CS248371B1 - Zařízení pro indukční ohřev relativné dlouhých součástí - Google Patents

Abstract

Nerovnoměrnost tlouštky prohřívané a případně následně kalené vrstvy relativně dlouhých součástí po obvodu jejich průřezu, které procházejí za ohřevu induktorem /8/ ve směru své osy, je odstraněna vodítky /20/ upínanými na induktor /8/. Tato vyměnitelná a demontovatelná vodítka /20/ s vůlí rovnou nejvýše polovině tolerance tlouštky prohřívané a případně kalené vrstvy ustavují induktor /8/ stále do polohy osy /25/ prohřívané součásti. Je toho dosaženo tím, že upínací základna /7/ inckiktoru /8/ je uspořádána otočně na čepu /17/ ramene /6/ výkyvně uloženého na paralelním čepu /18/ držáku zařízení, rovnoběžném s osou /25/ induktoru /8/ a tedy i indukčně ohřívané součásti.

Description

Vynález se týká zařízení pro indukční ohřev relativně dlouhých součásti procházejících při ohřevu induktorem ve směru jeho osy.

U známých zařízení tohoto druhu, ať. už takových, u nichž jde pouze o ohřev, nebo takových, u nichž po ohřevu následuje bezprostřední kalení indukčně ohřáté povrhové vrstvy kovové součásti, je problematické pracovat s relativně dlouhými součástmi.

Tento problém vyvstává především u kovových strojních součástí zejména hřídelového tvaru, u nichž relativně velká délka je spojena s úkolem dokonalého vedení za rotace a postupného přímočarého průchodu induktorem.

Tu je totiž požadavkem, aby průchod takové součásti induktorem se dál za trvalého ztotožnění osy každého příčného průřezu součásti s osou induktoru, nebot jinak nemůže být zajištěno rovnoměrné prohřátí povrchové vrstvy, případně celého průřezu dutých součástí po celém jejich obvodu.

Při .následujícím kalení to má pak za následek nerovnoměrné rozložení kalené vrstvy a nevyvážené pnutí v takové součásti, které se za jejího provozu, provázeného jejím zahříváním, může projevovat jejími deformacemi a nepříznivým přídavným namáháním jak jí samotné, tak i součástí, které jsou s ní v kinematickém či statickém spojení.

Tento nepříznivý účinek dosavadních zařízení tohoto druhu se prakticky ještě znásobuje tim, že když dojde vlivem nerovnoměrného ohřevu součásti k jejímu zdeformování či průhybu už během jejího průchodu induktorem, anebo když její vedení není dokonalé.

Rovnoměrnost prohřátí a v důsledku toho i rovnoměrnost tlouštky ohřáté a posléze i zakalené vrstvy se u rovinných součástí, nebo u součástí s částečně i plně válcovým povrchem, ale při jejich relativně malé osové délce řeší tak, že vzdálenost induktoru od ohřívaného povrchu se za rovnoměrného relativního podélného pohybu induktoru a součástí udržuje pomocí kladky odvalující se po ohřívaném povrchu.

Kladka - jako součást z nekovového materiálu - je uchycena v pevně stanovené vzdálenosti od induktoru na jeho nosiči. Taková zařízení se používají například při povrchovém kalení vodicích ploch'loží obráběcích strojů, případně k povrchovému kalení součástí třebas jen částečně válcového tvaru, které se pro tento účel upínají na otočný stůl a za jeho otáčivého pohybu a případně i přídavného postupného pohybu induktoru dochází pak k rovnoměrnému zahřívání a prohřívání povrchové vrstvy materiálu indukovanými proudy.

Přitom tedy konstantní vzdálenost od ohřívaného povrchu udržuje kladka jako vodítko induktoru pružně přitlaěovaného směrem k zahřívané a případně následně kalené součásti. Takto utvářená zařízení jsou vhodná pro zmíněné druhy indukčně ohřívaných a kalených součástí, leč nejsou vhodná, ba ani použitelná v případěch součástí rotačních, jakými jsou hřídele či vřetena s relativně velkou délkou.

