国际篇-感应淬火技术在汽车制造业的发展doc

国际篇-感应淬火技术在汽车制造业的发展现代汽车生产是高效率、环保型、大规模的流水生产。

感应热处理技术由于具有优质、高效、节能、环保等诸多优点，符合现代汽车生产需要，得到了广泛的应用，技术水平迅速提升。

国际先进的感应淬火技术1、电源国外IGBT、MOSFET和SIT全固态晶体管电源技术逐步成熟，并已商品化、系列化，目前有1200kW、50kHz；50~100kHz、30~600kW；100kW、80kHz；低频段有取代晶闸管电源趋势；MOSFET多采用并联振荡电路，SIT多采用串联谐振电路，功率高达1000 kW、频率200kHz和400kW、400kHz。

它们都是电子管式高频电源的理想替代产品。

当输出功率与电子管电源相同时，节电35%～40%，节省安装面积50%，节约冷却水40%～50%。

随着科技的进步，在高频感应淬火领域，MOSFET有望取代SIT。

2、淬火机床感应淬火机床更加趋向自动化，CNC控制逐渐增多，自动分检零件与自动识别进机零件功能的机床增多。

（1）通用淬火机床通用淬火机床朝柔性化方向发展，一台淬火机床可以对不同性能要求的不同零件感应加热淬火。

德国研制的一种曲轴淬火机床，法兰件感应淬火柔性加工系统略加调整能处理不同尺寸的相似工件；对于轴类零件在一定直径范围内（如30mm）与长度300～800 mm范围内，对于相似淬火要求的轴类零件，淬火机能自动编制14种程序，自动识别进机零件；Robotron.Eiotherm最近推出了双主轴立式淬火机，在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火，能处理轮轴、三槽套及其他万向节件，转换工件只需2～5min，用计算机编程，根据工件号在2 min内就可调出有关工艺数据；一汽引进的GH公司数控淬火设备通用性强、自动化程度，在复杂零件上可实现多段变功变速，编程容易、操作方便。

图1是GH公司的数控淬火机床。

（2）专用淬火机床专用淬火机床更加专用化，采用机械手上下零件，加热、淬火、回火、校直、检查完全自动进行。

先进的计算机控制技术可以监控并屏幕显示淬火过程和工艺参数，跟踪全部操作过程，如发现故障或工艺参数偏离给定值，便自动修正或自动列出不合格零件，使控制系统暂停工作并报警，同时屏幕上显示故障性质和所要修正的动作。

更先进的控制系统还适应材料化学成分的波动，并自动调整比功率或加热时间，以保证感应淬火零件的质量。

例如日本高周波热炼株式会社川崎工厂的卧式半轴淬火机床，上尾厂可同时淬三根半轴，群马厂可同时淬两根半轴，机床实际上是感应热处理生产线，全过程除校直、荧光探伤检查需一名工人外，其余全部自动进行。

（3）机器人的应用日本高周波热炼株式会社制造的一台立式通用淬火机床上配置一台机器人，机器人将一个二匝的感应器进行依次平面扫描，使一块塑料板变色，虽然使用电源功率只3 kW，但也可以看出机器人在感应热处理中的应用趋势。

（4）机电一体化将电源、淬火机床、冷却系统组成成套装置，具有占地面积小、生产效率高、一次安装调试容易等优点。

国外最近问世的曲轴固定加热淬火装置占地面积仅为组合式成套装置的1/4。

3、淬火工艺（1）静止式曲轴感应淬火采用静止式曲轴感应淬火新技术的最初的两台装置在福特公司V6和V8曲轴淬火和回火工艺中得以应用，表现出了良好的市场前景。

其特点是：加热时间短，一般仅为1.5～4s，传统工艺是7～12s；电效率高、成本低；感应器与工件之间允许有较大间隙，调整方便；操作简单、重复性好、易于维护；占地面积小，仅为原来的20%左右。

（2）低淬透性钢齿轮淬火现在俄罗斯许多汽车工厂广泛采用低淬透性钢进行整体感应加热表面淬火，已大量应用于汽车、拖拉机后桥齿轮、挖掘机齿轮、传动十字轴、火车车厢用滚动轴承、汽车板簧、铁路螺旋弹簧等，取得了较大的经济效益。

