轴承套圈锻造中频感应加热工艺分析

于波

（哈尔滨轴承集团公司，黑龙江哈尔滨　150036）

　　摘　要：中频感应加热所使用的电源，一般都是晶闸管逆变中频电源，它是将工频电源经三相全波晶闸管桥式整流，经平波电抗器滤波后，再经单相桥式逆变电路，供给电感和电容组成的并联谐振电路进行工作的。中频感应加热与工频感应加热相比，前者集肤效应明显，加热渗透深度小。本文将探讨轴承套圈锻造中频感应加热工艺分析。

　　关键词：轴承套圈；锻造；中频感应

　　滚动轴承的主要失效形式（如疲劳、磨损和腐蚀等），都发生于表面或表面层。同时，轴承套圈的工作表面和心部在性能要求方面是有较大差别的，整体热处理往往只能较多地满足表面性能的需要，而不得不牺牲部分心部性能的需求。或者相反，二者往往不能兼顾，材料的潜力得不到充分的发挥。应用材料的表面强化技术不仅可以较好地解决表面和心部在性能要求上的不同，而且可以使表面获得某些特殊的工作性能，以满足在特定条件下工作的滚动轴承工作表面性能要求，既可以节约一些贵重的材料又可以扩大轴承的应用范围。轴承套圈锻造进行中频感应加热是表面强化的一种工序^[1]。

　　1　中频感应加热工艺的特点

　　感应加热表面淬火是对工件表面进行快速加热，使工件表面迅速达到淬火温度，随后冷却使工件表面获得淬火组织，而心部仍保持原始组织的一种淬火方法。

　　工频感应加热是通过感应圈感应加热，交流电的频率为50Hz。电源可用四台BX-500型或BX2-1000型交流电焊机并联使用。它们在100％工作持续率下，可供给电流1600A。

　　中频感应加热是通过感应圈感应加热，交流电的频率为1000Hz左右。电源可用功率为100kW的晶闸管并联逆变中频电源。中频感应加热的特点：

　　（1）因为频率较高，加热相同壁厚和管径的焊接接头，中频比工频可节省电能。（2）随着工作电流减少，感应圈的截面相应减少，既节省了铜或铝材，又改善了劳动强度。（3）发热效率高，升温速度快，提高了工效。（4）无剩磁。用作焊前预热时，不需退磁。（5）有集肤效应，当工件厚度过大时，里外壁温差太大。（6）中频输出电压较高，在使用中要注意安全。感应加热表面淬火的工艺参数，包括热参数和电参数。热参数主要有感应加热温度、加热时间和加热速度。电参数包括设备频率。以及决定单位表面功率的阳极电压、阳极电流、槽路电压和栅极电流。热参数和电参数是密切相关的，生产中是通过调整电参数来控制热参数，从而保证感应加热表面淬火质量^[2]。

　　2　轴承套圈锻造中频感应加热工艺

　　2.1淬硬层深度的调整和控制

　　感应加热时，工件表面的加热层深度与流经感应圈的电流频率有关，电流频率越高，加热层越浅；反之，加热层越深。但是，在实际加工中，试图根据工件淬硬层深度精确选定设备频率的作法并非必要，因为仅在频率变动较大时，影响才会明显表露出来。当现有设备频率所能达到的淬硬层深度过浅而不能满足加工要求时，可通过以下办法获得较大的淬硬层深度：

　　（1）连续加热淬火时，降低感应器和工件的相对移动速度或增大感应器与工件的间隙。（2）同时加热淬火时，降低设备输出功率或采用间断加热。设备输出功率的大小通过减小或增大Vm来调整。间断加热相当于分段预热；间断加热过程中工件温度呈阶梯状升高到工艺规定温度。不管采用上述哪种办法加热工件，其目的都是通过延长加热时间依靠表层热量向心部传导来获得较大的加热层深度，并经淬火冷却获得较大的淬硬层深度。

　　2.2淬火加热顺序

　　同一工件有多个部位需要淬火硬化时，应按一定顺序分次进行加热，以防止已经淬火硬化的部位产生回火或开裂。

　　例如：（1）阶梯轴应先淬小直径部分，后淬大直径部分。（2）齿轮轴应先淬齿轮部分，后淬轴部分。（3）多联齿轮应先淬小直径齿轮，后淬大直径齿轮。（4）内外齿轮应先淬内齿，后淬外齿。

　　2.3淬火加热时工件的旋转

　　工件与感应器之问的间隙不均匀是造成工件淬硬层深度厚薄不一的主要原因。由于感应器的形状不可能做得十分规矩，工件在感应器中的安放位置又不可能正对中心，因此，间隙不均匀现象总是难以避免的。圆柱形工件淬火加热时通过旋转运动，可解决加热不均匀的难题，工艺上一般不对工件旋转速度作硬性规定，实际操作时应通过试淬确定合适的旋转速度^[3]。

　　2.4淬火操作方式

　　（1）同时加热淬火操作进行这种操作时，操作者用手把握工件并通过脚踏开关控制感应器通电时间（即工件加热时问）。工件加热温度由火色判断：当工件加热到工艺规定温度后，立即断开脚踏开关，并将其投入或浸入淬火介质中冷却。加热齿轮、轴等圆柱形工件时，把握工件的手还需让工件作旋转运动。（2）用淬火机床进行同时加热淬火操作工件在专用淬火机床上进行同时加热淬火时，通过试淬调整好设备电参数和工件加热时间，整批工件的加工即可在淬火机床上完成。因为在设备电参数和感应器固定不变的条件下，工件加热温度只与工件加热时间的长短有关；加热时间一旦固定，加热温度也就确定了。这类淬火机床上均设有淬火冷却装置，加工圆柱形工件的淬火机床还设有工件旋转机构。其加工效率和加工质量较高，特别适合于大批量生产的场合。（3）用淬火机床进行连续加热淬火的操作连续加热淬火时，在设备电参数和感应器保持固定的条件下，工件加热温度只与工件和感应器问的相对移动速度有关。移动速度慢，相当于工件加热时间长，加热温度就高；反之，加热温度就低。通过试淬调整好设备电参数和相对移动速度，以后的操作就由淬火机床来完成^[4]。

　　2.5不正确的淬火操作

　　受元件制造工艺和设备装配工艺的限制，即使设备型号相同，在电性能上彼此间也总会存在一些差异。当采用同型号设备加工同一种工件时，如果将这台设备上使用的电参数照搬到另一台设备上使用，往往难以保证工件的加工质量。因此，每次加工前均应通过试淬调整设备电参数使之符合要求，这是感应加热的一个重要操作步骤，不能省略。

　　3　结论

　　总之，本文主要通过分析轴承套圈锻造中频感应加热的工艺分析，进行淬火处理后对轴承套圈表面强度进一步提高，有利于轴承的使用寿命。

　　参考文献

　　[1]常煜璞.冷轧机用四列圆柱滚子轴承异常失效分析及控制[J].轴承，2009（6）.

　　[2]张娟娟，李红，张蕾，等.轴承零件圆形偏差的简易测量[J].轴承，2008（6）.

　　[3]张中文，陈卉珍，陈国志.GCr15SiMn钢制特大型圆锥套圈油沟淬火裂纹的预防[J].轴承，2010（1）.

　　[4]刘岷，刘金川.D56K系列精密冷辗扩数控机床[J].轴承，2010（5）.
 

来源：《黑龙江科技信息》2013年08期