4.5 感應熱處理生產線

4.5.1 族類零件淬火機床和CVJ鐘形殼生產線

所謂族類零件，是指結構相似而尺寸不同的零件，例如：驅動軸、轉軸等速萬向節的鐘形殼零件等。族類零件淬火機床能自動或略加調整即能處理同族類零件的淬火。

1.BJ型轉軸淬火機床

BJ型轉軸淬火機床如圖4-79所示，主要用于最多達15種轉軸的淬火與回火。該機床是臥式結構，由淬火部分、回火部分，以及傳送、裝載機構等部分組成。該機床還設有防變形輥子，具有控制工件彎曲變形的功能。

圖4-79 BJ型轉軸淬火機床（日本高周波熱煉公司)

機床主要組成與性能如下：

淬火用電源：300kW，8.5kHz。

回火用電源：67kW，3kHz。

淬火機構：臥式兩軸移動掃描淬火。

處理工件長度：300～700mm。

回火機構：臥式單軸同時固定加熱。

控制系統：微機控制最多達15種模式的淬火規范，并能打印數據

BJ型轉軸淬火機床工作流程見圖4-80。從前工序下來的工件通過傳送帶進入淬火機床，經過磁尺測長，進行機種判別，裝載到淬火位置上，進行工件定心或磁尺再次檢測。淬火時，由防變形輥子與調節頂尖氣缸壓力來控制變形淬火后的工件由傳送帶送到回火部分，升降機和傳送裝置一一將工件送入多圈的回火感應器中?；鼗鸷蟮墓ぜㄟ^再次冷卻轉入下一工序。

圖4-80 BJ型轉軸淬火機床工作流程示意

2.等速萬向節鐘形殼感應熱處理生產線

鐘形殼有兩個淬火部分，即柄部與內球道兩部分，如圖4-81所示。

圖4-81 鐘形殼淬火部分

這個生產線的工作流程（見圖4-82）為：工件清洗→內球道淬火與回火柄部外圓與臺肩淬火與回火→非破壞性檢驗（NDT）。內球道淬火采用300kW 10kHz固態電源，柄部外圓與臺肩采用600kW、10kHz固態電源。兩臺固態電源具有獨立的頻率與功率，可適應多達60余個品種工件的需要。

鐘形殼從機加工輸送到此生產線經過噴灑清洗劑清洗，清水漂洗和吹干輸送到內球道淬火位置。淬火位置是三工位，有三個主軸夾緊組件，感應器位于工件下方，工件由機械手放到氣動夾緊的主軸組件上，主軸組件下降，使工件精確地定位在內球道感應器的上方，加熱由kW·s能量控制器執行。三個工件內球道逐個淬火后，再逐個進行回火，所用功率較低，加熱時間較長，使內球道部得到均勻的回火然后將鐘形殼送到柄部外圓加熱位置，采用精確的工藝過程監控器，使用裝有步進編碼定位器的伺服電動機，以保證工件的精確定位。采用紅外雙色溫控儀監控淬火溫度，并使用kW·s能量控制器。

圖4-82 CVJ鐘形殼感應淬火、回火生產線的工作流程

除此以外，生產線還裝有一臺渦流非破壞檢測儀，對每個工件的淬火硬度、深度和區域進行對比檢測。將測試數據進行編程，提供作統計過程控制（SPC）資料，從而決定實際控制水平、極限偏差等。

另一種CVJ鐘形殼感應淬火、回火生產線組成如圖4-83所示。其工作過程是先淬內球道，冷卻后再加熱柄部，冷卻后，鐘形殼整體感應回火，再次冷卻后，流到下一機加工工序。

圖4-83 CVJ鐘形殼淬火、回火生產線組成

4.5.2 驅動軸感應淬火生產線

驅動軸有兩個淬火部位，即左側法蘭桿部及右側花鍵部分，如圖4-84所示由于產量大，驅動軸中頻感應淬火機床安在生產線上。

圖4-84 驅動軸淬火部分

淬火機床為臥式雙工位，采用半環形感應器，便于工件進、出料。圖4-85為驅動軸淬火機床結構示意圖。主要結構為兩臺中頻變壓器、兩個半環形感應器、主軸箱、尾座、步進鏈及托起機構，中頻電源是100kW、10kHz。

圖4-85 驅動軸淬火機床主要結構

兩臺中頻變壓器是交替工作的，左位置加熱驅動軸的法蘭及桿部，右位置加熱花鍵部位。兩個半環感應器能毫無阻礙地使托起機構上的驅動軸進入感應器淬火變壓器連同感應器能夠轉角度升降，其下降位置感應器正好包住工件，進行加熱；上升位置則是噴液器針對著加熱工件進行淬火。

