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機車齒輪感應熱處理現狀及展望
date：2023-07-18 17:22:32 來源：泉州市金錦機電設備有限公司
在更新控制精度高、自動化程度高的淬火設備后，機車齒輪生產質量、效率有望進一步提高。雙頻淬火設備在推廣的同時需要完成地鐵、城軌機車齒輪的驗證工作。行業協會可爭取立項，組織相關單位完善機車感應齒輪的基礎研究工作，如硬化層應力分布、疲勞強度的測定。
感應加熱技術在國內機車工業上的運用源于20世紀60年代。機車感應淬火齒輪一般要求硬化層深2~4mm，硬度52~60HRC。歷經40年的發展，感應淬火機車齒輪廣泛應用于200km/h以下的客、貨運機車（DF、SS系列等）及城市輕軌、地鐵機車，并應用于替代進口機車齒輪。
一、機車齒輪感應熱處理的現狀
1.技術現狀
國內各廠家均采用中頻埋油沿齒廓淬火工藝。自20世紀70年代至90年代中期，國內機車感應齒輪生產廠家經歷了淬火工藝摸索、批量生產國產120km/h以下機車齒輪、進口機車齒輪國產化等階段，工藝得到逐漸穩定。自90年代中期以來，隨著鐵路工業的迅速發展，機車運行速度及牽引噸數逐年提高，感應齒輪服役期故障率逐步上升，突出表現在齒輪全齒寬范圍內兩端未硬化，使用過程中產生彎曲疲勞裂紋，經過近幾年的研究摸索，相關廠家采用新工藝后，已實現齒輪全齒寬范圍內硬化。
現機車用感應齒輪使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h，壽命由初期的40萬km提高到100萬km以上。
2.裝備現狀
（1）機床現國內各廠家機床裝備水平參差不齊，液壓升降、無限位、淬火變壓器半潛式機床，第1.5代液壓升降、有限位、PLC控制機床，以及第2代絲桿步進電機升降、半數控控制機床并存。機床仍然占主導地位，由于機床仍沿用60年代末的設計，定位精度差、穩定性差，已不能滿足齒輪生產的要求，必須更新換代；第2代淬火機床現僅有1臺，于2004年投入使用，基本滿足生產要求，但在技術水平上仍未能達到同期通用淬火機床的技術水平。
（2）電源淬火電源仍然使用機式中頻發電機（組），少數廠家曾試用過國產晶閘管中頻電源，但由于可靠性不佳，未能推廣，第3代全固態IGBT中頻電源在國內機車齒輪感應熱處理行業未能運用。
二、機車齒輪感應熱處理存在的問題
1.基礎研究嚴重不足
（1）使用速度160km/h以下齒輪的設計理論儲備較多，而對于速度160km/h以上機車能否使用感應齒輪在理論上仍處于空白階段。
（2）感應齒輪未進行實物接觸、彎曲疲勞強度試驗論證，以致于齒輪使用壽命不能精確預估。
（3）對感應齒輪硬化層區域應力分布情況未作深入研究。
（4）模數6mm以下城軌、地鐵機車感應齒輪雙頻淬火是發展潮流，但雙頻淬火仍停 留于調研階段，設計人員對雙頻淬火齒輪運用范圍、使用壽命等方面存在諸多盲點，未能開展雙頻淬火齒輪的試驗臺實物試驗驗證。
2.設備老化
（1）國內機車齒輪生產廠家感應淬火機床普遍老化，CNC數控、絲桿侍服電機精確走行、在線實時監控等技術均未采用。而許多國內感應設備制造廠家齒輪淬火機床仍停留于10年前的技術水平。
（2）中頻電源仍然為機式中頻發電機（組），而全固態IGBT中頻電源在鐵道行業未有成功運用經歷。
（3）重熱輕冷，忽視冷卻介質對淬火質量的影響，現國內機車感應齒輪生產廠家仍將機油作為主要淬火介質，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、齒根圓弧形狀等機加工項點對感應加熱及質量的影響。
三、機車齒輪感應熱處理展望
（1）在更新控制精度高、自動化程度高的淬火設備后，機車齒輪生產質量、效率有望進一步提高。
