Postizanje visokokvalitetnog otvrdnjavanja zub po zub velikih zupčanika indukcijskim grijanjem
U proizvodnoj industriji veliki zupčanici igraju ključnu ulogu u raznim primjenama kao što su teški strojevi, vjetroturbine i industrijska oprema. Kako bi se osigurala njihova trajnost i izvedba, neophodno je primijeniti postupak kaljenja zuba zupčanika. Jedna od najučinkovitijih metoda za postizanje zub-po-zub kaljenja u velikim zupčanicima je indukcijsko zagrijavanje.
Indukcijsko grijanje je proces koji koristi elektromagnetsku indukciju za brzo zagrijavanje površine zuba zupčanika. Primjenom visokofrekventne izmjenične struje na zavojnicu stvara se magnetsko polje koje inducira vrtložne struje na površini zuba zupčanika. Ove vrtložne struje stvaraju lokalizirano zagrijavanje, omogućujući precizno i kontrolirano otvrdnjavanje svakog pojedinog zuba.
Kaljenje zub po zub indukcijskim grijanjem ima nekoliko prednosti u odnosu na druge metode kaljenja. Prvo, osigurava ravnomjernu raspodjelu tvrdoće preko zuba zupčanika, što rezultira poboljšanom otpornošću na trošenje i nosivošću opterećenja. Ovo je osobito ključno za velike zupčanike koji su podvrgnuti velikim opterećenjima i teškim uvjetima rada.
Drugo, indukcijsko zagrijavanje omogućuje selektivno kaljenje, što znači da se zagrijavaju samo zubi zupčanika, dok ostatak zupčanika ostaje relativno nepromijenjen. To smanjuje rizik od iskrivljenja ili savijanja, do čega može doći kod drugih metoda toplinske obrade koje uključuju zagrijavanje cijele opreme. Precizna kontrola procesa zagrijavanja omogućuje ciljano otvrdnjavanje, što rezultira visokokvalitetnim, dimenzijski stabilnim zupčanikom.
Indukcijsko kaljenje malih, srednjih i velikih zupčanika izvodi se tehnikom zub po zub ili kružnom metodom. Ovisno o veličini zupčanika, potrebnom uzorku tvrdoće i geometriji, zupčanici se indukcijski kale okružujući cijeli zupčanik zavojnicom (tzv. “kaljenje zupčanika centrifugom”), ili za veće zupčanike zagrijavanjem “zub po zub” , gdje se može postići precizniji rezultat stvrdnjavanja, iako je proces znatno sporiji.
Kaljenje zub po zub velikih zupčanika
Metoda zub po zub može se izvesti u dvije alternativne tehnike:
"vrh po vrh" primjenjuje način grijanja s jednim udarcem ili način skeniranja, induktor okružuje tijelo jednog zuba. Ova metoda se rijetko koristi jer ne daje potrebnu čvrstoću na zamor i udar.
Popularnija tehnika otvrdnjavanja "rupa po praznina" primjenjuje samo način skeniranja. Zahtijeva da induktor bude simetrično smješten između dva boka susjednih zuba. Brzine skeniranja induktora obično su unutar 6 mm/s do 9 mm/s.
Koriste se dvije tehnike skeniranja:
– induktor miruje, a zupčanik je pomičan
– zupčanik miruje, a induktor je pomičan (popularnije kod kaljenja velikih zupčanika)
Induktor za indukcijsko kaljenje
Geometrija induktora ovisi o obliku zuba i potrebnom uzorku tvrdoće. Induktori mogu biti dizajnirani da zagrijavaju samo korijen i/ili bok zuba, ostavljajući vrh i jezgru zuba mekima, žilavim i rastegljivim.
Simulacija pomaže u sprječavanju pregrijavanja
Pri razvoju procesa kaljenja zupčanika zub po zub, posebnu pozornost treba posvetiti elektromagnetskim učincima na kraju/rubu i mogućnosti pružanja potrebnog uzorka u krajevima zupčanika.
Nakon skeniranja zuba zupčanika, temperatura je prilično jednoliko raspoređena unutar korijena i bokova zupčanika. U isto vrijeme, budući da vrtložna struja čini povratni put kroz bok i, posebno kroz vrh zuba, potrebno je obratiti pozornost na sprječavanje pregrijavanja područja vrha zuba, posebno na početku i na kraju stvrdnjavanja skeniranjem. . Simulacija može pomoći u sprječavanju ovih neželjenih učinaka prije razvoja procesa.
Primjer simulacije
Skeniranje zub po zub kaljenja zupčanika na 12 kHz.
Hlađenje sprejom je također simulirano, ali nije vidljivo na slikama rezultata. Učinak hlađenja primjenjuje se na gornje i bočne strane dvaju zuba, kao i pomicanje zone hlađenja nakon induktora.
3D ojačani profil u sivoj boji:
2D okomiti rez otvrdnutog profila: CENOS vam omogućuje da jednostavno vizualizirate kako očvrsnuti profil postaje dublji ako se snaga ne smanji ili isključi pri kraju zupčanika. 
Gustoća struje na zupčaniku:
Dodatno, indukcijsko grijanje nudi brze stope zagrijavanja i hlađenja, smanjujući ukupno vrijeme obrade u usporedbi s konvencionalnim metodama. Ovo je posebno korisno za velike zupčanike, jer pomaže poboljšati učinkovitost proizvodnje i smanjiti troškove.
Da bi se postiglo kaljenje zub po zub velikih zupčanika pomoću indukcijskog grijanja, potrebna je specijalizirana oprema. Sustav indukcijskog grijanja obično se sastoji od napajanja, zavojnice ili induktora i sustava za hlađenje. Zupčanik se postavlja u zavojnicu, a napajanje se aktivira kako bi se proizvela potrebna toplina. Parametri procesa, kao što su snaga, frekvencija i vrijeme zagrijavanja, pažljivo se kontroliraju kako bi se postigao željeni profil tvrdoće.
Zaključno, kaljenje zub po zub velikih zupčanika indukcijskim zagrijavanjem vrlo je djelotvorna i učinkovita metoda. Osigurava jednoliku raspodjelu tvrdoće, selektivno otvrdnjavanje i brzo vrijeme obrade, što rezultira visokokvalitetnim, izdržljivim zupčanicima. Ako ste uključeni u proizvodnju velikih zupčanika, razmatranje primjene indukcijskog grijanja za kaljenje zub po zub može značajno poboljšati performanse i dugovječnost vaših proizvoda.