驅動軸中頻感應淬火過程如下：托起機構V形槽將步進鏈上的驅動軸上托到位；尾座頂尖動作，將工件頂緊，主軸帶動工件回轉，左變壓器先接通電源工件法蘭及桿部加熱，到規定溫度后斷電；左變壓器升起，感應器上的噴液器開始噴液；與此同時，右變壓器開始接通電源，加熱花鍵部分，到規定溫度后斷電；右變壓器升起，花鍵部分開始淬火；隨后，托起機構的V形槽上升，尾座頂尖松開，驅動軸隨V形槽下落到步進鏈上；步進鏈動作，前進一步，下一個驅動軸進入V形槽上面位置，驅動軸再升起，如此循環。

在生產線上的驅動軸用控制噴液時間的方法進行自回火。由于下一工序還需機加工磨削，在步進鏈動作四次后，驅動軸經過第二次冷卻到室溫。實際自回火時間約4×127s＝508s。驅動軸感應淬火工藝規范見表4-7。

表4-7 驅動軸感應淬火工藝規范

4.5.3 PC鋼筋熱處理生產線

PC鋼筋（prestressed concrete bar）是預應力混凝土鋼筋的簡稱。鋼筋表面具有螺紋，與混凝土能良好地附著，鋼筋直徑為Φ7.1～Φ13.5mm，由低碳鋼20Si2Cr等材料經感應淬火、回火而成。感應熱處理生產線包括壓送機、加熱感應圈、淬火室、回火感應圈以及矯直機、切斷機等。

PC鋼筋感應加熱采用中頻預熱，高頻最后加熱、淬火，中頻回火等過程淬火后的鋼筋應達到YB／T111—1997《預應力混凝土用鋼棒》及GB／T 5223—2002《預應力混凝土用鋼絲》的要求。其抗拉強度一般在1470MPa以上。

PC鋼筋處理生產線由于生產量大，因此考核此生產線的優劣，除產品質量外，能耗指標是一個重要方面。日本Neturen公司曾采用過感應電阻加熱法，曾報道每噸鋼筋能節約160kW·h電。美國應達公司（Inducto Heat Inc.）采用雙頻加熱，其目的也是節能。PC鋼筋主要用作PC電桿、基樁、鐵筋籠等。日本PC鋼筋ULBON形狀如圖4-86所示。

圖4-86 PC鋼筋ULBON形狀

1.美國鋼筋熱處理生產線

美國應達公司（Inducto heat Inc.）推薦一套用于處理建筑結構、橋墩、混凝土支柱用的預應力混凝土鋼筋的感應淬火、回火系統。此系統也可用于制造其他凹螺紋鋼筋、鋼絲、圓鋼棒。凹螺紋鋼筋淬火、回火處理后達到了SBPD110／125和130／145的力學性能。

此系統設計處理Φ6～Φ12mm鋼筋，以35m／min移動速度進給。系統采用一臺中頻逆變器預熱，一臺固態高頻逆變器作淬火前的最后加熱，另外一臺中頻逆變器作回火用。淬火前的加熱溫度為940～950℃，回火溫度為400℃。系統還配有鋼筋進給脫空保護，與進給速度相對應的功率控制，循環冷卻水泵站和淬火冷卻介質循環系統。唯一的一個控制柜把所有的主要操作功能連鎖在一起。

PC鋼筋感應淬火、回火生產流程如圖4-87所示：

鋼筋→除黑皮→冷拔→重整→預熱（居里點以下）→加熱（居里點以上）→淬火→吹干→回火加熱→冷卻→吹干→卷捆。在卷捆筒前設有一切斷機，當卷捆滿盤時開動。

圖4-87 PC鋼筋生產流程示意圖

2.國產鋼絲、鋼筋感應熱處理生產線

國內鋼絲、鋼筋熱處理生產線已經歷了多年的研制、生產與改進，從凹螺紋預應力管樁鋼絲生產線開始，發展到不銹鋼絲、低松弛鋼絲及鋼絞線、彈簧鋼絲等多個品種生產線。生產線組成由單線發展為雙線；電源配置由晶閘管中頻與電子管超音頻相結合，發展為晶閘管中頻與IGBT晶體管電源相組合，達到能耗降低、生產率提高的目的。表4-8列出了國產各種鋼絲生產線的配置。

管樁鋼絲熱處理生產線，從單線生產發展為雙線生產，要解決兩根鋼絲的負荷溫度均勻問題。采用雙線生產除提高生產率外，占地面積幾乎和單線一樣無須擴大廠房；設備投資費與單線比略有增大；經生產單位核算，每噸鋼材還能節省50kW·h電能。因此，雙線生產具有更廣闊的前途。與國際上同類產品比，雙線生產具有先進性。

