滚针轴承滚子的自动感应淬火的工艺研究

1、滚针轴承滚子的自动化感应淬火的工艺研究摘要： 首先介绍滚子的材料、淬火工艺要求、加工节拍。通过对感应器设计、加热时间、加工电参数的分析，以满足产品热处理硬度、淬火层深度、淬火区域等指标，从而对热处理工艺进行优化设计。最后简单介绍成熟的滚子热处理设备案例。 关键字：轴承滚子、淬火引言： 随着经济和生产技术的飞速发展，汽车、拖拉机、航空、仪表、冶金、国防等工业对零件的要求越来越高。热处理可以提高零件性能，延长使用寿命，因此，在国民经济中起着重要的作用，并成为生产过程中一个不可缺少的环节。  感应加热表面淬火是表面淬火方法中比较好的一种，因此，受到普遍的重视和广泛应用。本文主要对感应淬火工

2、艺的研究做简单的介绍。一、滚子的材料、淬火工艺要求、加工节拍1. 滚针材料：SAE52100、GCr15 等2.零件尺寸范围：滚子直径：6 - 22mm，滚子长度：10 - 35 mm3.单个零件生产节拍：2.5s/pcs典型案例零件及要求如下图：二、感应器设计 针对图示工件的加工要求，如果采用单匝感应器，由于有效圈部阻抗小，不易得到高的功率，加热时间长；如果改用双匝感应器，由于有效圈阻抗增大，感应器效率会立即提高。 感应加热的原理如图1所示： 感应电动势的瞬时值为：   式中e 瞬时电势，V； 零件上感应电流所包围面积的总磁通，Wb，其数值随

3、感应器中的电流强度和零件材料的破导率的增加而增大，并与零件和感应器之间的间隙有关。 d/dt为磁通变化率，其绝对值等于感应电势。电流额率越高，磁通变化率越大，使感应电势P相应也就越大。中的负号表示感应电势的方向与d巾dt的变化方向相反。 零件中感应出来的涡流的方向，在每一瞬时和感应器中的电流方向相反，涡流强度决定于感应电势及零件内涡潍回路的电抗，可表示为 式中  I 涡流电流强度，A；      II  Z自感电抗，；     

4、;  III R零件电阻，；       IV X阻抗， 由于Z值很小，所以I值很大。 零件加热的热量为  式中  Q热能，J；       t加热时间，s； 该零件采用振荡功率：30KW；振荡频率：80-200KHz的IGBT高频感应加热电源，根据公式感应器内径初定为：11mm。感应器如下图图2：图2该感应器采用双匝式设计，提高了效率；考虑到工件的加工要求需尽量缩小感应器上下

5、圈的间隙，但是考虑到感应器上下层的绝缘性能，将感应器上下圈间隙设计为1.2mm，并且感应器上下圈之间采用聚四氟乙烯绝缘材料进行绝缘处理。感应器的每匝厚度对工件的热处理效果有很大的影响，经过多次实验得出以下数据：感应器单匝厚度为：6.4mm时，试验结果如下图3：图3 如图所示淬硬层区域出现不对称，且下方淬硬层区域不满足工件的加工要求。 感应器单匝厚度为：5.4mm时，试验结果如下图4：图4如图所示淬硬层区域对称，且淬硬层区域、硬度满足工件的质量要求。当感应器单匝厚度为：5mm时，试验结果如下图5：图5 如图所示淬硬层区域虽然对称，但是淬硬层区域不满足工件的加工要求。经过多次试验论证感应器单匝厚度

6、选取5.4mm左右为最佳，生产出来的产品质量最好且稳定。3、 加工电参数、加热时间对产品加工质量的影响为保证产品质量的稳定，加热电源需要采用具有能量监控功能的设备，做到：1、时间控制，对能量的监测； 2、能量控制，对时间进行监测； 3、对超出上下限的产品给出OK或NG判别信号。通过智能化改变加热时间和功率大小，保证能量输出的一致性。工件的加热时间由产品的质量要求和加工节拍的要求决定，在满足加工质量的前提上提高生产效率以满足加工节拍要求。加工节拍由加热时间和辅助时间共同决定，设备设计的辅助时间大约为1s，所以加热的时间需要控制在1.5s以内，结合能量监控功能经过多次验证发现加热1s时质量和效率最

7、好，且几乎零变形。4、 现代化轴承滚子高频感应加工中心 图6 上图6是一台技术成熟的现代化轴承滚子高频感应加工中心，该设备具有：全自动无人操作；全过程数字监测，单件能量控制；合格品自动分拣，热处理质量无损检测等功能。该设备针对轴承滚子的生产需求设计而成，通过现代化的检测、监控技术严格控制产品的质量，实现对产品质量的闭环控制。5、 总结国内现在的轴承滚子感应淬火工艺相对于发达国家还存在很多不足之处, 但我们正在努力改善和提高其工艺技术水平，研发并采用更先进的生产技术、监控技术来提高产品质量和生产效率，取代老式的加工方式从而减少材料浪费和不良品过剩的问题。参考文献： 1 乔 健, 马梅香. 我国感应热处理技术发展远景及实施措施研究 A . 第一届全国农机感应热处理学术交流会论文集 C . 洛阳:1989: 1-14.  2 陈再良，阎承沛先进热处理制造技术M北京：机械工业出版社，2002159-161  3 沈庆通，梁文林.现代感应热处理技术.北京：机械工业出版