La trempe par induction présente les avantages d'une petite déformation de la pièce, d'un rendement élevé, d'économies d'énergie et de protection de l'environnement, d'une automatisation facile à réaliser, etc., et est devenue une technologie de traitement thermique de surface courante. Avec le développement de la technologie industrielle, des exigences plus élevées sont mises en avant pour la capacité portante et la qualité des engrenages. Cependant, dans la technologie de trempe par induction existante, il existe le problème que le pied de dent des deux faces d'extrémité de l'engrenage n'est pas durci, et il est facile de générer des fissures de fatigue en flexion pendant le service. Surtout pour les engrenages lourds, dans le cas d'une charge biaisée, les deux extrémités des dents d'engrenage non durcies sont sujettes à la rupture par fissuration. Par conséquent, la réalisation du durcissement dans toute la largeur de la dent de l'engrenage peut grandement améliorer le niveau technique du durcissement par induction en Chine, améliorer la capacité portante et la qualité de l'engrenage et produire des avantages économiques significatifs. Dans cet article, en optimisant le processus de trempe par induction, le problème de la surchauffe de la combustion et de la fusion de la surface de la dent sans durcissement de la racine de la dent de la face d'extrémité de l'engrenage a été résolu, et le durcissement sur toute la largeur de la dent a été réalisé, qui a été appliqué à production de masse.
1. Exigences techniques de durcissement sur toute la largeur des dents
Trempe par induction durcissement sur toute la largeur des dents: c'est-à-dire que la couche de durcissement efficace est répartie dans toute la plage de largeur des dents de l'engrenage, et la profondeur et la structure des deux extrémités de l'engrenage doivent être proches du milieu de la même dent largeur (conformément aux exigences des normes de dessin). Compte tenu des difficultés techniques du processus de chauffage par induction, les normes nationales et étrangères actuelles sur les exigences de durcissement sur toute la largeur des dents ne sont pas claires et relativement souples, les exigences spécifiques doivent être soumises au client. Parmi eux, JB/T 9171-1999 "Processus de trempe à la flamme et par induction et contrôle de la qualité des engrenages" stipulait que dans la plage de largeur de dent de 150 mm, la plage de distribution de la couche de durcissement efficace était de 80 % de la largeur de dent, et aucun jugement n'a été porté. à partir de la plage de 10 % de largeur de dent aux deux extrémités.ISO 6336-5:2003 Calcul de la capacité de charge des engrenages droits et hélicoïdaux — Partie 5 : Résistance et qualité des matériaux La norme exige que la profondeur de durcissement soit couverte sur toute la largeur de la dent, mais les exigences spécifiques de profondeur aux deux extrémités ne sont pas spécifiées. D'autres, telles que les normes AGMA et DIN pour les exigences de trempe sur toute la largeur des dents, sont plus souples. La profondeur de la couche n'est pas nécessaire pour l'évaluation de la face frontale à un module ou 1/8 de largeur de dent.
2. Analyse de l'état du processus
Les points problématiques du processus de trempe par induction comprennent : la température de chauffage concentrée par courants de Foucault au niveau du coin pointu est élevée, tandis que le coin rond intérieur n'est pas facile à chauffer, etc. Par conséquent, dans le processus de chauffage par induction, il est facile pour l'engrenage surchauffe et fait fondre les angles vifs à l'extrémité de la surface de la dent, tandis que la racine des angles arrondis intérieurs n'est pas durcie ou que la couche durcie n'est pas assez profonde, comme le montre la figure 1. En raison des normes nationales et étrangères sur la face d'extrémité de la couche de durcissement, les exigences de profondeur sont relativement détendues, généralement pour réduire la méthode de puissance de chauffage, pour empêcher les engrenages d'apparaître face à fondre ces défauts de qualité d'apparence évidents, mais ignorez la face d'extrémité de la profondeur de la couche de durcissement de la racine très peu profonde ou problème caché de qualité non durcie. La capacité portante et la qualité de l'engrenage sont réduites, et le risque de défaillance précoce existe. Visant ce problème, cet article optimise le processus de trempe par induction en concevant une nouvelle structure d'inducteur et en ajustant les paramètres technologiques.
