Высокочастотная закалка

Когда слышишь 'высокочастотная закалка', первое, что приходит в голову — это равномерный твердый слой и стабильность. Но на практике, особенно при обработке валов для судовых редукторов, часто сталкиваешься с парадоксом: по паспорту всё идеально, а в работе деталь идет винтом. У нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия с таким столкнулись при заказе от немецкого концерна — три партии упорных валов пришли с деформацией в 0,15 мм при допуске 0,05. И ведь частотник был исправен, и закалочная головка новая...

Где кроется главный подвох в технологии

Многие до сих пор уверены, что ключ успеха — это мощность установки. На деле же, как показала та история с валами, проблема часто в подготовке поверхности. Мы тогда на второй партии экспериментировали — взяли образцы с разной шероховатостью после шлифовки. Оказалось, что при Ra 0,8 против Ra 1,6 глубина прогрева отличалась на 15%, хотя режимы не меняли. Причем визуально разницу не заметишь, только по микроструктуре видно.

Еще один нюанс — вода в системе охлаждения. Казалось бы, мелочь, но из-за повышенной жесткости воды в нашем цехе №2 на индукторах стала оседать накипь. Термоотдача упала, и вместо расчетной глубины 2,5 мм получали едва 1,8. Пришлось ставить умягчители — обычные фильтры не помогали.

Сейчас уже отработали методику: перед каждой сменой оператор замеряет не только токи, но и температуру воды на выходе. Если видит расхождение в 2-3 градуса от нормы — сразу сигнализирует технологу. Мелочь, а снизила процент брака на 7% за полгода.

Оборудование, которое не подвело

Из всего парка в 102 единицы особенно выделю наш старенький ТВЧ-станок от Лысьвенского завода. 1998 года выпуска, но до сих пор держит допуск по биению шпинделя в 0,01 мм. Новые китайские аналоги, которые пробовали в 2018-м, давали погрешность в 3 раза выше при одинаковых настройках. Секрет — в массивной станине и системе подшипников, которую сейчас уже не делают.

Кстати, про высокочастотную закалку часто забывают, что КПД установки сильно зависит от состояния конденсаторной батареи. У нас был случай, когда при плановом ТО обнаружили, что в одном блоке емкость 'упала' на 20%. Внешне всё работало, но детали стали перегреваться по кромкам. Хорошо, что вовремя заметили — иначе бы целую партию шестерен забраковали.

В сборочном цехе площадью 2000 м2 сейчас используем модернизированную установку с ЧПУ — она позволяет программировать не только траекторию, но и менять частоту в процессе. Для коленвалов сложной формы это спасение — особенно когда нужно уйти от перегрева в зоне масляных каналов.

Типичные ошибки при работе с легированными сталями

С 40ХН и 38ХГМ у нас особые отношения. Помню, как в 2015-м пытались ускорить процесс — увеличили скорость подачи с 2 до 3 мм/с. Вроде бы логично: меньше время нагрева — меньше деформация. Ан нет — получили неравномерную твердость по сечению: сверху 58 HRC, а в сердцевине едва 45. Пришлось возвращаться к старому режиму, но с предварительным подогревом до 250°C.

Еще одна головная боль — остаточные напряжения. После высокочастотной закалки деталь кажется идеальной, но через сутки может 'повести'. Сейчас обязательно делаем отпуск в течение 2 часов при 180-200°C — даже если заказчик не требует по ТУ. Дорого, зато рекламаций почти нет.

Интересный случай был с партией штампов для холодной высадки. По технологии нужна была поверхностная закалка на глубину 1,2-1,5 мм. Сделали всё по ГОСТу, но через неделю клиент пожаловался на выкрашивание кромки. Оказалось, проблема в структуре — получился пережженный мартенсит. Спасли ситуацию, добавив предварительную нормализацию перед закалкой.

Как мы адаптировали процесс под импортные материалы

Когда начали работать с японской сталью SCM440, первые образцы пошли трещинами. Стали разбираться — оказалось, их технологи предусматривают более медленный нагрев. Пришлось перепрограммировать блок ЧПУ, чтобы в начале цикла была 'полка' в 30 секунд при 300°C. Мелочь, а помогло.

С американской 4140 вообще отдельная история — она чувствительна к скорости охлаждения. Наш стандартный состав эмульсии не подошел, пришлось разрабатывать новый с добавлением полимеров. Сейчас используем раствор 12%-й концентрации вместо обычных 8% — и трещин нет, и твердость стабильная 56-58 HRC.

Кстати, про концентрацию эмульсии — мы ее контролируем автоматически. Поставили датчики плотности в систему охлаждения, данные выводятся на монитор оператора. Если видит отклонение больше 0,5% — сразу корректирует. До этого вручную замеряли ареометром раз в смену, но человеческий фактор давал погрешность.

Практические находки, которые не найдешь в учебниках

В цехе с постоянной температурой (+20°C ±1) мы храним эталонные образцы для ежесменной проверки твердомера. Казалось бы, зачем, если прибор поверен? А затем, что при резких перепадах влажности (у нас в Даляне это часто бывает) показания могут 'уплывать' на 1-2 единицы HRC.

Еще одна хитрость — цветные мелки для маркировки зон нагрева. Используем три цвета: желтый — начало прогрева, синий — рабочая зона, красный — критическая температура. Визуально контролировать проще, чем по пирометру, особенно при сложной геометрии детали.

Для контроля глубины слоя сейчас применяем ультразвуковой толщиномер с программным обеспечением от немецкой компании. Но параллельно всегда оставляем 'дедовский' метод — смотрим на излом контрольного образца. Часто бывает, что электроника показывает одно, а на самом деле структура неоднородная.

Что бы я изменил в подходе к высокочастотной закалке

Главное — нужно чаще проводить взаимопроверку между сменами. У нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия ввели правило: первая смена оставляет образцы для второй, вторая — для третьей. Так выявили, что ночная смена экономила электроэнергию — снижала ток на 10%, и детали недопрогревались.

Еще я бы обязал всех технологов раз в квартал лично проводить полный цикл высокочастотной закалки — от настройки станка до контроля готовой детали. Сидя в кабинете, многие тонкости не понять. Например, что при замене индуктора даже той же модели нужно заново подбирать зазор — допуски в 0,1 мм уже влияют на результат.

И последнее — нужно чаще 'встряхивать' технологические карты. Мы вот недавно пересмотрели режимы для валов длиной более метра — добавили промежуточный отпуск прямо в процессе закалки. Трудоемкость выросла на 15%, зато деформация уменьшилась втрое. Иногда стоит отойти от стандартов ради качества.