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機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理現(xiàn)狀及展望
date：2023-07-18 17:22:32 來(lái)源：泉州市金錦機(jī)電設(shè)備有限公司
在更新控制精度高、自動(dòng)化程度高的淬火設(shè)備后，機(jī)車(chē)齒輪生產(chǎn)質(zhì)量、效率有望進(jìn)一步提高。雙頻淬火設(shè)備在推廣的同時(shí)需要完成地鐵、城軌機(jī)車(chē)齒輪的驗(yàn)證工作。行業(yè)協(xié)會(huì)可爭(zhēng)取立項(xiàng)，組織相關(guān)單位完善機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪的基礎(chǔ)研究工作，如硬化層應(yīng)力分布、疲勞強(qiáng)度的測(cè)定。
感應(yīng)加熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)工業(yè)上的運(yùn)用源于20世紀(jì)60年代。機(jī)車(chē)感應(yīng)淬火齒輪一般要求硬化層深2~4mm，硬度52~60HRC。歷經(jīng)40年的發(fā)展，感應(yīng)淬火機(jī)車(chē)齒輪廣泛應(yīng)用于200km/h以下的客、貨運(yùn)機(jī)車(chē)（DF、SS系列等）及城市輕軌、地鐵機(jī)車(chē)，并應(yīng)用于替代進(jìn)口機(jī)車(chē)齒輪。
一、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理的現(xiàn)狀
1.技術(shù)現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家均采用中頻埋油沿齒廓淬火工藝。自20世紀(jì)70年代至90年代中期，國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家經(jīng)歷了淬火工藝摸索、批量生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)120km/h以下機(jī)車(chē)齒輪、進(jìn)口機(jī)車(chē)齒輪國(guó)產(chǎn)化等階段，工藝得到逐漸穩(wěn)定。自90年代中期以來(lái)，隨著鐵路工業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)車(chē)運(yùn)行速度及牽引噸數(shù)逐年提高，感應(yīng)齒輪服役期故障率逐步上升，突出表現(xiàn)在齒輪全齒寬范圍內(nèi)兩端未硬化，使用過(guò)程中產(chǎn)生彎曲疲勞裂紋，經(jīng)過(guò)近幾年的研究摸索，相關(guān)廠(chǎng)家采用新工藝后，已實(shí)現(xiàn)齒輪全齒寬范圍內(nèi)硬化。
現(xiàn)機(jī)車(chē)用感應(yīng)齒輪使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h，壽命由初期的40萬(wàn)km提高到100萬(wàn)km以上。
2.裝備現(xiàn)狀
（1）機(jī)床現(xiàn)國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家機(jī)床裝備水平參差不齊，液壓升降、無(wú)限位、淬火變壓器半潛式機(jī)床，第1.5代液壓升降、有限位、PLC控制機(jī)床，以及第2代絲桿步進(jìn)電機(jī)升降、半數(shù)控控制機(jī)床并存。機(jī)床仍然占主導(dǎo)地位，由于機(jī)床仍沿用60年代末的設(shè)計(jì)，定位精度差、穩(wěn)定性差，已不能滿(mǎn)足齒輪生產(chǎn)的要求，必須更新?lián)Q代；第2代淬火機(jī)床現(xiàn)僅有1臺(tái)，于2004年投入使用，基本滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，但在技術(shù)水平上仍未能達(dá)到同期通用淬火機(jī)床的技術(shù)水平。
（2）電源淬火電源仍然使用機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)（組），少數(shù)廠(chǎng)家曾試用過(guò)國(guó)產(chǎn)晶閘管中頻電源，但由于可靠性不佳，未能推廣，第3代全固態(tài)IGBT中頻電源在國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理行業(yè)未能運(yùn)用。
二、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理存在的問(wèn)題
1.基礎(chǔ)研究嚴(yán)重不足
（1）使用速度160km/h以下齒輪的設(shè)計(jì)理論儲(chǔ)備較多，而對(duì)于速度160km/h以上機(jī)車(chē)能否使用感應(yīng)齒輪在理論上仍處于空白階段。
