книги / Технология термического производства. Способы наноструктурирования материалов

чить нагретые для закалки участки площадью менее 1 см2. Придав индуктору форму нагреваемого участка, можно осуществить его нагрев и последующую закалку. Если форма подлежащего закалке участка сложная, следует применять медные экраны, плотно накладываемые на поверхность детали и ограничивающие очертания нагретой зоны.

аб

Рис. 5.8. Индукторы для нагрева плоскостей: а – в виде удлиненной спирали; б – в виде спирали Архимеда

161

ских шестерен с модулем больше 6. При этом одновременному нагреву и последующей закалке подвергается только один зуб шестерни. Соседние с нагреваемым зубья защищаются медными экранами 2.

На (рис. 5.10) приведена схема конструкции разъемного индуктора, применяемого для последовательной закалки шеек коленчатого вала.

аб

в

Рис. 5.10. Конструкция разъемного индуктора для нагрева шеек коленчатого вала

На (рис. 5.10, а) индуктор изображен в замкнутом, а на (рис. 5.10, б) – в разомкнутом состоянии. Индуктор состоит

162

из двух неподвижных секций 1 и 2 и отъемной части 3, закрепляемой в рабочем состоянии при помощи защелки 4. Вода для закалки нагретой поверхности шейки вала подводится к индуктору по шлангам 5, 6 и 7 и выходит через отверстия 8 на внутренней его поверхности. Для увеличения производительности индукционной установки часто нагреву подвергается одновременно несколько шеек вала. На (рис. 5.10, в) изображена установка индукторов 2 и 3 на двух шейках коленчатого вала 1.

Непрерывно-последовательная закалка изделий производится как при помощи одновитковых, так и многовитковых индукторов. При непрерывно-последовательной закалке подлежащая обработке поверхность изделия (рис. 5.11) последовательно проходит через зону нагрева в индукторе и зону охлаждения в закалочном спрейерном (разбрызгивающем) устройстве, что обеспечивает высокую равномерность закаленного слоя на всей поверхности.

б

а

Рис. 5.11. Взаиморасположение детали, индуктора и спрейерной камеры при непрерывно-последовательной закалке

163

На рис. 5.11, а показано взаимное расположение гладкого вала 1 индуктора 2 и спрейерного закалочного устройства 3 в процессе непрерывно-последовательной закалки. По шлангам 4 к спрейерной камере подводится вода или эмульсия, которая разбрызгивается на нагретую поверхность вала через отверстия во внутренней поверхности камеры. На продольном разрезе показана форма нагретого слоя, толщина которого, δ, постепенно увеличивается по мере перемещения вала через индуктор. Вал передвигается сверху вниз, а также вращается вокруг вертикальной оси. Высота многовиткового индуктора hi устанавливается по следующим соотношениям:

а) если толщина нагреваемого слоя больше глубины проникновения тока в изделие, то hi = (15÷25) δ мм, где δ – глубина проникновения тока в изделие, мм;

б) если толщина нагреваемого слоя меньше глубины проникновения тока в изделие, то hi = (5÷10) δ мм.

Высота спрейерной камеры n должна быть не меньше 10δ. Расстояние между индуктором и спрейерной камерой составляет обычно m ≈ 5δ. Если известно время нагрева τ, то при высоте индуктора hi скорость перемещения изделия, мм/с

v = hτi .

При закалке слоев толщиной 1–5 мм на изделиях из конструкционной стали и частоте тока, при которой глубина его проникновения примерно равна толщине закаленного слоя, минимальная скорость перемещения может быть найдена по эмпирической формуле

vмин = 5δ мм/с.

Предел скорости перемещения v ограничивается только мощностью питающего генератора, минимальная величина которой должна быть

164

Pг.мин ≈10dд кВт,

где dд – диаметр изделия, см. Непрерывно-последовательную закалку различных

стальных плит, брусьев и т. п. можно осуществлять при помощи плоских индукторов. На (рис. 5.11, б) показана конструкция плоского зигзагообразного индуктора 1 для нагрева плиты 2. Во избежание перегрева края плиты ширина индуктора bi должна быть меньше ширины плиты bд на величину

удвоенного зазора а, т.е. bi = bд – 2a.

Для охлаждения нагретой поверхности плиты установлена спрейерная камера 3. Чтобы струйки охлаждающей жидкости не попадали под индуктор на еще не нагретую поверхность плиты, непрерывно-последовательную закалку плоских деталей рекомендуется производить или в вертикальном положении, перемещая их сверху вниз, или наклонно под углом не менее 25–30°.

Для непрерывно-последовательной закалки изделий сложного сечения применяют различные конструкции индукторов, обеспечивающие требуемый нагрев поверхности изделия.

