飛輪齒圈熱套硬度控制工藝

廣西玉柴機器股份有限公司 （玉林 537005） 趙添常

飛輪齒圈材料為45鋼，經正火、高頻感應淬火并電阻爐低溫回火處理，需高硬度耐磨。如附圖所示，飛輪齒圈的硬度在熱套入飛輪之前要求56～63HRC，熱壓入飛輪后要求控制在52～63HRC，飛輪齒圈與飛輪配合面端面間隙≤0.2mm。

飛輪與飛輪齒圈配合

1.原工藝分析

現飛輪齒圈熱套是用傳統的加熱工藝，將飛輪齒圈疊放在加熱框中，吊裝入井式電阻回火爐，配有溫度、時間自動控制儀表。加熱溫度（210±10）℃，升溫保溫時間長達2～2.5h后膨脹量才能滿足熱套要求。但是耗能高，最大缺點是齒圈表面硬度下降高達6HRC，達不到齒圈壓裝的硬度控制要求，使得齒圈被驅動齒輪磨損的現象時常發生。

飛輪齒圈加熱套裝到飛輪上才算完成過程加工，齒圈的硬度取決于套裝時的加熱溫度。飛輪齒圈在箱式爐中不同加熱溫度保溫后平均硬度見表1。

表1 不同加熱溫度保溫后平均硬度對比（HRC）

可見，要保證加熱后硬度在52HRC以上，又能達到膨脹量滿足過盈裝配要求，加熱溫度不能高過220℃，在220℃時保溫時間要控制在20min以內。

2.感應加熱工藝

表面溫度檢測采用STW20高靈敏度點溫計，在零件表面點接觸，液晶顯示溫升值，響應速度快，精度高，操作簡單方便。

介于齒圈內徑在400mm左右，模數為3～4，厚度20mm，考慮到加熱速度與熱透層深的關系，選擇ZJ20系列干式自冷工頻感應快速加熱器加熱齒圈，具有自動退磁功能，能夠滿足齒圈熱套的過盈量及高硬度要求。工頻感應器采用多層結構的導磁體。感應加熱器額定功率為18kW，額定電流47A，電壓380V。

在要求的相同硬度范圍內，感應回火溫度比傳統回火溫度高100～120℃。對感應淬火層的硬度梯度分析，45鋼的高頻感應淬火后，淬硬層硬度的平均值可用公式HRC=20+60（2C－1.3C2）計算，式中C是鋼中的含碳量（0.15%～0.75%）。所以齒圈的齒部表面平均硬度為58HRC，在該部分的回火溫度與試驗要求基本一致。

3.快速感應加熱效果

對多批次飛輪齒圈多型號進行快速感應加熱，對加熱前后測定硬度與爐子常規加熱進行對比。

（1）井式電爐加熱 溫度（210±10）℃，保溫2h，空冷。

（2）感應加熱 溫度（210～230）℃，不同齒圈型號加熱時間見表2，空冷。

表2 感應加熱不同齒圈型號加熱時間

不同型號加熱空冷后的硬度下降見表3。

表3 不同齒圈型號加熱空冷后硬度下降對比

根據數據可知：井式爐加熱后硬度平均下降達6HRC，而感應加熱硬度下降在2.5HRC以內。

通過試驗，還得出對兩個齒圈同時加熱的方式，比單個加熱時間縮短50%以上，大大減少用電量，節約成本，提高生產效率。

在試驗中，齒圈與飛輪的抱緊力，齒圈圓度并未發現變形，齒圈與飛輪配合面端面間隙滿足要求。實踐證明，快速感應加熱能控制硬度要求，避免硬度下降造成的隱患。