EFD感应热处理技术

易孚迪感应设备（上海）有限公司客户中心总经理 黄壮飞

EFD公司是1996年由欧洲多家历史悠久的感应设备、感应电源公司合并成立。EFD拥有60多年的感应热处理设备和工艺经验，在全球销售的热处理设备超过了2万台，是欧洲最大的感应热处理设备制造商，可以提供很多的热处理经验与客户分享。EFD总部在挪威希恩市，感应淬火机床技术中心在德国弗莱堡市。

易孚迪感应设备（上海）有限公司是由EFD公司于2001年在上海独资建立，至今为国内提供感应淬火机床超过300多台。

EFD感应加热电源

感应电源的发展趋势是其主控制模块采用全数字控制方式，核心部分从低频到高频，都采用IGBT逆变模块，该模块耐用性比较好，在复杂恶劣的环境工况下工作不会损坏，电源输出电路根据需要或采用串联补偿或采用并联补偿。

为了提高效率、节能，尤其减少工厂投资，我们在初级整流方面采用二极管全整流电路。优势就是电源的功率因数是恒定的，而且都是在95%以上，这对于节能十分有利。

匹配箱是根据具体的应用经计算选择合适的变压器、电容，只有在这种情况下才能实现要求的加热频率，在该频率下尽可能实现满功率输出。

普通淬火机床的接地保护，只是在没有加热之前调试的时候看一下感应器和工件的间隙，实际工作的时候大部分把此功能关闭了，而EFD的感应加热电源在加热过程中，工件与感应器相互实时接地保护。

对于感应加热电源在工作中，我们会对其输出功率、频率、电压、电流实时数字监控，运行曲线都会显示在计算机屏幕上，一旦超出设定的上下限，控制系统会给出报警，同时便于查找原因。

感应电源与具体应用密切配合，如果把一个通用的电源用在一个特殊的实例中，会出现频率不是想要的频率，输出的效率也会很低，300kW的电源实际输出也就可能只有100kW，最大不会超过150kW。

EFD感应淬火机床

1.曲轴淬火

EFD的曲轴淬火机床可实现圆角淬火和非圆角淬火，对于曲轴的连杆颈、曲轴颈、法兰和油封端的淬火都能实现。对曲轴还可实现余热回火、感应回火，曲轴感应线圈寿命长，最基本的可达到5万次加热，中间只需一些简单的维修，我们现在的技术正向10万次的加热靠近。曲轴热处理的变形控制很重要，EFD一般桥车的曲轴感应热处理变形正常控制在0.2mm以下。德系车、日系车和北美车曲轴感应热处理对电源的要求是有差别的，因此，针对不同客户要提供不同的功率和频率。EFD的全自动曲轴淬火机床，可以采用机器人上下料，也可采用小车式的上下料，如果生产节拍比较高时，也可采用步伐机式上下料。另外，EFD重型的曲轴淬火机床所加工的曲轴长度可达10m。

2.凸轮轴淬火

对于凸轮轴的淬火国内可能大多还是采用扫描式淬火，用一个圆线圈从上到下的扫描，国外现在主要采用仿形淬火，为了提高效率，在一个工位可以对两个凸轮轴同时淬火。采用仿形淬火，淬硬层分布非常均匀，圆形扫描淬火时桃尖部分淬硬层厚度较大，其他地方较浅，凸轮实际使用时就会出现裂纹或材料剥落的现象，仿形淬火就可避免这种问题。如果凸轮轴之间的空间比较小，淬其中一个凸轮轴时，另外一个凸轮轴可能就回火了，这时候EFD就采用3个凸轮轴同时仿形淬火。EFD全自动凸轮轴淬火机床，采用机器人上下料，如果考虑到节约成本，也可采用双工位凸轮轴淬火机床（一台电源两个输出轮流切换，当一个凸轮加热完喷淋时切换到另外一个凸轮加热），如果还想提高效率，EFD还可提供四工位凸轮轴淬火机床。

3.小齿轮的仿形淬火

这种淬火方式EFD也申请了专利，该技术需要的是双频或多频电源，短时间、大功率加热，低频段起到预热的效果，高频段起到淬火的效果。EFD的计算机仿真很早就使用了，仿形淬火的功率和频率如果选择不合适，淬出来的零部件就是废品，通过计算机模拟试验和仿真计算，事先确认所需的功率、频率和淬火参数，以及线圈结构，实际淬火结果与计算机模拟非常接近。