表4-8 各種鋼絲生產線的配置（天津金能電力電子有限公司資料

近年來PC鋼筋線又有許多改進，其加熱過程從兩段改進為三段：從室溫～400℃用250kW／4kHz，400～720℃用200kW／8kHz，700～1000℃用300kW 80kHz，回火電源用250kW／4kHz。浙江一家公司則用350kW／6kHz預熱250kW／20kHz加熱，160kW／50kHz穩定加熱，160kW／4kHz回火。對于輪胎鋼絲（Φ1.8～Φ2.2mm）及較細的彈簧鋼絲，我國也開始使用感應加熱替代鉛浴加熱這種有污染的工藝。

圖4-88所示為管樁鋼絲雙線熱處理過程示意圖。

4.5.4 雙頻齒輪感應淬火生產線

下面介紹美國TOCCO公司設計制造的一條內齒輪及恒星齒輪的雙頻感應淬火生產線。

1.內齒輪感應淬火

此生產線內齒輪每次卸下一件，由相對而立的兩個氣缸操縱。當工件處于1號裝料位置，一個接近開關動作，使氣動往復桿推工件到淬火工位。此工位有一個可變速度的伺服驅動及垂直掃描的托架。齒輪到達淬火工位，另一個接近開關動作，于是，立式掃描器將內齒輪從往復桿上托起，并把工件放到感應器下面的定向位置。有兩個接近開關用作專用的定位指示，如果定錯位置，工件即回到往復桿，以便再次裝料

圖4-88 管樁鋼絲雙線熱處理過程示意圖

錯位1s，機床即停止運轉，與此同時，一個診斷顯示屏幕指示出工件不在淬火工位。如果內齒輪定位正確，為工件定向工位所接受，掃描機構將把它送入感應器。一旦感應器位于內齒輪中，中頻電源開始進行加熱，工件旋轉，同時掃描機構使工件下降，使感應器掃描并預熱內齒輪的全長。圖4-89所示為內齒輪中頻預熱、高頻掃描淬火示意圖。

圖4-89 內齒輪中頻預熱高頻掃描淬火示意圖

中頻預熱完成后，掃描定位器上升，回到原來位置，電源轉換開關轉接到高頻電源，工件再次旋轉下降，將預熱過的齒輪用高頻進行掃描并淬火淬火后的內齒輪降下到往復桿后，往復桿推工件到回火工位，其定位信號動作與淬火工位相同?；鼗鹗且淮渭訜岱绞?，回火時工件是旋轉著的?；鼗鸸β瘦^小，是在齒輪高頻感應淬火的間段時間進行的。

回火工序完成后，齒輪降到往復桿上，推向冷卻工位，由噴淋頭冷卻到裝卸溫度，然后工件被推向分檢工位（合格或剔出）。剔出是由許多檢測裝置所確定的。如果內齒輪被確定剔出，則裝在側面的一個氣動卸料桿將水平地將該齒輪推動，并滑到剔出卸料箱；如果齒輪合格則推到出料箱。

2.恒星齒輪的淬火與回火

此淬火機構動作與內齒輪淬火機床相似，工件是在感應器中進行一次加熱的，如圖4-90所示。

圖4-90 恒星齒輪雙頻感應淬火示意圖

中頻預熱及高頻加熱時，工件均是旋轉的。高頻加熱后，淬火冷卻介質從組合式感應器中噴出。由于恒星齒輪的結構特點，在它進入回火工位前，必須將附存的淬火冷卻介質清除掉。有一個工件輕抖動工位將恒星輪托起呈110°角度，并進行抖動，將附存的淬火冷卻介質排除?；鼗鸸ば蚴褂弥蓄l，正好是高頻加熱此齒輪的時間階段?；鼗饡r工件也轉動著，隨后回火后的齒輪進入冷卻工位。噴淋冷卻后，再次輕抖動，除水后進入檢驗工位，進行合格及剔除分選。

此生產線由兩臺100kW、10kHz中頻固態電源組成，一臺用于內齒輪，另一臺用于恒星齒輪，高頻電源為200kW、450kHz。

3.檢測儀表及其控制

掃描速度、加熱周期和淬火冷卻由程控器（Modicon 984）控制；還有輸入及輸出卡片、程序設計器（480 Gould）、伺服控制器（410 Gould）、DC電動機控制器用以控制工件回轉速度。伺服控制器用以控制掃描速度，故障診斷屏幕顯示故障，能量監控器提供真實能量，淬火、回火感應器上均有接地保護。如果工件與感應器相碰，故障會在屏幕顯示，機床會停止工作。

4.水冷系統

水冷系統由不銹鋼水泵、板式換熱器、浮子式開關、水溫監測器、自動調溫閥等組成。