感應(yīng)熱處理真正地挺起了熱處理的半壁江山

感應(yīng)熱處理具有加熱速度快、節(jié)約能量、不氧化脫碳、不污染環(huán)境以及生產(chǎn)效率高等多方面優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)越性為熱處理工作者廣泛認(rèn)同，因此近十幾年來發(fā)展很快。

當(dāng)然這一實(shí)際需求，也大大促進(jìn)國(guó)產(chǎn)感應(yīng)熱處理設(shè)備的發(fā)展和技術(shù)提升。以長(zhǎng)春的“中國(guó)一汽”為例，該公司擁有感應(yīng)熱處理設(shè)備近100多臺(tái)，其中近十年新增或更新的設(shè)備就有50臺(tái)，幾乎全部是可控硅中頻設(shè)備和IGBT超音頻設(shè)備。現(xiàn)在“一汽”的中型卡車的感應(yīng)熱處理零件重量以達(dá)到291.3kg，占全部熱處理零件的52%，感應(yīng)熱處理真正地挺起了熱處理的半壁江山。

1.我國(guó)早期的感應(yīng)熱處理設(shè)備情況

50年代初、中期隨著“一汽”和“一拖”的建設(shè)，從蘇聯(lián)引進(jìn)一批高、中頻熱處理設(shè)備，總共20臺(tái)左右，另有極少數(shù)的捷克設(shè)備。國(guó)人從此認(rèn)識(shí)了感應(yīng)熱處理。50年代末期國(guó)內(nèi)有幾家工廠先后開發(fā)了高、中頻電源設(shè)備，如天津廣播器材廠和北京廣播器材廠開發(fā)了電子管高頻設(shè)備；湘潭電機(jī)廠和錦州電機(jī)廠開發(fā)了機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)；大約60年代中期天津勞動(dòng)局技工學(xué)校（后來的天津第九機(jī)床廠）開始生產(chǎn)簡(jiǎn)易的淬火機(jī)床[1]。他們開啟了我國(guó)自行研發(fā)和生產(chǎn)感應(yīng)熱處理設(shè)備的先河。

2.目前我國(guó)感應(yīng)熱處理電源設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展

中、高頻電源設(shè)備是感應(yīng)熱處理的關(guān)鍵設(shè)備。目前我國(guó)熱處理行業(yè)除最古老的火花間隙式高頻電源沒有使用外，其他幾種電源都在使用，其中機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)和電子管式高頻電源盡管落后，在某些地區(qū)或工廠，仍是主力生產(chǎn)設(shè)備。現(xiàn)就各種電源的優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下：

2.1 機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)

機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)大約在1920年研發(fā)成功，當(dāng)年美國(guó)俄亥俄州的克拉克公司首先將其用于曲軸軸頸的淬火，這是最早用于工業(yè)生產(chǎn)的中頻電源。它的最大優(yōu)點(diǎn)是耐用，除工作幾年要更換軸承外，幾乎不需要維修保養(yǎng)。它的缺點(diǎn)是頻率固定，使用范圍受到限制；占地面積大；噪音大；耗水量大；電效率較低，約為70~75%左右[2]。

2.2 電子管高頻電源

電子管高頻電源大約誕生于1930年左右。它的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)諧簡(jiǎn)單、使用方便，盡管頻率高（后開發(fā)出超音頻），應(yīng)用范圍還是較寬的（在不講究加熱效率的情況下）。它的主要缺點(diǎn)是電效率低，約為50%左右；工作電壓太高，安全性差；單機(jī)功率小等[2]。

2.3 晶閘管（SCR）式中頻電源

晶閘管（SCR）中頻電源亦稱可控硅中頻電源，這種電源國(guó)際上約在1970年左右研制成功，并開始大量使用。我國(guó)約在80年代研制成功并開始試用。90年代初完全成熟，某些技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。感應(yīng)淬火用的晶閘管中頻電源頻率一般為2.5~8kHz。它與機(jī)式中頻相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕；無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，噪音小；啟動(dòng)停止方便，頻率可以根據(jù)零件需要調(diào)整，并在運(yùn)行中自動(dòng)跟蹤，保持在最高的功率因數(shù)下運(yùn)行；安裝容易，不需要特殊基礎(chǔ)；淬火設(shè)備的單機(jī)功率可達(dá)1000kW；電效率可達(dá)90%[2]。

