EFD感應熱處理技術

易孚迪感應設備（上海）有限公司客戶中心總經理 黃壯飛

EFD公司是1996年由歐洲多家歷史悠久的感應設備、感應電源公司合并成立。EFD擁有60多年的感應熱處理設備和工藝經驗，在全球銷售的熱處理設備超過了2萬臺，是歐洲最大的感應熱處理設備制造商，可以提供很多的熱處理經驗與客戶分享。EFD總部在挪威希恩市，感應淬火機床技術中心在德國弗萊堡市。

易孚迪感應設備（上海）有限公司是由EFD公司于2001年在上海獨資建立，至今為國內提供感應淬火機床超過300多臺。

EFD感應加熱電源

感應電源的發展趨勢是其主控制模塊采用全數字控制方式，核心部分從低頻到高頻，都采用IGBT逆變模塊，該模塊耐用性比較好，在復雜惡劣的環境工況下工作不會損壞，電源輸出電路根據需要或采用串聯補償或采用并聯補償。

為了提高效率、節能，尤其減少工廠投資，我們在初級整流方面采用二極管全整流電路。優勢就是電源的功率因數是恒定的，而且都是在95%以上，這對于節能十分有利。

匹配箱是根據具體的應用經計算選擇合適的變壓器、電容，只有在這種情況下才能實現要求的加熱頻率，在該頻率下盡可能實現滿功率輸出。

普通淬火機床的接地保護，只是在沒有加熱之前調試的時候看一下感應器和工件的間隙，實際工作的時候大部分把此功能關閉了，而EFD的感應加熱電源在加熱過程中，工件與感應器相互實時接地保護。

對于感應加熱電源在工作中，我們會對其輸出功率、頻率、電壓、電流實時數字監控，運行曲線都會顯示在計算機屏幕上，一旦超出設定的上下限，控制系統會給出報警，同時便于查找原因。

感應電源與具體應用密切配合，如果把一個通用的電源用在一個特殊的實例中，會出現頻率不是想要的頻率，輸出的效率也會很低，300kW的電源實際輸出也就可能只有100kW，最大不會超過150kW。

EFD感應淬火機床

1.曲軸淬火

EFD的曲軸淬火機床可實現圓角淬火和非圓角淬火，對于曲軸的連桿頸、曲軸頸、法蘭和油封端的淬火都能實現。對曲軸還可實現余熱回火、感應回火，曲軸感應線圈壽命長，最基本的可達到5萬次加熱，中間只需一些簡單的維修，我們現在的技術正向10萬次的加熱靠近。曲軸熱處理的變形控制很重要，EFD一般橋車的曲軸感應熱處理變形正常控制在0.2mm以下。德系車、日系車和北美車曲軸感應熱處理對電源的要求是有差別的，因此，針對不同客戶要提供不同的功率和頻率。EFD的全自動曲軸淬火機床，可以采用機器人上下料，也可采用小車式的上下料，如果生產節拍比較高時，也可采用步伐機式上下料。另外，EFD重型的曲軸淬火機床所加工的曲軸長度可達10m。

2.凸輪軸淬火

對于凸輪軸的淬火國內可能大多還是采用掃描式淬火，用一個圓線圈從上到下的掃描，國外現在主要采用仿形淬火，為了提高效率，在一個工位可以對兩個凸輪軸同時淬火。采用仿形淬火，淬硬層分布非常均勻，圓形掃描淬火時桃尖部分淬硬層厚度較大，其他地方較淺，凸輪實際使用時就會出現裂紋或材料剝落的現象，仿形淬火就可避免這種問題。如果凸輪軸之間的空間比較小，淬其中一個凸輪軸時，另外一個凸輪軸可能就回火了，這時候EFD就采用3個凸輪軸同時仿形淬火。EFD全自動凸輪軸淬火機床，采用機器人上下料，如果考慮到節約成本，也可采用雙工位凸輪軸淬火機床（一臺電源兩個輸出輪流切換，當一個凸輪加熱完噴淋時切換到另外一個凸輪加熱），如果還想提高效率，EFD還可提供四工位凸輪軸淬火機床。

3.小齒輪的仿形淬火

這種淬火方式EFD也申請了專利，該技術需要的是雙頻或多頻電源，短時間、大功率加熱，低頻段起到預熱的效果，高頻段起到淬火的效果。EFD的計算機仿真很早就使用了，仿形淬火的功率和頻率如果選擇不合適，淬出來的零部件就是廢品，通過計算機模擬試驗和仿真計算，事先確認所需的功率、頻率和淬火參數，以及線圈結構，實際淬火結果與計算機模擬非常接近。

