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感应热处理真正地挺起了热处理的半壁江山

日期:2018-12-21 

  感应热处理具有加热速度快、节约能量、不氧化脱碳、不污染环境以及生产效率高等多方面优点,这些优越性为热处理工作者广泛认同,因此近十几年来发展很快。 
        当然这一实际需求,也大大促进国产感应热处理设备的发展和技术提升。以长春的“中国一汽”为例,该公司拥有感应热处理设备近100多台,其中近十年新增或更新的设备就有50台,几乎全部是可控硅中频设备和IGBT超音频设备。现在“一汽”的中型卡车的感应热处理零件重量以达到291.3kg,占全部热处理零件的52%,感应热处理真正地挺起了热处理的半壁江山。
         2我国早期的感应热处理设备情况
         50年代初、中期随着“一汽”和“一拖”的建设,从苏联引进一批高、中频热处理设备,总共20台左右,另有极少数的捷克设备。国人从此认识了感应热处理。50年代末期国内有几家工厂先后开发了高、中频电源设备,如天津广播器材厂和北京广播器材厂开发了电子管高频设备;湘潭电机厂和锦州电机厂开发了机械式中频发电机;大约60年代中期天津劳动局技工学校(后来的天津第九机床厂)开始生产简易的淬火机床[1]。他们开启了我国自行研发和生产感应热处理设备的先河。
         3目前我国感应热处理电源设备的现状和发展中、高频电源设备是感应热处理的关键设备。目前我国热处理行业除最古老的火花间隙式高频电源没有使用外,其他几种电源都在使用,其中机式中频发电机和电子管式高频电源尽管落后,在某些地区或工厂,仍是主力生产设备。现就各种电源的优缺点介绍如下:
        3.1机械式中频发电机 机械式中频发电机大约在1920年研发成功,当年美国俄亥俄州的克拉克公司首先将其用于曲轴轴颈的淬火,这是最早用于工业生产的中频电源。它的最大优点是耐用,除工作几年要更换轴承外,几乎不需要维修保养。它的缺点是频率固定,使用范围受到限制;占地面积大;噪音大;耗水量大;电效率较低,约为70~75%左右[2]。
         2.2电子管高频电源
        电子管高频电源大约诞生于1930年左右。它的主要优点是调谐简单、使用方便,尽管频率高(后开发出超音频),应用范围还是较宽的(在不讲究加热效率的情况下)。它的主要缺点是电效率低,约为50%左右;工作电压太高,安全性差;单机功率小等[2]。
         2.3晶闸管(SCR)式中频电源
         晶闸管(SCR)中频电源亦称可控硅中频电源,这种电源国际上约在1970年左右研制成功,并开始大量使用。我国约在80年代研制成功并开始试用。90年代初完全成熟,某些技术指标已经达到国际先进水平。感应淬火用的晶闸管中频电源频率一般为2.5~8kHz。它与机式中频相比具有很多优点:体积小,重量轻;无机械运动,噪音小;启动停止方便,频率可以根据零件需要调整,并在运行中自动跟踪,保持在最高的功率因数下运行;安装容易,不需要特殊基础;淬火设备的单机功率可达1000kW;电效率可达90%[2]。
         2.4晶体管超音频高频电源
         晶体管超音频和高频电源一般指:(1)IGBT超音频电源、MOSFET高频电源和SIT高频电源。晶体管超音频和高频电源国际上大约在20世纪70年代中后期先后开发成功。我国在90年代开发成功。目前国产IGBT电源已很成熟,我公司生产的IGBT电源的某些指标已经达到国际先进水平:频率8~50kHz功率可达500kW、频率50~100kHz功率可达200kW。国产MOSFET做到200kHz、100kW。SIT高频电源国内已生产了几十台,但由于备件缺乏,已经逐渐报废。SIT电源因单管功率小等缺点很难克服,国外公司已经停止研发和生产。晶体管电源优点与晶闸管电源的优点相同或相近,但其频率可做到几百千赫。现用下表对上述内容进行总结:
         4淬火机床方面的技术进步
         感应热处理设备中淬火机床也是个重要方面。进十年来,大型汽车公司和规模较大的汽车零部件厂,不断采购性能可靠、技术先进的淬火机床。 
         这为国内感应热处理设备企业提供一个技术提升的重要商机,经过顽强努力,淬火机床有了巨大的进步,有一大批淬火机床达到国外同类设备的先进水平,如恒精公司生产的曲轴淬火机床、凸轮轴淬火机床、半轴淬火机床、转向节淬火机床、扭杆淬火机床、减振器杆淬火机床等等[3]。当然普通热处理厂使用的通用淬火机床在控制精度、柔性化等方面也有重大改进。4.1传动系统