2.4 晶體管超音頻和高頻電源

晶體管超音頻和高頻電源一般指：（1）IGBT超音頻電源、MOSFET高頻電源和SIT高頻電源。晶體管超音頻和高頻電源國(guó)際上大約在20世紀(jì)70年代中后期先后開發(fā)成功。我國(guó)在90年代開發(fā)成功。目前國(guó)產(chǎn)IGBT電源已很成熟，我公司生產(chǎn)的IGBT電源的某些指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平：頻率8~50kHz功率可達(dá)500kW、頻率50~100kHz功率可達(dá)200kW。國(guó)產(chǎn)MOSFET做到200kHz、100kW。SIT高頻電源國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)了幾十臺(tái)，但由于備件缺乏，已經(jīng)逐漸報(bào)廢。SIT電源因單管功率小等缺點(diǎn)很難克服，國(guó)外公司已經(jīng)停止研發(fā)和生產(chǎn)。晶體管電源優(yōu)點(diǎn)與晶閘管電源的優(yōu)點(diǎn)相同或相近，但其頻率可做到幾百千赫。現(xiàn)用下表對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)：

3.淬火機(jī)床方面的技術(shù)進(jìn)步

感應(yīng)熱處理設(shè)備中淬火機(jī)床也是個(gè)重要方面。進(jìn)十年來，大型汽車公司和規(guī)模較大的汽車零部件廠，不斷采購(gòu)性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的淬火機(jī)床。

這為國(guó)內(nèi)感應(yīng)熱處理設(shè)備企業(yè)提供一個(gè)技術(shù)提升的重要商機(jī)，經(jīng)過頑強(qiáng)努力，淬火機(jī)床有了巨大的進(jìn)步，有一大批淬火機(jī)床達(dá)到國(guó)外同類設(shè)備的先進(jìn)水平，如恒精公司生產(chǎn)的曲軸淬火機(jī)床、凸輪軸淬火機(jī)床、半軸淬火機(jī)床、轉(zhuǎn)向節(jié)淬火機(jī)床、扭桿淬火機(jī)床、減振器桿淬火機(jī)床等等[3]。當(dāng)然普通熱處理廠使用的通用淬火機(jī)床在控制精度、柔性化等方面也有重大改進(jìn)。

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用機(jī)械傳動(dòng)，大量應(yīng)用代表現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌。

3.2 速度和位置控制

主驅(qū)動(dòng)采用伺服數(shù)控，移動(dòng)速度均勻穩(wěn)定，拖架定位準(zhǔn)確，重復(fù)精度高，還可以實(shí)現(xiàn)中間變速；工件旋轉(zhuǎn)多采用變頻調(diào)速變速，根據(jù)零件可選用不同轉(zhuǎn)數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。

3.3 動(dòng)作順序控制及顯示

大量應(yīng)用數(shù)控（NC）設(shè)備實(shí)現(xiàn)動(dòng)作順序控制，控制精度極高，而且可以儲(chǔ)存幾百種零件的工藝參數(shù)，記憶加工的零件數(shù)量。實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可與警報(bào)設(shè)備聯(lián)機(jī)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障隨時(shí)報(bào)警停機(jī)。NC儲(chǔ)存的資料可以隨時(shí)調(diào)出、顯示。

一些簡(jiǎn)易機(jī)床也采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)較低水平的智能化。

3.4 機(jī)床的防銹、防水、防汽措施

機(jī)床防銹

淬火機(jī)床的水和水蒸汽是必須存在的，它們對(duì)機(jī)床的水槽、運(yùn)動(dòng)部件的銹蝕和浸蝕是防不勝防的，而部件生銹又是設(shè)備的故障源。淬火機(jī)床的防銹主要措施是使用不銹材料：水槽用不銹鋼板制做或貼敷不銹鋼板；滾珠絲杠、梯型絲杠、頂尖和頂尖套采用不銹鋼制做，并根據(jù)場(chǎng)合和功用不同分別采用1Cr18Hi9Ti、2Cr13或3Cr13等；有些部件要采用黃銅制做。

機(jī)床防水

淬火機(jī)床工作時(shí)淬火水飛濺是很正常的，然而淬火水飛濺不僅影響文明生產(chǎn)，也影響工人操作。防止淬火水飛濺的主要措施是安裝防護(hù)門，防護(hù)門用不銹鋼板和有機(jī)玻璃制做，黃銅導(dǎo)軌和尼龍軸承等。對(duì)于淬火變壓器上下移動(dòng)機(jī)床，在變壓器上下要安裝不銹鋼防水拉簾。

