Mittelfrequenz-Induktionsabschreckprozess für innere Keilwellenhülse

  Abschrecken durch Induktionserwärmung bezieht sich auf den Vorgang, bei dem das Werkstück mit ausreichender Leistung in die Induktionsspule gelegt wird und die Werkstückoberfläche unter Einwirkung eines hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes einen starken Induktionsstrom bildet, der die Werkstückoberfläche schnell aufheizt und dann die Oberfläche wird abgeschreckt. Da es eine hohe Wärmeeffizienz, kurze Aufheizzeit, die Oberfläche ist nicht leicht zu oxidieren, zu entkohlen, Aufheizgeschwindigkeit, somit Austenitkorn zu verfeinern, das Werkstück nach dem Abschrecken mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu versehen, und nur Oberflächenerwärmung, Abschreckverformung ist gering, einfach zu realisieren automatische Produktionsanlagen, hohe Arbeitsproduktivität und somit weit verbreitet. Das Folgende ist die Anwendung der Induktionswärmebehandlungstechnologie in dem festen Satz von Arbeitsprodukten in unserer Fabrik und der Fehlerbehebungs- und Lösungsprozess von damit verbundenen Qualitätsproblemen.

1. Technische Anforderungen an Teile

  Die Struktur der Befestigungshülse (auch als innere Keilwellenhülse bekannt) ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Länge der inneren Keilwelle beträgt nicht weniger als 60 mm, der Durchmesser des kleinen Endes der Außenkontur der Befestigungshülse beträgt 60 mm , und der Durchmesser des großen Endes beträgt 84 mm. An der Befestigungshülse befinden sich drei Innengewindebohrungen M18× 1.5-7h. Das Material ist 40Cr (GB/T3077-2015) und die Härte muss 28 ~ 32 HRC betragen. Gemäß der nationalen Norm GB/T 13320-2007 beträgt die metallografische Bewertung 1 bis 4 und wird als qualifiziert bewertet. Zugfestigkeit ≥ 980 MPa, Streckgrenze ≥ 785 MPa, Dehnung ≥ 9 %. Die technischen Anforderungen lauten wie folgt: Die innere Spline-Oberfläche muss induziertes Abschrecken sein, die Oberflächenhärte muss 50 ~ 56 HRC betragen, die effektive Tiefe der Induktionshärtungsschicht muss sein ≥ 3 mm, die Abschrecktiefe der Innenverzahnung muss von der Zahnwurzel aus gemessen werden, und die Härte der Innenverzahnung muss in der Mitte der Innenverzahnung gemessen werden. Die Teile müssen mit 100 % Magnetpulver und ohne Risse, Falten, weiße Flecken oder andere schädliche Defekte geprüft werden, die die Leistung der Teile beeinträchtigen könnten. Die komplette Prozesslinie ist Platineninspektion → Lagerhaltung → Grobtransport → Feintransport → Fräsen → Bohren → Gewindeschneiden und Anfasen → Innenverzahnung schneiden → Schneidweg → Innenverzahnung Induktionswärmebehandlung → Magnetpulverprüfung → Phosphatierungsbehandlung → Endkontrolle → Reinigung, Rost Prävention, Verpackung → Lagerhaltung.

FEIGE. 1 Struktur des festen Sitzes

2. Teile Induktionswärmebehandlungsprozess

  Der Induktionswärmebehandlungsprozess basiert auf den bestehenden Bedingungen und verwendet einen Kopierinduktor, eine ZTTP-Serie IGBT 250 kW / (4 ~ 30 kHz und 20 ~ 50 kHz) Haushalts-Zwischenfrequenzstromversorgung und eine CNC-Induktionslöschmaschine vom Typ ZTVC100-2 für die feste Hülse von das interne Spline-Loch, um eine Zwischenfrequenz-Induktionslöschung durchzuführen.

Prozessparameter der Wärmebehandlung Induktionsabschrecken: Heizleistung 25 ~ 27kW; Die Frequenz beträgt 20 ~ 23 kHz. Interner Spline-Start von der unteren Heizung, Erwärmung für 5 s, Sensoren auf die Geschwindigkeit des F60 (weniger als 1 mm pro Sekunde) interner Spline-Scan von der Unterseite der Heizung, Erwärmung und kontinuierliche Sprühflüssigkeit Abkühlung für internen Spline, und bis zum oberen internen Spline, und stoppen Sie die Heizung, um die 20 s zu halten, um nach dem Abkühlen zu stoppen, abzukühlen und sich dann auf die interne Rücklaufteile-Oberflächenwärme zu verlassen, die auf Selbsttemperierungstemperatur 200 ~ 230 ℃ erzeugt wird.

