Osiąganie wysokiej jakości hartowania dużych kół zębatych ząb po zębie za pomocą nagrzewania indukcyjnego
W przemyśle wytwórczym duże koła zębate odgrywają kluczową rolę w różnych zastosowaniach, takich jak ciężkie maszyny, turbiny wiatrowe i sprzęt przemysłowy. Aby zapewnić ich trwałość i wydajność, konieczne jest zastosowanie procesu hartowania zębów kół zębatych. Jedną z najskuteczniejszych metod hartowania ząb po zębie w dużych przekładniach jest nagrzewanie indukcyjne.
Ogrzewanie indukcyjne to proces wykorzystujący indukcję elektromagnetyczną do szybkiego nagrzewania powierzchni zębów przekładni. Poprzez zastosowanie prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości do cewki, generowane jest pole magnetyczne, które indukuje prądy wirowe na powierzchni zęba koła zębatego. Te prądy wirowe powodują miejscowe nagrzewanie, umożliwiając precyzyjne i kontrolowane utwardzanie każdego pojedynczego zęba.
Hartowanie ząb po zębie przy użyciu nagrzewania indukcyjnego ma kilka zalet w porównaniu z innymi metodami hartowania. Po pierwsze, zapewnia równomierny rozkład twardości na zębach przekładni, co skutkuje zwiększoną odpornością na zużycie i nośnością. Jest to szczególnie istotne w przypadku dużych kół zębatych, które są poddawane dużym obciążeniom i trudnym warunkom pracy.
Po drugie, nagrzewanie indukcyjne umożliwia selektywne hartowanie, co oznacza, że nagrzewane są tylko zęby koła zębatego, podczas gdy reszta koła pozostaje względnie nienaruszona. Minimalizuje to ryzyko zniekształceń lub wypaczeń, które mogą wystąpić w przypadku innych metod obróbki cieplnej, które obejmują ogrzewanie całego koła zębatego. Precyzyjna kontrola nad procesem nagrzewania pozwala na ukierunkowane hartowanie, co skutkuje wysokiej jakości, stabilnym wymiarowo kołem zębatym.
Hartowanie indukcyjne Hartowanie indukcyjne małych, średnich i dużych kół zębatych odbywa się przy użyciu techniki ząb po zębie lub metody obwiedniowej. W zależności od rozmiaru koła zębatego, wymaganego wzoru twardości i geometrii, koła zębate są hartowane indukcyjnie poprzez otoczenie całego koła zębatego cewką (tzw. "hartowanie wirowe kół zębatych") lub w przypadku większych kół zębatych, podgrzewając je "ząb po zębie", gdzie można osiągnąć bardziej precyzyjny wynik hartowania, chociaż proces ten jest znacznie wolniejszy.
Hartowanie dużych kół zębatych ząb po zębie
Metoda "ząb po zębie" może być wykonywana w dwóch alternatywnych technikach:
"tip-by-tip" stosuje tryb pojedynczego nagrzewania lub tryb skanowania, cewka indukcyjna otacza korpus pojedynczego zęba. Metoda ta jest rzadko stosowana, ponieważ nie zapewnia wymaganej wytrzymałości zmęczeniowej i udarności.
Bardziej popularna technika hartowania "szczelina po szczelinie" stosuje tylko tryb skanowania. Wymaga ona symetrycznego umieszczenia cewki indukcyjnej pomiędzy dwoma bokami sąsiednich zębów. Szybkość skanowania cewki indukcyjnej wynosi zazwyczaj od 6 mm/s do 9 mm/s.
Stosowane są dwie techniki skanowania:
- cewka indukcyjna jest nieruchoma, a przekładnia ruchoma
- koło zębate jest nieruchome, a wzbudnik jest ruchomy (bardziej popularne w przypadku hartowania kół zębatych o dużych rozmiarach)
Cewka indukcyjna utwardzana indukcyjnie
Geometria induktora zależy od kształtu zębów i wymaganego wzoru twardości. Induktory mogą być zaprojektowane tak, aby ogrzewać tylko korzeń i/lub bok zęba, pozostawiając wierzchołek i rdzeń zęba miękkie, twarde i plastyczne.
Symulacja pomaga zapobiegać przegrzaniu
Podczas opracowywania procesów hartowania kół zębatych ząb po zębie, szczególną uwagę należy zwrócić na efekty elektromagnetyczne na końcach/krawędziach i zdolność do zapewnienia wymaganego wzoru w obszarach końcowych kół zębatych.
Podczas skanowania zęba koła zębatego temperatura rozkłada się dość równomiernie w korzeniach i bokach koła zębatego. Jednocześnie, ponieważ prądy wirowe tworzą ścieżkę powrotną przez bok, a w szczególności przez wierzchołek zęba, należy zachować odpowiednią ostrożność, aby zapobiec przegrzaniu obszarów wierzchołka zęba, w szczególności na początku i na końcu utwardzania skanowania. Symulacja może pomóc w zapobieganiu tym niepożądanym efektom przed rozpoczęciem procesu.
Przykład symulacji
Skanowanie ząb po zębie obudowy do hartowania kół zębatych z częstotliwością 12 kHz.
Chłodzenie natryskowe jest również symulowane, ale nie jest widoczne na obrazach wynikowych. Efekt chłodzenia jest stosowany do górnej i bocznych powierzchni dwóch zębów, a także przesuwa strefę chłodzenia za cewką indukcyjną.
Hartowany profil 3D w kolorze szarym:
Pionowy przekrój profilu utwardzonego 2D: CENOS pozwala łatwo wizualizować, jak utwardzony profil staje się głębszy, jeśli moc nie zostanie zmniejszona lub wyłączona pod koniec biegu. 
Gęstość prądu na sprzęcie:
Dodatkowo, nagrzewanie indukcyjne zapewnia szybkie nagrzewanie i chłodzenie, skracając całkowity czas obróbki w porównaniu do konwencjonalnych metod. Jest to szczególnie korzystne w przypadku dużych kół zębatych, ponieważ pomaga poprawić wydajność produkcji i obniżyć koszty.
Aby uzyskać hartowanie dużych kół zębatych ząb po zębie za pomocą nagrzewania indukcyjnego, wymagany jest specjalistyczny sprzęt. System nagrzewania indukcyjnego składa się zazwyczaj z zasilacza, cewki lub induktora oraz układu chłodzenia. Koło zębate jest umieszczane w cewce, a zasilacz jest aktywowany w celu wytworzenia wymaganego ciepła. Parametry procesu, takie jak moc, częstotliwość i czas nagrzewania, są dokładnie kontrolowane w celu uzyskania pożądanego profilu twardości.
Podsumowując, hartowanie dużych kół zębatych metodą ząb po zębie z wykorzystaniem nagrzewania indukcyjnego jest wysoce skuteczną i wydajną metodą. Zapewnia ona równomierny rozkład twardości, selektywne hartowanie i krótki czas obróbki, co przekłada się na wysokiej jakości, trwałe koła zębate. Jeśli zajmujesz się produkcją dużych kół zębatych, rozważenie zastosowania nagrzewania indukcyjnego do hartowania ząb po zębie może znacznie poprawić wydajność i trwałość twoich produktów.
