机车齿轮感应热处理现状及展望

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在更新控制精度高、自动化程度高的淬火设备后，机车齿轮生产质量、效率有望进一步提高。双频淬火设备在推广的同时需要完成地铁、城轨机车齿轮的验证工作。行业协会可争取立项，组织相关单位完善机车感应齿轮的基础研究工作，如硬化层应力分布、疲劳强度的测定。 
感应加热技术在国内机车工业上的运用源于20世纪60年代。机车感应淬火齿轮一般要求硬化层深2~4mm，硬度52~60HRC。历经40年的发展，感应淬火机车齿轮广泛应用于200km/h以下的客、货运机车（DF、SS系列等）及城市轻轨、地铁机车，并应用于替代进口机车齿轮。 
一、 机车齿轮感应热处理的现状 
1.技术现状 
国内各厂家均采用中频埋油沿齿廓淬火工艺。自20世纪70年代至90年代中期，国内机车感应齿轮生产厂家经历了淬火工艺摸索、批量生产国产120km/h以下机车齿轮、进口机车齿轮国产化等阶段，工艺得到逐渐稳定。自90年代中期以来，随着铁路工业的迅速发展，机车运行速度及牵引吨数逐年提高，感应齿轮服役期故障率逐步上升，突出表现在齿轮全齿宽范围内两端未硬化，使用过程中产生弯曲疲劳裂纹，经过最近几年的研究摸索，相关厂家采用新工艺后，已实现齿轮全齿宽范围内硬化。 
现机车用感应齿轮使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h，寿命由初期的40万km提高到100万km以上。 
2.装备现状 
（1）机床 现国内各厂家机床装备水平参差不齐，第1代液压升降、无限位、淬火变压器半潜式机床，第1.5代液压升降、有限位、PLC控制机床，以及第2代丝杆步进电机升降、半数控控制机床并存。第1代机床仍然占主导地位，由于第1代机床仍沿用60年代末的设计，定位精度差、稳定性差，已不能满足齿轮生产的要求，必须更新换代；第2代淬火机床现仅有1台，于2004年投入使用，基本满足生产要求，但在技术水平上仍未能达到同期通用淬火机床的技术水平。 
（2）电源 淬火电源仍然使用机式中频发电机（组），少数厂家曾试用过国产晶闸管中频电源，但由于可靠性不佳，未能推广，第3代全固态IGBT中频电源在国内机车齿轮感应热处理行业未能运用。 
二、 机车齿轮感应热处理存在的问题 
1.基础研究严重不足 
（1）使用速度160km/h以下齿轮的设计理论储备较多，而对于速度160km/h以上机车能否使用感应齿轮在理论上仍处于空白阶段。 
（2）感应齿轮未进行实物接触、弯曲疲劳强度试验论证，以致于齿轮使用寿命不能精确预估。 
（3）对感应齿轮硬化层区域应力分布情况未作深入研究。 
（4）模数6mm以下城轨、地铁机车感应齿轮双频淬火是发展潮流，但双频淬火仍停留于调研阶段，设计人员对双频淬火齿轮运用范围、使用寿命等方面存在诸多盲点，未能开展双频淬火齿轮的试验台实物试验验证。 
2.设备老化 
（1）国内机车齿轮生产厂家感应淬火机床普遍老化，CNC数控、丝杆侍服电机精确走行、在线实时监控等技术均未采用。而许多国内感应设备制造厂家齿轮淬火机床仍停留于10年前的技术水平。 
（2）中频电源仍然为机式中频发电机（组），而全固态IGBT中频电源在铁道行业未有成功运用经历。 
（3）重热轻冷，忽视冷却介质对淬火质量的影响，现国内机车感应齿轮生产厂家仍将机油作为主要淬火介质，轮齿齿面硬度分布不理想。 
（4）齿轮冷热加工配合不够，忽视倒角大小、形状及齿根粗糙度、齿根圆弧形状等机加工项点对感应加热及最终质量的影响。 
三、 机车齿轮感应热处理展望 
（1）在更新控制精度高、自动化程度高的淬火设备后，机车齿轮生产质量、效率有望进一步提高。 
（2）双频淬火设备在推广的同时需要完成地铁、城轨机车齿轮的验证工作。 
（3）行业协会可争取立项，组织相关单位完善机车感应齿轮的基础研究工作，如硬化层应力分布、疲劳强度的测定。 ! e+ W/ P) Y: }# ~# F