Высокочастотную закалку под водой применяют для обработки внутренних поверхностей отверстий малого диаметра, узких щелей, небольших участков поверхности и т.д. Диаметр отверстий при нагреве токами высокой частоты на воздухе ограничивается 30 мм. Под водой можно нагревать поверхности отверстий диаметром до 15 мм. Для этих целей изготавливают миниатюрные индукторы из медной проволоки круглого (диаметром 2–3 мм) или прямоугольного (3×2 мм) сечения. Применять их при нагреве на воздухе нельзя, потому что они почти мгновенно расплавятся из-за высокой плотности тока в сечении индуктора, изготовленного из тонкой проволоки. Нагрев под водой обеспечивает необходимое охлаждение таких индукторов.

165

5.4.Преобразователи частоты

Внастоящее время выпускают преобразователи трех типов: машинные, ламповые и тиристорные. Разработаны и используются в промышленности устройства программного регулирования режимов нагрева. Принципиальные и функциональные схемы установок, принципы преобразования частоты даны в работах [1, 21, 23 и др.], технические данные индукционных установок с машинными и ламповыми преобразователями (генераторами) приведены в табл. 5.5 и 5.6.

Таблица 5.5

Техническая характеристика индукционных установок с машинными генераторами

166

Таблица 5.6

Технические данные высокочастотных установок с ламповыми генераторами

Индукционные установки типа МГЗ комплектуют из нагревательной станции, машинного генератора и автотрансформаторного пускателя. Нагревательная станция имеет два индуктора, работающих попеременно. В то время когда в од-

167

ном индукторе идет термообработка, в другом устанавливают новую деталь. Кроме индукторов в нагревательной станции смонтированы закалочные трансформаторы, конденсаторная батарея, аппаратура контроля и управления генератором и процессом термообработки, а также система водоохлаждения. Продолжительность нагрева и охлаждения деталей, подачи воды в закалочный душ и включение второго индуктора обеспечивается посредством реле времени.

Всю аппаратуру нагревательной станции монтируют

вметаллическом шкафу. Ее габаритные размеры: ширина 1,3 м, длина 2,3 м и высота 2,1 м.

При размещении индукционной установки в цехе генератор устанавливают за специальным ограждением или в отдельном помещении так, чтобы расстояние между ним и нагревательной станцией не превышало 100–150 м.

Установки типа ЛПЗ-37 и ЛПЗ-67 являются универсальными, применяемыми как для термообработки, так и для плавки металлов.

Высокочастотные установки типа ЛЗ и ЛПЗ монтируют

вметаллических шкафах. Они состоят из следующего комплекта оборудования: анодного (силового) трансформатора, высоковольтного выпрямителя, лампового генератора, высокочастотного понизительного трансформатора, аппаратуры управления, контроля, защиты и сигнализации. Нагрев изделий производится в индукторе, подключенном к вторичному витку понизительного трансформатора.

Применение индукционного нагрева в поточном производстве требует создания различных автоматизированных станков для подачи и точной фиксации обрабатываемых изделий в индукторах и осуществления охлаждения после окончания нагрева

168

5.5.Примеры обработки деталей

сприменением индукционного нагрева

Все закалочные установки индукционного нагрева включают генераторную станцию и закалочную, причем одна установка может иметь несколько закалочных станций (закалочных станков). Конструкция станков и приспособлений для поверхностной закалки различных деталей машиностроения весьма разнообразна. Получили широкое распространение станки и приспособления для одновременного нагрева и закалки цилиндрических и дисковых деталей (роликов, шестерен, дисковых фрез и т.д.) [22, 23, 32].

На рис. 5.12 представлен станок автоматического действия для закалки зубьев зубчатых колес, прошедших цементацию. Зубчатые колеса загружают в приспособление 7. Подвижная каретка 3, поднимаясь вверх, откидывает лапки 4,

врезультате чего одно нижнее колесо штоком цилиндра 2 забирается из загрузочного приспособления и затем устанавливается в индукторе 9. После нагрева колесо опускается в масляный бак 1. Во время нагрева в индукторе и охлаждения

вбаке закаливаемое колесо вращается при помощи редуктора 6 и электродвигателя 5. Закаленное колесо лапой цилиндра

11 передвигается под устройство выгрузки 8 и подается в него штоком цилиндра 10. Темп выдачи закаленных ко-

лес 15–20 с.

Широкое применение находят станки для последовательной и непрерывно-последовательной поверхностной закалки изделий.

Для последовательной закалки шеек коленчатых валов применяют индукционные установки двух типов: тоннельные установки и станок конструкции проф. В.П. Вологдина.

В состав тоннельной установки фирмы «Токко» входит ряд станций (чаще 5–7 станций). Каждая станция имеет отдельный трансформатор и разъемный индуктор, соответствующий определенному радиусу шейки коленчатого вала.

169