感應淬火機床的選購及應用技術(shù)

　　美國某公司委托我廠(chǎng)生產(chǎn)一種齒圈，結構如圖1所示，該工件應用于A(yíng)T/6L90變速箱項目。齒圈內孔部位需要進(jìn)行感應淬火，材料為60鋼，國內替代材料成分符合標準GB3077—2015。

　　圖1 齒圈結構

　　1.工件熱處理要求

　?。?）內孔感應淬火+回火。

　?。?）回火后的表面硬度為58～64HRC。

　?。?）淬硬層分布如圖2所示，兩端3mm處1.5～3.5mm，兩端4mm以?xún)葏^域2～4mm。

　?。?）不能有淬火裂紋。

　?。?）外花鍵精度按DIN3962標準為9級，外花鍵M值（mm）：153.035±0.06/φ5.0。

　　圖2 熱處理模式

　　2.設備能力需求計算及確定設備廠(chǎng)家

　?。?）我公司能夠承接國外高端用戶(hù)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵條件就是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，其產(chǎn)品報價(jià)要較大幅度地低于國外產(chǎn)品的現有價(jià)格。對于圖1所示工件，我們在得到用戶(hù)市場(chǎng)需求的相關(guān)信息后，快速對工件圖樣進(jìn)行了技術(shù)評審，并針對其產(chǎn)能提升需求和質(zhì)量高要求的原因提出了“新品零件設備需求計算與規劃要求”。熱處理方面需要新購置一臺感應淬火設備，加工節拍21s。我們發(fā)出設備采購信息后不久有兩家外資公司的人員來(lái)洽談業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)兩輪交流后他們都同意了我們所提的要求，遞交了技術(shù)協(xié)議并報價(jià)，兩家的報價(jià)在370～400萬(wàn)元。之后在較長(cháng)一段時(shí)間里我們沒(méi)有收到其他單位的技術(shù)協(xié)議與報價(jià)。于是我們決定擇日再組織一次會(huì )議，將以上兩家的技術(shù)方案與報價(jià)做一次綜合性評審，然后選定廠(chǎng)家簽訂合同。

　?。?）一次突來(lái)的樣件準備工作讓我們改變了之前的決定。在預定評審會(huì )議時(shí)間的前一周，我們收到國外用戶(hù)發(fā)來(lái)的信息，需要我們?yōu)槠涮峁﹥煞N不同基體硬度的6L90樣件去做臺架試驗，根據試驗結果確定6L90新品齒圈最終的硬度要求。按計劃6L90產(chǎn)品很快就上市，用戶(hù)反復強調讓我們快速提交樣件。在此之前我們已經(jīng)為該用戶(hù)提供著(zhù)一種6L80齒圈，新品6L90齒圈與6L80齒圈材料相同，形狀尺寸也非常接近，最大不同在于6L80齒圈只是半成品，工件的熱處理由用戶(hù)自己去完成。這次用戶(hù)能夠同意我們?yōu)槠涮峁┏善?L90齒圈，對天海來(lái)說(shuō)無(wú)論是在技術(shù)上還是在產(chǎn)品利潤上都是一次提高，我們必須把握住這次難得的機會(huì )。以上幾方面的因素讓我們在6L90齒圈的備料和機加工作上也都占盡了優(yōu)勢，三周的時(shí)間我們就完成了熱處理前所有工序。在熱處理環(huán)節上，我們及時(shí)聯(lián)系了參與競標的那兩家外資設備單位，商談讓其先幫我們完成樣件的熱處理加工。對方同意但需要投入新工裝，按其內部流程行事，其準備時(shí)間要比我們的預期長(cháng)好多，同時(shí)需要支付對方數萬(wàn)元的試驗費用。為了最大限度地壓縮準備時(shí)間，公司決定由我們自己先在車(chē)間現設備上快速做熱處理試驗，視試驗結果再定下一步具體計劃。自2006年起我公司承接美國迪爾公司的業(yè)務(wù)中有兩種輪邊減速器齒圈熱處理中都涉及到感應淬火。其中一種工件的外徑490mm、厚度46mm，另一種工件外徑380mm、厚度70mm。為此我們先后在國內購置了兩臺專(zhuān)用中頻感應設備。兩種工件采用的都是一次加熱工藝，加熱時(shí)間控制在28s以?xún)?，工件內齒精度可到9級。多年來(lái)質(zhì)量控制很穩定，在感應淬火技術(shù)上積累了一些經(jīng)驗，能為這次樣件試驗提供借鑒。

　?。?）我們快速完成工裝設計并配合現場(chǎng)制作完畢，之后在現有的感應設備上進(jìn)行了試驗。從試驗結果看較為理想，除了淬硬層兩端的形狀與圖樣有些出入之外，其他項目都符合要求。與國外用戶(hù)技術(shù)溝通后用戶(hù)認同了此次試驗結果。正是這次6L90新品樣件試驗的順利完成，使我們改變了購置外資公司設備的決定。我們主動(dòng)與國內現有感應設備的生產(chǎn)廠(chǎng)家取得聯(lián)系，交流合作意向，并積極配合設備廠(chǎng)家做工藝試驗。設備廠(chǎng)家響應我們的建議，快速制定完成了技術(shù)協(xié)議，在報價(jià)上更是表現出十分的誠意，價(jià)格不足外資公司報價(jià)的50%，并承諾設備節拍滿(mǎn)足要求。該廠(chǎng)家總經(jīng)理的那句“努力一把當做為中國的感應事業(yè)做貢獻了”的話(huà)讓我們一直不能忘懷。

