1、工艺布置和设备
对压辊的感应热处理采用的是连续加热淬火法（又称扫描淬火法），相应的工艺布置如图1所示。压辊放置于夹具上，在热处理过程中压辊随主轴一起匀速转动。圆环形的感应器套在压辊的外面，与其保持同心，可沿轴向自由上下移动或在某个位置滞留，感应器在不同行程中的移动速度及滞留的位置和时间均可设置。感应器由上面的加热部分和下面的淬火剂腔体组成为一个整体。淬火剂腔体的内表面与轴向成45°的倾斜角，其上均匀地分布着很多小孔。在热处理过程中，淬火剂通过这些小孔喷射出来，对已被加热的压辊表面进行冷却，因此这样的工艺布置就保证了压辊能受到连续、均匀、同步的感应加热和淬火冷却。实际采用的压辊感应热处理设备如图2所示。
2、工艺参数的设置
首先必须确定用于感应热处理工艺的电流频率、设备的输出功率以及感应器的移动速度。根据文献，对于外径为20~ 45 cm的压辊，要想得到3～5 mm厚的淬硬层，所选的最佳电流频率应在3~10 kHz范围内，这属于中频淬火。对于外径为30 cm的压辊，要得到此淬硬层，零件的最佳比功率可选为1.6 kW/cm2。若感应器的有效加热部分的宽度为1.5cm，那么可算出需要的设备输出功率大约是350 kW，感应器的移动速度是3.2 mm/s。以上的计算并没有考虑压辊与感应器的间距、压辊的表面结构形式以及其它影响因素，因此仅靠设定以上的几个工艺参数值一般还不足以使得感应热处理后的压辊满足所要求的热处理技术规范。
笔者的实践经验是首先按上述方法初步设定电流频率和设备的输出功率，在热处理压辊开始后，观察最初几秒内感应器能否把压辊的外表面加热至亮红色。如果不能，则马上停机并重新设置这两个参数；如果能，则表明这两个参数设置得基本合适，此后一般不用再调整。然后需要设置的三个参数是感应器在不同区域的移动速度、对应于这些移动速度的起始或终了位置以及在这些位置处的滞留时间。设置过程如下：首先感应器快速移动到其加热部分的下端与压辊的下端面（即位置A）对齐的位置处（见图1），此时感应加热和淬火剂喷射同时开始。感应器在此处滞留一段时间后，开始以较慢的速度在位置A到B的区域里向上扫描。位置B位于位置A上面约30 mm处。这样设置参数是因为刚开始时，压辊比较凉，而且由于其底部靠近下端面，散热量比较大，因此需要在底部适当延长加热时间以对压辊起到预热的作用，并补充通过下端面散走的热量。对于小、中、大型压辊，感应器在此处一般分别滞留1~2s、3~4s、5~6s。当感应器的上表面到达位置B时，感应器不必滞留，而且其扫描速率要加快一些。当其上表面移动到位置C时（位置C大约在压辊的上端面，即位置D以下20 mm处），感应器的扫描速率应开始稍微放慢，在此处应设置一定的滞留时间，以补充压辊的顶部通过其上端面散去的热量。当感应器的上表面上移到距压辊的上端面大约还有5mm时，感应器应立即停止加热并以最快的速度移动到位置E。此位置的设置应使感应器喷出的淬火剂能直射到压辊的上端面至其顶部侧表面的区域。一般情况下，感应器需在此位置滞留30 s以保持对压辊最后的喷淋冷却，随后即可将压辊从热处理设备中取出。
实践表明，对于外径为20~ 45 cm的压辊，有效的感应器扫描速率大约在1.3~3.6 mm/s的范围内，比前述的理论计算值偏低。对于小型压辊或与感应器间距较小的压辊，可将扫描速率设置为此范围内的较大值；而对于中、大型压辊或与感应器间距较大的压辊，应将扫描速率设置为此范围内的较小值。对于直齿型的压辊，由于其表面上伸出的齿相当于换热器的肋片，传热率较高，因此感应器的扫描速率可设置得较大；反之对于表面钻孔型的压辊，感应器的扫描速率则应设置得较小。如果在同一个压辊表面上既分布有直齿又有钻孔，则需在它们各自的区域里分别设置不同的感应器扫描速率。
3、软带的出现及消除
