典型汽車零部件感應(yīng)熱處理設(shè)備的自動化與智能化

■ 楊繼賢

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。18世紀(jì)中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強(qiáng)國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強(qiáng)盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國的必由之路。

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑。以智能制造為主導(dǎo)的“工業(yè)4.0”推出以來，已經(jīng)成為中國制造的技術(shù)標(biāo)桿；“中國制造2025”立足于對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，它是三步走戰(zhàn)略的第一個(gè)十年的行動綱領(lǐng)，其根本目標(biāo)在于改變中國制造“大而不強(qiáng)”的局面。

在“中國制造2025”框架下，洛陽升華感應(yīng)制造作為中國制造的一分子，以技術(shù)研發(fā)為核心，以用戶體驗(yàn)式設(shè)計(jì)為宗旨，開拓創(chuàng)新，不忘初心，砥礪前行。

感應(yīng)熱處理以其高效率、高節(jié)能、清潔的特點(diǎn)在汽車零部件領(lǐng)域使用廣泛，本文就洛陽升華感應(yīng)研發(fā)制造的4種典型的汽車零部件感應(yīng)熱處理自動線做詳細(xì)介紹。

1. 內(nèi)球籠感應(yīng)熱處理自動線

內(nèi)球籠和外球籠統(tǒng)稱為“等速萬向節(jié)”，是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機(jī)的動力從變速器傳遞到兩個(gè)前車輪，驅(qū)動轎車高速行駛。本實(shí)例主要介紹內(nèi)球籠。

內(nèi)球籠又分為三叉式（以下簡稱TJ）和六珠式（以下簡稱CVJ），如圖1所示。TJ/CVJ的表面熱處理內(nèi)容包括內(nèi)腔和外花鍵柄部兩個(gè)部分，其中TJ的內(nèi)腔因其特殊的結(jié)構(gòu)在淬火前需要對其進(jìn)行周向位置找正，以滿足淬火工藝要求。

內(nèi)球籠感應(yīng)熱處理設(shè)備（見圖2）為自動線形式，包括自動上料機(jī)構(gòu)（可與上道工序自動對接）、內(nèi)腔周向位置找正、內(nèi)腔淬火、外花鍵柄部淬火、充分冷卻與吹干以及自動下料機(jī)構(gòu)（含NG件通道），并與回火爐自動對接和工位間送料等，各種動作自動完成。

該設(shè)備既適應(yīng)于TJ工件淬火又適用于CVJ工件淬火，對TJ/CVJ內(nèi)腔淬火時(shí)，夾持外花鍵柄部，工件內(nèi)腔口部朝下，工件升降連續(xù)掃描或同時(shí)加熱淬火，外部帶輔助噴液，淬火時(shí)旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)；對外花鍵柄部淬火時(shí)，工件內(nèi)腔口部朝下，工件升降連續(xù)掃描或同時(shí)加熱淬火，淬火時(shí)旋轉(zhuǎn)。

圖1 內(nèi)球籠

自動化與智能化體現(xiàn)：

（1）全數(shù)字化電源。

（2）質(zhì)量監(jiān)控體系。①能量監(jiān)控。②淬火冷卻介質(zhì)流量監(jiān)控。③淬火冷卻介質(zhì)及冷卻水溫度監(jiān)控。④冷卻水壓力監(jiān)控。⑤歷史數(shù)據(jù)存儲及追溯。⑥異件智能判斷及剔除。⑦工件周向位置自動找正。

（3）伺服電動機(jī)位置閉環(huán)控制檢測。

（4）故障智能診斷、遠(yuǎn)程診斷。

（5）上下工序?qū)印?/p>

2. 傳動軸感應(yīng)熱處理自動線

等速傳動軸總成是把兩個(gè)軸線不重合的軸連接起來，并使兩軸以相同的角速度傳遞運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件。等速傳動軸總成（見圖3）分為3大部分：一端是移動節(jié)總成；另一端是固定節(jié)總成；中間是軸。

傳動軸零件（見圖4）在使用中要求有高的靜扭強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，內(nèi)部各零件在承受高的表面壓應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生滾動或滑動，接觸部位要求有高的耐磨性，大部分件采用感應(yīng)淬火熱處理，以滿足其苛刻的服役條件要求。

傳動軸感應(yīng)熱處理設(shè)備（見圖5）為雙工位全自動形式，包括自動上料機(jī)構(gòu)（可與上道工序自動對接）、關(guān)節(jié)機(jī)器人、左工位限變形機(jī)構(gòu)、左工位淬火、右工位限變形機(jī)構(gòu)、右工位淬火，以及自動下料機(jī)構(gòu)（含NG件通道）并與回火爐自動對接等。雙工位切換淬火，關(guān)節(jié)機(jī)器人完成工位切換后的工件上料、下料、廢件剔除等功能。

