5.13 Нагрев методом сопротивления

Основан на свойстве электрического тока выделять тепло при прохождении по проводнику. В качестве проводника используется сама нагреваемая заготовка. Она зажимается между контактами из красной меди, и по ней пропускается ток силой в десятки тысяч ампер. При этом выделяется очень большое количество тепла и заготовка быстро нагревается до ковочной температуры. Чем длиннее заготовка и чем больше электросопротивление материала, из которого она изготовлена, тем быстрее происходит нагрев. Равномерный нагрев по сечению и длине осуществляется в случае одинаковой формы и одинакового сечения заготовки по всей ее длине. Это условие несколько ограничивает широкое применение контактного нагрева в промышленности. Контактный нагрев имеет ряд достоинств: небольшой расход электроэнергии, несложность оборудования, быстрота и хорошее качество нагрева. Вследствие этого он широко применяется как для полного нагрева длинных заготовок постоянного сечения под штамповку на молотах и прессах, так и для нагрева части заготовки под местную деформацию, например гибку. Часть заготовки, зажатая между контактами, имеет температуру на 100—150° ниже температуры остальной части. Это исключает возможность применения контактного нагрева для высадочных работ. Диаметр заготовок, нагреваемых контактным методом, должен быть не более 75 мм, так как при большом диаметре требуется большая сила тока.

5.14 Индукционный электронагрев

Если в переменное магнитное поле поместить проводник, то в нем возникнет электрический ток. Ток возникает не по всему сечению проводника, а только в поверхностном слое. Чем больше частота тока, тем в более тонком слое появляется электрический ток. Остальная часть сечения заготовки нагревается за счет теплопроводности. Поэтому для нагрева заготовок различного диаметра применяется ток различной частоты, а следовательно, и различное оборудование. Заготовка, подлежащая нагреву, помещается внутри катушки, изготовленной из медной трубки, по которой для охлаждения пропускают холодную воду. По катушке проходит ток соответствующей частоты. При этом ток, индуктируемый в заготовке, нагревает ее. Индукционный нагрев отличается большой скоростью и равномерностью, не дает окалины. Этим способом можно нагревать длинные и короткие заготовки под штамповку, высадку, осадку и прессование. Недостатками индукционного нагрева являются сложность и высокая стоимость электрооборудования, несколько больший расход энергии, чем при контактном нагреве.

5.13 Расчет и проектирование индукторов

Индукционный нагрев протекает, как правило, очень быстро. Даже небольшие неточности, неизбежные при проведении инженерных расчетов, могут при практическом осуществлении режимов, полученных расчетным путем, привести к значительному отклонению полученных результатов от заданных технических требований. Окончательная форма индуктирующего провода, режим нагрева и охлаждения обычно выбираются после изготовления и испытания опытного образца индуктора. Приступая к разработке какого-либо конкретного индуктора, необходимо ознакомиться с образцами индукторов аналогичного технологического назначения, а также с особенностями конструирования закалочных устройств.Даже при проектировании устройств для вновь строящегося предприятия нельзя выбирать для каждой детали оптимальную частоту. Для обеспечения бесперебойной работы производства придется иметь в резерве генераторы нескольких типов, несколько типов конденсаторов, измерительных приборов и т. д. Мощность источника тока высокой частоты (ТВЧ), устанавливаемого для термообработки одной определенной детали, должна также выбираться с учетом всего комплекса технико-экономических показателей и прежде всего с учетом весьма важной для упрощения эксплуатации унификации. Индукционный нагрев наиболее эффективно используется в условиях поточно-массового производства. Ручные операции сведены к минимуму. Поэтому при разработке конструкции индуктора необходимо анализировать также возможные схемы автоматизации установки детали в индуктор и передачи ее на последующие операции. Для повышения электрического к. п. д. , а также соs ф зазор между индуктирующим проводом и нагреваемой поверхностью должен быть минимальным. Однако чем меньше этот зазор, тем с большей точностью необходимо изготавливать детали индуктора, механизмы, служащие для установки детали в индуктор, а также более точно выдерживать допуск на припуск, который обычно оставляется для последующей механической обработки. При этом точность размеров всех перечисленных элементов должна непрерывно поддерживаться в условиях эксплуатации. Для уменьшения потерь в токоведущих элементах следует выбирать такую конструкцию индуктирующего провода (из всех возможных), чтобы работать при максимально высоком напряжении (и, следовательно, малом токе). Все токоведущие элементы должны изготовляться из меди М1 — материала высокой электропроводности. Для сохранения постоянства режима необходимо в плановом порядке производить профилактическую зачистку контактов. Удобство смены индуктора и легкая доступность болтовых соединений между индуктором и трансформатором приобретают особое значение в серийном производстве, если детали нескольких типов нагреваются партиями на одной установке. Иногда для упрощения перехода от нагрева одной детали к нагреву другой устанавливают рядом несколько индукторов. Кроме индуктирующего провода, имеющего довольно сложную форму, индуктор состоит из ряда вспомогательных элементов; устройств для подачи и распределения охлаждающей жидкости, магнитопроводов, электрической и тепловой изоляции, токоподводящих шин и др. . Для облегчения изготовления элементы индуктора должны иметь по возможности простую форму. Для уменьшения отходов цветных металлов механическая обработка должна быть сведена к минимуму. Самыми слабыми являются паяные места (в особенности на трубках). Паяные швы по возможности не должны нести механическую нагрузку.