        传动系统主要采用机械传动,大量应用代表现代机械传动技术的滚珠丝杠和直线导轨。
        4.2速度和位置控制
 主驱动采用伺服数控,移动速度均匀稳定,拖架定位准确,重复精度高,还可以实现中间变速;工件旋转多采用变频调速变速,根据零件可选用不同转数,结构简单,运行可靠。
        4.3动作顺序控制及显示
        大量应用数控(NC)设备实现动作顺序控制,控制精度极高,而且可以储存几百种零件的工艺参数,记忆加工的零件数量。实时监控设备的运行状态,可与警报设备联机,一旦设备出现故障随时报警停机。NC储存的资料可以随时调出、显示。一些简易机床也采用PLC控制,实现较低水平的智能化。
        4.4机床的防锈、防水、防汽措施
        机床防锈
        淬火机床的水和水蒸汽是必须存在的,它们对机床的水槽、运动部件的锈蚀和浸蚀是防不胜防的,而部件生锈又是设备的故障源。淬火机床的防锈主要措施是使用不锈材料:水槽用不锈钢板制做或贴敷不锈钢板;滚珠丝杠、梯型丝杠、顶尖和顶尖套采用不锈钢制做,并根据场合和功用不同分别采用1Cr18Hi9Ti、2Cr13或3Cr13等;有些部件要采用黄铜制做。
        机床防水
        淬火机床工作时淬火水飞溅是很正常的,然而淬火水飞溅不仅影响文明生产,也影响工人操作。防止淬火水飞溅的主要措施是安装防护门,防护门用不锈钢板和有机玻璃制做,黄铜导轨和尼龙轴承等。对于淬火变压器上下移动机床,在变压器上下要安装不锈钢防水拉帘。
        防止淬火水汽和油烟污染环境
        淬火机床工作时要产生水蒸汽,零件清洗不净也会产生油烟。在一些外资企业厂房密闭,水汽和油烟不许散发,此时机床的前槽上方要加盖封闭,再加上废汽冷凝器,将水汽和油烟冷凝变成水排出。或加油雾收集器等措施。
        4.5淬火变压器的三维微调装置和感应器的快换连接技术
        淬火变压器放置在可三维移动平台上,平台在上下、左右和前后三个方向可各移动50mm,以满足淬火位置的少量调整。
        感应器的快换技术包含两个内容:(1)感应器与淬火变压器的电气连接的快换装置,它的紧固要方便快速,安全通过大电流,不发热。(2)感应器上的冷却水管和淬火水管的快速连接,冷却水管和淬火水管采用快换连接头连接,可做到快速、可靠。现在国内已经生产系列的黄铜快换接头,可以满足需要。
        5能量监控器
        能量监控器不是通常感应热处理设备必备部件,但国外知名的感应加热设备公司供货的感应热处理设备一般要配备这一装置,它可以在电网电压质量较差的情况下,保证零件的加热质量和淬火质量的一致性。我公司已成功开发了能量监控器技术,并已大量应用。在某大型汽车半轴厂,该厂电网电压波动很大,我们曾做过以下试验:上午9时电压350V,下午4时电压380V,夜间10时电压400V,凌晨2时电压440V,在以上四个时间淬火的半轴,各抽检一根半轴,并在每根半轴上3处指定位置取样(花键、轴颈、法兰圆角),检查表面硬度和淬火层深度,四根半轴的对应位置检验结果基本相同。
        能量监控器的工作原理是,每种零件经过工艺试验,确定将其加热到淬火温度需要多少能量(kW-s),将这个能量值设定,电压低时加热时间自动延长,电压高时加热时间自动缩短,保持加热能量恒定。淬火加热的能量达到了设定值,设备自动停止加热,从而保证了加热质量和淬火质量的一致性。
       6结束语
       改革开放以来,特别是近十年来,我国的感应热处理设备技术有了巨大进步,我公司的产品已经达到或接近国际同类产品的先进水平,性价比远高于国外名牌产品。我们可以负责地告诉国人:国产的感应热处理设备能够基本满足我国感应热处理事业发展的需要。
       回首十年,我们惊喜地发现,民营企业是我国感应热处理(设备)技术进步的主力军,我公司就成功地开发了一系列的关键技术,例如晶闸管中频电源技术、IGBT超音频电源技术、MOSFET高频电源技术、曲轴圆角淬火技术、轿车等速万节淬火技术、瓦楞辊淬火技术、铜-铁熔敷焊技术等等。我们有理由相信依靠我们自己的智慧,把我国的感应热处理技术推上国际先进水平。
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