SU1179556A1 - Способ индукционного нагрева плоского кольцевого ферромагнитного издели - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПЛОСКОГО КОЛЬЦЕВОГО.ФЕРРОМАГНИТ ,йг-, ,. , i. - НОГО ИЗДЕЛИЯ, при котором устанавливают изделие между обращенными друг к другу торцами двзпс коаксиальных катушек, нагревают его до конечной температуры, большей температуры точки Кюри дл  всего объема издели , и на гор чем этапе нагрева выше температуры точки Кюри катушки включают по току синфазно, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  равномерности нагрева при высоком КПД и коэффициенте мощности дл  изделий, толщина которых меньше глубины проникновени  тока в материал издели  на гор чем этапе, до достижени  температуры точки Кюри нагрев ведут при СО противофазном включении катушек. СП

Description

Изобретение относитс  к индук- .. ционному нагреву плоских кольцевых изделий и может быть использовано при индукционной закалке деталей, а также при нагреве под пластическую деформацию. Целью изобретени   вл етс  повышение равномерности нагрева при высоком КПД и коэффициенте мощности дл  изделий, толщина которых меньше глубины проникновени  тока в материал издели  на гор чем этапе. На фиг. 1 показана электромагнитна  система дл  нагрева плоских кольцевых изделий, сечение; на фиг. 2 - то же, но при синфазном их включении; на фиг. 3. 4 и 5 графики изменени  температуры. Электромагнитна  система состоит из двух коаксиальных катушек 1 и 2 с помещенной между их обращенными друг к другу торцами деталью 3 при противофазном их включении. Распределение магнитных полей показано в- виде силовых линий 4. При противофазном включении катушек мгновенное направление токов противолежащих сечени х противошоложно . Магнитные потоки катушек оказываютс  направленными согласно в зоне между их торцами, обращенными друг к другу, т.е. в зазоре, где расположено изделие. Результирующий поток в этой зоне усиливаетс , а во внешней области и в центральном отверстии ослабл етс . В изделии индуцируютс  вихревые токи, протекающие по плоскост м, обращенным к катушкам индуктора, причем мгновенные направл ни  токов в этих плоскост х также пр тивоположные . Пока изделие не потер  ло магнитных свойств, т.е. до перехо да ее температуры через точку Кюри, вихревые токи вследствие поверхностного эффекта концентрируютс  у плоскостей издели  в слое, толщина которого определ етс  частотой тока индуктора и физическими свойствами материала детали. В момент потери из|Делием магнитных свойств - в точке Кюри глубина проникновени  резко воз растает. Токи, индуцированные- в прот воположных плоскост х, сближаютс  и взаимно компенсируютс . Эффективност нагрева падает вплоть до прекращени  подъема температуры. Падают и бывшие высокими энергетические характеристи ки системы индуктор - деталь - КПД и коэффициент мощности. „ При синфазном включении катушек мгновенные направлени  токов в противолежащих сечени х не совпадают. Магнитные потоки катушек в зазоре взаимно компенсируютс , так как они имеют в этой зоне встречное направление. Создаетс  общий магнитный поток, охватывающий катушки и нагреваемое изделие снаружи и сквозь центральное отверстие, где потоки отдельных катушек направлены согласно. Поскольку кольцевой эффект  рче про вл етс  в ферромагнитном изделии, т.е. до перехода его температуры через точку Кюри, основна  неравномерность температуры , обусловленна  этим эффектом , образуетс  на начальной стадии нагрева. В дальнейшем происходит лишь частичное выравнивание нагрева за счет ослаблени  действи  кольцевого эффекта. Энергетические характеристики системы индуктор - изделие остаютс  высокими в течение всего времени нагрева. Экспериментальные исследовани  показали , что дл  получени  равномерного по плоскости издели  нагрева при сохранении высокими в течение всего времени нагрева КПД и коэффициента мощности необходимо на начальной стадии, до точки Кюри, проводить нагрев при противофазном включении катушек индуктора, а после перехода через точку Кюри всего объема издели  переключить катушки на синфазное соединение . Тогда будет получен общий равномерный температурный фон на уровне точки Кюри, изделие станет немагнитным, действие кольцевого эффекта ослабитс . Кроме того, поскольку разница мелоду требуемой дл  последующей обработки (закалки или пластической деформации) температурой и точкой Кюри составл ет лишь 100 - 400 С, то конечна  равномерность температуры будет высокой. При этом КПД и коэффициент мощности системы индуктор - изделие сохран ютс  высокими в течение всего времени нагрева . Пример 1 Проводилс  нагрев кольца из стали СтЗ, имевшего внутренний диаметр 226 мм, наружный 292 ьо и толщину 4 мм. Индуктор состо т из двух коаксиальных одинаковых катушек, выполненный из медной трубки сечением 28x13 мм. Внутренний диаметр катушек 236 мм, наружный 292 мм . Обращенные к нагревав- .

