，其中一對頂尖頂住工件后帶動工件自轉(zhuǎn)，同時滾筒轉(zhuǎn)動90°，將工件送入淬火介質(zhì)。當?shù)?對處于待工位置的頂尖頂住下—受熱工件后，滾筒再轉(zhuǎn)動90°，第1對頂尖松開，工件落在運輸機6上，運輸機將它提出液面并送往下道工序。

用于加熱的感應器由8個有效圈并聯(lián)而成，有效圈通水冷卻。

機床側(cè)邊安裝有熱交換器，用于降低淬火介質(zhì)的溫度。淬火介質(zhì)通過高壓泵在淬火介質(zhì)箱與熱交換器之間循環(huán)，經(jīng)過 熱交換器冷卻后的淬火介質(zhì)以0.4MPa的壓力在淬火介質(zhì)箱中向加熱后的工件噴出。

工件在機床內(nèi)的傳遞由活塞油缸實現(xiàn)。 淬火機床的全部動作由FX2-128MR PC機控制，當手動調(diào)至總零位燈亮時，自動循環(huán)工作開始。

(1)凸輪軸臥式淬火機床配用大功率的可控硅中頻電源可以實現(xiàn)汽油機凸輪軸一次感應加熱，浸液冷卻，余熱回火的工藝方法。不僅淬火質(zhì)量穩(wěn)定，面且自動化程度高，有利于大批量生產(chǎn)。

(2)采用今禹8-20水溶性淬火劑，可以控制工件在低溫階段的冷卻速度，即使淬火介質(zhì)的溫度為10℃，合金鑄鐵凸輪軸淬火也不產(chǎn)生淬火裂紋，這是用自來水冷卻達不到的。

(3)用紫鋼板焊接的8個并聯(lián)有效圈感應器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且安裝可靠，使用壽命長。

感應加熱是一種相當新的工藝，它之所以獲得應用，主要是由于它獨特的性能。當迅速變化的電流流過金屬工件時，便產(chǎn)生集膚效應，它使電流集中于工件表層，在金屬表層上產(chǎn)生一個選擇性很高的熱源。法拉弟發(fā)現(xiàn)了集膚效應的這個優(yōu)點，發(fā)現(xiàn)了電磁感應這個值得注意的現(xiàn)象。他也是感應加熱的奠基者。感應加熱不要求外部熱源，而是利用受熱工件自身作為熱源，這個方法也不要求工件與能源即感應線圈接觸。其他的性能，包括可以根據(jù)頻率選擇不同的加熱深度，根據(jù)線圈耦合設計而得到精確的局部加熱，以及很高的功率密集度，或者說很高的功率密度。

適于感應加熱的熱處理過程應充分利用這些特性，并按下列步驟設計出完整的設備。

首先，工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符。本章將敘述工件中的電磁效應、合成電流的分布和吸收的功率。根據(jù)感應電流產(chǎn)生的加熱效應和溫度效應，以及在不同的頻率，不同的金屬和工件形狀下，溫度的分布狀況等這些知識，使用者和設計者，即可根據(jù)技術(shù)條件的要求決定其棄取。

第二，感應加熱的具體形式，必須按是否符合技術(shù)條件的要求而確定，還應廣泛掌握應用和發(fā)展情況，感應加熱主要的應用趨勢。

第三，感應加熱的適宜性和最好的使用方法確定之后，便可設計出感應器和供電系統(tǒng)。

感應加熱中的許多問題，與工程上的一些基本感性知識很相似，一般都是來源于實踐經(jīng)驗。也可以這樣說，如果沒有對于感應器形狀、電源頻率和受熱金屬熱工性能的正確理解，就不可能設計出感應加熱器或系統(tǒng)。

感應加熱的作用，在不可見的磁場影響下，與火焰淬火是一樣的。例如，由高頻發(fā)生器產(chǎn)生的較高頻率（200000赫以上），一般能產(chǎn)生劇烈、快速和局部性的熱源，相當于小而集中的高溫氣體火焰的作用。反之，中頻（1000赫及10000赫）的加熱效果，比較分散和緩慢，熱量穿透較深，與比較大的和開闊的氣體火焰相似。