4.大型齿圈和滚道淬火

对于模数在6以上的齿圈，这时候就需要单齿淬火，主要是对齿沟和齿廓的单齿淬火，EFD的淬火机床配有一个探针，在加热之前会自动对每一个齿的位置精确检测，然后把位置信息传递给控制系统，控制系统对感应器进行定位，从而实现精确的齿轮淬火。无软带淬火也是EFD的专利技术，目前，已经成功卖出多台无软带淬火机床，客户有SKF、舍弗勒等大型的轴承制作厂家，EFD卖的无软带淬火机床的回转支承的直径已经达到8m，现在正在研究≥10m的机床。对于产量不高的大齿圈，客户想节约空间，EFD有悬臂式的淬火机床，操作比较方便，臂上的感应器伸出来缩回去，上下料比较方便，节约了占地面积，该结构的机床加工工件直径可达4m。如果专门对滚道淬火，EFD还有倾斜式淬火机床，生产效率比较高，加工直径上海EFD做过6m的案例，直径还可再大。EFD双头龙门式淬火机床，既可用于齿的淬火，也可用于沟道的淬火，沟道的淬硬层深度一般要求6mm，甚至有的达8mm，一个头加热往往达不到所要求的深度，为了提高生产率，减少裂纹产生，采用双头，一个头提供预热，另一个头进行淬火。

5.滚珠丝杠的淬火、回火

EFD的滚珠丝杠的淬火机床也是全自动的，丝杠可开好槽淬火，也可对圆棒进行淬火，淬火之后再采用硬铣开槽。EFD卧式机床上可同步进行淬火和回火，自动上下料。

6.导轨淬火、回火

行业现在对导轨的淬火要求越来越高，为了减小变形，并达到均匀的淬火深度，导轨淬火发展的趋势是采用3个工位，对材料进行预热、淬火和回火，EFD淬火机床整个上下料也是全自动的，目前国内已经有一家导轨企业在应用。

7.轿车转向器齿条的淬火、回火

EFD拥有比较先进的转向器齿条全自动淬火、回火技术，对于齿条的淬火有感应淬火和导电淬火两种技术。感应淬火技术成本比较高，但感应热处理后齿条的质量、性能比较好，因此一般齿条都采用感应淬火技术。EFD的齿条全自动淬火机床（见图1）上下料都采用机器人或龙门架机械手。EFD全自动导电淬火机床主要是对齿条的杆部进行扫面淬火，对齿部进行导电淬火，接下来对整个齿条采用感应回火。目前，国内外的一些企业，为了节约设备的成本，提高齿条的力学性能，很多对齿背和齿都采用导电淬火，EFD在国内也有相应的齿条加工客户。为了提高加工效率，EFD可以在同一个工位对3个齿条进行同时的感应淬火，然后在另外一个工位进行回火。对于齿条的感应淬火、回火，功率和频率的选择，以及感应器的形状是相当重要的参数，齿条在热处理过程中很容易发生变形，如何控制变形也是比较关键的技术。

图1 全自动齿条感应淬火、回火机床

8.等速万向节的淬火、回火

现在的发展趋势都是全自动淬火，同时还要附加一些辅助功能，比如自动上下料台，对于内腔和杆部在淬火前还可实现清洗，之后还可实现打标，利用涡流检测设备实现裂纹和淬硬层深度的检测，然后对工件进行防锈，放到下料工作台，整个过程都是全自动完成，EFD整个热处理单元的加工过程的节拍可以到20～25s/件。我们也可把感应回火工序集成在感应淬火中，加工节拍一般在25～30s/件。

9.二代/三代轮毂轴承的淬火、回火

图2 轮毂轴承全自动淬回火机床

轮毂轴承分内圈和外圈，EFD轮毂轴承的全自动热处理单元（见图2）由两部分组成，一部分加工内圈，另一部分加工外圈，在一台机床上相同生产节拍下对轮毂轴承的内外圈同时进行热处理，加工效率就会非常高，包括淬火和回火，生产节拍在12s/件。

10.同步器齿套感应加热压淬、回火

原来在炉子里进行渗碳的热处理，现在很多用户需要对齿套进行压淬。对表面的含碳层感应加热之后，到下一个工位进行喷淋，这个过程中对工件的变形要求是很高的，喷淋的过程中要限制变形，对模具的要求很高，EFD是采用3个工件同时进行加热、淬火和回火，回火中用红外传感器进行温度监控，整个热处理过程中有输送带对工件进行全自动上下料。