3

мому изделию стороны катушек были усилены припа нными к трубке медными кольцами, имевшими толщину 5 мм, а внутренний и наружный диаметры со падали с соответствующ 1ми диаметрами катушек. Величина зазора между катушками составл ла 25 мм. Дл  контрол  температуры использовались три хромель-алюмелевые термопары, которые были заделаны на радиусе кольца, причем перва  термопара была заделана на внутренней кромке детали в точке Т , втора  - посередине радиальной ширины в точке Т и треть  на наружной кромке, в точке Т . В начале нагрев производитс  только при противофазном соединении катушек. Изменение температуры приведено на фиг. 3. График показывает что до точки Кюри нагрев во всех точках был равномерным, а после точки Кюри замедлилс  и по вилась значительна  разница температур в точках измерени . Затем был проведен нагрев только при синфазном включении . Из графика на фиг. 4 видно, что с самого начала нагрев проходил неравномерно, с превьппением температуры в точке Т над остат-ьными. В обоих случа х нагрев отключалс  при достижении температуры 1000 С хот  бы одной точкой.

На фиг. 5 показан график изменени  температуры при нагреве по предлагаемому способу. До точки Кюри при противофазн м включении катушек нагрев проходил равномерно. Получившийс  затем некоторый спад температуры вызван отключением индуктора дл  переключени  катушек. После переключени  на синфазное соединение оставша с  на первой стадии нагрева температура в точке Т стала подниматьс  быстрее, а в точке Tj отставать . В результате максимальна 

795564

разница температур между этими трем  точками не превысила , что вполне удовлетвор ет требовани м как термической обработки, так и 5 пластической деформации. Нагрев во всех трех случа х проводилс  на частоте 8000 Гц.

Пример 2. Индуктор, состоит из двух катушек с внутренним диаметto ром 200 мм и наружным 600 мм, выполненных в,виде плоских спиралей, имевших 12 витков из медной трубки сечением 12x16 мм. Зазор между катушками составл л 60 --м. Нагреваемое кольцо имело внутренний диаметр 360 мм, наружный 450 мм и толщину 20 мм. Нагрев проводилс  по предлагаемому способу на частоте 800 Гц. Конечна  разница.температур не превысила 25 С;

Примеры показывают, что по сравнению с известным способом, при котором нагрев детали проводитс  в зазоре между коаксиальными катушками, включенными синфазно, уменьшаетс  перепад температур по радиусу детали с 240 до 25-30°С, что позвол ет повысить качество дальнейшей обработки.

Высока  интенсивность нагрева, сохран юща с  в течение всего времени нагрева, показывает, что все это врем  остаютс  высокими и энергетические характеристики системы

5 индуктор - изделие - КДЦ и коэффициент мощности. Так, значени  КПД и коэффициента мощности дл  этой системы колеблютс  в пределах ,0,680 ,72; cos4 0,17-0,21.

Предлагаемый способ предполагаетс  использовать при закалке дисков трени  сцеплени  тракторов, а также при нагреве заготовок фланцев горловин под калибровку.

фиг. 2

I Тенпература, Т

tto SO па Г60 Фр(.3

I TfHnepamypo, с Iб

Врен , с

Теппература,С

WOO BOO

BOO 400 200

0

80

120

Вреп  с Фиг. 5

Claims (1)

1. СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПЛОСКОГО КОЛЬЦЕВОГО.ФЕРРОМАГНИТ-

   НОГО ИЗДЕЛИЯ, при котором устанавливают изделие между обращенными друг к другу торцами двух коаксиальных катушек, нагревают его до конечной температуры, большей температуры точки Кюри для всего объема изделия, и на горячем этапе нагрева выше температуры точки Кюри катушки включают по току синфазно, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева при высоком КПД и коэффициенте мощности для изделий, толщина которых меньше глубины проникновения тока в материал изделия на горячем этапе, до достижения температуры точки Кюри нагрев ведут при противофазном включении катушек.

   SU „1179556