3. Beschreibung von Qualitätsproblemen

Während des Induktionsabschreckprozesses der festen Hülse wurden drei M18 × 1.5-7h-Innengewindebohrungen mit Abschreckrissen an der Öffnung festgestellt, und die Fehlererkennung zeigte magnetische Spuren und andere Qualitätsprobleme. Darüber hinaus wurden durch die metallographische Analyse des Probenschneidens an der Bruchstelle der fixierten Hülse Überhitzungseigenschaften festgestellt. Das solide Foto der festen Hülse ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Solides Foto eines festen Satzes

4. Analyse und Screening

Die Härteschichttiefe und Oberflächenhärte der Induktionsabschreckung ändern sich mit den Haupteinflussfaktoren wie Frequenz, Verlustleistung pro Flächeneinheit, Form und Größe der Induktionsspule, Material und Form und Größe der behandelten Teile, Matrixstruktur vor der Behandlung, Erwärmung Modus, Aufheizzeit sowie Art und Kühlmethode des Kühlmittels. Um diese Probleme zu lösen, werden das Strukturdesign der Induktionsspule, die Auswahl der Prozessparameter, der Heizort und der Kühlmodus nacheinander überprüft, um den Prozess zu optimieren.

(1) Chemische Zusammensetzung

Die Materialanforderungen der festen Hülse sind 40Cr (GB/T 3077-2015), und die chemische Zusammensetzung der festen Hülse wurde mit dem direkt ablesbaren Spektrometer analysiert, wie in der beigefügten Tabelle gezeigt, die den Standardanforderungen entspricht.

(2) Auswahl elektrischer Parameter

Die Wahl der Heizleistungsfrequenz von Festhülsen hängt hauptsächlich von der geometrischen Form und Heizschichttiefe der Festhülse ab. Die tatsächliche Erwärmungstiefe wird durch Erwärmungszeit, Leistungsdichte und Frequenz bestimmt. Die Eindringtiefe des Stroms in die Oberfläche des Werkstücks hängt hauptsächlich von der Stromfrequenz ab. Die internen Spline-Löcher der festen Hülse werden in der ZTTP-Serie IGBT 250 kW / (4 ~ 30 kHz und 20 ~ 50 kHz) Haushalts-Mittelfrequenz-Stromversorgung und CNC-Induktionslöschmaschine vom Typ ZTVC100-2 abgeschreckt. Heizleistung: 25 ~ 27 kW, Frequenz : 20 ~ 23 kHz.

(3) Analyse der speziellen Struktur an der Öffnung von Innengewindelöchern

Drei auf der Oberfläche des Innenkeils M18 x 1.5-7 h Innengewindelochkurve, die durch die Innenkeiloberfläche mit scharfer, geformter und mechanischer Bearbeitung gebildet wird, ist sehr schwierig, den richtigen Weg zur Kurve der Fasenbearbeitung zu haben, der zum Winkel führt Erscheint im Prozess des Induktionsheizeffekts, steigt die Temperatur stark an, höher als in anderen Teilen der Temperatur, und erwärmt sich schneller als in anderen Bereichen, sodass es leicht zu Überhitzungswahn kommen kann. Um sicherzustellen, dass das Werkstück kann sein gleichmäßig erwärmt, sollte der scharfe Winkeleffekt in der scharfen Kante des Werkstücks möglichst vermieden werden.

(4) Heizungspositionierung

Da das Induktionsabschreckheizen der feststehenden Hülse genau gesteuert werden muss, nimmt das Positionierklemmen der feststehenden Hülse ein Positionierwerkzeug an, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. 1. Die Klemmung der unteren Endfläche wird zur Positionierung übernommen, und der kleine Enddurchmesser der Außenkontur der festen Hülse wird in den Hohlraumkörper D60 = 6 mm (positive Toleranz) eingebaut, um die Positionierung zu realisieren. Das Abschreckkühlmedium wird in die mittlere Innenverzahnung gesprüht und aus den 12 gleichmäßig verteilten Umlenkbohrungen mit XNUMXmm Durchmesser abgeführt. Die anfängliche Erwärmungsposition kann manuell eingestellt werden, um das anfängliche Koordinateneingabeprogramm zu bilden, und die anschließende Erwärmungsgeschwindigkeit und die Endposition können in das Programm eingegeben werden, nachdem die Anpassung durch Beobachtung bestanden wurde. Danach kann die Produktionsstabilität durch das Prozessprogramm immer gewährleistet werden.

FEIGE. 3 Schematische Darstellung des Positionierungswerkzeugs für feste Hülsen

(5) Mittlere Kühlung

Wenn Konzentration, Temperatur, Kühlzeit, Einspritzwinkel und Einspritzdruck des Abschreckkühlmediums nicht richtig gesteuert werden, kann dies auch zu Qualitätsmängeln wie Abschreckrissen der festen Hülse führen. Während des Prozesstests verwendet das Werk unseres Kunden PAG-Abschreckflüssigkeit auf Wasserbasis mit einer Konzentration von 5% ~ 8%, die Betriebstemperatur beträgt 20 ~ 45 ℃, der Einspritzdruck beträgt 0.1 MPa, der Sprühflüssigkeitswinkel ist senkrecht zur Oberfläche des internen Spline-Sprays, und der Kühlprozess ist angemessen.

