提高感應熱處理應用水平的途徑在這裡！

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感應熱處理以其具有綠色、高效，節能，以及易組成生產線等特點，而成為現代熱處理的主要手段之一。筆者在之前的文章中曾經論述了現代感應熱處理的特徵 ，其中很多符合現代冷加工的特徵，其是目前唯一和冷加工生產組織相類似的高效熱處理工藝。雖然我國已經成為世界範圍的製造強國，機械製造特別是冷加工普遍採用CNC/CAM技術，生產組織和質量控制已經有相當的技術和成熟的模式，但是感應熱處理與機械加工相比，生產組織和質量控制的技術差距很大。

本文類比了感應熱處理工藝與零件切削等冷加工工藝的共性，提出了借鑒冷加工的生產組織和質量管理的方法來提高感應熱處理應用水平的途徑。

1. 單件加工

零件熱處理模式有單件加工和批量加工兩種模式。感應熱處理是單件加工模式，而採用加熱爐進行的其他熱處理加工是批量加工模式。對於感應熱處理而言，無論企業產能多大，每個零件的感應熱處理都是逐個進行的。而唯一增加產能的辦法就是增加加工單元的數量，比如，單工位機床增加機床的數量；多工位機床增加工位的數量。

批量加工的好處是增加了產能，但也帶來質量控制的弊端。比如，你無法控制其中任何一件產品的狀態，也就無法針對任何其中一件產品進行質量控制。為了確保同批次的零件加工結果都一致，只有提高爐膛的狀態均勻性，如溫度均勻性、氣氛均勻性等；另外，還需要增加控制採樣的數量。而爐膛由於有結構上的不均一性，如有出入口、拐角等，要達到完全均勻是不可能的。

單件加工在質量控制方面則有獨到的優勢，可以針對每件進行監測，並實現產品質量的追溯。在加工完成後也可以逐件檢查。

零件的冷加工切削完全採用單件加工模式。而冷加工的零件質量控制已經有非常完備的體系和實施措施，特別是CNC、CAM技術的應用，讓零件的在線加工質量精度有了長足的提高，零件的加工一致性也很好。同樣地，感應淬火也越來越多採用CNC、CAM技術，因此，只要我們採用冷加工的成熟生產組織方式，就能一樣大幅提升感應熱處理的產品質量一致性。

感應熱處理單件生產另一優勢是生產組織按節拍配置，工時核定，成本精確控制。

2. 加工偏差（公差）限定

要控制單件加工結果的一致性，在冷加工切削工藝中是採用公差帶來約束的。這在感應熱處理加工上同樣適用，這可從零件產品的技術圖樣標識上看出來。

圖1某型法蘭盤的外觀，眾所周知，在機械加工圖樣中，無論是軸向尺寸還是徑向尺寸都有詳盡的公差標識。而感應淬火的加工圖樣與其類同（見圖2），圖中不僅示出了淬火硬化層的輪廓線，還有對應的偏差。此處術語以「偏差」來區分「公差」，不僅是由於冷熱加工的不同，而且是由於它們的量級差別很大。比如，淬硬層在處的有效深度（SHD）為2.6+0.8mm; 其中2.6mm是基本要求淬火硬化層深度（公稱值，下差），而+0.8mm則是允許的上差。類似地，淬硬層在處的有效深度（SHD）為1.1+1.8mm; 其中1.1mm是要求淬火硬化層公稱深度（下差），而+1.8mm則是允許的上差。而淬硬層在軸向的起始點處1.71+3mm；淬硬層在徑向的起始點處26+5mm。

圖1 法蘭盤示例

圖2 法蘭盤的淬火硬化層分布及偏差示例

零件的尺寸公差保證了其在總成上的裝配一致性；零件的感應淬火硬化層的加工偏差則保證了零件的承載能力一致性，甚至是變形的一致性。我們知道硬化層深度大於應力透入深度時則零件的承載能力沒問題，服役過程是安全的。因此，在我國以前的粗放感應淬火處理工藝圖樣要求中只規定了硬化層的最小值；但是隨零件的硬化層深度增大，內應力增大，變形也增大，特殊情況下甚至造成開裂。因此，現代感應熱處理精細加工的要求不僅規定下差，同時規定允許的上差。雖然偏差的量級(mm)比冷加工的量級（μm）大的多。

3. 感應器與刀具

相對於零件的切削加工工藝的刀具，感應器就是感應熱處理的「刀具」。為了達到切削加工的一致性，工藝人員對刀具有極高的認識。而我們對感應器的認識高度則遠遠不夠。除一些國際性公司外，我國很多企業的感應器甚至不向專業公司訂購，還停留在「自給自足」的老師傅帶徒弟的手工製作模式上。而即使專業公司，大家的感應器設計製作標準不一，沒有互換性。因為，我們目前還沒有一個關於感應器設計製造的行業標準。

我們覺得，感應器也可以像刀具一樣，符合一些共性特點，包括：

（1）一般由特殊材料製造，針對加工零件和加工工藝特殊設計。就像刀具由特殊材料製造一樣，感應器的製造也必須採用特殊材料。感應熱處理的感應器其主要作用是產生一定形狀的電磁場，與工件被加熱的部位耦合產生一定形狀分布的渦流，最終實現淬火。因此，要求感應器工作線圈的導電性很好。同時，在感應熱處理過程中的電磁力要求感應器要有一定的剛度。同時考慮材料的經濟性，綜合起來，純銅成為行業公認的第一選擇。常用的純銅牌號是T2，在一些特殊應用場合，無氧銅可以大幅提高導電率而被選擇。

（2）高的製造精度和工藝過程精度。隨著製造業的發展，刀具的手工製造已被專門的機械化批量生產取代。但目前我國感應熱處理行業內的許多感應器製造大多還停留在手工製造階段，對製作人的依存性很高，顯然難以滿足現代加工要求。近年來機制感應器越來越多，已成為批量生產企業的首選。