防止淬火水汽和油煙污染環(huán)境

淬火機(jī)床工作時(shí)要產(chǎn)生水蒸汽，零件清洗不凈也會(huì)產(chǎn)生油煙。在一些外資企業(yè)廠房密閉，水汽和油煙不許散發(fā)，此時(shí)機(jī)床的前槽上方要加蓋封閉，再加上廢汽冷凝器，將水汽和油煙冷凝變成水排出。或加油霧收集器等措施。

3.5 淬火變壓器的三維微調(diào)裝置和感應(yīng)器的快換連接技術(shù)

淬火變壓器放置在可三維移動(dòng)平臺(tái)上，平臺(tái)在上下、左右和前后三個(gè)方向可各移動(dòng)50mm，以滿足淬火位置的少量調(diào)整。

感應(yīng)器的快換技術(shù)包含兩個(gè)內(nèi)容：（1）感應(yīng)器與淬火變壓器的電氣連接的快換裝置，它的緊固要方便快速，安全通過大電流，不發(fā)熱。（2）感應(yīng)器上的冷卻水管和淬火水管的快速連接，冷卻水管和淬火水管采用快換連接頭連接，可做到快速、可靠。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)系列的黃銅快換接頭，可以滿足需要。

4.能量監(jiān)控器

能量監(jiān)控器不是通常感應(yīng)熱處理設(shè)備必備部件，但國(guó)外知名的感應(yīng)加熱設(shè)備公司供貨的感應(yīng)熱處理設(shè)備一般要配備這一裝置，它可以在電網(wǎng)電壓質(zhì)量較差的情況下，保證零件的加熱質(zhì)量和淬火質(zhì)量的一致性。我公司已成功開發(fā)了能量監(jiān)控器技術(shù)，并已大量應(yīng)用。在某大型汽車半軸廠，該廠電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大，我們?cè)鲞^以下試驗(yàn)：上午9時(shí)電壓350V，下午4時(shí)電壓380V，夜間10時(shí)電壓400V，凌晨2時(shí)電壓440V，在以上四個(gè)時(shí)間淬火的半軸，各抽檢一根半軸，并在每根半軸上3處指定位置取樣（花鍵、軸頸、法蘭圓角），檢查表面硬度和淬火層深度，四根半軸的對(duì)應(yīng)位置檢驗(yàn)結(jié)果基本相同。

能量監(jiān)控器的工作原理是，每種零件經(jīng)過工藝試驗(yàn)，確定將其加熱到淬火溫度需要多少能量（kW-s），將這個(gè)能量值設(shè)定，電壓低時(shí)加熱時(shí)間自動(dòng)延長(zhǎng)，電壓高時(shí)加熱時(shí)間自動(dòng)縮短，保持加熱能量恒定。淬火加熱的能量達(dá)到了設(shè)定值，設(shè)備自動(dòng)停止加熱，從而保證了加熱質(zhì)量和淬火質(zhì)量的一致性。

5.結(jié)束語

改革開放以來，特別是近十年來，我國(guó)的感應(yīng)熱處理設(shè)備技術(shù)有了巨大進(jìn)步，我公司的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，性價(jià)比遠(yuǎn)高于國(guó)外名牌產(chǎn)品。我們可以負(fù)責(zé)地告訴國(guó)人：國(guó)產(chǎn)的感應(yīng)熱處理設(shè)備能夠基本滿足我國(guó)感應(yīng)熱處理事業(yè)發(fā)展的需要。

回首十年，我們驚喜地發(fā)現(xiàn)，民營(yíng)企業(yè)是我國(guó)感應(yīng)熱處理（設(shè)備）技術(shù)進(jìn)步的主力軍，我公司就成功地開發(fā)了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，例如晶閘管中頻電源技術(shù)、IGBT超音頻電源技術(shù)、MOSFET高頻電源技術(shù)、曲軸圓角淬火技術(shù)、轎車等速萬節(jié)淬火技術(shù)、瓦楞輥淬火技術(shù)、銅-鐵熔敷焊技術(shù)等等。我們有理由相信依靠我們自己的智慧，把我國(guó)的感應(yīng)熱處理技術(shù)推上國(guó)際先進(jìn)水平。

信息來源：電爐網(wǎng)  www.estove.cn