4.大型齒圈和滾道淬火

對于模數在6以上的齒圈，這時候就需要單齒淬火，主要是對齒溝和齒廓的單齒淬火，EFD的淬火機床配有一個探針，在加熱之前會自動對每一個齒的位置精確檢測，然后把位置信息傳遞給控制系統，控制系統對感應器進行定位，從而實現精確的齒輪淬火。無軟帶淬火也是EFD的專利技術，目前，已經成功賣出多臺無軟帶淬火機床，客戶有SKF、舍弗勒等大型的軸承制作廠家，EFD賣的無軟帶淬火機床的回轉支承的直徑已經達到8m，現在正在研究≥10m的機床。對于產量不高的大齒圈，客戶想節約空間，EFD有懸臂式的淬火機床，操作比較方便，臂上的感應器伸出來縮回去，上下料比較方便，節約了占地面積，該結構的機床加工工件直徑可達4m。如果專門對滾道淬火，EFD還有傾斜式淬火機床，生產效率比較高，加工直徑上海EFD做過6m的案例，直徑還可再大。EFD雙頭龍門式淬火機床，既可用于齒的淬火，也可用于溝道的淬火，溝道的淬硬層深度一般要求6mm，甚至有的達8mm，一個頭加熱往往達不到所要求的深度，為了提高生產率，減少裂紋產生，采用雙頭，一個頭提供預熱，另一個頭進行淬火。

5.滾珠絲杠的淬火、回火

EFD的滾珠絲杠的淬火機床也是全自動的，絲杠可開好槽淬火，也可對圓棒進行淬火，淬火之后再采用硬銑開槽。EFD臥式機床上可同步進行淬火和回火，自動上下料。

6.導軌淬火、回火

行業現在對導軌的淬火要求越來越高，為了減小變形，并達到均勻的淬火深度，導軌淬火發展的趨勢是采用3個工位，對材料進行預熱、淬火和回火，EFD淬火機床整個上下料也是全自動的，目前國內已經有一家導軌企業在應用。

7.轎車轉向器齒條的淬火、回火

EFD擁有比較先進的轉向器齒條全自動淬火、回火技術，對于齒條的淬火有感應淬火和導電淬火兩種技術。感應淬火技術成本比較高，但感應熱處理后齒條的質量、性能比較好，因此一般齒條都采用感應淬火技術。EFD的齒條全自動淬火機床（見圖1）上下料都采用機器人或龍門架機械手。EFD全自動導電淬火機床主要是對齒條的桿部進行掃面淬火，對齒部進行導電淬火，接下來對整個齒條采用感應回火。目前，國內外的一些企業，為了節約設備的成本，提高齒條的力學性能，很多對齒背和齒都采用導電淬火，EFD在國內也有相應的齒條加工客戶。為了提高加工效率，EFD可以在同一個工位對3個齒條進行同時的感應淬火，然后在另外一個工位進行回火。對于齒條的感應淬火、回火，功率和頻率的選擇，以及感應器的形狀是相當重要的參數，齒條在熱處理過程中很容易發生變形，如何控制變形也是比較關鍵的技術。

圖1 全自動齒條感應淬火、回火機床

8.等速萬向節的淬火、回火

現在的發展趨勢都是全自動淬火，同時還要附加一些輔助功能，比如自動上下料臺，對于內腔和桿部在淬火前還可實現清洗，之后還可實現打標，利用渦流檢測設備實現裂紋和淬硬層深度的檢測，然后對工件進行防銹，放到下料工作臺，整個過程都是全自動完成，EFD整個熱處理單元的加工過程的節拍可以到20～25s/件。我們也可把感應回火工序集成在感應淬火中，加工節拍一般在25～30s/件。

9.二代/三代輪轂軸承的淬火、回火

圖2 輪轂軸承全自動淬回火機床

輪轂軸承分內圈和外圈，EFD輪轂軸承的全自動熱處理單元（見圖2）由兩部分組成，一部分加工內圈，另一部分加工外圈，在一臺機床上相同生產節拍下對輪轂軸承的內外圈同時進行熱處理，加工效率就會非常高，包括淬火和回火，生產節拍在12s/件。

10.同步器齒套感應加熱壓淬、回火

原來在爐子里進行滲碳的熱處理，現在很多用戶需要對齒套進行壓淬。對表面的含碳層感應加熱之后，到下一個工位進行噴淋，這個過程中對工件的變形要求是很高的，噴淋的過程中要限制變形，對模具的要求很高，EFD是采用3個工件同時進行加熱、淬火和回火，回火中用紅外傳感器進行溫度監控，整個熱處理過程中有輸送帶對工件進行全自動上下料。