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    感應淬火機床的選購及應用技術

      美國某公司委托我廠生產一種齒圈,結構如圖1所示,該工件應用于AT/6L90變速箱項目。齒圈內孔部位需要進行感應淬火,材料為60鋼,國內替代材料成分符合標準GB3077—2015。

    圖片 1

      圖1 齒圈結構

      1.工件熱處理要求

     ?。?)內孔感應淬火+回火。

     ?。?)回火后的表面硬度為58~64HRC。

     ?。?)淬硬層分布如圖2所示,兩端3mm處1.5~3.5mm,兩端4mm以內區域2~4mm。

     ?。?)不能有淬火裂紋。

     ?。?)外花鍵精度按DIN3962標準為9級,外花鍵M值(mm):153.035±0.06/φ5.0。

    圖片 2

      圖2 熱處理模式

      2.設備能力需求計算及確定設備廠家

     ?。?)我公司能夠承接國外高端用戶業務的關鍵條件就是在保證產品質量的前提下,其產品報價要較大幅度地低于國外產品的現有價格。對于圖1所示工件,我們在得到用戶市場需求的相關信息后,快速對工件圖樣進行了技術評審,并針對其產能提升需求和質量高要求的原因提出了“新品零件設備需求計算與規劃要求”。熱處理方面需要新購置一臺感應淬火設備,加工節拍21s。我們發出設備采購信息后不久有兩家外資公司的人員來洽談業務。經過兩輪交流后他們都同意了我們所提的要求,遞交了技術協議并報價,兩家的報價在370~400萬元。之后在較長一段時間里我們沒有收到其他單位的技術協議與報價。于是我們決定擇日再組織一次會議,將以上兩家的技術方案與報價做一次綜合性評審,然后選定廠家簽訂合同。

     ?。?)一次突來的樣件準備工作讓我們改變了之前的決定。在預定評審會議時間的前一周,我們收到國外用戶發來的信息,需要我們為其提供兩種不同基體硬度的6L90樣件去做臺架試驗,根據試驗結果確定6L90新品齒圈最終的硬度要求。按計劃6L90產品很快就上市,用戶反復強調讓我們快速提交樣件。在此之前我們已經為該用戶提供著一種6L80齒圈,新品6L90齒圈與6L80齒圈材料相同,形狀尺寸也非常接近,最大不同在于6L80齒圈只是半成品,工件的熱處理由用戶自己去完成。這次用戶能夠同意我們為其提供成品6L90齒圈,對天海來說無論是在技術上還是在產品利潤上都是一次提高,我們必須把握住這次難得的機會。以上幾方面的因素讓我們在6L90齒圈的備料和機加工作上也都占盡了優勢,三周的時間我們就完成了熱處理前所有工序。在熱處理環節上,我們及時聯系了參與競標的那兩家外資設備單位,商談讓其先幫我們完成樣件的熱處理加工。對方同意但需要投入新工裝,按其內部流程行事,其準備時間要比我們的預期長好多,同時需要支付對方數萬元的試驗費用。為了最大限度地壓縮準備時間,公司決定由我們自己先在車間現設備上快速做熱處理試驗,視試驗結果再定下一步具體計劃。自2006年起我公司承接美國迪爾公司的業務中有兩種輪邊減速器齒圈熱處理中都涉及到感應淬火。其中一種工件的外徑490mm、厚度46mm,另一種工件外徑380mm、厚度70mm。為此我們先后在國內購置了兩臺專用中頻感應設備。兩種工件采用的都是一次加熱工藝,加熱時間控制在28s以內,工件內齒精度可到9級。多年來質量控制很穩定,在感應淬火技術上積累了一些經驗,能為這次樣件試驗提供借鑒。

     ?。?)我們快速完成工裝設計并配合現場制作完畢,之后在現有的感應設備上進行了試驗。從試驗結果看較為理想,除了淬硬層兩端的形狀與圖樣有些出入之外,其他項目都符合要求。與國外用戶技術溝通后用戶認同了此次試驗結果。正是這次6L90新品樣件試驗的順利完成,使我們改變了購置外資公司設備的決定。我們主動與國內現有感應設備的生產廠家取得聯系,交流合作意向,并積極配合設備廠家做工藝試驗。設備廠家響應我們的建議,快速制定完成了技術協議,在報價上更是表現出十分的誠意,價格不足外資公司報價的50%,并承諾設備節拍滿足要求。該廠家總經理的那句“努力一把當做為中國的感應事業做貢獻了”的話讓我們一直不能忘懷。

