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我國汽車工業應用感應熱處理技術現狀
1、電源
電源是感應加熱的關鍵設備之一,隨著感應加熱技術的發展,經歷了機械式中頻發電機組和真空管式高頻電源、晶閘管中頻電源及全晶體管電源三個發展階段。在20世紀80年代后期,在工業發達國家,晶閘管中頻電源已完全取代了中頻發電機組,我國自90年代中期也已逐步取代。
同機械式中頻發電機組相比,晶閘管(SCR)中頻電源具有以下優點:體積小、重量輕、材料消耗少;電效率高,逆變停止時幾乎不消耗電能,逆變效率可達90%以上;無機械運動、噪音小、運行可靠、負載匹配容易,可以根據負載情況確定電源的頻率;啟動停止方便,頻率能自動跟蹤以保持最佳運行狀態;產品設計簡單、制造周期短;安裝容易,不需要特殊的基礎;維修方便等。
我國的晶閘管中頻電源的共同特點是全集成化控制線路數字化程度高于90%、啟動成功率幾乎達到100%、除具有常規的水壓不足、快熔熔斷、過流、過壓等保護功能外,還具有限流、限壓等保護功能、功能較齊全的晶閘管電源還配置逆變失敗、水溫監視等可選功能,其頻率最高可以作到8kHz,額定功率可以作到1000kW左右,如果在裝配工藝上再進一步改進的話,可以接近世界先進水平。
IGBT應用同期,我國還成功研制出20kW/300kHzMOSFET高頻電源,縮小了同國際先進水平的差距,隨著大功率MOSFET器件的問世,大功率的晶體管高頻電源有望年內在感應淬火中應用。
2、淬火工藝
隨著汽車工業的迅速發展,我國采用感應淬火的零件的種類和品種不斷增加。目前我國汽車零件感應淬火用材料包括:45#、40Cr、55MnVS、40MnB、42CrMo、35#、ZG45、球鐵、合金鑄鐵等。感應加熱淬火介質包括:水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介質、UCON、豪富頓251等。所采用的加熱方式及應用主要包括:橫向磁場靜止一次加熱淬火(銷軸類零件、凸輪軸);橫向磁場連續加熱淬火(減振器桿、變速叉軸、扭桿等);橫向磁場多段連續加熱淬火(起動機軸、空壓機軸等);縱向磁場整體一次加熱淬火(半軸等);仿形感應器零件旋轉加熱淬火(球頭銷);感應接觸加熱淬火(轉向齒條);內孔的一次及連續加熱淬火(輸出法蘭、鐘型殼內腔);階梯軸類零件的旋轉加熱淬火(小紅旗后輪轂軸、轉向節);平面類零件的一次及連續加熱淬火(鋼板彈簧橫向限位板);薄壁類復雜零件一次及連續加熱淬火(前輪轂、滑動軸叉);復雜形狀零件的一次加熱淬火(鐘型殼變截面軸);槽口一次淬火(變速叉);復雜回線工件旋轉一次加熱淬火(曲軸)等。
3、淬火機床
為了適應多品種的批量生產,在汽車生產應用中,我國引進的感應淬火機床種類由傳統的專用設備逐步向柔性化程度較高的通用設備和專用淬火自動生產線發展。
通用淬火機床方面,一汽技術中心開發的臥式數控淬火機床(圖3)主驅動采用交流伺服電機拖動,移動速度穩定均勻、定位準確、重復精度高;零件旋轉采用變頻調速,能適應多方面工藝要求;采用能量和數控技術對不同性能要求的不同零件感應加熱淬火,甚至在同一零件上實現多段變功變速,編程容易可操作性強。