（3）機床的「刀具庫」是現代機床高效加工的另一個特點。感應淬火加工要實現高效和可靠生產，可以借鑒設置機床的「感應器庫」。雖然感應器的更換頻率不像加工中心那樣頻繁，但是按照管理刀具庫的要求來管理感應器庫是完全正確的。這就要求感應器定型，尺寸一致性高，設計製造標準化程度高，互換性好。訂製專業公司的感應器或機制感應器易於達到要求。

（4）高精度的連接和快換功能。刀具的標準化的典型特徵之一是刀柄的標準化（見圖3）。這在國際上已經形成幾個標準系列。它是刀具實現快速更換，可靠連接，高精度定位的核心。感應器的連接標準化還未達到這個程度，還未有統一的標準。目前已經有一些國際化的感應熱處理專業公司在朝這方面努力，國內也有標準化的產品推出。如我公司的專利產品「感應器伴侶」（見圖4），既是實現感應器快換和標準化生產的有效選擇。

（5）壽命和加工數量相關。當加工到一定數量後，「刀具」就是達到壽命了，這一點無論是切削刀具還是感應器都相同。雖然加工過程感應器和工件不接觸，但是反覆的通斷電以及冷熱疲勞同樣造成其失效，必須更換新的。這就再次要求感應器的製造精度和刀具一樣有好的替換性。

圖3 標準刀柄 示例之一

圖4 標準感應器靴示例之一

4. 機床

無論是感應熱處理加工還是切削（冷）加工，加工的實施是通過機床。感應淬火機床和冷加工機床有很多共性，也有各自的特殊性。對比兩類機床的典型特徵可知，這兩類機床除了感應器與工件不接觸，無切削力從而使得感應淬火機床的噸位較輕外，機床主機的其它特徵相同性很高。在冷加工機床領域運用的高新技術目前已經越來越多地應用到感應淬火機床上。比如，數控技術，網路管理，柔性加工中心等。在機床結構上更多採用線性運動單元，標準分度迴轉單元，集中潤滑等。另外，感應淬火加工區域還受淬火液濺射浸蝕，因此淬火液能夠濺射到的區域一般採用不銹材料製造。

至於機床輔機，區別較大但不影響操作運轉模式。切削機床輔機對主機的有效運行起保障作用，需要按規程進行維護，一般不參與產品的質量管理。感應熱處理機床輔機，包括感應加熱電源和淬火液循環冷卻系統則直接涉及到產品質量管理，需要監測和控制，其控制精度影響感應熱處理的加工質量，因此，在進行投資預算以及生產運行成本預算時應單獨予以保證。

5. 機床工序能力Cpk

在生產過程中，產品加工指標的波動是不可避免的。目前冷加工和感應熱處理機床更多採用數控機床，其評價冷加工數控機床工序能力的指標也被引入對感應淬火機床的評價中。

工序能力是工序加工過程性能的允許最大變化範圍與過程的正常偏差的比值。工序能力研究在於確認這些特性符合規格的程度，以保證加工成品不符規格的不良率在要求的水準之上，作為加工持續改善的依據。

現代質量管理體系，特別是企業進行ISO9000、QS9000等質量管理認證要求，採用Cpk來進行某生產的工序能力評價。Cpk是Complex Process Capability index 的縮寫，表明了該工序保證目標精度的能力。附表為某企業對感應淬火機床投產前工序能力的Cpk值要求示例。Cpk是準確度和精確度的中和，其越大越好。

目前在連續生產線上的感應熱處理機床，已經採用Cpk來衡量機床的加工能力了。特別是用於汽車行業零件熱處理的感應淬火加工設備。由於加工件熱處理指標（無論硬度、淬硬層深度）的檢測比幾何尺寸的檢測複雜的多,大多時候需要切樣和金相製備然後才能檢測.因此,一個名義尺寸的Cpk值計算在同樣樣本數量下所需的工作量和檢測成本要比冷加工大得多,這個需要特別注意.

6. 借鑒冷加工模式，提高感應熱處理應用水平

長期以來，我國的機械製造企業追求大而全，產品種類多。企業內冷熱加工界限分明，熱處理加工往往單獨離線運行。這主要是因為多數熱處理加工工藝必須離線進行。比如電阻爐、氣氛爐、真空爐等中進行的熱處理加工。因此，我們已經習慣於熱處理粗放式加工，而且，對於冷加工的生產管理技術了解機會不多。

國外企業專業化程度高，產品細化程度高。有些企業專門圍繞一類零部件組織生產，因而生產線自動化程度高，感應熱處理應用水平高。感應熱處理已經能夠做到精細加工。如TRW廊坊公司專業氣門生產；賀爾碧格常州公司專門生產同步器齒環；尼波齒輪天津公司專門生產迴轉支承齒圈等。在這些企業感應熱處理加工已經和其他冷加工一樣併線組織管理，按照生產綱領，工藝節拍，定額工時高效高質量地生產。

感應熱處理具有和冷加工相似的生產組織特點，讓我們能夠脫開常規熱處理的粗放管理模式，更多地借鑒和使用冷加工相似的生產組織理念，從而達到精細感應熱處理的目標。

為此，我們建議感應熱處理生產組織者：自主學習冷加工的質量管理體系。盡量採用數控感應淬火機床。感應器專業化定製，盡量採用標準連接和快換，保證互換性和安裝精度。自覺執行ISO9000中關於工序能力的評價方法，持續提升感應熱處理的加工能力。

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來源：《金屬加工（熱加工）》，作者：北京億磁電熱科技有限公司趙秀華、王佩璋、閆滿剛

本文編輯：清荷

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