Calentamiento por inducción desde 2000

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Investigación y mejora del proceso de endurecimiento del ancho total del diente mediante enfriamiento por inducción

  El enfriamiento por inducción tiene las ventajas de una pequeña deformación de la pieza de trabajo, alta eficiencia, ahorro de energía y protección del medio ambiente, automatización fácil de realizar, etc., y se ha convertido en una tecnología común de tratamiento térmico de superficies. Con el desarrollo de la tecnología industrial, se plantean mayores requisitos para la capacidad de carga y la calidad de los engranajes. Sin embargo, en la tecnología de enfriamiento por inducción existente, existe el problema de que la raíz del diente de las dos caras de los extremos del engranaje no está endurecida y es fácil generar grietas por fatiga por flexión durante el servicio. Especialmente para engranajes pesados, en el caso de carga sesgada, los dos extremos de los dientes del engranaje sin endurecer son propensos a fallar por agrietamiento. Por lo tanto, realizar el endurecimiento dentro del ancho completo del diente del engranaje puede mejorar en gran medida el nivel técnico del endurecimiento por inducción en China, mejorar la capacidad de carga y la calidad del engranaje y producir beneficios económicos significativos. En este documento, al optimizar el proceso de enfriamiento por inducción, se resolvió el problema del sobrecalentamiento, la quema y la fusión de la superficie del diente sin endurecimiento de la raíz del diente de la cara del extremo del engranaje, y se realizó el endurecimiento del ancho total del diente, que se aplicó a producción en masa.

1. Requisitos técnicos de endurecimiento de ancho de diente completo

  Templado por inducción Endurecimiento del ancho completo del diente: es decir, la capa de endurecimiento efectivo se distribuye dentro del rango del ancho completo del diente del engranaje, y se requiere que la profundidad y la estructura de los dos extremos del engranaje estén cerca de la mitad del mismo diente ancho (en línea con los requisitos de las normas de dibujo). Teniendo en cuenta las dificultades técnicas del proceso de calentamiento por inducción, los estándares nacionales y extranjeros actuales sobre los requisitos de endurecimiento del ancho total del diente no son claros y relativamente relajados, los requisitos específicos estarán sujetos al cliente. Entre ellos, JB/T 9171-1999 "Proceso de enfriamiento por llama e inducción y control de calidad de engranajes" estipuló que dentro del rango de 150 mm de ancho de diente, el rango de distribución de la capa de endurecimiento efectivo fue del 80% del ancho del diente, y no se hizo ningún juicio. del rango del 10% del ancho del diente en ambos extremos. ISO 6336-5:2003 Cálculo de la capacidad de carga de engranajes rectos y helicoidales - Parte 5: Resistencia y calidad de los materiales El estándar requiere que la profundidad de endurecimiento se cubra dentro del ancho total del diente, pero no se especifican los requisitos específicos de profundidad en ambos extremos. Otros, como los estándares AGMA y DIN para requisitos de endurecimiento de ancho de diente completo, son más flexibles. No se requiere la profundidad de la capa para la evaluación desde la cara del extremo hasta un módulo o 1/8 de ancho de diente.

2. Análisis del estado del proceso

  Los puntos problemáticos del proceso de enfriamiento por inducción incluyen: la temperatura de calentamiento concentrada por corrientes de Foucault en la esquina afilada es alta, mientras que la esquina redonda interna no es fácil de calentar, etc. Por lo tanto, en el proceso de calentamiento por inducción, es fácil para el engranaje se sobrecaliente y derrita las esquinas afiladas al final de la superficie del diente, mientras que la raíz de las esquinas redondas internas no se endurece o la capa endurecida no es lo suficientemente profunda, como se muestra en la Figura 1. Debido a las normas nacionales y extranjeras en la cara del extremo de la capa de endurecimiento los requisitos de profundidad son relativamente relajados, generalmente para reducir el método de potencia de calentamiento, para evitar que los engranajes aparezcan en la cara del extremo, estos defectos de calidad de apariencia evidentes se derriten, pero ignore la cara del extremo de la profundidad de la capa de endurecimiento de la raíz muy superficial o problemas ocultos de calidad sin endurecer. La capacidad de carga y la calidad del engranaje se reducen y existe el riesgo de fallas prematuras. Con el objetivo de resolver este problema, este documento optimiza el proceso de enfriamiento por inducción mediante el diseño de una nueva estructura de inductor y el ajuste de los parámetros tecnológicos.

