Le principe du chauffage par induction bi-fréquence
Le durcissement par induction à double fréquence conventionnel (traditionnel) consiste à appliquer respectivement deux alimentations à deux fréquences à deux inducteurs, et l'engrenage doit être préchauffé à partir de l'inducteur basse fréquence et rapidement déplacé vers un autre inducteur haute fréquence pour le chauffage et la trempe, comme illustré à la figure 1. Le durcissement par induction à double fréquence utilise un chauffage à basse fréquence pour diffuser l'énergie thermique vers l'intérieur, et enfin un chauffage à haute fréquence vers la surface, c'est-à-dire la caractéristique « la basse fréquence tend vers l'intérieur, la haute fréquence tend à la surface".
Figure 1 Schéma de principe d'une trempe à double fréquence à engrenages conventionnels
Bi-fréquence induction durcissante est un chauffage par induction et méthode de trempe pour augmenter la profondeur de la couche durcie et rendre la distribution de dureté plus raisonnable. C'est-à-dire que la couche durcie répartie le long du profil de la dent peut être obtenue en utilisant le procédé de chauffage séquentiel moyenne fréquence-haute fréquence, et la distorsion du traitement thermique de l'engrenage est faible.
Par exemple, pour un engrenage avec un module de 4 mm, utilisez un courant de fréquence moyenne pour chauffer (2.5 ~ 3 s) la rainure de la dent et le côté de la dent près de la racine de la dent, puis utilisez un courant haute fréquence de 250 kHz pour chauffer (0.6 ~ 0.7 s) le dessus de la dent et la dent près du côté supérieur de la dent, puis trempé.
Lorsque Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. effectue un chauffage et une trempe par induction à double fréquence sur des engrenages en acier 45 et module 3, une couche durcie uniformément répartie le long du profil de la dent peut être obtenue. Lorsque la couche durcie est de 0.8 mm, la meilleure excellente performance de fatigue en flexion, qui est fondamentalement équivalente à celle de la performance de fatigue des engrenages cémentés SCM420 (équivalent à l'acier 20CrMo), et la limite de fatigue peut atteindre 1450MPa.
Processus et effet de chauffage par induction à double fréquence
Nihon Electric Industrial Co., Ltd. a testé la méthode de trempe à double fréquence des engrenages et peut obtenir une distorsion plus faible que la méthode de trempe à fréquence unique et la méthode de trempe par carburation. L'engrenage cylindrique à développante (voir Figure 2) a un module de 2 mm et une hauteur de dent complète de 4.7. mm, le nombre de dents est de 36 et le matériau est de l'acier S45C (équivalent à l'acier 45). La surface de la dent est finie par rasage et le traitement de préchauffage est destiné à la trempe.
Figure 2 Forme de l'engrenage d'essai
La méthode de trempe par induction à double fréquence est illustrée dans l'image ci-dessous. Placez d'abord l'engrenage sur le luminaire, puis tournez avec l'axe central à grande vitesse, en même temps, l'alimentation à induction (1) envoie un courant de f = 3000 Hz et entre dans l'inducteur (A). ) pour le préchauffage. Lorsque l'engrenage atteint la température optimale, l'alimentation (1) est coupée et l'engrenage tombe rapidement dans l'inducteur de trempe et de chauffage (B), et en même temps, l'alimentation haute fréquence (2) commence à transmettre la puissance, la fréquence f = 140 kHz et la surface de la dent de l'engrenage Trempe et chauffage rapides du dessus de la dent, lorsque la surface de la dent atteint la température de trempe, coupez l'alimentation haute fréquence, réduisez la vitesse de rotation de l'engrenage , et en même temps pulvériser de l'eau de refroidissement de la chemise d'eau de trempe pour refroidir rapidement la surface de la dent, le dessus de la dent et la racine de la dent. Une couche durcie répartie le long du profil de la dent est obtenue.
La méthode de trempe par induction à double fréquence
1. Trou de pulvérisation d'eau 2. Engrenage 3. Sonde de préchauffage (A) 4. Sonde de chauffage haute fréquence (B) + chemise d'eau de trempe 5. Fixation
Tableau 1 : montre les paramètres de processus de trois traitements thermiques pour les engrenages.
| Les principaux paramètres de processus de durcissement à double fréquence, à fréquence unique et de durcissement par carburation | ||
|---|---|---|
| Paramètres du processus de trempe à double fréquence | Paramètres du processus de trempe à fréquence unique | Paramètres du procédé de trempe carburation |
| Puissance de préchauffage 100kW | Puissance de chauffage 90kW | Carburation 950℃ |
| Fréquence de préchauffage 3kHz | Fréquence 90kHz | 950 ℃ et conservation de la chaleur 2.5h |
| Temps de préchauffage 3.65s | Temps de chauffe 3.8s | Prérefroidissement jusqu'à 850℃ |
| Temps de refroidissement à l'air 3.85 s | Temps de préchauffage 0s | 850℃ pendant 20min |
| Puissance d'entrée haute fréquence 900kW | ||
| Fréquence haute fréquence 140kHz | Temps de pulvérisation d'eau 15s | Fluide de refroidissement de trempe - huile |
| Temps de chauffe 0.14s | Temps de chauffe 0.14s | Température de trempe 180℃ |
| Temps de pulvérisation d'eau 10s | / | Temps de trempe 2h |
| Débit d'eau pulvérisée 100L/min | / | Suivi d'un refroidissement par air |
Les résultats des tests de distorsion de l'engrenage, de contrainte de compression résiduelle et de taux de profilage le long du profil de la dent après trois processus sont présentés dans le tableau 2. On peut voir dans le tableau 2 que la distorsion de traitement thermique de l'engrenage après trempe à double fréquence est la plus petite, la précision est la plus élevée et la contrainte de compression résiduelle est la plus élevée.
Tableau 2 : Résultats de distorsion thermique après cémentation et trempe, trempe par induction monofréquence et trempe par induction double fréquence (μm)
| Résultats de distorsion thermique après cémentation et trempe, trempe par induction à fréquence unique et trempe par induction à double fréquence (μm) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Produit | Carburation Trempe + Revenu | Trempe par induction à fréquence unique | Durcissement par induction à double fréquence | Notes |
| Erreur de profil moyenne | 4.26 ~ 4.8 | 2.2 ~ 3.3 | 3.1 ~ 308 | / |
| Décalage du profil de dent | 16 | 8.4 | 6.0 | / |
| Faux-rond de la dent | 5.867 | 3.103 | 2.198 | / |
| Valeur moyenne de l'erreur de direction des dents | 6.91 | 3.7 ~ 4.1 | 3.7 ~ 4.1 | / |
| Décalage d'erreur de dent | 20 | 4.4 | 4.4 | / |
| Faux-rond de la dent | 7.51 | 1.855 | 1.584 | / |
| Milieu de la racine de la dent Contrainte résiduelle/MPa | - 27.7 | - 51.3 | - 778 | / |
| Profondeur de la couche durcie supérieure de la dent / mm | 0.87 | 4.69 | 1.54 | Lorsque la profondeur de la couche durcie à la racine est de 0.55 mm |
| Taux de profilage de la couche durcie (%) | 81.5 | 0.2 | 67.2 | / |