Proceso de enfriamiento por inducción de frecuencia intermedia para manguito de eje estriado interno

  El enfriamiento por calentamiento por inducción se refiere al proceso en el que la pieza de trabajo se coloca en la bobina de inducción con suficiente potencia de salida y la superficie de la pieza de trabajo forma una fuerte corriente inducida bajo la acción de un campo magnético alterno de alta frecuencia, lo que hace que la superficie de la pieza de trabajo se caliente rápidamente y luego la superficie se apaga. Dado que tiene una alta eficiencia térmica, un tiempo de calentamiento corto, la superficie no es fácil de descarburación por oxidación, velocidad de calentamiento, por lo tanto, refina el grano de austenita, hace que la pieza de trabajo después del enfriamiento tenga excelentes propiedades mecánicas, y solo el calentamiento de la superficie, la deformación del enfriamiento es pequeña, fácil de realizar equipo de producción automática, alta productividad laboral, y por lo tanto ha sido ampliamente utilizado. La siguiente es la aplicación de la tecnología de tratamiento térmico por inducción en el conjunto fijo de productos de mano de obra en nuestra fábrica y el proceso de solución de problemas relacionados con la calidad.

1. Requisitos técnicos de las piezas

  La estructura del manguito de fijación (también conocido como manguito del eje con ranura interior) se muestra en la Figura 1. La longitud de la ranura interior no es inferior a 60 mm, el diámetro del extremo pequeño del contorno exterior del manguito de fijación es de 60 mm. , y el diámetro del extremo grande es de 84 mm. Hay tres orificios roscados internos M18× 1.5-7h en el manguito de fijación. El material es 40Cr (GB/ T3077-2015), y se requiere que la dureza sea de 28 ~ 32HRC. Según la norma nacional GB/T 13320-2007, la clasificación metalográfica es de 1 ~ 4 y se evalúa como calificada. Resistencia a la tracción ≥980MPa, límite elástico ≥785MPa, elongación ≥9%. Los requisitos técnicos son los siguientes: la superficie de la estría interna debe ser de enfriamiento inducido, la dureza de la superficie debe ser de 50 ~ 56HRC, la profundidad efectiva de la capa de endurecimiento por inducción debe ser ≥3 mm, la profundidad de enfriamiento de la estría interna se medirá desde la raíz del diente y la dureza de la estría interna se medirá en el medio de la estría interna. Las piezas deben inspeccionarse con un 100 % de partículas magnéticas y sin grietas, pliegues, puntos blancos u otros defectos dañinos que puedan afectar el rendimiento de las piezas. La línea de proceso completa es inspección en blanco → almacenamiento → camión grueso → camión fino → fresado → taladrado → roscado y biselado → corte dentro de la estría → trayectoria de corte → tratamiento térmico por inducción de la estría interna → inspección de partículas magnéticas → tratamiento de fosfatado → inspección final → limpieza, óxido prevención, embalaje → almacenamiento.

HIGO. 1 Estructura de asiento fijo

2. Proceso de tratamiento térmico por inducción de piezas

  El proceso de tratamiento térmico por inducción se basa en las condiciones existentes, utilizando inductor de copia, fuente de alimentación de frecuencia intermedia doméstica IGBT serie ZTTP 250kW/ (4~30kHz y 20~50kHz) y máquina herramienta de enfriamiento por inducción CNC tipo ZTVC100-2 para el manguito fijo de el orificio ranurado interno para llevar a cabo el enfriamiento por inducción de frecuencia intermedia.

Parámetros de proceso de enfriamiento por inducción de tratamiento térmico: potencia de calentamiento 25 ~ 27kW; La frecuencia es de 20 ~ 23kHz. Comienzo de la ranura interna desde el calentamiento inferior, calentamiento durante 5 s, sensores a la velocidad del F60 (menos de 1 mm por segundo) escaneo de la ranura interna desde la parte inferior del calentamiento, calentamiento y líquido de pulverización continua Enfriamiento para la estría interna, y hasta la estría interna superior, y detener el calentamiento, para mantener los 20 s para detenerse después del enfriamiento, el enfriamiento y luego depender del calor de la superficie de las piezas de retorno internas generadas a una temperatura de autotemplado de 200 ~ 230 ℃.

