Induktionserwärmung seit 2000

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Mittelfrequenz-Induktionshärteprozessoptimierung für Nockenwelle

  Dieser Prozesstest erfolgt unter den bestehenden Produktionsbedingungen an der Nockenwelle mit dem Grundkreisradius R80mm unter Verwendung des Profilsensors am KGPS-250kW Mittelfrequenz-Netzteil und KQCJC-1500 CNC-Härtungsmaschine von unserer Firma hergestellt. Die Nockenprofile des Kraftstoffeinspritznockenwellenabschnitts und der Einlass- und Auslassnockenwellenabschnitte sind induktionsgehärtet. Durch die Optimierung der Sensor- und Prozesssteuerung werden die Probleme der Tiefe der gehärteten Schicht (die Tiefe der Deckschicht des Aufzugs ist zu tief, und die Tiefe der Grundkreisschicht ist zu flach), der weichen Zone in die Übergangszone und die Überhitzung und das Reißen der Oberseite des Aufzugs werden behoben.

1. Technische Anforderungen an die Teile

(1) Chemische Zusammensetzung Das Material der Nockenwellenteile ist 50CrMo4 (deutsche Güte 1.7228), und seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung von 50CrMo4-Stahl (Massenanteil ) %
Element C Si Mn Cr Mo P S Fe
Gemessener Wert 0.52 0.12 0.65 1.1 0.20 0.01 0.012 Überschuss
DIN 10083-Norm 0.46 ~ 0.54 ≤ 0.40 0.50 ~ 0.80 0.90 ~ 1.20 0.15 ~ 0.30 ≤ 0.035 ≤ 0.035 Überschuss

(2) Technische Anforderungen für das Abschrecken der Nockenwelle Die Tiefe der gehärteten Schicht auf dem Nockenprofil beträgt 5.5–8.5 mm und die Oberflächenhärte beträgt 60–64 HRC.

2. Problembeschreibung und Lösungen

  Die Tiefe der gehärteten Schicht und die Oberflächenhärte beim Induktionshärten variiert je nach Frequenzeinheit, Fläche, Form und Größe des Induktors, Material, Form und Größe der bearbeiteten Teile, Matrixstruktur vor der Behandlung, Heizmethode, Heizzeit, Kühlmittel Die Hauptfaktoren wie Art und Kühlmethode variieren.

  Normalerweise, wenn die Nockenwelle Nockenfläche ist induktionsgehärtet, die Tiefe der gehärteten Schicht an der Spitze der Nockennase ist zu groß, und die Tiefe der gehärteten Schicht am Grundkreis der Nocke ist flach; Qualitätsprobleme wie Gleichmäßigkeit und Abschreckrisse. Zu diesem Zweck ergreifen wir die folgenden Maßnahmen, um die oben genannten möglichen Probleme zu lösen.

  • Optimierung der Induktorstruktur

  Der Aufbau des Sensors umfasst hauptsächlich den Innendurchmesser des Wirkkreises des Sensors (der den Abstand zum Werkstück bestimmt), die Höhe und den Sprühwinkel.

  Entsprechend der Form des Teils beauftragt unser Unternehmen einen professionellen Sensorhersteller mit der Herstellung eines speziellen Profilierungssensors, insbesondere um die Höhe der beiden Seiten des Grundkreises des Sensors um etwa 4 mm zu erhöhen; um sicherzustellen, dass der Abstand zwischen dem Wirkkreis und dem Teil 5-6 mm beträgt (siehe Abbildung 1). Durch die verbesserte Gestaltung des inneren Spalts und der Höhe des Induktors wird die Erwärmungsgleichmäßigkeit des Induktors verbessert und die Tiefe der gehärteten Schicht effektiv gewährleistet.

Abbildung 1 Induktorstruktur

Struktur des Nockenwelleninduktors
  • Auswahl der elektrischen Parameter

  Die Wahl der Frequenz der Stromversorgung der Nockenwellenheizung hängt hauptsächlich von der geometrischen Form des Nockens und der Tiefe der Heizschicht ab. Beim Induktionsheizen wird die Wärme nach dem Erhitzen der Oberfläche schnell von der Oberfläche in das Innere des Werkstücks geleitet. Die tatsächliche Erwärmungstiefe wird durch Erwärmungszeit, Wattdichte und Frequenz bestimmt. Die Tiefe, bis zu der der Strom in die Oberfläche des Werkstücks eindringt, hängt hauptsächlich von der Frequenz des Stroms ab.

  In Kombination mit den tatsächlichen Bedingungen der Testausrüstung wird die Induktionserwärmung unter Berücksichtigung der Tiefe der gehärteten Schicht durch Leitung durchgeführt. Entsprechend den technischen Anforderungen der Teile, dem Verhältnis zwischen der Tiefe der Heizschicht und der Frequenz der verwendeten Geräte wird die Frequenz zwischen 4.5 und 5.5 kHz gewählt. Je nach Bauform des Werkstücks beträgt das Übersetzungsverhältnis des Transformators am Ausgang der Stromversorgung 14:1. Nach der Prozessoptimierung beträgt die Zwischenfrequenzspannung 550–600 V, die Gleichspannung 475–500 V, der Gleichstrom 220–240 A und die Leistung 90–100 kW. Die im ursprünglichen Prozess verwendeten Spannungen und Ströme sind relativ hoch, was zu lokaler Überhitzung und sogar zum Reißen einiger Teile führt.