（3）双频感应加热淬火国外双频淬火主要用于齿轮。

20世纪90年代，美国用10kHz中频和150kHz高频电源，先让齿轮在中频感应器中加热，然后迅速降到高频感应器中加热，最后落入油中淬火。

进入21世纪，此工艺又有新进展，如GH公司采用电力电子开关转换频率，使齿轮的齿顶和齿跟的加热更加均匀，更好地保证了齿轮的淬火质量。

介绍近10年日本轧钢技术的发展一、轧钢技术的最近进展和今后展望日本最近10年轧钢生产虽受钢产量起伏的影响而波动，但技术仍在不断进步。

随着计算机的小型化、高速化和有限元法(FEM)的登场，材料三次元的解析得以应用，对以板材为首的各种钢材的加工压力、荷重、扭矩和金属流动等均可计算出。

变形阻抗作为高精度计算荷重和扭矩的物性值，现已进入数据收集和模式化阶段，热变形阻抗已在细晶粒钢开发中广为应用，冷变形阻抗也在高强度钢的开发方面实用化。

现结合由“大生产大消费时代”向资源循环型社会的转变，今后轧钢技术发展的主要方向如下：(1)从主要变形向大幅提高材料性能、且以最小能耗生产易再循环利用产品的新加工技术转变，如复合加工、多轴加工、超精密加工、工具自由化加工等和材质控制技术。

(2)研究开发方面，由利用模拟技术使试验时间和费用大幅下降的追求型向重视手工装置和发挥人才作用的方式转变。

(3)基础技术应重视工具特性的飞跃改进和与环境和谐技术的开发。

二、轧钢基础技术的开发1．变形的理论解析轧钢方面的理论数值解析已在各种钢材生产上应用。

如对产品尺寸精度和形状的预测，对被轧材的材料流动、荷重、形变、温度分布等的解析，对轧钢变形和对产品影响的说明，产品材质、组织、残留应力等的预测以及轧制条件的最佳化和轧钢设备的合理设计等方面的应用。

由于三次元FEM应用的快速发展，日本在轧钢技术理论方面已居世界领先地位。

上世纪80年代后期，在轧板解析方面以三次元FEM为主，结合轧辊弹性变形解析，可测出钢板宽边变形的详细情况后加以控制，对板材控制的高度化和轧机设备的高效设计作出了多方贡献，迄今已经基本实用化。

对串列轧机、非对称轧制也在试用中。

在钢板变形解析中，还建议采用计算时间短、更易理解的模拟三次元解析法。

在热轧方面，材质、预测控制均十分重要，最近正在开发利用三次元FEM对其的轧制加工进行的解析模式，拟在超微细粒钢的开发中应用。

影响轧钢产品质量和操作效率的表面缺陷很早即受到人们的重视。

为了从理论上查明原因，从根本上解决问题，日本钢铁联盟成立了“缺陷变形系统开发研究会”。

同时学习铝板轧制中利用三次元刚塑性FEM和结晶塑性模式结合的聚合组织预测模拟技术，用于在开发钢铁材料同时保证形状和质量的理论模式。

为适应对棒、线材尺寸的高精密化、形状易变、低成本和高质量化的要求，已开发出三辊轧制、2Hi精密轧机和四辊轧机等多变数控制理论。

三次元刚塑性FEM亦用于棒、线材的孔型设计，并保证了产品的高精度。

控制材质的棒、线材轧制技术正在研发之中，通过增设缓冷、快冷装置以使工序简化。

FEM还用于结晶粒径的预测，有利于确定最佳生产条件。

对于H型钢轧制的三次元刚塑性FEM在推广应用，关于万能轧机应用三次元刚塑性FEM预测材料流动和应力分布的研究亦在进行中。

在H型钢的三次元刚塑性FEM解析时，对轧辊和被轧材的接触区、V形轧辊无驱动等均应作为解析时的注意事项，还应考虑被轧材的内部温度分布对材料流动的影响。

今后随着建筑物的大型化和提高抗震性的要求，H型钢的控轧、控冷技术将被广泛采用。

穿孔轧制由于对钢坯中心部的穿孔效果所产生的破坏现象及芯棒和轧辊间的复杂变形致解析不易，加上完全三次元FEM时的要素分割和计算时间尚有问题，因此多使用一般化平面形变的近似三次元解析法。