Fusión de la superficie del diente y distribución de la profundidad de la capa de endurecimiento de la raíz del diente

HIGO. 1 Distribución de la profundidad de la capa de fusión de la superficie del diente y endurecimiento de la raíz del diente

3. Optimización de procesos

(1) Estructura del sensor Optimización del sensor de estructura de perfilado de escaneo existente junto con el perfil del diente, y simultáneamente calentando la posición de la superficie del diente y la raíz del diente durante el proceso de calentamiento. Bajo la influencia del efecto de calentamiento por inducción, el subcalentamiento de la posición de la raíz del diente de las dos caras del extremo del engranaje conduce a que la capa endurecida o sin endurecer no sea lo suficientemente profunda, y la temperatura sobrecalentada de la posición del círculo de paso de la superficie del diente del extremo aparece la cara. Por lo tanto, un análisis en profundidad de sus dificultades técnicas, mediante la optimización de la placa de guía superior e inferior del sensor y la estructura de lámina de acero al silicio, para resolver la estructura del sensor existente de los defectos de calentamiento del perfil del diente; La placa guía superior y la placa guía inferior del inductor después de la optimización de la estructura tienen una estructura triangular inclinada hacia arriba/inferior en arco, y la parte conductora añadida mejora el efecto de calentamiento de la raíz del diente. Al mismo tiempo, la estructura triangular especial oblicua hacia arriba/hacia abajo realiza el calentamiento no sincrónico de la raíz del diente y la superficie del diente. De esta forma, el sensor solo puede calentar la raíz del diente en la cara del extremo para evitar la temperatura excesivamente alta de la superficie del diente en la cara del extremo, como se muestra en la Figura 2. Al mismo tiempo que levanta la capa de endurecimiento de la superficie del extremo , se puede evitar el problema del sobrecalentamiento y la fusión del círculo primitivo de la superficie final.

Diagrama esquemático de la estructura de la bobina de inducción.

HIGO. 2 Diagrama esquemático de la estructura de la bobina de inducción

(a) Una estructura perfilada de nuevo diseño (b) una estructura común existente

(2) Optimización de los parámetros del proceso Los principales factores que influyen en el proceso de temple por inducción de ancho de diente completo incluyen la holgura del acoplamiento, la potencia de calentamiento, el tiempo y la posición de calentamiento, etc. La combinación óptima de los factores de los parámetros se obtuvo examinando los factores de influencia y analizando influyen factores como la potencia de precalentamiento, el tiempo de precalentamiento, la potencia de calentamiento y la posición de calentamiento. Sobre la base del inductor de nueva estructura anterior (utilizado para la corona dentada interior de energía eólica Mn14), el problema del sobrecalentamiento y la fusión de la cara final sin endurecimiento de la raíz del diente de la cara final se resolvió mediante la optimización de los parámetros del proceso de enfriamiento por inducción de la cara final. El diseño del experimento DOE de factor parcial se llevó a cabo para cuatro factores de influencia, a saber, potencia de precalentamiento X1, tiempo de precalentamiento X2, potencia de calentamiento X3 y posición de calentamiento X4. Las variables de salida fueron Y1, la profundidad mínima de la capa endurecida de la raíz del diente de la superficie final, e Y2, el tamaño de grano en la posición del círculo del nodo de la superficie del diente. Los parámetros y resultados de la prueba se muestran en la Tabla 1.

Investigación y mejora del proceso de endurecimiento del ancho total del diente mediante enfriamiento por inducción

  A través del análisis correspondiente de los datos de prueba, la relación entre la profundidad de la capa endurecida de la raíz del diente Y1 y el tamaño de grano redondo de paso Y2 y la potencia de precalentamiento X1, el tiempo de precalentamiento X2, la potencia de calentamiento X3 y la posición de calentamiento X4 se obtuvo mediante el ajuste. El parámetro óptimo fue predicho por el optimizador de respuesta, y el parámetro óptimo del proceso fue el punto central, es decir, el parámetro numerado 4. La profundidad de la capa endurecida de la raíz del diente obviamente aumentó, el tamaño de grano de la superficie del diente cumplió con el requisitos, y no hubo sobrecalentamiento ni fusión. La verificación de repetibilidad se llevó a cabo para los parámetros del punto central optimizados por el experimento DOE y la repetibilidad fue muy buena, como se muestra en la Tabla 2.

Investigación y mejora del proceso de endurecimiento del ancho total del diente mediante enfriamiento por inducción 1

4. Popularización y aplicación de tecnología

  Mediante el diseño de un inductor de nueva estructura y la optimización de los parámetros del proceso de enfriamiento por inducción de la prueba DOE, se realizó el calentamiento asincrónico de la raíz del diente y la superficie del diente, y se resolvió el sobrecalentamiento quemado y el derretimiento de la superficie del diente sin endurecimiento de la raíz del diente de la cara del extremo del engranaje. Se realiza el endurecimiento del ancho completo del diente y se mejora la capacidad de carga y la calidad de los engranajes. En la actualidad, este proceso se ha utilizado en la producción en masa de anillos dentados internos de Mn14 a Mn20 con una gama de cajas de engranajes de energía eólica de 1.5 ~ 4MW y ha sido ampliamente promocionado y suministrado a granel a clientes nacionales y extranjeros.

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