差速器壳感应淬火工艺

作者：谭向阳

单位：东风德纳车桥有限公司十堰工厂

来源：《金属加工（热加工）》杂志

某型号商用车车桥上差速器壳，材料为QT600-3A，如图1所示。轴颈部位要求感应淬火（包括圆角），要求表面硬度45HRC以上，硬化层深：圆角1.5～4mm（45°方向）以上，光杆部5～8mm，花键齿底1.5～4 mm（模数m=2，齿高约5mm），如图2所示。

图1  差速器壳实物照片 

图2  差速器壳淬火示意

1. 复合导磁体环形感应器设计

现场采用环形连续淬火感应器。感应器有效圈为紫铜车削后焊接而成，横截面为去掉一部分的（下端面外侧30°）中空菱形（中通冷却水），感应器与工件单边间隙为2.5mm，有效圈最小内径125mm，高19.5mm，宽12mm，相对工件中心方向外偏30°。喷水圈采用16mm×14mm×2.5mm矩形铜管，钻三排孔，孔与工件中心成50°角（见图3）。

图3  环形感应器结构简图

    

一般连续淬火用环形感应器结构只有一种导磁体，基于工件为小圆角，大直径结构考虑，如果导磁体朝向端面则杆部加热慢，将导致移动速度慢效率低，如果导磁体朝向杆部，则圆角加热效果差，将导致圆角未淬硬或圆角（法兰）加热停留时间过长。为平衡圆角淬火效果及杆部移动速度，本感应器创造性的设计了两种导磁体，一种朝向杆部，一种朝向端面，两种导磁体分区间隔安装在有效圈上（见图4）。

图4  复合导磁体安装示意

2.差速器壳连续淬火工艺

小圆角大直径差速器壳感应淬火在数控立式淬火机床上进行。该淬火机床主控制采用三菱E60数控系统，运动方式为感应器固定不动，主轴（零件）旋转移动。主轴（下工作台）旋转由交流变频电机控制，可实现无级调速。交流伺服电机带动机床部件（下工作台、上顶尖）升降活动，移动速度由三菱E60系统设定，可以无级调速。淬火机电源为全固态中频感应加热电源IGBT250KW/4-10kHz，电源与机床三菱E60系统结合，可以实现模拟调功（通过设置中频电压S值）来实现输出不同的加热功率。

采用复合导磁体环形感应器（见图5），连续加热淬火工艺，喷液冷却方式。利用淬火机的三菱E60系统进行编程，通过理论计算及经验估算先预设工艺参数，调试中观察热形及对淬火试样进行解剖检验，修改工艺参数，最终淬火程序如附表所示（单件时间约90s）。

附表  差速器壳淬火程序

行次	程序	解析
1	N100 G90 G1 X-10.00 F2500;	X轴（下工作台）快速定位到绝对位置-10.0（上料位置），移动速度2500mm/min-1
2	N102 M11；	吊装工件，等待门关闭（门开关1）
3	N104 M17；	上顶尖（气动）伸出，工件夹紧
	N106 G04 X0.5；	延时0.5s
4	N108 G90 G1 X292.5 F2000	X轴(工件)移动（上升）到绝对位置292.5（此时工件圆角贴近感应器下端面，间隙约1.5-3mm），移动速度2000mm/min-1（加热开始位置）
5	N110 M3	X轴（工件）旋转
6	N112 G04 X0.5；	延时0.5s
7	M114 M25 S280；	加热启动，圆角（法兰）处模拟调功S280（中频电压280V，实际加热功率约50kW）
8	N116 G04 X15.0；	加热延时，圆角（法兰）停留15s
9	N118 G91 G1 X-10.00 F300；	S280（中频电压280V）保持，X轴（工件）相对向下运动（下降）10mm，速度300mm/min-1
10	N120 M08；	喷液冷却开启
11	N122 G91 G1 X-12.00 F160；	S280保持， X轴（工件）相对向下运动（下降）12mm，移动速度（光杆及花键尾)速度160   mm/min-1
12	N124 M03 S500；	旋转保持，变功率，花键模拟调功S500（中频电压500V，实际加热功率约100kW）
13	N126 G91 G1 X-35.00 F260；	S500（中频电压500V）保持，X轴（工件）相对向下运动（下降）35mm，速度260mm/min-1，花键最高位置（加热停止位置）
14	N128 M26；	加热停
15	N130 G91 G1 X-30.00 F1000；	X轴（工件）相对向下运动（下降）30mm，速度1000 mm/min-1，延冷位置（顶端喷液冷却）
16	N132 G04 X0.5；	延时0.5s
17	N134 M09；	喷液冷却停
18	N136 G40 X4.0；	延时4s（甩水）
19	N138 M5；	旋转停
20	N140 G90 G1 X-10.0 F2000；	X轴（工件）快速移动到绝对位置-10.0（下料位置），移动速度2000mm/min-1
21	N142 G04 X0.5；	延时0.5s
22	N144 M18；	上顶尖（气动）缩回（夹紧松开）
23	N146 M10；	等待门完全打开（门开关2）
24	N148 M2；	程序结束
25	%	—

淬火后，按JB/T 9205-1999《珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验》、Q/EQY-05-2002《感应淬火零件淬硬深度的测定》检验。经纵向切开腐蚀后，宏观照片如图6所示，感应淬火层连续圆滑，圆角深度2.4mm，直线段深6.9mm，花键齿根深2.2mm，圆角及光杆部表面硬度53～56HRC，花键硬度48～52HRC，淬火组织为细针状马氏体+球状石墨，评为5级。前几批次约100件零件经荧光磁粉探伤，无裂纹。该零件从2011年9月以来，已批量生产约2000件，质量稳定可靠，现场无异常反馈。

图5 复合导磁体环形感应器实物照片    

图6 差速器壳试样解剖实物照片

3.结语

（1）对于小圆角，大直径零件来说，复合导磁体连续感应器很好的兼顾了圆角淬火质量及杆部加热效率两者之间的关系，现场实际使用效果良好，有较大推广价值。

（2）数控淬火机床的可编程，变功率，变移动速度等功能使感应淬火技术得到进步，产品质量更加稳定可靠。