Индукционные закалочные установки

Основой размерного ряда у н и в е р с а л ь н ы х и н д у к ­ ц и о н н ы х у с т а н о в о к д л я п о в е р х н о с т н о й з а к а л к и д е т а л е й и н д и в и д у а л ь н о г о и м е л к о ­ с е р и й н о г о п р о и з в о д с т в а т о к а м и п о в ы ш е н ­ н о й ч а с т о т ы (2500 и 8000 гц) является принцип блочной компоновки.

Вэтом случае отсутствует непосредственная связь исполни­ тельного механизма с высокочастотной частью (трансформаторы, конденсаторы, щиты управления) и предоставляется возможность создавать различные варианты установок без увеличения числа элементов.

Вкомплект универсальной закалочной установки входит сле­ дующее оборудование: закалочная головка с соответствующим типизированным закалочным трансформатором; конденсаторная батарея; исполнительный механизм с приводами и системой тех­ нологического охлаждения водой или эмульсией; пульт управле­ ния приводами исполнительного механизма, индукционным на­ гревом и охлаждением с приборами для контроля режима закалки.

Большое число узлов механической части (редукторы, коробки передач, муфты, тормозы, клиноременные передачи и др.), а также применяемое индукционное оборудование повышенной частоты размерного ряда унифицированы.

Приведенные в табл. 94 размерного ряда вертикальные и гори­ зонтальные универсальные закалочные установки могут быть в ос­ новном использованы для закалки деталей и изделий цилиндри­ ческой формы. В числе последних следует отметить следующие наиболее ходовые детали: валы, ролики, валики, втулки, шкивы, барабаны, штоки, звездочки, храповики, шестерни.

Универсальные закалочные установки обеспечивают одновре­ менный нагрев с вращением и без вращения детали и последующее одновременное охлаждение ее, а также непрерывно-последова­

тельную закалку с вращением и без вращения детали.

Питание универсальных закалочных установок осуществляется или от централизованной системы повышенной частоты или от индивидуального источника тока, т. е. отдельного электрического генератора соответствующей мощности и частоты.

Помимо указанных в таблице частот 2500 и 8000 гц, закалочные установки можно также при необходимости укомплектовать пре­ образователями с частотой 1000 гц.

В зависимости от назначения и особенностей конструкции ис­ полнительных механизмов универсальные индукционные закалоч­ ные установки всех типоразмеров подразделяются на горизонталь­ ные и вертикальные.

В число в е р т и к а л ь н ы х входят следующие установки: ИЗУВ-5/50-12/90, предназначенные для проведения единовре­ менной и последовательной закалки вертикально перемещаемых цилиндрических деталей, которые устанавливают между нижним центром и верхним центром, снабженным компенсатором удлине­ ния; любой из этих центров может быть приведен во вращение. Если конструкция детали не позволяет закрепить ее в центрах, то нижний центр может быть заменен специальным крепежным при­

способлением.

ИЗУВ-12/160-32/500, предназначенные для проведения едино­ временной и последовательной закалки деталей преимущественно Цилиндрической формы. Вращающийся нижний центр может быть в случае необходимости заменен планшайбой. Верхний центр — съемный, закреплен в кулачковом патроне, который может быть пе­ реналажен в самоцентрирующйй люнет. Закалочная головка уста­ новлена на перемещаемой в вертикальном направлении каретке. В комплект входит самоцентрирующйй люнет, при необходимости устанавливаемый дополнительно между центрами.

ИЗУВ-80/50-200/90, предназначенные для проведения едино­ временной и последовательной закалки крупномодульных шесте­ рен. В комплект установки входит специальный стол с делитель­ ным механизмом, обеспечивающим поворот шестерни на заданный шаг, и с вертикально перемещающейся закалочной головкой с копирными роликами для более точной ее установки.

ИЗУВ-80/280-80/500 для проведения единовременной и после­ довательной закалки деталей, в том числе зубьев крупномодуль­ ных шестерен. Установки снабжаются нижним приводным центром,

В число го р изо н та л ь н ы х входят следующие установки: ИЗУГ-80/280, предназначенные для проведения последова­ тельной закалки валов и прокатных валков методом обкатки. Установка комплектуется передней бабкой с ведущим центром с планшайбой, задней бабкой с неприводным центром и компен­ сатором удлинения, кареткой в виде суппорта и съемным люнетом. ИЗУГ-200/160-500/90, предназначенные для проведения после­ довательной закалки шкивов, барабанов, погонов и ободов методом обкатки. В этих конструкциях предусмотрены передняя бабка с ведущим центром и планшайбой, задняя бабка с неприводным центром и закалочная головка на каретке. Каретка закреплена на неподвижном кронштейне и установка ее регулируется в зави­

симости от диаметра детали.

