飞轮齿圈热套硬度控制工艺

广西玉柴机器股份有限公司 （玉林 537005） 赵添常

飞轮齿圈材料为45钢，经正火、高频感应淬火并电阻炉低温回火处理，需高硬度耐磨。如附图所示，飞轮齿圈的硬度在热套入飞轮之前要求56～63HRC，热压入飞轮后要求控制在52～63HRC，飞轮齿圈与飞轮配合面端面间隙≤0.2mm。

飞轮与飞轮齿圈配合

1.原工艺分析

现飞轮齿圈热套是用传统的加热工艺，将飞轮齿圈叠放在加热框中，吊装入井式电阻回火炉，配有温度、时间自动控制仪表。加热温度（210±10）℃，升温保温时间长达2～2.5h后膨胀量才能满足热套要求。但是耗能高，最大缺点是齿圈表面硬度下降高达6HRC，达不到齿圈压装的硬度控制要求，使得齿圈被驱动齿轮磨损的现象时常发生。

飞轮齿圈加热套装到飞轮上才算完成过程加工，齿圈的硬度取决于套装时的加热温度。飞轮齿圈在箱式炉中不同加热温度保温后平均硬度见表1。

表1 不同加热温度保温后平均硬度对比（HRC）

可见，要保证加热后硬度在52HRC以上，又能达到膨胀量满足过盈装配要求，加热温度不能高过220℃，在220℃时保温时间要控制在20min以内。

2.感应加热工艺

表面温度检测采用STW20高灵敏度点温计，在零件表面点接触，液晶显示温升值，响应速度快，精度高，操作简单方便。

介于齿圈内径在400mm左右，模数为3～4，厚度20mm，考虑到加热速度与热透层深的关系，选择ZJ20系列干式自冷工频感应快速加热器加热齿圈，具有自动退磁功能，能够满足齿圈热套的过盈量及高硬度要求。工频感应器采用多层结构的导磁体。感应加热器额定功率为18kW，额定电流47A，电压380V。

在要求的相同硬度范围内，感应回火温度比传统回火温度高100～120℃。对感应淬火层的硬度梯度分析，45钢的高频感应淬火后，淬硬层硬度的平均值可用公式HRC=20+60（2C－1.3C2）计算，式中C是钢中的含碳量（0.15%～0.75%）。所以齿圈的齿部表面平均硬度为58HRC，在该部分的回火温度与试验要求基本一致。

3.快速感应加热效果

对多批次飞轮齿圈多型号进行快速感应加热，对加热前后测定硬度与炉子常规加热进行对比。

（1）井式电炉加热 温度（210±10）℃，保温2h，空冷。

（2）感应加热 温度（210～230）℃，不同齿圈型号加热时间见表2，空冷。

表2 感应加热不同齿圈型号加热时间

不同型号加热空冷后的硬度下降见表3。

表3 不同齿圈型号加热空冷后硬度下降对比

根据数据可知：井式炉加热后硬度平均下降达6HRC，而感应加热硬度下降在2.5HRC以内。

通过试验，还得出对两个齿圈同时加热的方式，比单个加热时间缩短50%以上，大大减少用电量，节约成本，提高生产效率。

在试验中，齿圈与飞轮的抱紧力，齿圈圆度并未发现变形，齿圈与飞轮配合面端面间隙满足要求。实践证明，快速感应加热能控制硬度要求，避免硬度下降造成的隐患。