3. Descripción de los problemas de calidad

Durante el proceso de enfriamiento por inducción del manguito fijo, se encontró que tres orificios de rosca interna M18× 1.5-7h tenían grietas de enfriamiento en el orificio, y la detección de fallas mostró trazas magnéticas y otros problemas de calidad. Además, a través del análisis de metalografía de corte de muestra en el punto de fisuración de la camisa fija, se encontraron características de sobrecalentamiento. La foto sólida del manguito fijo se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Fotografía sólida de un conjunto fijo

4. Análisis y cribado

La profundidad de la capa de endurecimiento y la dureza de la superficie del enfriamiento por inducción cambian con los principales factores que influyen, como la frecuencia, la pérdida de potencia por unidad de área, la forma y el tamaño de la bobina de inducción, el material y la forma y el tamaño de las piezas tratadas, estructura de la matriz antes del tratamiento, calentamiento modo, tiempo de calentamiento, así como el tipo y método de enfriamiento del refrigerante. Para resolver estos problemas, el diseño de la estructura de la bobina de inducción, la selección de parámetros del proceso, la ubicación del calentamiento y el modo de enfriamiento se verifican uno por uno para optimizar el proceso.

(1) Composición química

Los requisitos de material del manguito fijo son 40Cr (GB/T 3077-2015), y la composición química del manguito fijo ha sido analizada por el espectrómetro de lectura directa, como se muestra en la tabla adjunta, que cumple con los requisitos estándar.

(2) Selección de parámetros eléctricos

La elección de la frecuencia de la potencia de calentamiento de los manguitos fijos depende principalmente de la forma geométrica y la profundidad de la capa de calentamiento del manguito fijo. La profundidad real de calentamiento está determinada por el tiempo de calentamiento, la densidad de potencia y la frecuencia. La profundidad de la corriente que penetra en la superficie de la pieza de trabajo está relacionada principalmente con la frecuencia de la corriente. Los orificios ranurados internos del manguito fijo se apagan en la fuente de alimentación de frecuencia media doméstica IGBT serie ZTTP 250kW/ (4 ~ 30kHz y 20 ~ 50kHz) y la máquina herramienta de enfriamiento por inducción CNC tipo ZTVC100-2. Potencia de calentamiento: 25 ~ 27kW, frecuencia : 20 ~ 23kHz.

(3) Análisis de la estructura especial en el orificio de los orificios de rosca interna

Tres en la superficie de la estría interna M18 x 1.5-7 h curva de orificio de rosca interna formada por la superficie de la estría interna con un procesamiento mecánico afilado, en forma y es muy difícil tener el camino correcto hacia la curva de procesamiento de biselado, conduce al Ángulo apareció en el proceso del efecto de calentamiento por inducción, la temperatura aumentará bruscamente, más alta que otras partes de la temperatura, aumentando la velocidad de calentamiento más rápido que en otras áreas, por lo que es fácil causar una locura por sobrecalentamiento. Para garantizar que la pieza de trabajo pueda ser calentado uniformemente, el efecto de ángulo agudo debe evitarse en la medida de lo posible en el borde afilado de la pieza de trabajo.

(4) Posicionamiento de calentamiento

Como el calentamiento por enfriamiento rápido por inducción del manguito fijo debe controlarse con precisión, la sujeción de posicionamiento del manguito fijo adopta herramientas de posicionamiento como se muestra en la FIG. 3. La sujeción de la superficie del extremo inferior se adopta para el posicionamiento, y el diámetro del extremo pequeño del contorno exterior del manguito fijo se ensambla en el cuerpo de la cavidad D1 = 60 mm (tolerancia positiva) para realizar el posicionamiento. El medio de enfriamiento de extinción se rocía en la ranura interna central y se drena de los 6 orificios de desviación distribuidos uniformemente con un diámetro de 12 mm. La posición de calentamiento inicial se puede ajustar manualmente para formar el programa de entrada de coordenadas inicial, y la velocidad de calentamiento subsiguiente y la posición del terminal se pueden ingresar en el programa después de pasar el ajuste a través de la observación. Después de eso, la estabilidad de la producción siempre se puede garantizar a través del programa de proceso.

HIGO. 3 Diagrama esquemático del utillaje de posicionamiento de manguito fijo

(5) Refrigeración media

Cuando la concentración del medio de enfriamiento, la temperatura, el tiempo de enfriamiento, el ángulo de inyección y la presión de inyección no se controlan correctamente, también pueden causar defectos de calidad, como el agrietamiento del manguito fijo. A través de la prueba de proceso, la fábrica de nuestro cliente UTILIZA líquido de enfriamiento a base de agua PAG con una concentración de 5% ~ 8%, la temperatura de servicio es de 20 ~ 45 ℃, la presión de inyección es de 0.1mpa, el ángulo del líquido de rociado es perpendicular a la superficie del rociador ranurado interno y el proceso de enfriamiento es apropiado.