（2）雙頻淬火設備在推廣的同時需要完成地鐵、城軌機車齒輪的驗證工作。
（3）行業協會可爭取立項，組織相關單位完善機車感應齒輪的基礎研究工作，如硬化層應力分布、疲勞強度的測定。
感應加熱技術在國內機車工業上的運用源于20世紀60年代。機車感應淬火齒輪一般要求硬化層深2~4mm，硬度52~60HRC。歷經40年的發展，感應淬火機車齒輪廣泛應用于200km/h以下的客、貨運機車（DF、SS系列等）及城市輕軌、地鐵機車，并應用于替代進口機車齒輪。
一、機車齒輪感應熱處理的現狀
1.技術現狀
國內各廠家均采用中頻埋油沿齒廓淬火工藝。自20世紀70年代至90年代中期，國內機車感應齒輪生產廠家經歷了淬火工藝摸索、批量生產國產120km/h以下機車齒輪、進口機車齒輪國產化等階段，工藝得到逐漸穩定。自90年代中期以來，隨著鐵路工業的迅速發展，機車運行速度及牽引噸數逐年提高，感應齒輪服役期故障率逐步上升，突出表現在齒輪全齒寬范圍內兩端未硬化，使用過程中產生彎曲疲勞裂紋，經過近幾年的研究摸索，相關廠家采用新工藝后，已實現齒輪全齒寬范圍內硬化。
現機車用感應齒輪使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h，壽命由初期的40萬km提高到100萬km以上。
2.裝備現狀
（1）機床現國內各廠家機床裝備水平參差不齊，液壓升降、無限位、淬火變壓器半潛式機床，第1.5代液壓升降、有限位、PLC控制機床，以及第2代絲桿步進電機升降、半數控控制機床并存。機床仍然占主導地位，由于機床仍沿用60年代末的設計，定位精度差、穩定性差，已不能滿足齒輪生產的要求，必須更新換代；第2代淬火機床現僅有1臺，于2004年投入使用，基本滿足生產要求，但在技術水平上仍未能達到同期通用淬火機床的技術水平。
（2）電源淬火電源仍然使用機式中頻發電機（組），少數廠家曾試用過國產晶閘管中頻電源，但由于可靠性不佳，未能推廣，第3代全固態IGBT中頻電源在國內機車齒輪感應熱處理行業未能運用。
二、機車齒輪感應熱處理存在的問題
1.基礎研究嚴重不足
（1）使用速度160km/h以下齒輪的設計理論儲備較多，而對于速度160km/h以上機車能否使用感應齒輪在理論上仍處于空白階段。
（2）感應齒輪未進行實物接觸、彎曲疲勞強度試驗論證，以致于齒輪使用壽命不能精確預估。
（3）對感應齒輪硬化層區域應力分布情況未作深入研究。
（4）模數6mm以下城軌、地鐵機車感應齒輪雙頻淬火是發展潮流，但雙頻淬火仍停 留于調研階段，設計人員對雙頻淬火齒輪運用范圍、使用壽命等方面存在諸多盲點，未能開展雙頻淬火齒輪的試驗臺實物試驗驗證。
2.設備老化
（1）國內機車齒輪生產廠家感應淬火機床普遍老化，CNC數控、絲桿侍服電機精確走行、在線實時監控等技術均未采用。而許多國內感應設備制造廠家齒輪淬火機床仍停留于10年前的技術水平。
（2）中頻電源仍然為機式中頻發電機（組），而全固態IGBT中頻電源在鐵道行業未有成功運用經歷。
（3）重熱輕冷，忽視冷卻介質對淬火質量的影響，現國內機車感應齒輪生產廠家仍將機油作為主要淬火介質，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、齒根圓弧形狀等機加工項點對感應加熱及質量的影響。
三、機車齒輪感應熱處理展望
（1）在更新控制精度高、自動化程度高的淬火設備后，機車齒輪生產質量、效率有望進一步提高。
（2）雙頻淬火設備在推廣的同時需要完成地鐵、城軌機車齒輪的驗證工作。
（3）行業協會可爭取立項，組織相關單位完善機車感應齒輪的基礎研究工作，如硬化層應力分布、疲勞強度的測定。
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