CS260201B1 - Vyhřívací a temperovací forma pro lisování materiálů s tvarovou pamětí - Google Patents

Abstract

Vyhřívací a temperovací forma je určena pro lisování cestou indukčního ohřevu, který je energeticky výhodný a dosahuje se jím vysokého učinku jak ve vyhřívání, tak v rovnoměrném rozložení tepla i ve výrazně zkrácené době temperování. Ve formě jsou vytvořeny otvory, které jsou rovnoměrně rozmístěný a rovnoběžné s její podélnou osou. Tyto otvory představují duté vodiče, ve kterých jsou uloženy měděné vodice, které jsou na vnějších stranách vyhřívací a temperovací formy propojeny spojkami do série s tím, že volné konce měděných vodičů jsou připojeny na sekundární vinutí napájecího transformátoru. Průměr dy měděného vodiče je dán vztahem di _ pí . a,, kde ai je hloubka^vniku magnetického pole do měděného vodiče, a délka 2¾ rozteče měděných vodičů je dána vztahem 3 je menší než poměr 2-řg ku ag je menší než 10, kde ag je hloubka vniku magnetického pole do vyhrívací a temjaerovaoí^formy, přičemž uspořádání měděných vodičů a dutých vodičů představuje souose vedení.

Description

Vynález se týká vyhřívací a temperovací formy pro lisování materiálů s tvarovou pamětí, jako je pryž a plastické hmoty.

Dosud známé vyhřívací a temperovací formy pro lisování materiálů s tvarovou pamětí byly vybaveny přídavnými deskami, tzv. topnými etážemi, ve kterých bylo zabudováno odporové topení. Tvarovaný materiál byl tedy vyhříván nikoliv bezprostředně, ale nepřímo, protože přímo byla vyhřívána přídavná deska sáláním odporového vodiče do materiálu této přídavné desky, a teprve přestupem tepla lisovací forma a dalším přestupem tepla lisovaný materiál. Toto uspořádání mělo nevýhodu v tom, že docházelo k nízkému přestupu tepla do lisovací formy a do lisovaného materiálu, což představovalo zbytečné ztráty elektrické energie, a kromě toho, rozložení teploty v lisovací formě nebylo rovnoměrné a temperování trvalo neúměrně dlouhou dobu,, řádově hodiny.

Tyto nevýhody odstraňuje vyhřívací a temperovací forma pro lisování materiálů s tvarovou pamětí, jako je pryž a plastické hmoty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom,

- 2 280 201 že jsou v ní vytvořeny rovnoměrně rozmístěné a rovnoběžné s její podélnou osou otvory, představující duté· vodiče, ve kterých jsou uloženy měděné vodiče, které jsou na vnějších stranách vyhřívací a temperovací formy propojeny spojkami do série, s tím, že volné konce měděných vodičů jsou připojeny na sekundární vinutí napájecího transformátoru, přičemž průměr měděného vodiče je dán vztahem d^ = . a^, kde a^ je hloubka vniku magnetického pole do měděného vodiče, a délka rozteče měděných vodičů je dána vztahem 3 je menší než poměr délky rozteče ku ag je menší než 10, kde ag je hloubka vniku magnetického pole do vyhřívací a temperovací formy, přičemž uspořádání měděných vodičů a dutých vodičů představuje souosé vedení.

Výhody docílené vynálezem spočívají zejména v tom, že dochází k výraznému snížení spotřeby elektrické energie při lisování, k rovnoměrnému rozložení teploty ve vyhřívací a temperovací formě a ke zkrácení doby temperování řádově na minuty.

Příklad provedení vynálezu je na připojeném výkresu., kde na obr. 1 je znázorněna vyhřívací a temperovací forma v půdorysu, na obr. 2 je příčný řez formou z obr. 1, na obr. 3 je připojení vodičů k napájecímu transformátoru , na obr. 4 je znázorněno souosé vedení měděných vodičů a dutých vodičů v podélném řezu, na obr. 5 jo znázorněno uspořádání z obr. 4 v příčném řezu a na obr. 6 je detail příčného řezu měděnými vodiči a dutými vodiči se znázorněním jejich rozteče.

