電感應(yīng)曲軸淬火機(jī)床

西馬克艾洛特姆感應(yīng)設(shè)備技術(shù)（上海）有限公司總經(jīng)理 陳加良

感應(yīng)淬火具有高效能量滲透、淬火可限定區(qū)域、生產(chǎn)可重復(fù)性、質(zhì)量可控制、可與生產(chǎn)線一體化、高產(chǎn)能及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，是一種能量可持續(xù)并高效及由此而帶來曲軸淬火的經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)。

西馬克艾洛特姆電感應(yīng)加熱技術(shù)

西馬克艾洛特姆業(yè)務(wù)服務(wù)涉及基礎(chǔ)和詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和組裝、項(xiàng)目管理、調(diào)試、培訓(xùn)和客戶支持、改造和更新、備件、檢查和保養(yǎng)、融資等，產(chǎn)品系列涉及軸類零件淬火機(jī)床、環(huán)類零件淬火機(jī)床、變頻電源技術(shù)、感應(yīng)攪拌系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、管焊系統(tǒng)、焊縫退火系統(tǒng)、管材彎曲系統(tǒng)、帶材加熱系統(tǒng)、圓坯加熱系統(tǒng)、方坯加熱系統(tǒng)和調(diào)質(zhì)系統(tǒng)等。

艾洛特姆的設(shè)備全球都有銷售，如長材感應(yīng)加熱工序中美國加利福尼亞鋼鐵采購了位于高頻直縫焊管系統(tǒng)EloWeld?之后的感應(yīng)焊縫系統(tǒng)EloSeam?（集成到西馬克梅爾的管材焊接線中）；瑞典的歐沃克鋼管&鋼環(huán)公司采購了位于阿塞爾軋管機(jī)之前的感應(yīng)管材再加熱系統(tǒng)EloTube?；沙特阿拉伯的沙特鋼管采購了模塊化的EloSeam?系列感應(yīng)加熱系統(tǒng)，用于高頻直縫焊管的感應(yīng)焊縫退火。感應(yīng)熱處理工序中向沙特阿拉伯的安賽樂米塔爾出售了一套用于帶加厚端石油管材的調(diào)質(zhì)處理的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)的調(diào)試；西班牙的Tubos Reunidos采購了用于管材調(diào)質(zhì)的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)；東北特鋼采購了用于特種合金鋼棒材的TemperLine?系列感應(yīng)熱處理系統(tǒng)。圓坯和方坯加熱工序中向上海納鐵福出售了模塊化EloForge?系列感應(yīng)加熱設(shè)備，用于方坯950℃溫鍛加熱和軸的各種鍛造；向斯洛伐克的依納舍弗勒出售了位于臥式壓機(jī)前的模塊化EloBar?系列圓坯感應(yīng)加熱設(shè)備；向印度的金達(dá)萊鋼鐵出售了同西馬克梅爾的軋線共線的用于軌道加熱的LongLine?系列感應(yīng)加熱設(shè)備等。淬火工序中向上海納鐵福售出6套模塊化EloFlex?系列感應(yīng)淬火機(jī)床，可以加熱帶有多個(gè)淬火區(qū)域的各種各樣的傳動系統(tǒng)部件；美國、墨西哥、韓國和中國的通用汽車公司有5套模塊化EloCrank?系列感應(yīng)淬火機(jī)床；中國和德國的采埃孚轉(zhuǎn)向機(jī)有4套EloShaft?系列轉(zhuǎn)向齒條淬火機(jī)床，能集成到整套生產(chǎn)單元中。

曲軸是內(nèi)燃機(jī)的中心部件，在各種機(jī)械傳動場合有大量的應(yīng)用，由此產(chǎn)生不同規(guī)格的曲軸。曲軸的任務(wù)在于通過連桿將活塞力轉(zhuǎn)換成扭矩，再通過離合器傳遞至變速箱，工作中存在靜止或交變應(yīng)力，這些力更多情況下為復(fù)合的。如通過旋轉(zhuǎn)質(zhì)量在主軸頸、法蘭頸及連桿頸處產(chǎn)生扭矩力，通過振蕩質(zhì)量在活塞及連桿處產(chǎn)生扭矩力（滑移運(yùn)動），由燃燒產(chǎn)生的氣動力。因此，曲軸軸頸表面需要進(jìn)行強(qiáng)化處理，我們給出的方案就是表層感應(yīng)淬火。

表面淬火工藝

軸頸表層感應(yīng)淬火本質(zhì)上達(dá)到兩個(gè)目的：通過軸頸表面淬火改善抗磨損性，特別是在主軸頸及連桿頸圓角處通過淬火產(chǎn)生所希望的壓應(yīng)力，可改善疲勞強(qiáng)度。曲軸需要淬火的部位有：主軸頸、連桿軸頸、油封軸頸、法蘭頸、圓角和曲軸后端等。

