Высококачественное упрочнение зубьев крупных зубчатых колес с помощью индукционного нагрева
В обрабатывающей промышленности крупные зубчатые колеса играют важнейшую роль в различных приложениях, таких как тяжелые машины, ветряные турбины и промышленное оборудование. Чтобы обеспечить их долговечность и работоспособность, необходимо применять процесс закалки зубьев шестерен. Одним из наиболее эффективных методов закалки зубьев крупных шестерен является индукционный нагрев.
Индукционный нагрев это процесс, использующий электромагнитную индукцию для быстрого нагрева поверхности зубьев шестерни. При подаче высокочастотного переменного тока на катушку создается магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в поверхности зубьев шестерни. Эти вихревые токи создают локальный нагрев, позволяя точно и контролируемо упрочнять каждый отдельный зуб.
Закалка зубьев с использованием индукционного нагрева имеет ряд преимуществ перед другими методами закалки. Во-первых, она обеспечивает равномерное распределение твердости по зубьям шестерни, что приводит к повышению износостойкости и несущей способности. Это особенно важно для крупных зубчатых колес, подвергающихся большим нагрузкам и жестким условиям эксплуатации.
Во-вторых, индукционный нагрев позволяет производить выборочную закалку, то есть нагреваются только зубья шестерни, а остальная часть шестерни остается относительно незатронутой. Это сводит к минимуму риск деформации или коробления, которые могут возникнуть при других методах термообработки, предполагающих нагрев всей шестерни. Точный контроль над процессом нагрева позволяет осуществлять целенаправленную закалку, в результате чего получается высококачественная, стабильная по размерам шестерня.
Индукционная закалка для мелких, средних и крупных зубчатых колес осуществляется по методу "зуб за зубом" или методом окружения. В зависимости от размера шестерни, требуемой твердости и геометрии, шестерни подвергаются индукционной закалке путем обхвата всей шестерни катушкой (так называемая "спиновая закалка шестерен"), или для больших шестерен - нагревом "зуб за зубом", при этом достигается более точный результат закалки, хотя процесс идет гораздо медленнее.
Зубчатая закалка больших зубчатых колес
Метод "зуб за зубом" может быть выполнен в двух альтернативных техниках:
"Вершина за вершиной" применяется режим однократного нагрева или режим сканирования, индуктор обхватывает тело одного зуба. Этот метод используется редко, поскольку не обеспечивает требуемой усталостной и ударной прочности.
Более популярная техника упрочнения "по зазорам" использует только режим сканирования. При этом индуктор должен быть симметрично расположен между двумя боковыми поверхностями соседних зубов. Скорость сканирования индуктора обычно находится в пределах от 6 мм/с до 9 мм/с.
Используются две технологии сканирования:
- индуктор неподвижен, а шестерня подвижна
- шестерня неподвижна, а индуктор подвижен (более популярно при закалке крупногабаритных шестерен)
Индукционная закалка Индуктор
Геометрия индуктора зависит от формы зубьев и требуемой твердости. Индукторы могут быть спроектированы таким образом, чтобы нагревать только корень и/или боковую часть зуба, оставляя вершину и сердцевину зуба мягкими, прочными и вязкими.
Моделирование помогает предотвратить перегрев
При разработке процессов упрочнения зубьев шестерен особое внимание следует уделять электромагнитным эффектам на торцах/кромках и возможности обеспечения требуемого рисунка в торцевых зонах шестерен.
При сканировании зубьев шестерни температура распределяется внутри корней и боковых поверхностей шестерни достаточно равномерно. В то же время, поскольку вихревые токи проходят обратный путь через боковую поверхность и, особенно, через вершину зуба, необходимо позаботиться о предотвращении перегрева областей вершины зуба, в частности, в начале и в конце упрочнения сканирования. Моделирование может помочь предотвратить эти нежелательные эффекты до разработки процесса.
Пример моделирования
Сканирование зуба за зубом корпуса закалки шестерни на частоте 12 кГц.
Также моделируется распылительное охлаждение, но оно не видно на изображениях результатов. Эффект охлаждения применяется к верхним и боковым граням двух зубцов, а также перемещает зону охлаждения вслед за индуктором.
Закаленный профиль 3D серого цвета:
2D Вертикальный срез упрочненного профиля: CENOS позволяет легко увидеть, как закаленный профиль становится глубже, если мощность не снижается или выключается ближе к концу передачи. 
Плотность тока на передаче:
Кроме того, индукционный нагрев обеспечивает быструю скорость нагрева и охлаждения, сокращая общее время обработки по сравнению с традиционными методами. Это особенно выгодно для крупных зубчатых колес, так как помогает повысить эффективность производства и снизить затраты.
Для того, чтобы произвести закалку зубьев крупных зубчатых колес с помощью индукционного нагрева, необходимо специализированное оборудование. Система индукционного нагрева обычно состоит из источника питания, катушки или индуктора и системы охлаждения. Зубчатое колесо помещается в катушку, и источник питания включается для получения необходимого тепла. Параметры процесса, такие как мощность, частота и время нагрева, тщательно контролируются для достижения желаемого профиля твердости.
В заключение следует отметить, что закалка зубьев крупных зубчатых колес с использованием индукционного нагрева является высокоэффективным и рациональным методом. Он обеспечивает равномерное распределение твердости, избирательную закалку и быстрое время обработки, что позволяет получать высококачественные и долговечные шестерни. Если вы занимаетесь производством крупных зубчатых колес, то использование индукционного нагрева для закалки зубьев может значительно повысить производительность и долговечность ваших изделий.
