Das Induktionsabschrecken hat die Vorteile einer geringen Werkstückverformung, eines hohen Wirkungsgrads, einer Energieeinsparung und eines Umweltschutzes, einer einfach zu realisierenden Automatisierung usw. und ist zu einer gängigen Oberflächenwärmebehandlungstechnologie geworden. Mit der Entwicklung der Industrietechnologie werden höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit und Qualität von Zahnrädern gestellt. Bei der bestehenden Induktionsabschrecktechnologie besteht jedoch das Problem, dass der Zahnfuß von zwei Endflächen des Zahnrads nicht gehärtet ist und es während des Betriebs leicht zu Biegeermüdungsrissen kommt. Besonders bei schweren Getrieben neigen die beiden Enden der ungehärteten Getriebezähne im Falle einer vorgespannten Belastung zu Rissbildung. Daher kann das Härten innerhalb der vollen Zahnbreite des Zahnrads das technische Niveau des Induktionshärtens in China erheblich verbessern, die Tragfähigkeit und Qualität des Zahnrads verbessern und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielen. In diesem Artikel wurde durch Optimierung des Induktionsabschreckprozesses das Problem der Überhitzung des Brennens und Schmelzens der Zahnoberfläche ohne Härten des Zahnfußes der Zahnradstirnfläche gelöst und das Härten der vollen Zahnbreite realisiert, auf das angewendet wurde Massenproduktion.
1. Technische Anforderungen zum Härten der vollen Zahnbreite
Induktionshärten über die gesamte Zahnbreite: Das heißt, die effektive Härtungsschicht wird über den gesamten Zahnbreitenbereich des Zahnrads verteilt, und die Tiefe und Struktur der beiden Enden des Zahnrads müssen nahe an der Mitte desselben Zahns liegen Breite (in Übereinstimmung mit den Anforderungen der Zeichnungsnormen). In Anbetracht der technischen Schwierigkeiten des Induktionserwärmungsprozesses sind die aktuellen in- und ausländischen Normen zu den Härteanforderungen für die volle Zahnbreite nicht klar und relativ locker, die spezifischen Anforderungen unterliegen dem Kunden. Darunter legte JB/T 9171-1999 „Flammen- und Induktionsabschreckverfahren und Qualitätskontrolle von Getrieben“ fest, dass im Bereich von 150 mm Zahnbreite der Verteilungsbereich der effektiven Härtungsschicht 80 % der Zahnbreite betrug, und es wurde keine Beurteilung vorgenommen aus dem Bereich von 10 % Zahnbreite an beiden Enden. ISO 6336-5:2003 Berechnung der Tragfähigkeit von Stirn- und Schrägstirnrädern – Teil 5: Festigkeit und Qualität der Werkstoffe Die Norm fordert, dass die Einhärtungstiefe innerhalb der vollen Zahnbreite abgedeckt wird, spezifische Anforderungen an die Tiefe an beiden Enden sind jedoch nicht angegeben. Andere wie AGMA- und DIN-Normen für Härteanforderungen über die gesamte Zahnbreite sind lockerer. Für die Auswertung von der Stirnfläche bis zu einem Modul bzw. 1/8 Zahnbreite wird die Schichttiefe nicht benötigt.
2. Analyse des Prozessstatus
Zu den Problempunkten des Induktionsabschreckverfahrens gehören: Die konzentrierte Wirbelstromheiztemperatur an der scharfen Ecke ist hoch, während die innere runde Ecke nicht leicht zu erhitzen ist usw. Daher ist es beim Induktionsheizverfahren einfach für Das Zahnrad überhitzt und schmilzt die scharfen Ecken am Ende der Zahnoberfläche, während die Wurzel der inneren runden Ecken nicht gehärtet ist oder die gehärtete Schicht nicht tief genug ist, wie in Abbildung 1 gezeigt. Aufgrund der in- und ausländischen Standards auf der Stirnfläche der Härtungsschicht Tiefe Anforderungen sind relativ entspannt, in der Regel um die Heizleistung Methode zu reduzieren, um zu verhindern, dass die Zahnräder erscheinen Stirnfläche-Schmelzen diese offensichtlichen Aussehen Qualitätsmängel, aber ignorieren Sie die Stirnfläche der Wurzel Härtungsschicht Tiefe ernsthaft flach oder ungehärtete Qualität versteckte Probleme. Die Tragfähigkeit und Qualität des Getriebes werden reduziert und es besteht die Gefahr eines vorzeitigen Ausfalls. Dieser Beitrag zielt auf dieses Problem ab und optimiert den Induktionslöschprozess, indem er eine neue Induktorstruktur entwirft und die technologischen Parameter anpasst.