自動化與智能化體現(xiàn)：

（1）全數(shù)字化電源。

（2）質(zhì)量監(jiān)控體系。①能量監(jiān)控。②淬火冷卻介質(zhì)流量監(jiān)控。③淬火冷卻介質(zhì)及冷卻水溫度監(jiān)控。④冷卻水壓力監(jiān)控。⑤歷史數(shù)據(jù)存儲及追溯。⑥異件智能判斷及剔除。⑦工件淬火變形限制。

（3）伺服電動機(jī)位置閉環(huán)控制檢測。

（4）故障智能診斷、遠(yuǎn)程診斷。

（5）上下工序?qū)印?/p>

3. 粉末冶金正時(shí)齒輪感應(yīng)熱處理自動線

正時(shí)齒輪是用來控制發(fā)動機(jī)中活塞與點(diǎn)火氣門的凸輪軸之間的相位關(guān)系。

正時(shí)齒輪（見圖6）又分為進(jìn)氣正時(shí)齒輪和排氣正時(shí)齒輪，它的表面熱處理內(nèi)容包括齒形外圓淬火和鎖銷軸孔（以下簡稱Key）淬火。進(jìn)氣和排氣正時(shí)齒輪外形尺寸一致，區(qū)別在于Key角度不同，要求對Key淬火位置也不相同，因此在Key淬火前需要對工件進(jìn)行周向位置找正。

圖2 內(nèi)球籠感應(yīng)熱處理自動線

圖3 等速傳動軸總成

圖4 傳動軸

圖5 傳動軸感應(yīng)熱處理自動線

粉末冶金正時(shí)齒輪感應(yīng)熱處理設(shè)備（見圖7）為四轉(zhuǎn)盤全自動形式，包括上料轉(zhuǎn)盤、桁架機(jī)器人、齒形外圓淬火、工件周向位置找正、Key淬火及下料轉(zhuǎn)盤等。桁架機(jī)器人完成各轉(zhuǎn)盤間的運(yùn)料、異件智能識別等功能。

自動化與智能化體現(xiàn)：

（1）全數(shù)字化電源。

（2）質(zhì)量監(jiān)控體系。①能量監(jiān)控。②淬火冷卻介質(zhì)流量監(jiān)控。③淬火冷卻介質(zhì)及冷卻水溫度監(jiān)控。④冷卻水壓力監(jiān)控。⑤歷史數(shù)據(jù)存儲及追溯。⑥異件智能判斷。⑦工件周向位置自動找正。

（3）伺服電動機(jī)位置閉環(huán)控制檢測。

（4）故障智能診斷、遠(yuǎn)程診斷。

（5）上下工序?qū)印?/p>

4. 組裝型凸輪軸凸輪片感應(yīng)熱處理自動線

隨著汽車輕量化發(fā)展，組裝型凸輪軸被大量應(yīng)用。組裝型凸輪軸由軸和凸輪片（見圖8）組成。凸輪片因其升程小壁厚差異較大、側(cè)面外形差異較小及數(shù)量多，其淬火要求凸輪頭部與基圓部淬火深度均勻、方向一致及快節(jié)拍。

組裝型凸輪軸凸輪片感應(yīng)熱處理設(shè)備（見圖9）為轉(zhuǎn)盤全自動形式，包括自動上料機(jī)構(gòu)（可與上道工序自動對接）、自動排序機(jī)構(gòu)、成像監(jiān)測系統(tǒng)、智能翻面機(jī)構(gòu)、異件智能判斷、外圓淬回火、智能打標(biāo)，以及自動下料機(jī)構(gòu)（含NG件通道）并與下道工序自動對接等。

自動化與智能化體現(xiàn)：

（1）全數(shù)字化電源。

（2）質(zhì)量監(jiān)控體系。①能量監(jiān)控。②淬火冷卻介質(zhì)流量監(jiān)控。③淬火冷卻介質(zhì)及冷卻水溫度監(jiān)控。④冷卻水壓力監(jiān)控。⑤歷史數(shù)據(jù)存儲及追溯。⑥異件智能判斷。⑦成像監(jiān)測系統(tǒng)。⑧正反面智能判斷與糾正。⑨工件周向位置自動找正。⑩不合格件自動剔除。

（3）伺服電動機(jī)位置閉環(huán)控制檢測。

（4）故障智能診斷、遠(yuǎn)程診斷。

（5）上下工序?qū)印?/p>

圖6 粉末冶金正時(shí)齒輪

圖7 粉末冶金正時(shí)齒輪感應(yīng)熱處理自動線

圖8 組裝型凸輪軸凸輪片

圖9 組裝型凸輪軸凸輪片感應(yīng)熱處理自動線