유도가열로 대형 기어의 톱니별 고품질 경화 달성
제조 산업에서 대형 기어는 중장비, 풍력 터빈, 산업 장비 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 기어의 내구성과 성능을 보장하려면 기어 톱니에 경화 공정을 적용하는 것이 필수적입니다. 대형 기어의 톱니별 경화를 달성하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 유도 가열을 이용하는 것입니다.
인덕션 가열 는 전자기 유도를 이용해 기어 톱니 표면을 빠르게 가열하는 공정입니다. 코일에 고주파 교류를 가하면 자기장이 발생하여 기어 톱니 표면에 와전류를 유도합니다. 이러한 와전류는 국부적인 가열을 일으켜 각 톱니를 정밀하고 제어 가능하게 경화시킵니다.
유도 가열을 이용한 톱니별 경화는 다른 경화 방식에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 기어 톱니 전체에 균일한 경도 분포를 보장하여 내마모성과 하중 전달 능력이 향상됩니다. 이는 무거운 하중과 가혹한 작동 조건에 노출되는 대형 기어에 특히 중요합니다.
둘째, 유도 가열은 선택적 경화가 가능하므로 기어 톱니만 가열되고 나머지 기어는 상대적으로 영향을 받지 않습니다. 따라서 기어 전체를 가열하는 다른 열처리 방법에서 발생할 수 있는 뒤틀림이나 뒤틀림의 위험을 최소화할 수 있습니다. 가열 공정을 정밀하게 제어할 수 있어 목표 경화가 가능하므로 고품질의 안정적인 치수를 가진 기어를 만들 수 있습니다.
유도 경화 소형, 중형 및 대형 기어의 경화는 톱니별 기술 또는 인서링 방법을 사용하여 수행됩니다. 기어 크기, 필요한 경도 패턴 및 형상에 따라 기어 전체를 코일로 감싸서 유도 경화하거나(소위 "기어의 스핀 경화"), 대형 기어의 경우 프로세스는 훨씬 느리지만 보다 정밀한 경화 결과를 얻을 수 있는 "치아 단위" 가열 방식으로 기어를 경화합니다.
대형 기어의 치아 단위 경화
치아별 방법은 두 가지 대체 기술로 수행할 수 있습니다:
"팁 바이 팁"은 단일 샷 가열 모드 또는 스캐닝 모드를 적용하여 인덕터가 단일 치아의 몸체를 둘러싸는 방식입니다. 이 방법은 필요한 피로도 및 충격 강도를 제공하지 않기 때문에 거의 사용되지 않습니다.
더 많이 사용되는 "갭 바이 갭" 경화 기술은 스캐닝 모드만 적용합니다. 인덕터가 인접한 치아의 두 측면 사이에 대칭으로 위치해야 합니다. 인덕터 스캐닝 속도는 일반적으로 초당 6mm에서 초당 9mm 이내입니다.
두 가지 스캔 기술이 사용됩니다:
- 인덕터는 고정되어 있고 기어는 움직일 수 있습니다.
- 기어는 고정되어 있고 인덕터는 움직일 수 있습니다(대형 기어를 경화할 때 더 많이 사용됨).
인덕션 경화 인덕터
인덕터 형상은 치아의 모양과 필요한 경도 패턴에 따라 달라집니다. 인덕터는 치아의 뿌리 및/또는 측면만 가열하도록 설계할 수 있으며, 치아의 끝과 치아 코어는 부드럽고 단단하며 연성을 유지합니다.
시뮬레이션을 통한 과열 방지
톱니별 기어 경화 공정을 개발할 때는 전자기 엔드/에지 효과와 기어 엔드 영역에 필요한 패턴을 제공할 수 있는 능력에 특히 주의를 기울여야 합니다.
기어 톱니를 스캔하면 기어 루트와 측면에 온도가 매우 균일하게 분포됩니다. 동시에 와류가 측면, 특히 치아 끝을 통해 복귀 경로를 만들기 때문에 특히 스캔 경화의 시작과 끝에서 치아 끝 영역이 과열되지 않도록 적절한 주의를 기울여야 합니다. 시뮬레이션은 프로세스를 개발하기 전에 이러한 원치 않는 효과를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
시뮬레이션 예제
12kHz에서 치아별 스캐닝 기어 경화 케이스.
스프레이 냉각도 시뮬레이션되지만 결과 이미지에는 표시되지 않습니다. 두 치아의 상단과 측면에 냉각 효과가 적용되고 인덕터를 따라 냉각 영역이 이동합니다.
회색 색상의 3D 경화 프로파일:
2D 경화 프로파일 수직 슬라이스: CENOS를 사용하면 기어 끝부분에서 전원을 줄이거나 끄지 않으면 경화 프로파일이 어떻게 깊어지는지 쉽게 시각화할 수 있습니다. 
기어의 전류 밀도:
또한 유도 가열은 빠른 가열 및 냉각 속도를 제공하여 기존 방식에 비해 전체 처리 시간을 단축합니다. 이는 생산 효율을 높이고 비용을 절감하는 데 도움이 되므로 대형 기어에 특히 유리합니다.
유도 가열을 사용하여 대형 기어를 톱니 단위로 경화하려면 특수 장비가 필요합니다. 유도 가열 시스템은 일반적으로 전원 공급 장치, 코일 또는 인덕터, 냉각 시스템으로 구성됩니다. 기어가 코일 안에 배치되고 필요한 열을 발생시키기 위해 전원 공급 장치가 활성화됩니다. 전력, 주파수, 가열 시간 등의 공정 파라미터는 원하는 경도 프로파일을 얻기 위해 세심하게 제어됩니다.
결론적으로, 유도 가열을 이용한 대형 기어의 치아별 경화는 매우 효과적이고 효율적인 방법입니다. 균일한 경도 분포, 선택적 경화, 빠른 처리 시간을 보장하여 고품질의 내구성 있는 기어를 생산할 수 있습니다. 대형 기어 제조에 종사하는 경우, 치아 단위 경화를 위한 유도 가열을 고려하면 제품의 성능과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
