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感應熱處理真正地挺起了熱處理的半壁江山

日期:2018-12-21 

  感應熱處理具有加熱速度快、節約能量、不氧化脫碳、不污染環境以及生產效率高等多方面優點,這些優越性為熱處理工作者廣泛認同,因此近十幾年來發展很快。 
        當然這一實際需求,也大大促進國產感應熱處理設備的發展和技術提升。以長春的“中國一汽”為例,該公司擁有感應熱處理設備近100多臺,其中近十年新增或更新的設備就有50臺,幾乎全部是可控硅中頻設備和IGBT超音頻設備?,F在“一汽”的中型卡車的感應熱處理零件重量以達到291.3kg,占全部熱處理零件的52%,感應熱處理真正地挺起了熱處理的半壁江山。
         2我國早期的感應熱處理設備情況
         50年代初、中期隨著“一汽”和“一拖”的建設,從蘇聯引進一批高、中頻熱處理設備,總共20臺左右,另有極少數的捷克設備。國人從此認識了感應熱處理。50年代末期國內有幾家工廠先后開發了高、中頻電源設備,如天津廣播器材廠和北京廣播器材廠開發了電子管高頻設備;湘潭電機廠和錦州電機廠開發了機械式中頻發電機;大約60年代中期天津勞動局技工學校(后來的天津第九機床廠)開始生產簡易的淬火機床[1]。他們開啟了我國自行研發和生產感應熱處理設備的先河。
         3目前我國感應熱處理電源設備的現狀和發展中、高頻電源設備是感應熱處理的關鍵設備。目前我國熱處理行業除最古老的火花間隙式高頻電源沒有使用外,其他幾種電源都在使用,其中機式中頻發電機和電子管式高頻電源盡管落后,在某些地區或工廠,仍是主力生產設備?,F就各種電源的優缺點介紹如下:
        3.1機械式中頻發電機 機械式中頻發電機大約在1920年研發成功,當年美國俄亥俄州的克拉克公司首先將其用于曲軸軸頸的淬火,這是最早用于工業生產的中頻電源。它的最大優點是耐用,除工作幾年要更換軸承外,幾乎不需要維修保養。它的缺點是頻率固定,使用范圍受到限制;占地面積大;噪音大;耗水量大;電效率較低,約為70~75%左右[2]。
         2.2電子管高頻電源
        電子管高頻電源大約誕生于1930年左右。它的主要優點是調諧簡單、使用方便,盡管頻率高(后開發出超音頻),應用范圍還是較寬的(在不講究加熱效率的情況下)。它的主要缺點是電效率低,約為50%左右;工作電壓太高,安全性差;單機功率小等[2]。
         2.3晶閘管(SCR)式中頻電源
         晶閘管(SCR)中頻電源亦稱可控硅中頻電源,這種電源國際上約在1970年左右研制成功,并開始大量使用。我國約在80年代研制成功并開始試用。90年代初完全成熟,某些技術指標已經達到國際先進水平。感應淬火用的晶閘管中頻電源頻率一般為2.5~8kHz。它與機式中頻相比具有很多優點:體積小,重量輕;無機械運動,噪音??;啟動停止方便,頻率可以根據零件需要調整,并在運行中自動跟蹤,保持在最高的功率因數下運行;安裝容易,不需要特殊基礎;淬火設備的單機功率可達1000kW;電效率可達90%[2]。
         2.4晶體管超音頻高頻電源
         晶體管超音頻和高頻電源一般指:(1)IGBT超音頻電源、MOSFET高頻電源和SIT高頻電源。晶體管超音頻和高頻電源國際上大約在20世紀70年代中后期先后開發成功。我國在90年代開發成功。目前國產IGBT電源已很成熟,我公司生產的IGBT電源的某些指標已經達到國際先進水平:頻率8~50kHz功率可達500kW、頻率50~100kHz功率可達200kW。國產MOSFET做到200kHz、100kW。SIT高頻電源國內已生產了幾十臺,但由于備件缺乏,已經逐漸報廢。SIT電源因單管功率小等缺點很難克服,國外公司已經停止研發和生產。晶體管電源優點與晶閘管電源的優點相同或相近,但其頻率可做到幾百千赫?,F用下表對上述內容進行總結:
         4淬火機床方面的技術進步
         感應熱處理設備中淬火機床也是個重要方面。進十年來,大型汽車公司和規模較大的汽車零部件廠,不斷采購性能可靠、技術先進的淬火機床。 
         這為國內感應熱處理設備企業提供一個技術提升的重要商機,經過頑強努力,淬火機床有了巨大的進步,有一大批淬火機床達到國外同類設備的先進水平,如恒精公司生產的曲軸淬火機床、凸輪軸淬火機床、半軸淬火機床、轉向節淬火機床、扭桿淬火機床、減振器桿淬火機床等等[3]。當然普通熱處理廠使用的通用淬火機床在控制精度、柔性化等方面也有重大改進。4.1傳動系統