5. Implementación de contramedidas

Para evitar el sobrecalentamiento del ángulo, porque bajo la condición de las condiciones existentes ajustando la altura relativa entre la bobina de inducción y la pieza de trabajo y el espacio relativo está restringido, para evitar las tres líneas de interfinging del orificio de la rosca interna M18 x 1.5-7 h con formación de superficie ranurada interna debido a la alta temperatura causada por el efecto de ángulo, dada la conductividad térmica del acero al carbono y del acero de aleación de carbono medio en 47 ~ 58 lambda/wk m – 1-1, y la conductividad térmica del cobre puro es tan alta como 384 lambda/W, m – 1, K – 1, puede rápidamente el área del orificio roscado de conducción de calor. La fábrica de nuestro cliente adopta una barra de cobre puro y tapa el orificio roscado de acuerdo con la estructura del orificio roscado con tres pernos de cobre como se muestra en la FIG. 4, que puede reducir en gran medida la densidad de corriente en la esquina afilada o desempeñar el papel de blindaje de campo magnético.

HIGO. 4 tornillos de cobre

Los pernos de cobre tapan los orificios roscados como se muestra en la FIG. 5.

HIGO. 5 tornillos de cobre tapan agujeros roscados

La estructura del inductor incluye principalmente el tamaño del diámetro exterior del anillo efectivo del inductor (determinando y fijando el espacio entre las cámaras), la altura y el ángulo de pulverización. De acuerdo con la forma del conjunto fijo, nuestra fábrica encargó al fabricante profesional de la bobina de inducción que hiciera un inductor de copia especial. Durante el endurecimiento por inducción, el manguito de fijación adopta la forma de sujeción vertical, es decir, el eje del orificio estriado interno es perpendicular al suelo. El espacio libre axial y radial entre el anillo exterior efectivo del inductor y el orificio estriado en el manguito de fijación se controla razonablemente para garantizar que el espacio libre entre el diámetro exterior del anillo efectivo y el orificio estriado en el manguito de fijación sea de 1 mm. Haga que la temperatura de calentamiento del manguito fijo sea lo más uniforme posible para evitar problemas de calidad como la diferencia en la profundidad de la capa de endurecimiento efectivo. El estado de extinción por inducción del manguito fijo se muestra en la FIG. 6.

HIGO. 6 Estado de enfriamiento por inducción del manguito fijo

6. Verificación del proceso

(1) Prueba de profundidad y dureza superficial de la capa endurecida

De acuerdo con los requisitos del cliente, la profundidad de enfriamiento de la ranura interna debe medirse desde la raíz del diente y la dureza de la ranura interna debe medirse en el medio de la ranura interna. Después del endurecimiento por inducción de un conjunto fijo a lo largo del orificio estriado interno en el centro del corte transversal, lavado con gasolina y la preparación de la muestra de corte para la sección transversal, y el efecto de corte se muele a la capa, luego use una concentración de alcohol 3% ~ Corrosión por ácido nítrico al 5%, profundidad efectiva del método de la capa de endurecimiento (dureza) e índice de dureza de la superficie para condiciones de prueba de dureza de la superficie de 54.5 HRC, profundidad efectiva de la capa de endurecimiento de 3.2 mm, después del endurecimiento por inducción de un conjunto fijo de profundidad efectiva de la capa endurecida conforme a los requisitos de la tecnología de diseño y capa profunda.

(2) Inspección de templado y partículas magnéticas

El enfriamiento por inducción UTILIZA el control del tiempo de enfriamiento por inyección para transferir el calor residual de la capa endurecida a la capa endurecida, a fin de lograr una cierta temperatura para el revenido, es decir, confiar en el calor residual de la pieza de trabajo para autotemplado, autotemplado. -Temperatura de templado 200 ~ 230 ℃. No se encontraron sobrecalentamiento ni grietas en el orificio del orificio roscado. Después de la inspección de partículas magnéticas con el equipo de inspección de partículas magnéticas cJW-2000E, no se encontró ningún rastro magnético defectuoso.

7. Conclusión

(1) A través de la aplicación de herramientas de posicionamiento, la posición de calentamiento se puede controlar con precisión para garantizar la profundidad efectiva de la capa de temple y endurecimiento según lo especificado, al mismo tiempo que se garantiza una producción por lotes estable.

(2) Al controlar razonablemente la holgura axial y radial entre el anillo exterior efectivo del inductor y el orificio estriado en el manguito de fijación, la temperatura de calentamiento del manguito de fijación tiende a ser uniforme.

(3) Después de tapar el orificio roscado con pernos de cobre hechos de la barra de cobre puro con mejor conductividad térmica, la densidad de corriente en la esquina afilada se redujo considerablemente, se realizó el blindaje del campo magnético y el problema de calidad de apagar la grieta en el orificio de la inducción de la manga fija que apaga el orificio roscado internamente se resolvió de manera efectiva.