感应加热在车辆制造的运用

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本文作者：齐成辉作者单位：中国重汽集团大同齿轮有限公司

一、感应加热的原理和优势

(一)感应加热原理。感应加热技术类似于变压器的工作原理，感应设备中一旦流过交变电流，就会在其周围产生出交变性的磁场，将需要加热的金属工件置于交变磁场的环境中，就会在金属中产生感应电动势，在感应电动势的作用下能够在金属工件内部产生出电子移动，进而产生感应电流。而工件自身的电阻在一定的感应电流下，能够将电能部分转化为热能，进而加热金属工件本身。

(二)感应加热的优势。通过上述对感应加热原理的分析，可以看出通过在金属内部形成的感应电流，直接利用工件自身进行加热的过程。这种加热方式的特点在于，其属于非接触的加热方式，因此在电热转换过程中，能量的效率基本取决于金属材料自身的磁导率以及感应设备同金属工件的耦合能力。故而我们可以认为，金属材料自身的磁导率越高，其自身的热转换效率会相应地提升，感应设备同金属工件的耦合能力越强，热转换效率也会相应地提升。而普通加热方式中，主要是通过加热源，通过辐射的形式散发，并将热量通过加热介质传导，最终被加热材料以热传导的形式获取，这种方式的加热效率明显低于感应加热方式。感应加热的优势主要可以总结为以下几个方面:一是能源的利用率更高，避免了直接加热工艺时所需的加热设备的预热和升温过程中的能量损失，能够任意地开始或停止对工件的加热，在非工作条件下，不需要维持加热设备中的温度。二是电磁感应加热装置的机械自动化水平高，设备占地面较少，可实现工件的自动化生产加工。三是减少了对流和传导的加热环节，而直接利用工件本身进行接加热，加热效率高、速度快。四是加热迅速，改善了生产效率，有利于降低生产成本，便于大规模生产。五是能够对零件的局部进行加热处理，降低了能量的消耗。六是避免了工件在传统加热环节中容易出现的氧化和脱碳现象。七是感应加热装置的故障率低，在维护和保养方面的成本较低。

二、感应加热技术在汽车制造中的应用

(一)热涂敷工艺中感应加热技术的应用。为了降低汽车传动装置套管之间的摩擦系数，避免摩擦噪声的产生，改善汽车产品的使用性和耐久性，结合相关技术调查成果发现，在车轴与套管之间的接触位置，通过热涂敷技术在局部进行尼龙涂敷。传统的炉中加热应用该工艺时，存在许多的不足:一是传统加热需要将整体的零件置于炉内加热，加热周期长，设备占地面积大。二是该工艺中仅仅需要对工件的局部进行涂敷，因此在加热前，需要对工件的其余部分进行适当的防护，使得生产工序复杂。三是为符合工艺需求，保证零件满足涂敷工艺所需要的温度，使得工件过热度很高，可能会出现表面氧化的现象，降低涂敷材料附着效果，降低了涂敷质量。而感应加热技术，能够方便地实现零件的局部加热，通过工艺方法的合理选择，严格控制加热范围以及加热温度，就能够有效地减免零件表面的氧化，而工件上不需要进行涂敷的部分不会产生很高的温度，因此也不用采取特殊的防护手段。此外感应加热装置占地面积较小，自动化水平高，可按照涂敷工艺需要，适当调节感应加热时间和温度，有利于大规模生产。

(二)汽车齿轮淬火工艺中感应加热技术的应用。齿轮轮齿处于应力作用时，轮齿的根部会承受最强的弯曲应力，同时在齿轮根部由于形状以及结构的急剧变化也是容易产生应力的部位。为了改善汽车齿轮的稳定性和耐磨性，提升其弯曲强度，在汽车的生产加工中通常要对齿轮的表面以及齿根表面进行热处理，以增强齿轮关键部位的硬度，增强承受表面压应力的能力;而为了防止齿轮出现脆性断裂，改善轮齿柔韧性，有需要避免齿轮中心部分硬度太高。目前在汽车制造领域，应用最为广泛的汽车齿轮的热处理技术主要包括渗碳淬火以及氮化处理工艺两种。感应加热技术在渗碳处理工艺中使用最为广泛，汽车齿轮仿形双频感应淬火技术，自动化程度高、速度快、效果好，具有很高的实用价值。

(三)汽车铸造设备中感应加热技术的应用。在汽车零部件铸件的生产过程中，德国INDUGA等其他一些全球著名的感应加热装置制造企业所生产的新型隧道式感应加热设备已经在我国得到了大量的推广使用。隧道式感应加热装置作为一种高效的金属熔炼设备，在全球先进的金属铸造企业中都能够见到。同螺线管类的感应器的感应方式相比，它具备有隧道式的带有金属芯的感应器，它的工作原理同变压器十分类似，这种隧道式感应设备对于电能的利用效率较高，能够实现良好的节能效果;其次，鉴于其良好的电磁搅拌效果，熔融金属中各个组分十分均匀，产品质量的认可度高。

(四)金属半固态成形中感应加热技术的应用。目前汽车制造轻量化已经成为了一种主流趋势，在汽车制造业中对于轻合金的运用也更为广泛。为改善轻金属强度性能，以金属内部结构的半固态成形工艺为代表的新技术，逐步得到应用。感应加热不仅能够将金属加热到适宜的温度，还能通过交变磁场的影响，发挥出电磁搅拌的优势，并能够获得结构均匀，强度很高的铸件，因此感应加热技术广泛用于汽车金属部件的连铸生产环节。

三、结语

感应加热工艺能显著提升汽车制造企业的生产效率，控制生产能耗和加工成本，改善企业环境，为企业赢得了更好的经济和社会效益。因此，积极的应用和推广以感应加热技术为代表的新型汽车生产工艺，符合我国可持续发展的要求，也是推动我国汽车制造行业发展的重要方式。