半轴中频淬回火专机的工艺改造

朱国元

（常州东风农机集团有限公司,江苏常州213012）

1 问题的提出

拖拉机半轴的中频淬火是典型的热处理工艺，一般中频淬火工艺是感应淬火＋低温回火。我公司的中频感应淬火是由一台立式中频淬火机（如图 1）承担，低温回火由箱式加热炉承担，立式淬火机的工作原理是机床通过顶尖带动工件旋转（350r/min）并在感应线圈中以5～10mm/s的速度向下移动，中频电源（4100Hz/100kW）驱动淬火变压器工作使固定不动的感应线圈加热，冷却中频电源、淬火变压器及感应线圈的内外循环冷却系统同时开始工作，淬火结束时工件已基本浸入水中，已淬火的工件集中放入箱式炉中进行低温回火（180℃～230℃），保温90～120min后将工件取出空冷至常温，这样就完成了中频淬火的全过程，立式淬火机由于其设备陈旧及缺乏数控系统，造成工件不同外圆的淬火硬度和深度均不同，随着我公司轮拖质量和产量逐年提升，原先的立式淬火机已不能满足生产要求。

2 中频淬回火专机的调研及设计要求

近年来，为了提高工艺水平，我公司多次组织工艺人员到日本井关（拖拉机）公司进修及访问，在井关公司机加工车间里，工艺人员看到他们的半轴中频淬火工艺是在一台机床上完成的，即感应淬火线圈在半轴上走一个来回（4～5min）就完成了感应淬火+低温回火的中频淬火热处理过程。为尽快提升中频淬火的加工质量及生产能力，公司决定学习日本的先进技术，自主设计改造卧式半轴中频淬回火专机。

半轴中频淬回火专机（见图2）主要由淬火电源、回火电源、淬火变压器和感应线圈、用于冷却淬回火电源、淬火变压器及感应线圈的内部循环冷却水装置、感应线圈外部循环冷却水装置、驱动半轴转动和感应线圈运行的机床以及操作控制台等七部分组成。在专机改造启动之前，为了获得可靠的热处理技术的支持，我们对杭州、苏州及无锡等许多热处理电器公司进行了调研，最终选择了一家无锡电器公司。

3 中频淬回火专机的工作原理及改造

在无锡电器公司（该公司提供淬火变压器、淬回火电源及内部冷却循环装置）的合作支持下，我公司对一台已经报废多年的半自动仿形车床进行了修复改造，通过改进设计主电机（由11kW改为3kW）、皮带轮、尾架顶尖和交换齿轮等恢复改进了机床的传动系统，使机床转速（350r/min）满足中频淬火工艺的要求，设计了数控系统及气动装置，取代了机床原有的液压系统及刀架，使该机床能携带淬火变压器和感应线圈以不同的速度运行，从而确保半轴各档外圆表面获得相同的硬度和深度。

中频淬火的工作原理是首先机床主电机通过传动系统驱动半轴旋转，其次数控电机通过滚珠丝杠带动淬火变压器及感应线圈在半轴上向左移动，然后淬火电源按设定频率和功率（淬火频率3100Hz，功率80kW）驱动淬火变压器工作，使感应线圈加热至850℃～900℃，同时用于冷却淬火电源、感应线圈及淬火变压器的内外部冷却水开始循环冷却供水。线圈走到终点时淬火电源停止工作并切换到50kW的回火电源（回火频率800Hz）工作，线圈外部冷却水同时停止供水（内部冷却循环系统由淬火电源转换到回火电源），回火电源按设定频率和功率（淬火频率800Hz，功率50kW）驱动线圈低温加热至250℃～300℃，线圈开始从终点走回到起点，线圈回到起点时，机床、回火电源及内部冷却系统停止工作。

4 中频淬回火专机的关键技术

专机改造的主要部件是淬回火电源、淬火变压器及感应线圈，而淬回火电源和淬火变压器是热处理电器专业公司的成熟产品，因此专机的关键技术是感应淬火线圈的设计与制造。在电器公司设计的感应线圈两次试验失败的情况下，我公司决定自主设计制造，我们在总结经验教训的基础上设计制作了感应线圈，该感应线圈采用45°角喷射冷却水，既保证了淬火硬度及深度的要求，又保证了工件的冷却效果。最初由于我们对感应线圈的内部冷却要求没有完全掌握，导致感应线圈在试验中因局部发热而烧坏，根据烧坏的部位，我们确定感应线圈烧坏的原因是冷却水在盲孔部位不能流动而形成积水，积水的温度随着感应线圈加热而不断升高，这种现象必然造成感应线圈烧坏，为此我们将盲孔打通形成循环冷却管路，解决了感应线圈的冷却问题，感应线圈（见图3）的使用寿命达到了预期的要求（半年以上）。

5 中频淬回火专机的冷却水循环

中频淬回火专机在淬火过程中，工件冷却需连续不断供应冷却水，夏天加工时，由于循环水池的气温太高，只能用自来水代替冷却水，而从工件上流下来的热水只能白白地流掉，为了节省水资源，我们安装了冷凝装置，确保了中频淬回火专机的正常工作。

6 结语

中频淬回火专机的改造成功不仅提升了公司的热处理生产能力，节省了设备投入，而且是公司热处理工艺的创新，它改变了热处理回火需2～3h的加工方式（中频淬回火只需4min），使热处理设备并入冷加工生产线变为现实，缩短了工艺流程和节拍，减少了人工及机械搬运，为公司推行精细化生产管理及提升实物质量创造了较好的工艺基础。