電感應(yīng)加熱一般順序是：電感應(yīng)加熱→噴淋→回火。加熱是以高于奧氏體化溫度加熱軸頸，通過電感應(yīng)在工件表面產(chǎn)生熱量，形成500～2000W/cm2的高能量密度，在數(shù)秒內(nèi)升至約950℃，淬硬層深度通常由頻率確定。快速可控噴淋步驟，冷卻越快，馬氏體形成越多，一般用特殊淬火冷卻介質(zhì)冷卻，結(jié)果是硬度達(dá)到了，但曲軸軸頸面變脆了。接下來的步驟就是降低脆性及機(jī)械壓力的回火，回火溫度200～300℃，這樣能使硬度下降，內(nèi)應(yīng)力減少，彎曲疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)?；鼗鸬姆绞接懈袘?yīng)回火、余溫回火及爐子回火。爐子回火可以優(yōu)化結(jié)果，硬度降低2～10HRC，缺點(diǎn)是成本高；余溫回火的能量成本低，但是硬度降低不規(guī)則，一般為2～4HRC；感應(yīng)回火不產(chǎn)生額外成本，硬度降低2～10HRC（可調(diào)），缺點(diǎn)是節(jié)拍延長。

滾道及圓角淬火

曲軸使用場合不一，根據(jù)不同要求淬硬層分布各異，就需要通過感應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，規(guī)格為帶冷卻功能的加熱芯體及一體化噴淋裝置的半圓形感應(yīng)器，鎢鋼頭用于保持加熱芯體與軸頸位置規(guī)定距離，該設(shè)計(jì)可以使內(nèi)部磁場集中以達(dá)到能量滲透。

用于滾道淬火的優(yōu)點(diǎn)是可以主要降低磨損，簡單的感應(yīng)器形狀可避免曲軸明顯變形。用于圓角及滾道淬火的優(yōu)點(diǎn)是加固措施可防交變彎曲及彎曲應(yīng)力，易于磁場集中的徑向布置。

艾洛特姆的應(yīng)用案例中，比較典型的是錯(cuò)拐曲軸的淬火。包含兩個(gè)連桿頸 30°夾角布置的曲軸我們稱之為錯(cuò)拐曲軸，這使得包含90°空間夾角的V6曲軸有同樣的點(diǎn)火間隔。此曲軸的感應(yīng)淬火面臨復(fù)雜多變的幾何形狀且不能過熱。解決方案是采用兩個(gè)相互獨(dú)立的感應(yīng)器及能量控制。另外一個(gè)案例是后截面圓角淬火，曲軸通常主要標(biāo)示藉以提高強(qiáng)度的后截面圓角，解決方案是位于后標(biāo)線以下的自動可調(diào)加熱芯體，另外尚可達(dá)到磁場集中分布。

功率控制及小變形淬火

由熱量導(dǎo)致材料金相結(jié)構(gòu)變化而造成體積膨脹，故電感應(yīng)加熱中容易導(dǎo)致曲軸變形。影響曲軸變形的主要因素為質(zhì)量分布、內(nèi)應(yīng)力、主軸頸及連桿頸的方向/重疊、平衡塊質(zhì)量、淬火區(qū)形成等。艾洛特姆的解決方案是采用無應(yīng)力加熱、變形模擬、優(yōu)化淬火順序、能量脈沖、角度控制的能量滲透、特殊固定夾具的。

工件實(shí)際能量監(jiān)測

工件實(shí)際能量測量作為艾洛特姆的專利，是測量實(shí)際進(jìn)入工件的電感應(yīng)能量，原理是考慮整個(gè)諧振回路的損失，以此來監(jiān)控加熱過程。監(jiān)控時(shí)在曲軸淬火機(jī)床上工件的合格區(qū)有一個(gè)能量限定的監(jiān)測窗口，如果實(shí)際能量值在窗口內(nèi)活動，質(zhì)量就是合格的。如果跳出上偏差或者下偏差，就會報(bào)警，設(shè)備就會停止。其優(yōu)點(diǎn)：由于不用剖開曲軸做晶相分析，所以是無損的質(zhì)量檢測；極少產(chǎn)生廢品，單件成本微?。皇箍捎糜谏a(chǎn)的時(shí)間增加，生產(chǎn)效率提高；可跟蹤各變頻器單元效用；如果出現(xiàn)磨損就會有預(yù)警；可以確定運(yùn)行故障的位置。通常我們說的標(biāo)準(zhǔn)測量只是變頻器的出口能量值，與艾洛特姆的能量測量有很大的差異，比如感應(yīng)器有微小損傷時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測量很難檢測出，而艾洛特姆的實(shí)時(shí)能量測量就能檢測出有大的偏差；又如工件表面出現(xiàn)了裂紋，標(biāo)準(zhǔn)測量的能量出口值是沒有變化的，而整個(gè)諧振回路的損失有大的變化，會下降到15kW，直接能判斷出工件出現(xiàn)裂紋。