      3.確定淬火機床技術方案

     ?。?)淬火機床結構設計該淬火機床配有一條上料滑道和一條卸料滑道,工作臺圓周均布4個工位。工作臺采用分割器驅動結構設計,可實現快速轉動定位,結構簡潔緊湊,維護方便。圖3為淬火機床實物。正視機床前身,工作臺的正前方為上下料工位,右側為加熱淬火工位,正后方為清洗工位,左側為回火工位。床身前端橫向滑道上懸置著機械手架,可實現機械手架整體的左右、上下動作。機械手架兩端并列安裝著氣動卡爪,右端卡爪在上料滑道上進行抓料的同時左端卡爪可抓起上下料位置的工件,二者隨著機械手架整體移動至左側位置后,原上料滑道上的工件被移到上下料工位,原上下料工位工件同時移到下料滑道位置。

     ?。?)以單工件循環加工為例說明一下循環動作(俯視布局如圖4所示)。第一步上料滑道上的工件由機械手抓起左移放到上下料工位;第二步工件隨工作臺逆時針旋轉90o后移至加熱工位,在此完成感應加熱淬火;第三步工作臺轉動90o后工件移動到清洗工位完成清洗;第四步工作臺轉動90o后工件被移至回火工位完成回火;第五步工作臺轉動90o后工件被放至在上下料工位。在下一循環中工件由上下料位置被移到卸料滑道,至此完成整個感應熱處理工序。

    圖片 3

      圖3 工作臺實物

    圖片 4

      圖4 俯視局部

     ?。?)防錯機構應用6L90齒圈軸向是非對稱結構,循環加工時為避免工件放反引起兩端面處淬硬層的變化,我們在取料環節上做了防錯設計。利用工件兩端止口直徑的不同,將卡爪結構增加了一個階梯,卡爪階梯直徑比工件止口直徑小的一端大1.5mm、比工件止口直徑大的一端小1.5mm。按規定循環加工時,工件帶卡簧槽端即止口直徑大的一端向上放置。一旦將工件止口直徑小的一端向上放置,那卡爪階梯處因直徑大于工件止口直徑而被卡在上面不能向下動作,淬火機床感應不到卡爪氣缸下位信號停止下步動作并報警提示,可有效避免不良品的產生。

      4.驗收淬火機床時遇到的問題及解決措施

     ?。?)設備制造完畢后雙方約定時間對加床進行預驗收。首先檢測機床靜態精度,結果符合協議要求。之后在關閉加熱電源的狀態下空運行循環4h也未發現異常,預警有效受控。接下來我們開通加熱電源試加工了一個工件。檢測后發現加工件的淬硬層形狀呈小月牙形,整體寬度明顯小于圖樣要求。事后我們將淬火機床的設定功率和加熱時間做了調整后再次試加工了兩個工件,結果淬硬層整體寬度提高的幅度都不大,但淬硬層中間區域的弧度變大了,如圖5所示。我們討論后認為只有重新制作感應器來解決問題。同時我們想如果按圖6方式只是將感應器高度增加,那整體淬硬層的寬度可以達到要求。但按前期的試驗結果推理,淬硬層整體中間部位的深度可能會接近工藝要求的上限,這并不是理想狀態。最好的結果是淬硬層兩端處在滿足圖樣要求的情況下,中間區域淬硬層的厚度一致且控制在中限偏下一點為宜,因為這種狀態下工件的變形最小,工藝的調整空間最大。

    圖片 5

      圖5 通徑感應器對應結果

    圖片 1

      圖6 通徑感應器結構

     ?。?)為此我們將感應器設計成如圖7所示的結構,兩端各有一個臺階,整體的高度在25 mm的基礎上只是增加了2mm。廠家很快制作出新的感應器并再次試驗,結果如圖8所示,中間底端淬硬層寬度接近一致,兩端仿形與圖樣非常吻合,此次試驗成功。附表為圖7試樣淬硬層的檢測結果,完全符合圖樣要求。此次試驗的加熱時間是10s,淬火7s。加熱淬火工位的總共時間19s。因其他工位的加工時間都不足19s,工位旋轉定位時間小于2s,產能達標,節拍滿足了技術要求,預驗收順利通過。

    圖片 2

      圖7 兩端帶凸臺結構感應器

    圖片 8

      圖8 凸臺結構感應器的試驗結果

    圖片 9

     ?。?)終驗收階段設備需完成一次200件的連續加工,并對相關尺寸進行全檢。統計結果顯示工件的外花鍵M值在熱處理之后有0.04~0.06mm的縮小變化。為此我們將熱前工藝中外花鍵M值的公差帶整體向大處平移了0.05mm。通過熱處理前后尺寸的彌補使控制尺寸更接近于要求中線,有效降低了控制難度。自2014年以來該產品的質量控制穩定可靠,設備故障率較低,滿足了生產需求。淬火機床整體外觀如圖9所示。

    圖片 10

      圖9 機床整體外觀


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