FIGUE. 1 Distribution de la profondeur de la couche de fusion de la surface de la dent et du durcissement de la racine de la dent
3. Optimisation des processus
(1) Structure du capteur Optimisation du capteur de structure de profilage de balayage existant avec le profil de la dent, et chauffage simultané de la position de la surface de la dent et de la racine de la dent pendant le processus de chauffage. Sous l'influence de l'effet de chauffage par induction, la sous-chauffe de la position de la racine de la dent des deux faces d'extrémité de l'engrenage conduit à la couche non durcie ou durcie n'est pas assez profonde, et la température surchauffée de la position du cercle primitif de la surface de la dent de l'extrémité le visage se produit. Par conséquent, une analyse approfondie de ses difficultés techniques, en optimisant la plaque de guidage supérieure et inférieure du capteur et la structure en tôle d'acier au silicium, pour résoudre la structure existante du capteur des défauts de chauffage du profil de la dent ; La plaque de guidage supérieure et la plaque de guidage inférieure de l'inducteur après l'optimisation de la structure sont de structure triangulaire inclinée vers le haut/inférieur, et la partie conductrice ajoutée améliore l'effet de chauffage de la racine de la dent. En même temps, la structure triangulaire oblique vers le haut/bas spéciale réalise le chauffage non synchrone de la racine de la dent et de la surface de la dent. De cette manière, le capteur ne peut chauffer que la racine de la dent sur la face d'extrémité pour éviter la température excessivement élevée de la surface de la dent sur la face d'extrémité, comme illustré à la figure 2. En même temps que le soulèvement de la couche de durcissement de la surface d'extrémité , le problème de surchauffe et de fusion du cercle primitif de la surface d'extrémité peut être évité.
FIGUE. 2 Schéma de principe de la structure de la bobine d'induction
(a) Une structure profilée nouvellement conçue (b) une structure commune existante
(2) Optimisation des paramètres de processus Les principaux facteurs d'influence du processus de trempe par induction sur toute la largeur de la dent comprennent le jeu de couplage, la puissance de chauffage, le temps et la position de chauffage, etc. La combinaison optimale des facteurs de paramètres a été obtenue en examinant les facteurs d'influence et en analysant avec insistance influencent des facteurs tels que la puissance de préchauffage, le temps de préchauffage, la puissance de chauffage et la position de chauffage. Sur la base de la nouvelle structure d'inductance ci-dessus (utilisée pour la couronne dentée intérieure de l'énergie éolienne Mn14), le problème de surchauffe et de fusion de la face d'extrémité sans durcissement de la racine de la dent de la face d'extrémité a été résolu en optimisant les paramètres de processus de la face d'extrémité de trempe par induction. La conception de l'expérience DOE à facteur partiel a été réalisée pour quatre facteurs d'influence, à savoir la puissance de préchauffage X1, le temps de préchauffage X2, la puissance de chauffage X3 et la position de chauffage X4. Les variables de sortie étaient Y1, la profondeur minimale de la couche durcie de la racine de la surface d'extrémité de la dent, et Y2, la taille du grain à la position du cercle nodal de la surface de la dent. Les paramètres de test et les résultats sont présentés dans le tableau 1.
Grâce à l'analyse correspondante des données de test, la relation entre la profondeur de couche durcie de la racine de la dent Y1 et la taille du grain rond Y2 et la puissance de préchauffage X1, le temps de préchauffage X2, la puissance de chauffage X3 et la position de chauffage X4 a été obtenue par le montage. Le paramètre optimal a été prédit par l'optimiseur de réponse, et le paramètre de processus optimal était le point central, c'est-à-dire le paramètre numéroté 4. La profondeur de la couche durcie de la racine de la dent a évidemment augmenté, la taille du grain de la surface de la dent a rencontré le exigences, et il n'y avait pas de surchauffe et de fonte. La vérification de la répétabilité a été effectuée pour les paramètres du point central optimisés par l'expérience DOE, et la répétabilité était très bonne, comme le montre le tableau 2.
4. Vulgarisation et application de la technologie
En concevant un nouvel inducteur de structure et en optimisant les paramètres du processus de trempe par induction Test DOE, le chauffage asynchrone de la racine de la dent et de la surface de la dent a été réalisé, et la surchauffe de la combustion et de la fusion de la surface de la dent sans durcissement de la racine de la dent de la face d'extrémité de l'engrenage a été résolue. Le durcissement sur toute la largeur des dents est réalisé, et la capacité portante et la qualité des engrenages sont améliorées. À l'heure actuelle, ce procédé a été utilisé dans la production de masse de bagues dentées internes de Mn14 à Mn20 avec une gamme de réducteurs d'énergie éolienne de 1.5 à 4 MW et a été largement promu et fourni en vrac aux clients nationaux et étrangers.