При массовом, а иногда и крупносерийном производстве кон­ струкции индукционных закалочных установок, используемых обычно непосредственно в линиях механической обработки, бы­ вают рассчитаны на термическую обработку лишь одной опреде­ ленной детали.

При серийном и мелкосерийном производстве такие конструк­ ции, устанавливаемые главным образом на отдельных участках в стороне от поточной линии, бывают рассчитаны на осуществляе­ мую путем переналадки термическую обработку нескольких раз­ личных по размерам, но обычно сходных по своей конфигурации деталей.

Как указывалось выше, при нагреве сопротивлением для термо­ обработки определенной детали из различных электропечей перио­ дического или непрерывного действия выбирается печь оптималь­ ного типа. Так же поступают и при индукционном нагреве, ко­ торый может быть осуществлен различными методами с использо­ ванием набора различного оборудования.

Так, термообработку можно осуществить при различной частоте тока, она может быть одновременной, когда вся деталь, например, нагревается в имеющем соответственную длину индукторе и затем охлаждается целиком, и непрерывно-последовательной, когда или длинная деталь или более короткий индуктор перемещается один относительно другого, а спрейерное охлаждающее устройство также постепенно перемещается от одного конца детали к другому.

Питание установки может быть осуществлено от индивидуаль­ ных генераторов различной мощности или от централизованной их установки, причем различными способами канализации тока высокой частоты.

Различными могут быть также конструкции индукторов, на­ боры конденсаторов, способы охлаждения (спрейер, бак), сред­

у с т а н о в о к п о в ы ш е н н о й ч а с т о т ы общего назна­ чения используют закалочные станции типа ЗС* совместно с гене­ раторными станциями типа СГ * и технологической оснасткой.

В состав размерного ряда входят закалочные станции 18 типо­ размеров, в том числе 9 — комплексного (ЗСК) и 9 — блочного (ЗСБ) исполнения, указанных в табл. 95; потребляемая ими мощ­

тельным параметром.

Комплексная закалочная станция состоит из закалочного и сливного блоков 1* и подразделяется на два комплекта оборудо­ вания. В один из комплектов оборудования, устанавливаемого обычно совместно с преобразователем повышенной частоты, вхо­ дят: щит управления генератором повышенной частоты, включая электромашинный усилитель обмотки возбуждения, аппаратура

* Закалочные станции ЗС и генераторные станции СГ разработаны СКВ Всесоюзного научно-исследовательского института электротермического обору­ дования (ВНИИЭТО).

1 Поставляется по специальному требованию заказчика.

Валы распределительные (р)

Многие решения в области создания ламповых электротерми­ ческих установок находятся на уровне лучших мировых образ­ цов. Так, все отечественные мощные установки оборудованы устройством автоматической стабилизации напряжений анода и накала, что обеспечивает идентичность режимов работы установки при колебаниях напряжения питающей сети. Использованы ори­ гинальные схемы построения колебательных контуров, обеспечи­ вающие устойчивость работы установок, простоту регулирования их режима в процессе работа и высокий к. п. д. генератора [4, с. 64—68].

Оборудование для поверхностной пламенной закалки (ППЗ)

При нагреве высокотемпературным пламенем теплопередача к поверхности металла происходит конвекцией. Поскольку отвод тепла в глубь металла в результате теплопроводности происходит менее интенсивно, чем приток тепла, оно аккумулируется в по­ верхностном слое. Возникающее температурное поле характери­ зуется значительным начальным градиентом по сечению. Вслед­ ствие этого при охлаждении нагретого металла закалочной средой в сечении изделия образуется закаленный слой, характеризуемый плавным переходом от структуры полной закалки (мартенсит) через переходные структуры (троостит, сорбит) к исходной фер­ рито-перлитной (у доэвтектоидной стали) структуре.