Jak už bylo uvedeno, současnými zařízeními nemůže být splněna podmínka, aby tloušťka prohřáté a zakalené vrstvy jejich materiálu zůstávala po celém obvodu i po celé délce kalené plochy stejná, což nutně vyžaduje, aby se ohřev a kalení dělo za rotace, k čemuž stávající zařízení nejsou přizpůsobena.

Proto účelem, který má splnit tento vynález, je vytvořit zařízení pro takové relativně dlouhé rotační součásti a tím paralyzovat nevýhody s nimiž se při řešení tohoto problému současná technologie ještě střetává.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že upínací základna induktoru je s tělesem jeho držáku spojena prostřednictvím výkyvného ramene ee dvěma čepy, rovnoběžnými s osou induktoru, z nichž prvý čep je kloubovým spojením upínací základny s výkyvným ramenem a druhý čep je kloubovým spojením tohoto výkyvného ramene s těle3 sem držáku připevněného k nepohyblivému napájecímu transformátoru induktoru, přičemž na tomto induktoru jsou uspořádána demontovatelná radiálně orientovaná vodítka s vyměnitelnými členy, přečnívajícími svými volnými konci přes vnitřní stěny induktoru směrem k jeho ose, a uvnitř vodítek opřenými o čela dříků seřizovačích šroubů.

Dalšími znaky zařízení podle vynálezu je jednak to, že výkyvné rameno tělesa držáku pro otočné uložení čepu upínací základny induktoru, jakož i tato základna jsou z elektricky nevodivého materiálu právě tak jako vyměnitelné členy vodítek induktoru, a jednak i to, že tyto vyměnitelné členy jsou z tepelně resistentní a neabrasivní látky.

Dalším podstatným znakem zařízení podle vynálezu je i to, že demontovatelná vodítka pro ekvidistantní vedení induktoru vzhledem k přímočaře jím procházející a indukovanými proudy ohřívané součásti jsou vyměnitelná za disk s vodivím otvorem ve tvaru příčného průřezu ohřívané součásti, který je vyroben z elektricky nevodivého materiálu.

Přítem radiální vůle jeho otvoru vzhledem k radiálním rozměrům příčného průřezu ohřívané součásti je menší než polovina povolené odchylky požadovaných tloušťkových hodnot prohřáté povrchové vrstvy materiálu ohřívané součásti.

Konečně je na zařízení podle vynálezu význačné i to, že přívody elektrického proudu do induktoru jsou provedeny smyčkami ohebných, zejména plochých káblů, a že těleso držáku induktoru je opatřeno polohově seřizovatelným ramenem se sprchou k případnému chlazení přívodů do induktoru.

Zařízení podle vynálezu přináší pokrok a výhody, které spočívají v jeho konstrukčním řešení umožňujícím naprosto dokonalé a rovnoměrné prohřívání žádoucích vrstev materiálu i u relativně dlouhých rotačních součástí tím, že zaručuje vždy stejnou vzdálenost povrchu indukčně ohřívané součásti od vnitřních stěn induktoru, takže i při náslendém kalení kovových součástí takové stavby lze zaručovat rovnoměrné kalení po celém obvodu příčného průřezu součásti.

Přitom naznačená volba materiálu i tělesná skladba zařízení je snadno uskutečnitelná, proto také snadno realizovatelná i po stránce bezpečnosti a spolehlivosti provozu a snadné údržby. Může tedy vyřešit řadu dosud se projevujících nedostatků v této technologii.

Blíže vyniknou výhody zařízení podle vynálezu z popisu příkladu jeho konstrukčního řešení pro účely vysokofrekvenčního ohřevu s následujícím kalením relativně dlouhých kovových součástí. Příkladné řešení takového zařízení je znázorněno na výkrese, na němž je na obr. 1 bokorys, na obr. 2 půdorys tohoto zařízení a na obr. 3 je částečný bokorysný pohled na induktor vybavený diskovým vodítkem s vodicím otvorem tvarově odpovídajícím průřezu indukčně ohřívané součásti.