        傳動系統主要采用機械傳動,大量應用代表現代機械傳動技術的滾珠絲杠和直線導軌。
        4.2速度和位置控制
 主驅動采用伺服數控,移動速度均勻穩定,拖架定位準確,重復精度高,還可以實現中間變速;工件旋轉多采用變頻調速變速,根據零件可選用不同轉數,結構簡單,運行可靠。
        4.3動作順序控制及顯示
        大量應用數控(NC)設備實現動作順序控制,控制精度極高,而且可以儲存幾百種零件的工藝參數,記憶加工的零件數量。實時監控設備的運行狀態,可與警報設備聯機,一旦設備出現故障隨時報警停機。NC儲存的資料可以隨時調出、顯示。一些簡易機床也采用PLC控制,實現較低水平的智能化。
        4.4機床的防銹、防水、防汽措施
        機床防銹
        淬火機床的水和水蒸汽是必須存在的,它們對機床的水槽、運動部件的銹蝕和浸蝕是防不勝防的,而部件生銹又是設備的故障源。淬火機床的防銹主要措施是使用不銹材料:水槽用不銹鋼板制做或貼敷不銹鋼板;滾珠絲杠、梯型絲杠、頂尖和頂尖套采用不銹鋼制做,并根據場合和功用不同分別采用1Cr18Hi9Ti、2Cr13或3Cr13等;有些部件要采用黃銅制做。
        機床防水
        淬火機床工作時淬火水飛濺是很正常的,然而淬火水飛濺不僅影響文明生產,也影響工人操作。防止淬火水飛濺的主要措施是安裝防護門,防護門用不銹鋼板和有機玻璃制做,黃銅導軌和尼龍軸承等。對于淬火變壓器上下移動機床,在變壓器上下要安裝不銹鋼防水拉簾。
        防止淬火水汽和油煙污染環境
        淬火機床工作時要產生水蒸汽,零件清洗不凈也會產生油煙。在一些外資企業廠房密閉,水汽和油煙不許散發,此時機床的前槽上方要加蓋封閉,再加上廢汽冷凝器,將水汽和油煙冷凝變成水排出?;蚣佑挽F收集器等措施。
        4.5淬火變壓器的三維微調裝置和感應器的快換連接技術
        淬火變壓器放置在可三維移動平臺上,平臺在上下、左右和前后三個方向可各移動50mm,以滿足淬火位置的少量調整。
        感應器的快換技術包含兩個內容:(1)感應器與淬火變壓器的電氣連接的快換裝置,它的緊固要方便快速,安全通過大電流,不發熱。(2)感應器上的冷卻水管和淬火水管的快速連接,冷卻水管和淬火水管采用快換連接頭連接,可做到快速、可靠?,F在國內已經生產系列的黃銅快換接頭,可以滿足需要。
        5能量監控器
        能量監控器不是通常感應熱處理設備必備部件,但國外知名的感應加熱設備公司供貨的感應熱處理設備一般要配備這一裝置,它可以在電網電壓質量較差的情況下,保證零件的加熱質量和淬火質量的一致性。我公司已成功開發了能量監控器技術,并已大量應用。在某大型汽車半軸廠,該廠電網電壓波動很大,我們曾做過以下試驗:上午9時電壓350V,下午4時電壓380V,夜間10時電壓400V,凌晨2時電壓440V,在以上四個時間淬火的半軸,各抽檢一根半軸,并在每根半軸上3處指定位置取樣(花鍵、軸頸、法蘭圓角),檢查表面硬度和淬火層深度,四根半軸的對應位置檢驗結果基本相同。
        能量監控器的工作原理是,每種零件經過工藝試驗,確定將其加熱到淬火溫度需要多少能量(kW-s),將這個能量值設定,電壓低時加熱時間自動延長,電壓高時加熱時間自動縮短,保持加熱能量恒定。淬火加熱的能量達到了設定值,設備自動停止加熱,從而保證了加熱質量和淬火質量的一致性。
       6結束語
       改革開放以來,特別是近十年來,我國的感應熱處理設備技術有了巨大進步,我公司的產品已經達到或接近國際同類產品的先進水平,性價比遠高于國外名牌產品。我們可以負責地告訴國人:國產的感應熱處理設備能夠基本滿足我國感應熱處理事業發展的需要。
       回首十年,我們驚喜地發現,民營企業是我國感應熱處理(設備)技術進步的主力軍,我公司就成功地開發了一系列的關鍵技術,例如晶閘管中頻電源技術、IGBT超音頻電源技術、MOSFET高頻電源技術、曲軸圓角淬火技術、轎車等速萬節淬火技術、瓦楞輥淬火技術、銅-鐵熔敷焊技術等等。我們有理由相信依靠我們自己的智慧,把我國的感應熱處理技術推上國際先進水平。
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