感应热处理后的压辊有时会在距离上、下端面约15 mm的位置处沿圆周方向出现软带，即表面硬度低于55HRC，或50 HRC的带形区域。如上所述，解决的方法是在压辊的上部和下部区域分别设置较低的感应器扫描速率和一定的滞留时间。一般来说，这种方法对消除靠近压辊上端面的软带十分有效，但是在某些情形下，对消除靠近下端面的软带基本无效。如图1所示，从位置A到B的区域里，虽然较慢的感应器扫描速率和一定的滞留时间可使此区域接受的热量较多，产生的温度较高，但也使感应器里的淬火剂喷射到此区域的时间相对于加热滞后了较多，而一旦感应器的加热部分离开之后，压辊的下端部无法在长时间内保持热量。因此，当此区域真正受到淬火冷却时，其原有的高温已变成了相对较低的温度，从而使淬火后的表面硬度不足。特别是在感应器与压辊的间距比较大的情况下，就会变得更为严重。对于中、小型压辊，因其热容量较小，如果感应器在压辊的下端部滞留加热的时间过长，就会在此处产生极大的热应力，从而造成较明显的变形。对于表面钻孔型的压辊，由于孔的应力集中效应，会导致靠近压辊下端面的孔出现裂纹。因此，如果在一定限度内较低的感应器扫描速率和较长的滞留加热时间都无法消除压辊下端部附近的软带，那么进一步降低扫描速率或延长滞留时间没有任何意义。此时唯一有效的方法是重新安装一台感应器，在压辊随主轴的转动与感应器的轴向移动互不干扰的前提下，使感应器与压辊的间距尽可能地减小。
对于大型压辊，感应热处理之后在它们的表面上并不是出现软带，而是出现大面积的软区。在这种情况下，如果确认设备的输出功率足够，那么出现此问题的原因常常是压辊的淬火冷却强度不够。但是受感应器的结构形式和尺寸大小的限制，一般很难通过改变感应器自身来增加冷却强度而可能需要采用辅助的冷却装置。笔者以往的做法是在压辊的四周架设四个额外的喷头，将其喷嘴分布均匀地对准压辊的上部到中部区域。当感应器的上表面移到快接近压辊的上端面时，一起打开四个喷头，水泵就驱使淬火剂通过喷嘴高速射向压辊。感应器随即快速上升到图l所示的位置E，在该位置处的滞留时间延长至60s。此时，感应器和4个喷头的淬火剂同时对压辊进行冷却，从而可明显增加淬火冷却的强度。实践表明，这种方法对消除软区很有效。
4、感应器与压辊的间距
为降低压辊的生产成本，同一台感应器应能热处理多种不同型号的压辊。因此在实际应用中．同一台感应器可能与某种型号的压辊之间的间距非常小，而与另一种型号的压辊之间的间距又非常大。根据笔者的实践经验，感应器与直齿型压辊的单侧间距一般可以在3~9.3mm的范围内，而与表面钻孔型压辊的单侧间距则可在3~7.5mm的范围内。如果低于此范围的下限值，则压辊的转动与感应器的轴向移动将会互相干扰；如果高于此范围的上限值，则出现在压辊表面上的软带或软区将无法消除。
5、实验和测试
图3和图4分别显示了经过感应热处理和常规渗碳热处理的直齿型压辊。对切下的金相试样进行表面浸酸后，可以清楚地看出，感应热处理压辊的淬硬层厚度远大于常规渗碳热处理压辊的淬硬层厚度。微硬度测试表明其淬硬层厚度分别为4.5和0.8mm。生产厂家曾对这两种压辊进行了现场性能测试实验，型号和结构尺寸完全相同，安装的时间和工作条件也相同，唯一的差别是表面热处理方式不同。性能测试的有关数据见表l。从测试结果可以看出，感应热处理的直齿型压辊生产饲料的吨位数比常规渗碳热处理的直齿型压辊增加了78%。
6、结语
笔者对中碳钢制成的饲料颗粒机压辊进行了中频淬火的感应热处理，根据实践经验对工艺布置、感应器的结构、压辊的表面形式、感应器与压辊的间距，主要工艺参数的设置及软带的出现和消除等因素一一作了详述。同时提出了相应的工艺解决方案和一些工艺参数的经验值以供参考。现场性能测试表明，采用感应热处理工艺的压辊可大大增加生产饲料吨位数，30码期期必中销售饲料颗粒机、秸秆颗粒机等颗粒饲料成型机械设备。