V souladu s tímto výkresem a s uvedenými znaky vynálezu sestává zařízení pro vysokofrekvenční ohřev a následné povrchové kalení strojních součástí hřídelovitého tvaru, tj. součástí s relativně velkou délkou, z tělesa £ držáku /obr. 1, 2/, které je prostřednictvím svorek 2 a šroubů £, £ přitaženo k vysokofrekvenčnímu transformátoru £.

Zatím co šrouby £ spojují těleso £ držáku se svorkami £, slouží šrouby £ procházející závity svorek 2 k tomu, aby umožnily výškově fixovat polohu tohoto tělesa £ na napájecím transformátoru £. Upínací základna £ induktoru 8 je s tělesem £ držáku spojena prostřednictvím výkyvného ramene £ se dvěma čepy 17, 18, které jsou rovnoběžné s osou induktoru 8„

První z těchto čepů, tedy čep 17 je kloubovým spojením upínací základny £ s výkyvným ramenem £, zatím co druhý čep 18 vytváří kloubové spojení tohoto výkyvného ramene £ s tělesem 1 držáku.

Protože je nutné počítat s výměnou induktorů pro různé tvary a rozměry průřezů ohřívaných součástí, je upínací základna 7 opatřena vyměnitelnými podložkami 9 /obr. 1/ s odpovídajícími výřezy pro uložení upínacích částí induktoru £ a s příložkami 10 /obr. I, 2/.

Tyto podložky 9 i příložky 10 jsou určeny jednak k připevnění induktoru £ na upínací základnu T_, jednak k přívodu proudu z napájecího transformátoru £ do induktoru £. Z tohoto důvodu jsou z elektrovodného materiálu, nejlépe z elektrotechnické mědi, aby svým stykem s upínacími částmi induktoru nevyvolávaly větší stykové odpory. Naproti tomu musí být ovšem upínací základna £ materiálu elektricky nevodivého.

Příložky 10 jsou opatřeny jednak výlučně upínacími šrouby 11 /obr. 2/ s maticemi 12, jednak šrouby s kombinovanou funkcí. Tyto šrouby 13 přitahují induktor £ k upínací základně 7, ale současně slouží i k připevnění přívodu 14, případně 15 elektrického proudu z transformátoru £. Jejich matice 16 tedy současně přitahují k vodivým příložkám 10 očka těchto přívodů proudu.

Při kloubovém spojení upínací základny £ induktoru £ s tělesem £ držáku prostřednictvím výkyvného ramene £ je jeho čep 18 uspořádán v závěsu 19 /obr. 2/ přišroubovanému k tělesu £ držáku z jeho boční strany. Otočnost prvého čepu 17 i tohoto druhého čepu 18 výkyvného ramene £ umožňuje induktoru £ podřizovat se pohybu ohřívané součásti a sledovat veškeré její stranové výkyvy a výkmity, takže je tu zabezpečena podmínka udržení jeho souososti s okamžitou polohou příčného průřezu této součásti.

K úplnému splnění tohoto hlavního požadavku jsou však na induktoru £ ještě uspořádány vodicí prvky, závislé ve svém provedení na tvaru a velikosti příčného průřezu ohřívané součásti. Pokud ohřívaná součást má kruhový průřez, jehož obvod je po celé své délce nepřerušovaný, pak tyto vodicí prvky mají formu vyměnitelných vodítek 20 /obr. 1, 2/ a jsou tvořeny alespoň třemi /na obr. l, 2 čtyřmi/ členy 20a, orientovanými radiálně a provedenými z tepelně rezistentního, elektricky nevodivého a neabrasivního materiálu.

