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埃马克:齿轮制造中的感应淬火技术应用

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国际汽车制造协会提供的数据清楚显示,汽车产量自 2009 年经济危机爆发后显著增加。2009 年汽车产量约 6170 万,到 2013 年该数量上升至8720 万。由此可见,经济状况正稳步回升,2014年有望于继续保持这一增长趋势。同时,与需求上升紧密相随的是:业内要求更有效、更快速的生产系统的呼声愈来愈高,特别是齿轮与轴类件等驱动器、变速箱和发动机重要零件的生产,要求可行的最短工期,对此新一代的机床已经能够满足这一需求。但是,淬火工艺如何适应这些要求呢?答案就是:感应淬火技术。

传统的淬火方法为表面淬火,工件需加热数小时,以达到所需硬度。这种淬火工艺有其不足之处,尤其是批量生产齿轮时,其一就是耗费巨大的时间与能源成本。过去几年里,我们开发感应淬火,就是希望其在技术上替代传统淬火方法。应用表面感应淬火时,通过电磁感应产生的涡流加热工件,特别之处是可以只针对需要硬化的部位进行加热,而工件其余部分在加热过程不受丝毫影响。这种方法基于两个重要机制,一方面严格控制涡流频率,确保只对表面几毫米深的部位进行加热。另一方面,加热过程可瞬间完成,从而确保工件其余部分不受影响。

为满足齿轮淬火的特殊要求,埃马克 Eldec 公司开发出 SDF(同步双频感应加热)技术。通过对齿顶与齿底均匀加热,达到感应淬火工艺要求的轮廓一致性。由于底部离感应器距离较远,如果对其顶部与底部应用相同频率的工艺,就会产生不规则的热曲线。而 SDF 工艺采用不同频率对齿顶与齿底进行加热,这正是 SDF 工艺的价值所在。换句话说,SDF 方案的特点就是,两种不同的频率/功率密度,同时对所需硬化的整个部位进行加热。由 Eldec 提供的“同步双频电源”,可确保 MF 与 HF 部分产生不同输出,保证齿轮顶部与底部有相同的加热深度与温度。

Eldec 公司淬火加热系统生产小组 Christian Krause 博士强调,“但是,只使用一个频率的感应也有其合理性。针对硬化要求,没有任何现成的解决方案。每个工件都不同,需区别对待。对于模数为 1 的齿轮件,通常一个频率的感应就足够了;然而模数在 2-5 之间的齿轮件,可以但不完全需要采用 SDF 方法进行处理。电源及感应器的使用完全取决于所需的硬化轮廓配置,并根据相关产品量身定做。提供个性化解决方案,取得最佳硬度,是 Eldec 多年以来的最大优势。”

工业环境下的淬火工艺 — MIND 模块化淬火机床

为满足工业化批量生产零部件的特殊要求,Eldec 开发出 MIND 淬火系统。Krause 博士解释道:“MIND 系统采用了模块化理念,每个系统都可根据特殊应用进行定制。系统有三个重要的组件:含加工区及感应器的机座、电源以及冷却系统。在 eldec,每个部件,从能源到感应器,都是内部生产,对此我们深感自豪。感应器、电源、冷却系统,总之,每个 MIND 系统都经过量身打造,不但带给你最佳的、持久的硬化效果,而且也体现了最高水准的完整的工艺。”此外,机器占地较小,并且能够适用于各种自动化系统,这说明 MIND 淬火系统已经可以应用于生产线。根据不同要求,该系统能够保持 5-15 秒的循环时间。

Eldec 公司的 MIND 淬火系统满足了行业需求。整个淬火过程能够完全自动化,可以轻松地整合进生产线。与传统淬火工艺相比,其优势显而易见。Krause 博士强调:“我们在开发感应淬火时就注重一致性,可以说,我们的MIND系统,是工业化批量生产最佳、最灵活的淬火系统。最佳的建议和服务以及定制技术的组合是eldec的动力。我们很自豪的说,我们总能应对新的挑战和满足行业需求。”

Eldec淬火系统技术优势

• 精准、高精度轮廓的齿轮与涡轮淬火技术

• 模块化系统、个性化方案

• 完美整合至现有生产线

• 循环周期 5-15 秒

• 最高生产率、低能耗、占地小

• 最高品质的零部件以及完整工艺

图1:Eldec MIND:模块化淬火系统应用于卡盘零部件以及直径达 1200 mm的轴类件生产。

图2:MIND 750 齿轮淬火技术应用,淬火时间通常在几微秒至几秒之间。循环时间可轻松保持在 5-15 秒。感应淬火工艺使用 5-3000kw 单/双频电源。

图3:手动或自动(如机器人)将工件装进系统分度台。根据不同工件,后续加热过程在 100 微秒至几秒时间内达到过渡温度。淬火之后在同一工位或同周期时间回火。

图4:与表面淬火工艺相比,采用感应淬火,材料弯曲更少,但要视加热时间与零部件的几何形状而定。

关于埃马克

逆向思维的创新加工技术创立了埃马克公司的行业领先地位。1992年埃马克公司匠心独具,首次推出构思巧妙的倒立式车床,大获成功。此后,埃马克公司再接再厉,又研发出了新的倒立式多功能生产中心。如今,埃马克已名符其实成为世界上倒立式机床举足轻重的制造商。

埃马克集团总部设在德国萨拉赫市,传统悠久,机床制造经验丰富。其工艺技术全面而完善,能为用户提供加工盘类件、轴类件和箱体类零件的机床和生产系统。不管是车床,还是磨床、滚齿机、激光焊接机或是加工中心——埃马克集团几乎能为所有的应用提供最佳的生产方案。

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