比穿孔效果更重要的是芯棒前端使坯开裂时将产生管内部缺陷，为抑制开裂应选定合适的轧制条件，即应从轧辊的倾角到交叉角、钢坯加热温度、穿孔速度等综合考虑。

总之，近年来由于个人计算机性能的提高，加上各种轧钢模拟器和解析软件的普及，均推动了日本轧钢技术发展。

2．塑性加工时的摩擦学进展(1)冷轧中的超高速轧制。

进入上世纪90年代，为生产0．2mm以下罐头包装用薄板，开发成功2800m／min 超高速轧制法，并开发成功高润滑油、高耐磨工作辊和防止轴承烧坏等配套技术，更重要的是防止烧损的摩擦学理论。

(2)塑性产品表面的超镜面加工。

材料表面凹处停留的润滑油，当产生和周边部面压大致相同的静水压时，通过中等速度的相对滑动，凹处的润滑油将向周边的接触面流出，这将使全部接触面处于微型塑性流体润滑状态。

此时的摩擦系数远比一般工具和材料间同等厚度油膜下的摩擦系数低。

不锈钢板的镜面冷轧便利用此原理大幅度提高了生产效率。

(3)减轻环境负荷的润滑剂。

主要有对地球无害的、不需洗净的、用量很少的和无润滑的等4种。

冷锻加工用反应油系和高粘度油系润滑剂及乳胶系水系润滑剂均不加重环境负担。

板成形加工用润滑剂采取了硫系添加剂、磷系添加剂、有机金属化合物和固体润滑剂后也达到了对地球环境无害。

目前还在开发陶瓷模具和镀膜模具，以实现无润滑加工。

三、钢板轧制技术的进步1．轧钢设备(1)热连轧。

突出的是在1996年实现的无头轧制技术，它可使产品全长的质量均匀稳定，现已用于1mm厚度薄板的稳定生产。

它由轧机追尾控制技术、头尾焊接技术、高精度成品轧制技术、高速卷取技术等组成。

关键的头尾焊接技术目前采取了感应加热焊接和激光焊接。

2000年投产的对精轧第4～6机架采取小径单辊驱动的热连轧机，在大压下的同时实施出口穿水快冷工艺，使抗拉强度、屈服应力提高的同时，抗疲劳性、加工性、焊接性亦具佳的铁素体粒径2～5μm的微细组织的热轧钢板问世。

其它新技术还有轧辊在线研磨机，可提高产品尺寸精度和延长轧辊使用时间；轧机稳定器可减少板坯进入轧机时引起的振动，有利于薄尺寸产品的稳定生产；还有板坯定宽压力机可使板卷两端的切头减少，并有利于连铸机增产，从1986年开始用于热连轧，2004年已有8台生产。

(2)冷轧。

为保证板厚、板形和成材率等产品质量和生产效率的不断提高而开发新技术，特别是镀锡用板的高速冷轧时确保边部和板形质量的技术较为出色。

即在1995年，由于备用轧辊的辊座化和AC电机使速度可控性提高等因素，实现了镀锡用板的2800m／min高速轧制，在长度方向的尺寸精度除加减速部分＜2％外，其余均＜1．0％，边部的缺陷亦得到相应控制和减少，轧辊磨耗明显下降。

2000年日本首台和酸洗连结的冷连轧机投产。

它的工作辊比同类轧机小，但除鳞效果好，尺寸精度等亦好，可生产0．8mm×1600mm产品。

此外，在特殊钢和≤0．1mm极薄产品的生产方面，还采用了小工作辊的多辊冷轧机。

2．加热、冷却技术为提高钢材质量和生产效率，保持生产稳定和设备小型化及节能，各工艺均开发成功不少新的加热和冷却技术。

(1)加热技术。

首先是在板坯加热炉和冷轧板连续退火炉上，节能型自身蓄热式燃烧器开发成功并得到了广泛应用。