5. Umsetzung von Gegenmaßnahmen

Um eine Überhitzung des Winkels zu verhindern, da unter den gegebenen Bedingungen durch Einstellen der relativen Höhe zwischen der Induktionsspule und dem Werkstück und dem relativen Spalt begrenzt wird, um die drei M18 x 1.5-7 h Innengewindebohrungs-Zwischengrifflinien zu vermeiden mit interner Spline-Oberflächenbildung aufgrund der hohen Temperatur, die durch den Angle-Effekt verursacht wird, angesichts der Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt in 47 ~ 58 Lambda/Woche m – 1-1, und die Wärmeleitfähigkeit von reinem Kupfer ist so hoch wie 384 Lambda/W, m – 1, K – 1, kann schnell die Gewindebohrung Bereich der Wärmeleitung. Die Fabrik unseres Kunden verwendet eine reine Kupferstange und verstopft das Gewindeloch gemäß der Struktur des Gewindelochs mit drei Kupferbolzen, wie in FIG. 4, die die Stromdichte an der scharfen Ecke stark reduzieren oder die Rolle der Magnetfeldabschirmung spielen können.

FEIGE. 4 Kupferbolzen

Kupferbolzen verstopfen Gewindelöcher, wie in FIG. 5.

FEIGE. 5 Kupferbolzen verschließen die Gewindelöcher

Die Struktur des Induktors umfasst hauptsächlich die Größe des effektiven Ringaußendurchmessers des Induktors (der den Spalt zwischen den Kammern bestimmt und festlegt), die Höhe und den Sprühwinkel. Entsprechend der Form des festen Satzes beauftragte unsere Fabrik den professionellen Hersteller der Induktionsspule mit der Herstellung eines speziellen Kopierinduktors. Während des Induktionshärtens nimmt die Befestigungshülse die Form einer vertikalen Klemmung an, dh die Achse des Innenkeillochs steht senkrecht zum Boden. Das axiale und radiale Spiel zwischen dem effektiven Außenring des Induktors und dem Keilloch in der Befestigungshülse wird angemessen kontrolliert, um sicherzustellen, dass das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Wirkrings und dem Keilloch in der Befestigungshülse 1 mm beträgt. Machen Sie die Heiztemperatur der fixierten Hülse so gleichmäßig wie möglich, um Qualitätsprobleme wie den Unterschied in der Tiefe der effektiven Härtungsschicht zu vermeiden. Der Induktionsabschreckzustand der fixierten Hülse ist in Fig. 6 gezeigt. XNUMX.

FEIGE. 6 Induktionsabschreckzustand der festen Hülse

6. Prozessüberprüfung

(1) Oberflächenhärte und Tiefentest der gehärteten Schicht

Je nach Kundenwunsch ist die Abschrecktiefe der Innenverzahnung vom Zahnfuß und die Härte der Innenverzahnung in der Mitte der Innenverzahnung zu messen. Nach dem Induktionshärten eines festen Satzes entlang des inneren Spline-Lochs in der Mitte des Querschneidens, mit Benzin gewaschen und die Schnittprobenvorbereitung für den Querschnitt, und der Schnitteffekt wird auf Schicht geschliffen, dann Alkoholkonzentration 3% ~ verwenden 5% Salpetersäurekorrosion, die effektive Tiefe der Härtungsschichtmethode (Härte) und der Oberflächenhärteindex für 54.5 HRC Oberflächenhärtetestbedingungen, effektive Härtungsschichttiefe von 3.2 mm, nach Induktionshärtung eines festen Satzes effektiver gehärteter Schichttiefe entspricht die Anforderungen der Design-Technologie und tiefe Schicht.

(2) Anlassen und Magnetpulverprüfung

Induktionsabschrecken VERWENDET die Steuerung der Einspritzkühlzeit, um die Restwärme von der gehärteten Schicht auf die gehärtete Schicht zu übertragen, um eine bestimmte Temperatur zum Anlassen zu erreichen, dh sich auf die Abwärme des Werkstücks zum Selbsttempern zu verlassen - Anlasstemperatur 200 ~ 230 ℃. An der Mündung des Gewindelochs wurde keine Überhitzung und keine Rissbildung festgestellt. Nach der Magnetpulverprüfung mit dem Magnetpulverprüfgerät cJW-2000E wurde keine defekte magnetische Spur gefunden.

7. Fazit

(1) Durch die Anwendung von Positionierungswerkzeugen kann die Heizposition präzise gesteuert werden, um die effektive Abschreck- und Härtungsschichttiefe wie angegeben sicherzustellen und gleichzeitig eine stabile Serienproduktion sicherzustellen.

(2) Durch angemessenes Steuern des axialen und radialen Spiels zwischen dem wirksamen Außenring des Induktors und dem Keilloch in der Befestigungshülse neigt die Erwärmungstemperatur der Befestigungshülse dazu, gleichförmig zu sein.

(3) Nach dem Verstopfen des Gewindelochs mit Kupferbolzen aus reinem Kupferstab mit besserer Wärmeleitfähigkeit wurde die Stromdichte an der scharfen Ecke stark reduziert, die Magnetfeldabschirmung realisiert und das Qualitätsproblem des Abschreckens von Rissen an der Öffnung des induktionslöschenden Innengewindelochs der festen Hülse wurde effektiv gelöst.