磐吉奧（湖南）工業(yè)有限公司 （長沙 410119） 范惠章

汽車變速器駐車系統(tǒng)冠形扇齒是采用感應(yīng)淬火的方法對精密沖壓后的零件齒部表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。傳統(tǒng)的感應(yīng)淬火方式是單件同時(shí)淬火，存在生產(chǎn)效率低，零件變形量大，廢品率高，個(gè)別齒端硬度不均等問題。本文通過對嵌入式單件同時(shí)感應(yīng)淬火失效模式的分析，并結(jié)合連續(xù)感應(yīng)淬火理論，提出了“冠形扇齒疊加式掃描感應(yīng)淬火”工藝。

1.嵌入式單件感應(yīng)淬火工藝

冠形扇齒的基體材料為45鋼，加工工藝為：45鋼卷料精密沖壓成形，然后齒面高頻感應(yīng)淬火，再低溫回火后激光焊接而成。嵌入式單件感應(yīng)淬火的工藝為：人工單件裝卸工件，感應(yīng)器不動，工件深入感應(yīng)器內(nèi)，齒片上下兩側(cè)面感應(yīng)加熱；工藝參數(shù)為直流電壓170V，直流電流160A，加熱時(shí)間為3s，噴射水冷卻，冷卻時(shí)間3s。

2.嵌入式單件感應(yīng)淬火失效模式分析

單件同時(shí)感應(yīng)淬火生產(chǎn)效率低，主要是因?yàn)榱慵渭b夾占用了大量的機(jī)內(nèi)裝卸時(shí)間及機(jī)內(nèi)冷卻時(shí)間，解決機(jī)內(nèi)等待時(shí)間是問題的關(guān)鍵。初步認(rèn)為造成熱處理后尺寸變形量大且尺寸、硬度不均勻，主要是因?yàn)楣に嚪桨讣案袘?yīng)器設(shè)計(jì)不合理造成。零件要求齒端面硬化，但工藝方案采取在齒的兩側(cè)面加熱，零件受熱區(qū)域大，熱處理變形量大；零件深入非仿齒形感應(yīng)器且伸入深度受機(jī)床重復(fù)精度影響而致零件之間加熱面積不一致、加熱溫度不均勻；最終導(dǎo)致熱處理變形、硬度不均勻；此外用自來水噴射冷卻方式也會導(dǎo)致變形量大。

3.冠形扇齒疊加式掃描感應(yīng)淬火工藝

精沖零件無論外形輪廓還是中心孔，尺寸精度非常高，結(jié)合軸的連續(xù)感應(yīng)淬火工藝考慮，設(shè)想使用專用夾具將單個(gè)工件疊加起來并兩端鎖緊，使之成為一個(gè)類似“異形軸”裝夾在淬火機(jī)床工位，工位在機(jī)床控制下上下移動，感應(yīng)器固定不動，對工件淬火面進(jìn)行掃描淬火，這樣將會大大減少機(jī)內(nèi)裝卸、冷卻時(shí)間。經(jīng)計(jì)算，每個(gè)工件厚度為4mm，600mm的頂尖間距可夾裝1～150件扇齒片，每組掃描淬火時(shí)間約為5min，那么，每件的淬火時(shí)間將由10s降低到2s（成組工件兩端的工件作為工藝工件，不作為合格產(chǎn)品，可循環(huán)使用）。

圖1是工件感應(yīng)加熱示意，感應(yīng)器在工件周圍產(chǎn)生一個(gè)方向垂直于工件的感應(yīng)磁場，在感應(yīng)磁場的作用下，工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)一步產(chǎn)生如圖1所示方向的感應(yīng)電流，但對于相鄰兩工件接觸的點(diǎn)，如圖1的A點(diǎn)或B點(diǎn)，其感應(yīng)電動勢是相等的，所以感應(yīng)加熱時(shí)，理論上在A點(diǎn)或B點(diǎn)不會產(chǎn)生上下方向的感應(yīng)電流，不會產(chǎn)生打火現(xiàn)象。

圖1

4.冠形扇齒疊加式掃描感應(yīng)淬火工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)?zāi)康?①驗(yàn)證疊加后加熱過程是否存在放電打火現(xiàn)象。②驗(yàn)證表面硬度和淬硬層深度。③驗(yàn)證尺寸變形量。

（2）試驗(yàn)樣件、設(shè)備及零件裝夾方式 樣件100pcs：試驗(yàn)編碼為6F、7G、8H三組，分別為20、30、50片；生產(chǎn)設(shè)備：IGBT固態(tài)式高頻電源，箱式回火爐。

（3）試驗(yàn)工藝 將齒片齊疊成串并固定，用齒形仿形感應(yīng)器連續(xù)掃描加熱，噴射冷卻。參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)表

（4）試驗(yàn)結(jié)果 表面硬度抽樣數(shù)9件，每組3件，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 檢測結(jié)果

淬硬層深度抽樣數(shù)3件，每組1件。檢測至DS450HV1位置的實(shí)際淬硬層深度分別為3.11mm、1.4mm、0.55mm，淬硬層深度合格，實(shí)測層深曲線見圖2、圖3、圖4。

圖2 6F組淬硬層深曲線

圖3 7G組淬硬層深曲線

圖4 8H組淬硬層深曲線

變形量：抽樣數(shù)18件，每組各6件，檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 檢測數(shù)據(jù)

5.工藝試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）齒片在加熱過程中均沒有出現(xiàn)放電打火的現(xiàn)象。對淬火后的齒片100%外觀檢查，也沒有發(fā)現(xiàn)在局部位置有打火燒損的痕跡。

（2）三組樣件的表面硬度實(shí)測范圍為80.1～80.6HRA，完全滿足78～82HRA的標(biāo)準(zhǔn)要求，且硬度分布均勻，波動性小。

（3）三組樣件的淬硬層深度均能滿足DS450HV＞0.5mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。但8H組淬硬層深度只略深于標(biāo)準(zhǔn)0.5mm的要求，偏于控制的下差，易產(chǎn)生不合格品。6F組層深略偏大，易造成尺寸變形量偏大而尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象；7G組層深控制最佳，能有效地滿足質(zhì)量要求。

（4）7G、8H組樣件輪廓度均在公差允許范圍內(nèi)，6F組樣件輪廓度略有超差，過程控制需進(jìn)行改善。

（20121015）