  • Steuerung des Abschreckprozesses

(1) Erwärmungspositionierung Da das Erwärmen und Abschrecken der Nockenwelle die Erwärmungsposition genau steuern muss, sind die Anforderungen an die Mittellöcher an beiden Enden des Werkstücks während der Bearbeitung relativ hoch. Wenn die Form und Tiefe des oberen Lochs nicht standardisiert sind, wirkt sich dies direkt auf die Positionierungsposition der Induktionsheizung und auf die Abschreckqualität aus.

(2) Wenn der Spalt zwischen dem Induktor und dem Werkstück abgeschreckt ist, wird der Nocken vertikal platziert. Wir optimieren die Höhe beider Seiten des Grundkreises des Induktors um 4 mm und optimieren die axialen und radialen Spalte zwischen dem Wirkring des Induktors und dem Bauteil. Angemessene Kontrolle. Der Spalt zwischen dem Sensor und der Nockenspitze wird von ursprünglich 7.5 mm auf 10 mm eingestellt, der Spalt zwischen dem Sensor und dem Nockenhebeabschnitt wird von ursprünglich 6 mm auf 4.5 mm eingestellt und der Spalt zwischen dem Basiskreis des Sensornockens wird eingestellt von den ursprünglichen 7.5 mm auf 5 mm, so dass die Heiztemperatur des Nockens dazu neigt, gleichmäßig zu sein, und der übermäßig große Unterschied in der Tiefe der gehärteten Schicht und die Qualitätsprobleme des weichen Riemens in der Übergangszone vermieden werden.

(3) Mediumkühlung Wenn Konzentration, Temperatur, Kühlzeit, Sprühwinkel und Sprühdruck des Abschreckkühlmediums nicht richtig kontrolliert werden, kann es leicht zu Qualitätsmängeln wie Abschreckrissen an Teilen, weichen Bändern und Abblättern kommen Kanten und Ecken. In Tests verwenden wir das wasserlösliche Abschreckmedium AQ251 mit einer Konzentration von 10 % bis 12 %, einer Betriebstemperatur von 20 bis 30 °C und einem Sprühdruck von 1.2 MPa, wodurch die oben genannten Mängel effektiv beseitigt werden.

3. Prozessüberprüfung

  • Tiefeninspektion der ausgehärteten Schicht

  Anschließend Drahtschneiden an der Nockenwelle durchführen Induktionshärten entlang des Querschnitts des Nockenprofils und führen Sie axiale Schnitte gemäß Nocken, Hub, Grundkreis, Tropfen und anderen Teilen durch, schleifen Sie die vom Drahtschneiden betroffene Schicht ab und führen Sie dann 3% bis 5% Salpetersäure durch Alkoholkorrosion, das Profil der induktionsgehärteten Schicht ist in Abbildung 2 dargestellt, und die Tiefe der gehärteten Schicht (Härtemethode) und die Prüfung der Oberflächenhärte sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Tiefe der gehärteten Schicht der Nockenwelle nach dem Abschrecken entspricht der Prozessanforderungen, die Schichttiefe ist gleichmäßig und es wird kein weicher Riemen gefunden.

Bild 2 Ausschnitt einer Nockenwelle nach dem Induktionshärten

Abschnitt der Nockenwelle nach dem Induktionshärten
Tabelle 2: Ausgehärtete Schichttiefe und Oberflächenhärte
Messgegenstand Technische Anforderungen Die Spitzen der Nockenwelle Aufzug Grundkreis Drop
Gehäusetiefe/mm 5.5 ~ 8.5 7.0 ~ 7.9 6.8 6.6 6.5 ~ 6.7
Oberflächenhärte 60 ~ 64 60.5 ~ 64 60.5 ~ 63.5 61.5 ~ 63 61 ~ 63.5
  • Niedertemperatur-Anlassen und Magnetpulverprüfung

  Führen Sie nach dem Induktionshärten das erste Niedertemperaturanlassen innerhalb von 1 Stunde durch und führen Sie dann das zweite Anlassen nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur durch. Die beiden Niedertemperatur-Temperprozesse betragen 140 ℃ × 4.5 h und Luftkühlung; Das Anlassen bei niedriger Temperatur soll die Abschreckspannung reduzieren und Rissbildung verhindern. Bei der abgeschreckten Nockenwelle wurden keine Überhitzung und Risse an den Kanten und Ecken gefunden, und nach der Magnetpulverprüfung wurden keine defekten Magnetspuren gefunden.

  Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Verbesserung des Abschreckprozesses die Qualitätsprobleme beim Mittelfrequenz-Induktionshärten der Nockenwelle grundsätzlich gelöst werden.

4. Fazit

(1) Durch die Optimierung des Sensoraufbaus und die präzise Steuerung der Heizposition können die Abschrecktemperatur und die Tiefe der gehärteten Schicht am Grundkreis erhöht werden, während die Abschrecktemperatur und die Tiefe der gehärteten Schicht an der Spitze erhöht werden des Nockens reduziert werden, wodurch die Tiefe der gehärteten Schicht effektiv sichergestellt wird.

(2) Durch angemessenes Steuern der axialen und radialen Lücken zwischen dem effektiven Kreis des Induktors und den Teilen neigt die Erwärmungstemperatur des Nockens dazu, gleichmäßig zu sein, und die Basistemperatur, die durch den übermäßigen Temperaturunterschied zwischen der Oberseite des Aufzugs und verursacht wird der Grundkreis wird vermieden Der Tiefenunterschied zwischen dem Kreis und dem Nockenhubteil ist zu groß und die Qualität des weichen Riemens in der Übergangszone.

(3) Durch effektives Steuern der Konzentration, Temperatur, Kühlzeit und des Sprühdrucks des Abschreckkühlmediums werden Qualitätsmängel wie Abschreckrisse, weiche Bänder und Abschälen von Kanten und Ecken von Teilen reduziert.

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