易孚迪：曲轴感应热处理

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曲轴不仅是将活塞的往复运动转化为旋转运动，还必须能吸收由于交替循环的燃料爆炸而产生的振动。在发动机的整个寿命期间，曲轴一直承受扭矩和周期性的正弦弯曲，当发动机工作时，这个关键件将承受连续的高强度的应力循环，因而在设计时要考虑其临界的疲劳强度，曲轴可能是发动机中承受力最大的零件。这个特殊的和复杂的功能决定了曲轴结构的复杂性，从而导致了复杂的热处理工艺。这就是为什么感应淬火技术越来越多的应用于这些复杂零件的热处理之中。

　　EFD从20世纪60年代就开始主要从事于这个特殊的热处理领域，随着材料（钢或铸铁）的发展，EFD用设备展示了先进的技术。除了不同的材料之外，变形控制在曲轴的制造中也是一个主要的因素，市场上对于变形控制的要求促使越来越多新技术方案的诞生，并应用在设备当中。

　　客户要求对曲轴的每个主轴颈和连杆颈进行精确的轮廓热处理。在热处理过程中，由于加工工艺而使工件产生变形，因此，这就要求曲轴淬火机不仅仅是对工件进行淬火，而且还要进行监控和修正。现在的制造加工，要求“即时性”和单件生产，这个变化使我们远离了批量生产和过去长时间的炉式热处理。此外，更小的占地面积也是感应热处理设备被首选的主要原因。

　　因此，EFD集团结合了在汽车、重型载货汽车和其他重型设备工业的要求，研发了一种新型的设备。

　　用于曲轴圆角淬火的新机型

    一些曲轴的设计要求对曲轴的圆角区域进行淬火。EFD设计了一种全新的感应器并申请了专利，这种加热效率极高的感应器的热量分布与热处理的要求完全一致。

　　除了进行正确的感应器设计之外，功率必须要随着曲轴旋转角度进行调整。EFD新型的的曲轴淬火机床设计有一个用于工件旋转控制的NC轴，从而使功率能按照曲轴的角度位置而变化。

　　EFD还开发了一种用于曲轴变形控制的独特工艺，通过对前一次加热导致的曲轴变形的测量，接下来的淬火过程将根据上一次测量出的变形值自动地进行调整。这个过程是在设备控制中来完成的，不会计入到设备加工时间之内。通过这个调整，对于四缸钢制曲轴而言，变形值能够控制在0.15mm以内。

　　回火

    EFD在感应回火工艺方面做了大量的研究工作。对于感应回火，有两种常用的解决方案：第一种方案是再次感应加热工件，第二种方案是使用淬火工程中的余热。

　　对于感应加热回火，工件是在淬火之后使用小功率进行二次加热。这种工艺的优点是不论淬火介质的质量和温度如何，都可以完全控制回火温度。

　　用余热进行回火（或称为自回火）是通过缩短淬火时间，用剩下的余热进行回火。这种工艺的风险是必须将淬火过程中的淬火冷却速率控制得非常精确，淬火冷却的温度、时间、流量和淬火介质的浓度都必须进行保持和监控，使工件具有一致的出口温度，其明显优势就是节省成本和提高节拍。

　　无论使用哪种回火工艺，都必须要有冷却工位，以使工件在下料前能冷却到室温。

质量监控

    EFD专门开发了称作RTM的淬火质量控制的软件（如图1所示）。RTM实时监控系统能在连续变化中记录和识别工件的每个热处理区域。一个可选功能是：通过工厂的信息系统或网络连接存档数据以便追溯。使用这个系统可以减少在质量控制中所需要的破坏性试验的次数。




　　曲轴淬火机床的新概念

    EFD开发了一种新型曲轴淬火机（如图2所示），其设计的原理是基于一个模块化的概念，可加工工件的长度范围在300～1500mm。模块化设计的目的有两个：




　　一方面可以减少设备的交货期，另一方面可以缩短安装调试所需要的时间。这样，设备就可以很容易从欧洲的制造工厂运输到世界各地。

　　柔性化的设计使我们可以用标准模块装配出很多种机型，例如：单工位或双工位、圆角淬火、手动或自动上下料（顶置机械手或机器人）、集成清洗工位等等。

　　模块化设计非常适合于按照用户的工厂布置要求来进行设计。

　　最新的感应技术

    感应加热是EFD技术核心。当然，新设备是与新的感应电源结合在一起的。EFD新型感应电源（如图3所示）更为紧凑、牢固，采用模块化设计以及恒定的大于0.95的功率因数cos（phi）。同时也集成了如外部诊断和清除文本信息等一些新功能。




　　当这些新产品投放市场时，EFD重新设计了全套的曲轴淬火机的电源电路，实现了减少匹配箱尺寸约70%的目标，维护更加方便，设备利用率大大提高。

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EFD还开发了一种用于曲轴变形控制的独特工艺，通过对前一次加热导致的曲轴变形的测量，接下来的淬火过程将根据上一次测量出的变形值自动地进行调整。这个过程是在设备控制中来完成的，不会计入到设备加工时间之内。通过这个调整，对于四缸钢制曲轴而言，变形值能够控制在0.15mm以内。
有那么神奇！日本电气兴业和德国艾登都没那么好。