　　3.確定淬火機床技術(shù)方案

　?。?）淬火機床結構設計該淬火機床配有一條上料滑道和一條卸料滑道，工作臺圓周均布4個(gè)工位。工作臺采用分割器驅動(dòng)結構設計，可實(shí)現快速轉動(dòng)定位，結構簡(jiǎn)潔緊湊，維護方便。圖3為淬火機床實(shí)物。正視機床前身，工作臺的正前方為上下料工位，右側為加熱淬火工位，正后方為清洗工位，左側為回火工位。床身前端橫向滑道上懸置著(zhù)機械手架，可實(shí)現機械手架整體的左右、上下動(dòng)作。機械手架兩端并列安裝著(zhù)氣動(dòng)卡爪，右端卡爪在上料滑道上進(jìn)行抓料的同時(shí)左端卡爪可抓起上下料位置的工件，二者隨著(zhù)機械手架整體移動(dòng)至左側位置后，原上料滑道上的工件被移到上下料工位，原上下料工位工件同時(shí)移到下料滑道位置。

　?。?）以單工件循環(huán)加工為例說(shuō)明一下循環(huán)動(dòng)作（俯視布局如圖4所示）。第一步上料滑道上的工件由機械手抓起左移放到上下料工位；第二步工件隨工作臺逆時(shí)針旋轉90o后移至加熱工位，在此完成感應加熱淬火；第三步工作臺轉動(dòng)90o后工件移動(dòng)到清洗工位完成清洗；第四步工作臺轉動(dòng)90o后工件被移至回火工位完成回火；第五步工作臺轉動(dòng)90o后工件被放至在上下料工位。在下一循環(huán)中工件由上下料位置被移到卸料滑道，至此完成整個(gè)感應熱處理工序。

　　圖3 工作臺實(shí)物

　　圖4 俯視局部

　?。?）防錯機構應用6L90齒圈軸向是非對稱(chēng)結構，循環(huán)加工時(shí)為避免工件放反引起兩端面處淬硬層的變化，我們在取料環(huán)節上做了防錯設計。利用工件兩端止口直徑的不同，將卡爪結構增加了一個(gè)階梯，卡爪階梯直徑比工件止口直徑小的一端大1.5mm、比工件止口直徑大的一端小1.5mm。按規定循環(huán)加工時(shí)，工件帶卡簧槽端即止口直徑大的一端向上放置。一旦將工件止口直徑小的一端向上放置，那卡爪階梯處因直徑大于工件止口直徑而被卡在上面不能向下動(dòng)作，淬火機床感應不到卡爪氣缸下位信號停止下步動(dòng)作并報警提示，可有效避免不良品的產(chǎn)生。

　　4.驗收淬火機床時(shí)遇到的問(wèn)題及解決措施

　?。?）設備制造完畢后雙方約定時(shí)間對加床進(jìn)行預驗收。首先檢測機床靜態(tài)精度，結果符合協(xié)議要求。之后在關(guān)閉加熱電源的狀態(tài)下空運行循環(huán)4h也未發(fā)現異常，預警有效受控。接下來(lái)我們開(kāi)通加熱電源試加工了一個(gè)工件。檢測后發(fā)現加工件的淬硬層形狀呈小月牙形，整體寬度明顯小于圖樣要求。事后我們將淬火機床的設定功率和加熱時(shí)間做了調整后再次試加工了兩個(gè)工件，結果淬硬層整體寬度提高的幅度都不大，但淬硬層中間區域的弧度變大了，如圖5所示。我們討論后認為只有重新制作感應器來(lái)解決問(wèn)題。同時(shí)我們想如果按圖6方式只是將感應器高度增加，那整體淬硬層的寬度可以達到要求。但按前期的試驗結果推理，淬硬層整體中間部位的深度可能會(huì )接近工藝要求的上限，這并不是理想狀態(tài)。最好的結果是淬硬層兩端處在滿(mǎn)足圖樣要求的情況下，中間區域淬硬層的厚度一致且控制在中限偏下一點(diǎn)為宜，因為這種狀態(tài)下工件的變形最小，工藝的調整空間最大。

　　圖5 通徑感應器對應結果

　　圖6 通徑感應器結構

　?。?）為此我們將感應器設計成如圖7所示的結構，兩端各有一個(gè)臺階，整體的高度在25 mm的基礎上只是增加了2mm。廠(chǎng)家很快制作出新的感應器并再次試驗，結果如圖8所示，中間底端淬硬層寬度接近一致，兩端仿形與圖樣非常吻合，此次試驗成功。附表為圖7試樣淬硬層的檢測結果，完全符合圖樣要求。此次試驗的加熱時(shí)間是10s，淬火7s。加熱淬火工位的總共時(shí)間19s。因其他工位的加工時(shí)間都不足19s，工位旋轉定位時(shí)間小于2s，產(chǎn)能達標，節拍滿(mǎn)足了技術(shù)要求，預驗收順利通過(guò)。

　　圖7 兩端帶凸臺結構感應器

　　圖8 凸臺結構感應器的試驗結果

　?。?）終驗收階段設備需完成一次200件的連續加工，并對相關(guān)尺寸進(jìn)行全檢。統計結果顯示工件的外花鍵M值在熱處理之后有0.04～0.06mm的縮小變化。為此我們將熱前工藝中外花鍵M值的公差帶整體向大處平移了0.05mm。通過(guò)熱處理前后尺寸的彌補使控制尺寸更接近于要求中線(xiàn)，有效降低了控制難度。自2014年以來(lái)該產(chǎn)品的質(zhì)量控制穩定可靠，設備故障率較低，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需求。淬火機床整體外觀(guān)如圖9所示。

　　圖9 機床整體外觀(guān)