Ve vyhřívací a temperovací formě J. /obr. 2/ jsou vyvrtány otvory JS, které představují duté vodiče. Otvory 6 jsou rovnoměrně rozmístěny a jsou rovnoběžné s podélnou osou vyhřívaci a temperovací formy J.· V otvorech jsou uloženy měděné vodiče 2, které jsou zapojeny do série pomocí spojek 2 /obr. 3/ a volné konce měděných vodičů 2 jsou připojeny na sekundární vinutí napájecího transformátoru Spojky 2 jsou z bezpečnostních důvodů zakryty kryty 2 /obr.1/. Vyhřívací

I

- 3 260 201 & temperovací forma 2 je vyrobena z feromagnetického materiálu, oceli, a její geometrické rozměry a nízká temperovací teplota umožňuje použít sílový kmitočet. Pro návrh indukčního vyhřívání a temperování vyhřívacích a temperovacích forem 2 je třeba formulovat fyzikální představu o generování tbepla ve vyhřívací a temperovací formě 2 ^a provést její matematické vyjádření, aplikované na daný případ. Z fy zikálního hlediska je účelné vytknout z vyhřívací a tempero vací formy 2 tu část, která představuje otvor j6 s procházejícím izolovaným měděným vodičem 2. a část materiálu vyhří vací a temperovací formy 2» která obklopuje otvor & /obr.

a 5/. Takto vytknutý element lze charakterizovat jako vodič, který prochází dutým vodičem. Vodičem protéká střídavý proud Xj ze zdroje, kterým je napájecí transformátor 2· Tento vodič vyzařuje radiálně válcové elektromagnetické vlnění, které dopadá na obklopující dutý vodič a vyvolá v něm naindukovaný proud Ig · Elektromagnetické pole se v obklopující stěně vyhřívací a temperovací formy 2 fyzikální hloubce vniku a,g /obr.6/ zcela utlumí. Toto uspořádání představuje souosé vedení, která nevyzařuje elektrickou energii do okolí. V tomto případě je naindukovaný proud Ig roven, až na znaménko, budícímu proudu 1^. Při napájení vodiče, kterým je měděný vodič 2,, je nutné přivést napájecí napětí U na krytí všech úbytků napětí /činné, jalové/ a napětí potřebné k vytvoření magnetického toku v mezeře mezi vodičem, a dutým vodičem. Pokud se ve vyhřívací a temperovací formě 2-vytvoří soustava souosých vedení, tj. uloží se do otvorů j6 měděné vodiče 2, sériově zapojené a napájené z napájecího transformátoru 2» budou se po obvodu a v délce vodičů indukovat v povrchových vrstvách po obvod-u dutých vodičů proudy, kreré vytvoří teplo totožné s Joulovými ztrátami procházejícího proudu. Tloušťka vrstvy, kde se generuje teplo, odpovídá fyzikální hloubce vniku ag. Od této hloubky vniku ag se šíří teplo vedením radiálně do všech směrů. Dvěma sousedními vodiči, tj, měděnými vodiči 2a, 2b _? protékají proudy opačného smyslu.

- 4 260 201

Pro stanovení průměrů d^ měděných vodičů 2 je rozhodující kmitočet, který se použije pro napájení topného systému. Kmitočet je opět závislý na geometrickém tvaru vyhřívací a temperovací formy J. a u feromagnetických materiálů je nutno rozlišit, zda se jedná o ohřev pod nebo nad bodem magnetické přeměny. V uvedeném případě se jedná o ohřev vyhřívací a temperovací formy J. zhotovené z feromagnetické oceli na teplotu pod bodem magnetické přeměny. Vyhřívací a temperovací formu J,, která má tvar desky a je opatřena průběžně v jednom směru rovnoměrně rozloženými kruhovými otvory .6, si lze představit jakpu soustavu dutých tlustostěnných ocelových válců, uložených rovnoběžně vedle sebe do jedné roviny. Pro tento případ je z technickoekonomického hlediska účelné použít síTový kmitočet. Argument x, je definován vztahem x-l - β·»! * , kde r^ je poloměr měděného vodiče, a^ je hloubka vniku magnetického pole do měděného vodiče 2. Pokud hodnota argumentu x₁ je velká, pak činný odpor měděného vodiče 2 pro střídavý proud se rovná odporu povrchové vrstvy měděného vodiče 2 rovné hloubce vniku pro rovnoměrně rozložený proud. Pokud hodnota argumentu x^ je malá, pak činný odpor měděného vodiče 2 roste. Průběh činného odporu měděného vodiče 2 pro střídavý proud v závislosti na argumentu x^ znázorňuje uvedená tabulka:

X1 : 0.1	0,5	1,0	2,0	2,0	4,0	5,0	6,0	SfO	10,00
QVx/ í 9,99	4,00	2,04	1,07	0,87	0,83	0,81	0,79	0,77	0,75

kde Q /x^j/ je funkce, vyjadřující vzrůst činného odporu v závislosti na argumentu x^.