（2）感應(yīng)齒輪未進(jìn)行實(shí)物接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)論證，以致于齒輪使用壽命不能精確預(yù)估。
（3）對(duì)感應(yīng)齒輪硬化層區(qū)域應(yīng)力分布情況未作深入研究。
（4）模數(shù)6mm以下城軌、地鐵機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪雙頻淬火是發(fā)展潮流，但雙頻淬火仍停 留于調(diào)研階段，設(shè)計(jì)人員對(duì)雙頻淬火齒輪運(yùn)用范圍、使用壽命等方面存在諸多盲點(diǎn)，未能開(kāi)展雙頻淬火齒輪的試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證。
2.設(shè)備老化
（1）國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家感應(yīng)淬火機(jī)床普遍老化，CNC數(shù)控、絲桿侍服電機(jī)精確走行、在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)均未采用。而許多國(guó)內(nèi)感應(yīng)設(shè)備制造廠(chǎng)家齒輪淬火機(jī)床仍停留于10年前的技術(shù)水平。
（2）中頻電源仍然為機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)（組），而全固態(tài)IGBT中頻電源在鐵道行業(yè)未有成功運(yùn)用經(jīng)歷。
（3）重?zé)彷p冷，忽視冷卻介質(zhì)對(duì)淬火質(zhì)量的影響，現(xiàn)國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家仍將機(jī)油作為主要淬火介質(zhì)，輪齒齒面硬度分布不理想。
（4）齒輪冷熱加工配合不夠，忽視倒角大小、形狀及齒根粗糙度、齒根圓弧形狀等機(jī)加工項(xiàng)點(diǎn)對(duì)感應(yīng)加熱及質(zhì)量的影響。
三、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理展望
（1）在更新控制精度高、自動(dòng)化程度高的淬火設(shè)備后，機(jī)車(chē)齒輪生產(chǎn)質(zhì)量、效率有望進(jìn)一步提高。
（2）雙頻淬火設(shè)備在推廣的同時(shí)需要完成地鐵、城軌機(jī)車(chē)齒輪的驗(yàn)證工作。
（3）行業(yè)協(xié)會(huì)可爭(zhēng)取立項(xiàng)，組織相關(guān)單位完善機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪的基礎(chǔ)研究工作，如硬化層應(yīng)力分布、疲勞強(qiáng)度的測(cè)定。
感應(yīng)加熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)工業(yè)上的運(yùn)用源于20世紀(jì)60年代。機(jī)車(chē)感應(yīng)淬火齒輪一般要求硬化層深2~4mm，硬度52~60HRC。歷經(jīng)40年的發(fā)展，感應(yīng)淬火機(jī)車(chē)齒輪廣泛應(yīng)用于200km/h以下的客、貨運(yùn)機(jī)車(chē)（DF、SS系列等）及城市輕軌、地鐵機(jī)車(chē)，并應(yīng)用于替代進(jìn)口機(jī)車(chē)齒輪。
一、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理的現(xiàn)狀
1.技術(shù)現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家均采用中頻埋油沿齒廓淬火工藝。自20世紀(jì)70年代至90年代中期，國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家經(jīng)歷了淬火工藝摸索、批量生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)120km/h以下機(jī)車(chē)齒輪、進(jìn)口機(jī)車(chē)齒輪國(guó)產(chǎn)化等階段，工藝得到逐漸穩(wěn)定。自90年代中期以來(lái)，隨著鐵路工業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)車(chē)運(yùn)行速度及牽引噸數(shù)逐年提高，感應(yīng)齒輪服役期故障率逐步上升，突出表現(xiàn)在齒輪全齒寬范圍內(nèi)兩端未硬化，使用過(guò)程中產(chǎn)生彎曲疲勞裂紋，經(jīng)過(guò)近幾年的研究摸索，相關(guān)廠(chǎng)家采用新工藝后，已實(shí)現(xiàn)齒輪全齒寬范圍內(nèi)硬化。
