中碳钢凸轮轴热处理工艺设计(13)
单位表面功率是指被加热单位面积上所需要的电功率，它是通过调节电源输出功率来获得的。单位表面功率对零件加热过程有很大影响。
单位表面频率是根据频率和被加热零件直径决定的。频率越低，零件直径越小，所需要的单位表面功率越大。
淬火面积：
⑴凸轮淬火面积
S_凸=πD_内 H_零=3.14×67×19=39.97cm^2
⑵轴承档淬火面积
S_轴=πD_内 H_感=3.14×67×20.9=43.97cm^2
同时加热时，凸轮加热时所需要的功率：P_凸=P_0 S_凸=1.4×39.97=55.96kW
连续加热时，零件加热时所需要的功率：P_轴=P_0 S_轴=1.4×43.97=61.56kW
中频发电机的输出功率：P_j=P_轴/(η_p η_g )=61.56/0.64=96kW
η_p是淬火变压器效率。常取0.8，η_g是感应器效率，常取0.8。
在感应加热式将设备的总功率与感应器效率和淬火变压器效率一起考虑，就是设备输出功率。
确定使用BPSD一100／8000中频发电机供电，该设备的额定功率PE＝100 kW，频率ƒ＝8.6kHz、额定电压UE=375V (或者750V，本机使用375V)，额定电流IE＝296A(或者148A,本机使用296A)，功率因数cosφ＝0.9。经设备调整，使之处于匹配与谐振状态，调整结果中频电参数如下：
淬火变压器匝比：18／1； 补偿电量：38．8μF
中频空载电压：375V； 中频负载电压：370 V
中频电流：215A； 中频输出功率：74kW
功率因数cosφ：-0.93(容性)
3.4 加热工艺参数的确定
感应加热方法基本分为两种：
（1）同时加热法，这种加热法是被加热的表面同时共热升温，零件需要加热的整个部分都被感应器包围着。加热后通过从感应器的喷射孔迅速将水喷射到零件上进行冷却淬火，如图3.2所示。
图3.2 同时加热淬火法
在大批量生产时，为充分发挥设备潜力，提高生产效率，只要设备输出功率足够的条件下，尽可能采用同时加热。同时加热淬火法是将工件的整体或一部分置于感应器之中或其领近位置，感应器接通高频或中频电流，使工件感应加热，待工件加热到淬火温度后，切断电流，立即或间隔一段时间或提前一点时间，对加热部分进行冷却，使该部位达到淬火目的。同时加热淬火法操作简单、控制容易，并能实现自行回火，具有高效、节能等优点，因此被广泛使用。
同时加热淬火时，加热时间一般为2～6s，就完成了相变过程，升温速度为150～500C/s。
图同时淬火加热的P_0-D_s-t_H关系图是统计了我国某大型工厂的多年工艺卡和检验卡而绘制的比功率P_0（kW/cm^2）、硬化层深度D_s（mm）与同时加热淬火的加热时间t_H（s）之间的关系曲线。即在已知P_0和D_s的前提下，通过曲线查得t_H。使用条件是轴类零件、圆环感应器（间隙为2～3mm）、中频发电机供电、电流频率8kHz。符合以上条件，P_0=1.4kW/cm^2，D_s=2mm，查得t_H=2.1s。
感应器与零件的相对移动速度、感应器高度与零件每一点上的加热时间有如下关系。
t=h/v
式中t：加热时间，s；
h：感应器高度，一般为10～30mm；
v：感应器与零件的相对移动速度，一般为0.3～30mm/s。
即v=h/t=20.9/2.1=9.9mm/s。
图3.3 同时淬火加热的P_0-D_s-t_H关系图
圆柱零件同时加热时，转速越快，加热越均匀。一般按1～6r/s考虑。