Тема 3.8. Установки для скоростного нагрева металла.

3.8.1 Установка для индукционного нагрева.

Одним из самых распространенных методов скоростного нагрева металла является высокочастотный нагрев деталей.

При прохождении переменного тока высокой частоты по про­воднику— медному индуктору 1 (рис. 1) вокруг последнего обра­зуется переменное электромагнитное поле, силовые линии 3 кото­рого пронизывают помещенную в индуктор деталь 2. В поверхност­ном слое детали возникают вихревые токи (токи Фуко), вызываю­щие нагрев этого слоя. Источником для питания током служат ма­шинные генераторы (до 10000 Гц) и ламповые (до 100000 Гц), а также тиристорные преобразователи (до 10000 Гц).

Распространение тепла в глу­боколежащие слои осуществля­ется в результате теплопроводно­сти.

Распределение температуры по глубине нагреваемой детали зависит от глубины проникновения тока, теплопроводности ста­ли, скорости нагрева, температуры поверх­ности и геометрических размеров детали.

Рис. 1. Схема индукционного нагрева

Для закалки деталей на глубину до 2 мм применяют ламповые генераторы, для закалки деталей на глубину в пределах 2—3 мм применяют ламповые, машинные и тиристорные преобразователи.

Закалку деталей на глубину более 3 мм целесообразно произво­дить только на машинных и тиристорных преобразователях.

Способы индукционной за­калки. Существуют следую­щие основные способы закал­ки:

• одновременный;

• непрерывно- последовательный;

• после­довательный.

Одновременный на­грев и охлаждение всей поверхности применяется для за­калки небольших деталей (пальцы, валики и т. п.).

Непрерывно-последовательный нагрев и охлажде­ние применяются для закалки длинных деталей (рис. 2). Закалка происходит при относительно неподвижных индукторе и охлажда­ющем устройстве (спрейере).

Рис. 2. Индукторы для одновременной (а) и непрерывно-последовательной за­калки (б):

1— закаливаемая деталь, 2 — индуктор-спрейер, 3 — отверстия для подачи воды, 4 — закаленный слой

Последовательный способ закалки, при котором обраба­тываемая поверхность нагревается и охлаждается по частям, применяется для обработки шеек коленчатых валов, зубьев крупномодульных зубчатых колес и т. д.

После закалки для уменьшения возникающих внутренних на­пряжений детали подвергают низкому отпуску (160—200° С) в электропечах или самоотпуску.

Для закалки деталей машин с нагревом т. в. ч. применяют универсальные и специальные закалочные станки. Специализированные станки для обработки отдельных деталей применяют в массовом и крупносерийном производстве. Например, на заводе АЗЛК была разработана автоматическая установка для контурной закалки зубчатых колес заднего моста (диаметр 300 мм, высота 70 мм, модуль 6 мм) из стали пониженной прокаливаемости 55ПП. Все технологические операции — индукционный нагрев зубчатых колес до закалочной температуры, подача воды для охлаждения при закалке, низкотемпературный самоотпуск, а также все вспомо­гательные операции (пере­движение колес по конвей­еру, загрузка индуктора или разгрузка его) — осуществляются автоматически. Но­минальная мощность генератора 111 кВт, частота 650 Гц. Общее время нагрева 90 с, температура нагрева 850°С, длительность охлаждения (закалка с самоотпуском при температу­ре 200—210°С) 6,5 с, расход охлаждающей воды 100 л/с, Твердость поверхности HRC 59—61, твердость сердцеви­ны HRC 30—35, глубина слоя у корня зуба 1,9 мм. Производительность уста­новки 30 дет/ч,

В состав установки с ма­шинным преобразователем входит пускорегулирующая аппаратура, нагреватель­ные блоки (или закалочные станки), оборудование и аппаратура для подачи зака­лочной жидкости по замкнутому циклу.

В состав установки с ламповыми генераторами входят закалоч­ные установки (или закалочные станки), оборудование и аппара­тура системы охлаждения.

Температура охлаждаемых элементов машинных и ламповых генераторов до 50°С. Температура закалочной жидкости 22±3 С. Если вода не удовлетворяет техническим требованиям, то замкну­тые системы водоохлаждения заполняют дистиллированной водой.