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高周波焼入れによる全歯幅焼入れ処理の研究・改良

  高周波焼入れは、ワークの変形が少なく、高効率、省エネルギー、環境保護、自動化の実現が容易などの利点があり、一般的な表面熱処理技術になっています。 産業技術の発展に伴い、ギアの支持力と品質に対する要求が高まっています。 しかし、既存の高周波焼入れ技術では、歯車の両端面の歯元が硬化せず、使用中に曲げ疲労亀裂が発生しやすいという問題がありました。 特に重い歯車の場合、偏荷重がかかると未硬化の歯車の両端が割れて故障しやすくなります。 したがって、歯車の全歯幅内での焼入れを実現することは、中国の高周波焼入れの技術レベルを大幅に向上させ、歯車の支持力と品質を向上させ、大きな経済的利益を生み出すことができます。 この論文では、高周波焼入れプロセスを最適化することにより、ギア端面の歯元の硬化なしで歯面の過熱燃焼と溶融の問題を解決し、歯幅全体の硬化を実現しました。大量生産。

1. 全歯幅焼入れ技術要件

  高周波焼入れ全歯幅硬化:つまり、効果的な硬化層は歯車の全歯幅範囲内に分布し、歯車の両端の深さと構造は同じ歯の中央に近い必要があります幅 (図面標準の要件に準拠)。 誘導加熱プロセスの技術的な難しさを考慮すると、歯幅全体の硬化要件に関する現在の国内外の基準は明確ではなく、比較的緩和されており、特定の要件は顧客に依存するものとします。 このうち、JB/T 9171-1999「火炎・高周波焼入れ工程と歯車の品質管理」では、歯幅150mmの範囲内で、有効硬化層の分布範囲が歯幅の80%と規定されており、判定はされていません。 ISO 10-6336:5 平歯車とはすば歯車の耐荷重能力の計算 — パート 2003: 材料の強度と品質規格では、硬化深さが歯幅全体に及ぶことが要求されています。ただし、両端の深さに関する特定の要件は指定されていません。 全歯幅の硬化要件に関する AGMA や DIN 規格などの他の規格は、より緩和されています。 層の深さは、端面から 5 つのモジュラスまたは 1/8 歯幅までの評価には必要ありません。

2. 工程状況の分析

  高周波焼入法の問題点としては、シャープコーナー部の渦電流集中加熱温度が高く、内側のラウンドコーナー部が加熱されにくい等が挙げられます。図1に示すように、歯車が過熱して歯の表面の端にある鋭い角を溶かし、内側の丸い角の根元が硬化していないか、硬化層が十分に深くない.原因端面の硬化層の深さの要件は比較的緩和されており、通常は火力を下げる方法で、ギアが端面に現れるのを防ぎます-これらの明らかな外観品質の欠陥を溶かしますが、根元の端面の硬化層の深さは非常に浅いことを無視しますまたは硬化されていない品質の隠れたトラブル。 ギアの支持力と品質が低下し、早期故障のリスクが存在します。 この問題を目指して,本論文は,新しいインダクタ構造を設計し,技術的パラメータを調整することにより,誘導焼入れプロセスを最適化した。

歯面溶融・歯根硬化層深さ分布

図。 1 歯面溶融・歯根硬化層深さ分布

3. プロセスの最適化

(1) センサー構造 既存のスキャニングプロファイリング構造センサーを歯形とともに最適化し、加熱過程で歯面と歯根の位置を同時に加熱。 誘導加熱効果の影響下で、ギアの2つの端面の歯元位置の加熱不足により、未硬化または硬化層が十分に深くなく、端の歯面ピッチ円位置の過熱温度が発生します顔が発生します。 したがって、センサーの上部と下部のガイド プレートとケイ素鋼板の構造を最適化することによって、歯形の加熱欠陥の既存のセンサー構造を解決するために、その技術的困難の詳細な分析; 構造最適化後のインダクターの上部案内板と下部案内板は円弧傾斜上・下三角構造になっており、追加された導体部が歯元の加熱効果を高めています。 同時に、特殊な斜め上/下三角形構造により、歯根と歯面の非同期加熱を実現します。 このように、図 XNUMX に示すように、センサーは端面の歯の根元のみを加熱して、端面の歯の表面が過度に高温になるのを回避します。同時に、端面の硬化層を持ち上げます。 、端面ピッチ円の過熱と溶融の問題を回避できます。

誘導コイル構造の模式図

図。 2 誘導コイル構造の模式図

(a) 新たに設計されたプロファイル構造 (b) 既存の共通構造

(2) プロセスパラメータの最適化 高周波焼入れ全歯幅焼入れプロセスの主な影響因子には、カップリングクリアランス、加熱出力、時間、および加熱位置などが含まれます。パラメータ因子の最適な組み合わせは、影響因子をスクリーニングし、予熱力、予熱時間、加熱力、加熱位置などの影響要因。 上記の新しい構造のインダクタ (Mn14 風力発電内歯車リングに使用) に基づいて、端面の過熱と端面の歯根の硬化なしでの端面の溶融の問題は、端面の高周波焼入れのプロセス パラメータを最適化することによって解決されました。 4つの影響因子、すなわち、予熱電力X1、予熱時間X2、加熱電力X3、および加熱位置X4について、部分因子DOE実験計画を実施した。 出力変数は端面歯根の最小硬化層深さ Y1 と歯面のノードサークル位置での結晶粒径 Y2 である。 テスト パラメータと結果を表 3 に示します。

高周波焼入れによる全歯幅焼入れ処理の研究・改良

  試験データの対応解析により、歯元硬化層深さ Y1 とピッチ丸粒度 Y2 との間の関係と、予熱パワー X1、予熱時間 X2、加熱パワー X3、および加熱位置 X4 がフィッティングによって得られました。 最適パラメータは応答オプティマイザによって予測され、最適プロセス パラメータは中心点、つまり番号 4 のパラメータでした。歯根の硬化層の深さは明らかに増加し、歯の表面の粒子サイズは要件、過熱や溶融はありませんでした。 DOE 実験によって最適化された中心点パラメータに対して再現性検証が行われ、表 2 に示すように、再現性は非常に良好でした。

高周波焼入れによる全歯幅焼入れ処理の研究と改良 1

4. 技術の普及と応用

  新しい構造のインダクタを設計し、DOE テストの高周波焼入れプロセス パラメータを最適化することにより、歯元と歯面の非同期加熱を実現し、ギア端面の歯元の硬化なしで歯面の過熱燃焼と溶融を解決しました。 全歯幅焼入れを実現し、歯車の支持力と品質を向上させます。 現在、このプロセスは、14 ~ 20MW 風力ギアボックスの範囲で Mn1.5 から Mn4 の内歯リングの大量生産に使用されており、国内外の顧客に広く宣伝され、大量に供給されています。

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