Jsou uspořádány v tělesech 20b, která se dají přichytit na ploché vnější nástavce 21 induktoru £ /obr. 1, 3/. K radiální orientaci těles 20b těchto vodítek 20 stačí jeden šroub 22 a na výkrese neznázorněný'polohovací kolík zapuštěný do dosedací plochy tělesa 20b a vsazený do příslušného otvoru ve zmíněných plochých vnějších nástavcích 21 induktoru £.

Aby bylo možno seřídit potřebnou vůli a vzdálenost povrchu induktoru £, totiž jeho vnitřních stěn 8a /obr. 2, 3/ od ohřívaného povrchu součásti, je v každém tělese 20b z vnější strany proveden osový závit, v němž je zatažen seřizovači šroub 2Oc s protimatkou 20d.

Vyměnitelné členy 20a přečnívaj ící svými volnými konci přes vnitřní stěny 8a induktoru £ směrem k jeho ose 25 jsou uvnitř vodítek 20 opřeny o čela dříků seřizovačích šroubů 20c a při správném seřízení udržují konstantně potřebnou vzdálenost vnitřních stěn 8a induktoru £ od ohřívaného povrchu součásti pohybující se přímočarým, případně i rotačním pohybem induktorem 8. .·

Vzhledem k tomu, že je induktor £ uspořádán na kloubově uloženém výkyvném rameni £ mohou vyměnitelné členy 20a zajišťovat trvale jeho správnou polohu vůči ohřívané součásti, byť tato za svého rotačního a/nebo postupného pohybu vykazovala nějaké odchylky od ideálních parametrů.

Má-li se indukčně ohřívat například drážkový hřídel, pak nelze uvedenou formu vodítek 20 použít, protože jejich členy 20a by zapadaly do drážek a nedovolily by otáčení hřídele při jeho ohřevu. V takových případech se musí použít jiné provedení těchto vodítek 20, totiž vodítek ve tvaru disku 20e s vodicím otvorem 20f /obr. 3/, jehož průměr je o nutnou vůli větší než vnější průměr takového hřídele.

Podobná vodítka 20 s vodicím otvorem 20f, přizpůsobeným tvarově průřezu ohřívané součásti, je nutno používat i tehdy, když ohřívaná součást má jinak - třébas obecně - tvarovaný průřez a z toho důvodu při průchodu příslušně tvarovaným induktorem £ nerotuje.

I taková disková vodítka 20e jsou z elektricky nevodivého materiálu a vhodnými náboji 20g /obr. 3/ jsou přitažena k nástavcům 21 induktoru 8 a to vždy jen shora, zatím co předtím popsaná vodítka s radiálně postavenými členy 20a z teplené rezistentního, elektricky nevodivého a neabrasivného materiálu mohou být upínána na nástavec 21 i zespodu, což umožňuje použití popsaného zařízení i v takových případech, kdy ohřívaná součást je opatřena přírubou a ohřev s případným následným kalením má být proveden až po tuto přírubu.

Pokud jde o vodicí otvor 20f ve vyměnitelných a tedy demontovatelných vodítkách 20 diskového typu, která slouží v případech nesouvislých válcových povrchů a nekruhových průřezů ohřívaných součástí, je třeba jen doplnit to, že jeho radiální rozměry by měly vždy respektovat podmínku, aby vykazovaly vůči ohřívanému povrchu takovou vůli, která zabezpečí stejnosměrné prohřátí a případně i zakalení všech míst po obvodu průřezu i po celé potřebné délce součásti. Tomu vyhovuje vůle, která nepřesahuje polovinu povolené odchylky tlouštky žádouoně prohřáté povrchové vrstvy materiálu dotyčné součásti.

V souladu se známými skutečnostmi se provádí induktor 8. z trubkovitých profilů, aby jím protékající voda zabezpečila i jeho chlazení. Tato voda se přirozeně také používá i ke kalení prohřáté vrstvy materiálu. Proto se induktor 8 opatřuje na spodní straně otvůrky pro přívod této chladicí vody na indukčně ohřátou součást.

