半軸中頻淬回火專機的工藝改造

朱國元

（常州東風農機集團有限公司,江蘇常州213012）

1 問題的提出

拖拉機半軸的中頻淬火是典型的熱處理工藝，一般中頻淬火工藝是感應淬火＋低溫回火。我公司的中頻感應淬火是由一臺立式中頻淬火機（如圖 1）承擔，低溫回火由箱式加熱爐承擔，立式淬火機的工作原理是機床通過頂尖帶動工件旋轉（350r/min）并在感應線圈中以5～10mm/s的速度向下移動，中頻電源（4100Hz/100kW）驅動淬火變壓器工作使固定不動的感應線圈加熱，冷卻中頻電源、淬火變壓器及感應線圈的內外循環冷卻系統同時開始工作，淬火結束時工件已基本浸入水中，已淬火的工件集中放入箱式爐中進行低溫回火（180℃～230℃），保溫90～120min后將工件取出空冷至常溫，這樣就完成了中頻淬火的全過程，立式淬火機由于其設備陳舊及缺乏數控系統，造成工件不同外圓的淬火硬度和深度均不同，隨著我公司輪拖質量和產量逐年提升，原先的立式淬火機已不能滿足生產要求。

2 中頻淬回火專機的調研及設計要求

近年來，為了提高工藝水平，我公司多次組織工藝人員到日本井關（拖拉機）公司進修及訪問，在井關公司機加工車間里，工藝人員看到他們的半軸中頻淬火工藝是在一臺機床上完成的，即感應淬火線圈在半軸上走一個來回（4～5min）就完成了感應淬火+低溫回火的中頻淬火熱處理過程。為盡快提升中頻淬火的加工質量及生產能力，公司決定學習日本的先進技術，自主設計改造臥式半軸中頻淬回火專機。

半軸中頻淬回火專機（見圖2）主要由淬火電源、回火電源、淬火變壓器和感應線圈、用于冷卻淬回火電源、淬火變壓器及感應線圈的內部循環冷卻水裝置、感應線圈外部循環冷卻水裝置、驅動半軸轉動和感應線圈運行的機床以及操作控制臺等七部分組成。在專機改造啟動之前，為了獲得可靠的熱處理技術的支持，我們對杭州、蘇州及無錫等許多熱處理電器公司進行了調研，最終選擇了一家無錫電器公司。

3 中頻淬回火專機的工作原理及改造

在無錫電器公司（該公司提供淬火變壓器、淬回火電源及內部冷卻循環裝置）的合作支持下，我公司對一臺已經報廢多年的半自動仿形車床進行了修復改造，通過改進設計主電機（由11kW改為3kW）、皮帶輪、尾架頂尖和交換齒輪等恢復改進了機床的傳動系統，使機床轉速（350r/min）滿足中頻淬火工藝的要求，設計了數控系統及氣動裝置，取代了機床原有的液壓系統及刀架，使該機床能攜帶淬火變壓器和感應線圈以不同的速度運行，從而確保半軸各檔外圓表面獲得相同的硬度和深度。

中頻淬火的工作原理是首先機床主電機通過傳動系統驅動半軸旋轉，其次數控電機通過滾珠絲杠帶動淬火變壓器及感應線圈在半軸上向左移動，然后淬火電源按設定頻率和功率（淬火頻率3100Hz，功率80kW）驅動淬火變壓器工作，使感應線圈加熱至850℃～900℃，同時用于冷卻淬火電源、感應線圈及淬火變壓器的內外部冷卻水開始循環冷卻供水。線圈走到終點時淬火電源停止工作并切換到50kW的回火電源（回火頻率800Hz）工作，線圈外部冷卻水同時停止供水（內部冷卻循環系統由淬火電源轉換到回火電源），回火電源按設定頻率和功率（淬火頻率800Hz，功率50kW）驅動線圈低溫加熱至250℃～300℃，線圈開始從終點走回到起點，線圈回到起點時，機床、回火電源及內部冷卻系統停止工作。

4 中頻淬回火專機的關鍵技術

專機改造的主要部件是淬回火電源、淬火變壓器及感應線圈，而淬回火電源和淬火變壓器是熱處理電器專業公司的成熟產品，因此專機的關鍵技術是感應淬火線圈的設計與制造。在電器公司設計的感應線圈兩次試驗失敗的情況下，我公司決定自主設計制造，我們在總結經驗教訓的基礎上設計制作了感應線圈，該感應線圈采用45°角噴射冷卻水，既保證了淬火硬度及深度的要求，又保證了工件的冷卻效果。最初由于我們對感應線圈的內部冷卻要求沒有完全掌握，導致感應線圈在試驗中因局部發熱而燒壞，根據燒壞的部位，我們確定感應線圈燒壞的原因是冷卻水在盲孔部位不能流動而形成積水，積水的溫度隨著感應線圈加熱而不斷升高，這種現象必然造成感應線圈燒壞，為此我們將盲孔打通形成循環冷卻管路，解決了感應線圈的冷卻問題，感應線圈（見圖3）的使用壽命達到了預期的要求（半年以上）。

5 中頻淬回火專機的冷卻水循環

中頻淬回火專機在淬火過程中，工件冷卻需連續不斷供應冷卻水，夏天加工時，由于循環水池的氣溫太高，只能用自來水代替冷卻水，而從工件上流下來的熱水只能白白地流掉，為了節省水資源，我們安裝了冷凝裝置，確保了中頻淬回火專機的正常工作。

6 結語

中頻淬回火專機的改造成功不僅提升了公司的熱處理生產能力，節省了設備投入，而且是公司熱處理工藝的創新，它改變了熱處理回火需2～3h的加工方式（中頻淬回火只需4min），使熱處理設備并入冷加工生產線變為現實，縮短了工藝流程和節拍，減少了人工及機械搬運，為公司推行精細化生產管理及提升實物質量創造了較好的工藝基礎。