現(xiàn)機(jī)車(chē)用感應(yīng)齒輪使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h，壽命由初期的40萬(wàn)km提高到100萬(wàn)km以上。
2.裝備現(xiàn)狀
（1）機(jī)床現(xiàn)國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家機(jī)床裝備水平參差不齊，液壓升降、無(wú)限位、淬火變壓器半潛式機(jī)床，第1.5代液壓升降、有限位、PLC控制機(jī)床，以及第2代絲桿步進(jìn)電機(jī)升降、半數(shù)控控制機(jī)床并存。機(jī)床仍然占主導(dǎo)地位，由于機(jī)床仍沿用60年代末的設(shè)計(jì)，定位精度差、穩(wěn)定性差，已不能滿(mǎn)足齒輪生產(chǎn)的要求，必須更新?lián)Q代；第2代淬火機(jī)床現(xiàn)僅有1臺(tái)，于2004年投入使用，基本滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，但在技術(shù)水平上仍未能達(dá)到同期通用淬火機(jī)床的技術(shù)水平。
（2）電源淬火電源仍然使用機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)（組），少數(shù)廠(chǎng)家曾試用過(guò)國(guó)產(chǎn)晶閘管中頻電源，但由于可靠性不佳，未能推廣，第3代全固態(tài)IGBT中頻電源在國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理行業(yè)未能運(yùn)用。
二、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理存在的問(wèn)題
1.基礎(chǔ)研究嚴(yán)重不足
（1）使用速度160km/h以下齒輪的設(shè)計(jì)理論儲(chǔ)備較多，而對(duì)于速度160km/h以上機(jī)車(chē)能否使用感應(yīng)齒輪在理論上仍處于空白階段。
（2）感應(yīng)齒輪未進(jìn)行實(shí)物接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)論證，以致于齒輪使用壽命不能精確預(yù)估。
（3）對(duì)感應(yīng)齒輪硬化層區(qū)域應(yīng)力分布情況未作深入研究。
（4）模數(shù)6mm以下城軌、地鐵機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪雙頻淬火是發(fā)展潮流，但雙頻淬火仍停 留于調(diào)研階段，設(shè)計(jì)人員對(duì)雙頻淬火齒輪運(yùn)用范圍、使用壽命等方面存在諸多盲點(diǎn)，未能開(kāi)展雙頻淬火齒輪的試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證。
2.設(shè)備老化
（1）國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家感應(yīng)淬火機(jī)床普遍老化，CNC數(shù)控、絲桿侍服電機(jī)精確走行、在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)均未采用。而許多國(guó)內(nèi)感應(yīng)設(shè)備制造廠(chǎng)家齒輪淬火機(jī)床仍停留于10年前的技術(shù)水平。
（2）中頻電源仍然為機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)（組），而全固態(tài)IGBT中頻電源在鐵道行業(yè)未有成功運(yùn)用經(jīng)歷。
（3）重?zé)彷p冷，忽視冷卻介質(zhì)對(duì)淬火質(zhì)量的影響，現(xiàn)國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪生產(chǎn)廠(chǎng)家仍將機(jī)油作為主要淬火介質(zhì)，輪齒齒面硬度分布不理想。
（4）齒輪冷熱加工配合不夠，忽視倒角大小、形狀及齒根粗糙度、齒根圓弧形狀等機(jī)加工項(xiàng)點(diǎn)對(duì)感應(yīng)加熱及質(zhì)量的影響。
三、機(jī)車(chē)齒輪感應(yīng)熱處理展望
（1）在更新控制精度高、自動(dòng)化程度高的淬火設(shè)備后，機(jī)車(chē)齒輪生產(chǎn)質(zhì)量、效率有望進(jìn)一步提高。
（2）雙頻淬火設(shè)備在推廣的同時(shí)需要完成地鐵、城軌機(jī)車(chē)齒輪的驗(yàn)證工作。
（3）行業(yè)協(xié)會(huì)可爭(zhēng)取立項(xiàng)，組織相關(guān)單位完善機(jī)車(chē)感應(yīng)齒輪的基礎(chǔ)研究工作，如硬化層應(yīng)力分布、疲勞強(qiáng)度的測(cè)定。
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