V popisovaném příkladu provedení nejsou tyto otvory na zkresleném induktoru 8 viditelné. Jde však o naprosto známé opatření, stejně tak jako o přívody této vody do induktoru 8^, které se provádějí běžně ohebnými a na výkrese rovněž nezakreslenými hadicemi, které se navlékají na jeho koncové trubky 8b /obr. 2/.

Aby se zabránilo případnému předehřívání přívodů 14, 15 proudu vedeného z napájecího transformátoru 5 do Induktoru 8, je na jedné ze svorek _2, spojených s tělesem 1_ držáku, přišroubováno seřlzovatelné rameno 23 nesoucí trubkovitou sprchu 24, jíž se může po napojení neznázorněné přívodní hadice na volný konec 24a stříkat chladicí voda na tepelně ohrožené spoje. _s

Z uvedeného popisu je patrné, jak jednoduché a proto i provozně spolehlivé je toto zařízení, které vnáší do technologie indukčního ohřevu a následného kalení strojních součástí nové kvality. Je přirozené, že popis příkladného provedení ukazuje jen jednu z možností konkrétního řešení tohoto zařízení, leč přesto vystihuje hlavní a nové myšlenky vnášející do této technologie možnosti širšího rozsahu aplikace vysokofrekvenčního ohřevu a následného kalení.

Claims (6)

1. Zařízení pro indukční ohřev relativně dlouhých součástí procházejících za ohřevu induktorem ve směru jeho osy a sestávající z držáku induktoru udržovaného v patřičné trvale ekvidistantní poloze vůči ohřívanému povrchu těchto součástí a z přívodů elektrického proudu do tohoto induktoru, vyznačené tím, že upínací základna /7/ induktoru /8/ je s tělesem /1/ jeho držáku spojena prostřednictvím výkyvného ramene /6/ se dvěma čepy /17, 18/ rovnoběžnými s osou /25/ induktoru /8/, z nichž prvý čep /17/ je kloubovým spojením upínací základny /7/ s výkyvným ramenem /6/ a druhý čep /18/ je kloubovým spojením tohoto výkyvného ramene /6/ s tě lesem /1/ držáku připevněného k nepohyblivému transformátoru /5/ induktoru /8/, přičemž na tomto induktoru /8/ jsou uspořádána demontovatelné radiálně orientovaná vodítka /20/ s vyměnitelnými členy /20a/, přečnívajícími svými volnými konci přes vnitřní stěny /8a/ induktoru /8/ směrem k jeho ose /25/ a uvnitř vodítek /20/ opřenými o čela dříků seřizovačích šroubů' /20c/.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že výkyvné rameno /6/ tělesa /1/ držáku pro otočné uložení čepu /17/ upínací základny /7/ induktoru /8/, jakož i tato základna /7/ jsou z elektricky nevodivého materiálu právě tak jako vyměnitelné členy /20a/ vodítek /20/ induktoru /8/.

3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že vyměnitelné členy /20a/ vodítek /20/ induktoru /8/ jsou tepelně resistentní a neabrasivní.

4. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že demontovatelná vodítka /20/ pro ekvidistantní vedení induktoru /8/ vzhledem k přímočaře jím procházející a Indukovanými proudy ohřívané součásti jsou vyměnitelná za elektricky nevodivý disk /20e/ s vodicím otvorem /20f/ ve tvaru příčného průřezu ohřívané součásti, jehož vůle vzhledem k radiálním rozměrům příčného průřezu ohřívané součásti je menší než polovina povolené odchylky požadované tloušťky prohřáté povrchové vrstvy materiálu ohřívané součásti.

5. Zařízení podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že přívody /14, 15/ elektrického proudu do induktoru /8/ jsou provedeny smyčkami ohebných, zejména plochých káblů.

6. Zařízení podle bodů i až 5, vyznačené tím, že přímo na tělese /1/ držáku induktoru /8/ je uspořádáno seřizovatelné rameno /23/ se sprchou /24/ k případnému chlazení přívodů /14, 15/ proudu do Induktoru /8/.