Optimální průměr d^ měděného vodiče 2 pro vedení střídavého proudu je dán vztahem ^d1 » 7Γ · a₁

Pro správné rozložení měděných vodičů 2 ve vyhřívací a tem260 201 pérovací formě 2 j® důležitý poměr roztečí 2 lg otvorů. 6 pro měděné vodiče 2 a hloubka vniku a₂ ve stěně vyhřívací a temperovací formy 2 P° obvodu každého otvoru ,6. Obecně platí, že pro malý argument / je naindukovaný proud

Iy na 1 m délky měděného vodiče 2 po obvodu každého otvoru 6, ktei^njprochází měděný vodič 2,, malý. Je to Způsobeno tím, že vlnění přicházející od dvou sousedních měděných vodičů 2a. 2b se setkávají a vzájemně zeslabují, v každém místě vyvolají obě vlnění hustoty proudu namířené proti sobě a výsledná hustota je dána rozdílem obou , takže výsledný proud je proto malý.Roste-li poměr /^£^z/, setkávají se obě vlnění již utlumená a jejich vliv na výslednou hustotu proudu je menší. Při dostatečně velkém poměru / / utlumí se zcela obě vlnění dříve, než se setkají. Při ohřevu feromagnetického materiálu pod bodem magnetické přeměny je efektivní hloubka vniku menší v poměru / jš?/. To je hloubka, ve které dojde k úplnému utlumení elektromagnetického vlnění, čímž se projeví výrazněji povrchový efekt. Dalším kritériem pro rozložení měděných vodičů 2 ve vyhřívací a temperovací formě 2 j® průběh vyvinutého tepla při dopadu dvou vlnění opačné fáze. Roste-li rozteč 21^ a tím i poměr / roste rychleji i množství vyvinutého tep— Φ f la. Pro malé hodnoty argumentu / sj*/ j® množství naindukovaného tepla -21 , tj. tepla na 1 m délky měděného vodiče 2,,ν polovině rozteče 21^ otvorů & malé, protože obě vlnení postupují# jproti sobě se v účincích zeslabují, vlnění prochází stěnou vyhřívací a temperovací formy 2» aniž je v ní absorbováno. Stěna, v našem případě materiál vyhřívací a temperovací formy 2 v rozsahu 1/2 21₂, je pro uvažované elektromagnetické vlnění průzařné. Maximální pohlcování elektromagnetické energie nastává, když poměr /

Z tohoto vztahu po dosazení materiálových konstant /<Λ elektrická vodivost, - permeabilita/ pro výpočet hloubky vniku a₂ ^a kmitočet, lze stanovit rozteč otvorů j6. Průběh vyvinutého tepla v každé polovině rozteče 21₂ otvorů 6 při dopadu dvou vlnění opačné fáze:

260 201

21, sf °>5	1,0	2,0	3,0	4,0	6,0	8,0	10,0
P21 p 0,02 ^21*»	0,16	0,81	1,08	1,09	1,05	0,99	1,00

-21 odpovídá poměru / trné, že ze vztahu * /

,.· Z uvedené tabulky je pa0,2.

lze volit takové rozteče 21₂ otvorů. 6, které respektují tvary vyhřívací a temperovací formy 2» aniž se výrazně změní množství naindukovaného tepla. Při malých roztečích 2V, otvorů j6 Vyhřívací a temperovací formy _1 bude doba ohřevu kratší, zvyšují se však nároky na regulaci ohřevu. Při větších roztečích 21^ ^se kromě naindukovaného tepla v hloubce vniku a₂ uplatňuje složka vedení tepla stěnou mezi měděnými vodiči 2, doba potřebná k ohřevu je větší, systém vykazuje poměrně velkou tepelnou setrvačnost, nároky na stupeň regulace jsou nižší.

Claims (1)

1. Vyhřívací a temperovací forma pro lisování materiálů s tvarovou pamětí, jako je pryž a plastické hmoty, vyznačující se tím, že jsou v ní vytvořeny rovnoměrně rozmístěné a rovnoběžné s její podélnou osou otvory /6/ , představující duté vodiče, ve kterých jsou uloženy měděné vodiče /2/, které jsou na vnějších stranách vyhřívací a temperovací formy /1/ propojeny spojkami /3/ do série s tím, že volné konce měděných vodičů /2/ jsou připojeny na sekundární vinutí napájecího transformátoru /4/, přičemž průměr /d^/* měděného vodiče /2/ je dán vztahem d^ = T. a_r kde a.j je hloubka vniku magnetického pole do měděného vodiče /2/, a délka 2l₂ rozteče měděných vodičů /2/ je dána vztahem 3 je menší než poměr 2 1₂ ku a₂ je menší než 10, kde a₂ je hloubka vniku magnetického pole do vyhřívací a temperovací formy /1/, přičemž uspořádání měděných vodičů /2/ a dutých vodičů představuje souosé vedení.