FEIGE. 1 Zahnoberflächenschmelzen und Tiefenverteilung der Zahnwurzelhärtungsschicht
3. Prozessoptimierung
(1) Sensorstruktur Optimierung des bestehenden Abtastprofilstruktursensors zusammen mit dem Zahnprofil und gleichzeitiges Erwärmen der Position von Zahnoberfläche und Zahnfuß während des Erwärmungsprozesses. Unter dem Einfluss des Induktionserwärmungseffekts führt die Unterhitzung der Zahnfußposition der beiden Endflächen des Zahnrads dazu, dass die ungehärtete oder die gehärtete Schicht nicht tief genug ist, und die überhitzte Temperatur der Zahnoberflächenteilkreisposition des Endes Gesicht auftritt. Daher eingehende Analyse seiner technischen Schwierigkeiten durch Optimierung der oberen und unteren Führungsplatte des Sensors und der Siliziumstahlblechstruktur, um die bestehende Sensorstruktur von Zahnprofilerhitzungsfehlern zu lösen; Die obere Führungsplatte und die untere Führungsplatte des Induktors haben nach der Strukturoptimierung eine bogenförmig nach oben geneigte/untere dreieckige Struktur, und der hinzugefügte Leiterteil verstärkt den Heizeffekt der Zahnwurzel. Gleichzeitig bewirkt die spezielle schräg nach oben/unten verlaufende Dreiecksstruktur die asynchrone Erwärmung von Zahnwurzel und Zahnoberfläche. Auf diese Weise kann der Sensor den Zahnfuß nur an der Stirnfläche erwärmen, um die zu hohe Temperatur der Zahnoberfläche an der Stirnfläche zu vermeiden, wie in Bild 2 dargestellt. Gleichzeitig hebt er die Härteschicht der Stirnfläche ab , kann das Problem des Überhitzens und Schmelzens des Teilkreises der Endfläche vermieden werden.
FEIGE. 2 Schematische Darstellung der Induktionsspulenstruktur
(a) Eine neu entworfene profilierte Struktur (b) eine bestehende gemeinsame Struktur
(2) Optimierung der Prozessparameter Zu den Haupteinflussfaktoren des Vollzahnbreiten-Härteprozesses mit Induktionsabschreckung gehören Kupplungsspiel, Heizleistung, Zeit und Heizposition usw. Die optimale Kombination von Parameterfaktoren wurde durch Screening der Einflussfaktoren und genaue Analyse der Einflussfaktoren wie Vorheizleistung, Vorheizzeit, Heizleistung und Heizposition. Auf der Grundlage des oben genannten Induktors mit neuer Struktur (verwendet für Mn14-Windkraft-Innenzahnkranz) wurde das Problem der Überhitzung und des Schmelzens der Stirnfläche ohne Härten des Zahnfußes der Stirnfläche gelöst, indem die Prozessparameter der Induktionsabschreckstirnfläche optimiert wurden. Das Teilfaktor-DOE-Experimentdesign wurde für vier Einflussfaktoren durchgeführt, nämlich Vorheizleistung X1, Vorheizzeit X2, Heizleistung X3 und Heizposition X4. Die Ausgabevariablen waren Y1, die minimale gehärtete Schichttiefe des Endoberflächen-Zahnfußes, und Y2, die Korngröße an der Knotenkreisposition der Zahnoberfläche. Die Testparameter und Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Durch entsprechende Analyse der Testdaten wurde der Zusammenhang zwischen der Zahnfußhärteschichttiefe Y1 und der Teilungsrundkorngröße Y2 und der Vorwärmleistung X1, Vorwärmzeit X2, Heizleistung X3 und Heizposition X4 durch die Anpassung erhalten. Der optimale Parameter wurde durch den Antwortoptimierer vorhergesagt, und der optimale Prozessparameter war der Mittelpunkt, das heißt der Parameter mit der Nummer 4. Die Tiefe der gehärteten Schicht der Zahnwurzel wurde offensichtlich erhöht, die Korngröße der Zahnoberfläche entsprach der Anforderungen, und es gab kein Überhitzen und Schmelzen. Die Überprüfung der Wiederholbarkeit wurde für die durch das DOE-Experiment optimierten Mittelpunktparameter durchgeführt, und die Wiederholbarkeit war sehr gut, wie in Tabelle 2 gezeigt.
4. Popularisierung und Anwendung von Technologien
Durch die Entwicklung eines neuen Strukturinduktors und die Optimierung der Induktionsabschreckprozessparameter des DOE-Tests wurde die unsynchrone Erwärmung von Zahnfuß und Zahnoberfläche realisiert und das Überhitzungsbrennen und -schmelzen der Zahnoberfläche ohne Härten des Zahnfußes der Zahnradstirnfläche gelöst. Das Härten der vollen Zahnbreite wird realisiert und die Tragfähigkeit und Qualität der Zahnräder werden verbessert. Derzeit wird dieses Verfahren in der Massenproduktion von Innenzahnringen aus Mn14 bis Mn20 mit einem Bereich von 1.5 bis 4 MW Windkraftgetrieben eingesetzt und weit verbreitet und in großen Mengen an in- und ausländische Kunden geliefert.