Такое распределение температуры перед закалкой и структур по сечению происходит при любых способах ППЗ, циклических или непрерывных. Циклические способы ППЗ характеризуются одновременным нагревом всей поверхности изделия до закалочной температуры и последующим одновременным охлаждением ее во всех точках. При применении непрерывных способов закалки нагрев осуществляют с таким равномерным перемещением горелки или изделия относительно друг друга, что в установившемся состоянии за горелкой создается зона нагретого металла, которая непрерывно охлаждается закалочной средой из разбрызгивателя, закрепленного на горелке. Использование непрерывных способов ППЗ связано с сокращением расходов горючего газа и кислорода по сравнению с циклическими, и поэтому непрерывные способы находят более широкое применение.

Для осуществления непрерывно-последовательной закалки из­ делий требуются:

горелка с узлом смешения горючего газа и кислорода, а также мундштуком, соответствующим форме изделия, и разбрызгива­ телем для подачи охлаждающей среды (см. стр. 26 и 34—37);

источники питания горелки горючим газом и кислородом; [ трубопроводы для подачи и отвода охлаждающей воды и за­

калочной среды;

механизированный привод для перемещения горелки или изделия — для этой цели часто переоборудуют токарные станки;

вспомогательная оснастка для защиты газопровода горючего газа, регулирования подачи газа, а также грузоподъемные сред­ ства для установки и съема обрабатываемых изделий.

Газопитание участков ППЗ

Согласно ГОСТ 8856—58, горючий газ к инжекторной аппара­ туре подводится под давлением 0,01—0,035, а к безинжекторной — под давлением 0,035—0,12 Мн1м2. По Правилам безопас­ ности в газовом хозяйстве [56], участки газопламенной обработки

комплект газопитания (рис. 121) также входит газоразборный пост кислорода и унифицированные пульты измерения и дистанцион­ ного регулирования расходов газов. Необходимое для организации газопитания оборудование выпускается только для участков руч­ ной обработки. Вся вспомогательная оснастка изготовляется заводами-потребителями по чертежам «Альбома типовых черте­ жей перевода на природный и сжиженный газ постов пайки и резки металлов», выпущенного Моспромпроектом -в 1962 г. По­ скольку имеется потребность в универсальных комплектах газо­ питания различной пропускной способности, необходимо на основе имеющихся конструкций газоразборных постов и пультов газоре­ гулирования (рис. 122) организовать их серийный выпуск. Исходя из запросов заводов и тепловой мощности закалочного оборудова­ ния универсальные комплекты газопитания целесообразно со­ ставлять по типовой схеме (рис. 121) для расходов ацетилена 3, 10 и 30 м*1ч и соответственно эквивалентных расходов природного

Рис. 121. Схемы комплектов газопитания участков газопламенной обработки металлов:

А — основной комплект газопитания от газопроводов: 1 — газоразборный пост горю­ чего газа с водяным затвором; 2 — газоразборный пост кислорода с редуктором; 3 — пульт газорегулирования кислорода; 4 — пульт газорегулирования горючего газа; Б — основной комплект газопитания с кислородной рампой; В — основной комплект газопи­ тания с рампами кислорода и ацетилена; Г — основной комплект газопитания с рампой кислорода и ацетиленовым генератором 5; Д — основной комплект газопитания с рампами кислорода и пропана; 6 — цеховой газорегуляторный пункт (ГРП) для подачи природ­

ного (городского) газа в цеховой газопровод

Рис. 122. Серийные узлы основного комплекта га­ зопитания:

а — газоразборный пост горючего газа с водяным

гулирования; в—газораз­ борный пост кислорода с редуктором

Перечисленные варианты универсальных комплектов газопитания пригодны для следующих условий производства:

основной комплект А газопитания можно применять для защиты газопроводов, газорегулирования и измерения расходов газов при наличии в цехе газопровода горючего газа (ацетилена, про­ пана, природного газа) и газопровода кислорода. При этом газо­ разборные посты присоединяют непосредственно к газопроводам горючего газа, находящегося под давлением 0,035—0,07, и кисло­ рода, находящегося под давлением 1,5 Мн1мг\

комплект Б можно применять при наличии цехового газопро­ вода горючего газа и необходимости иметь автономное питание кислородом от рампы;

комплекты В, Г применимы для автономного питания кисло­ родом и ацетиленом от рампы (В) или генератора (Г);

комплект Д пригоден для автономного питания кислородом и пропаном от баллонных рамп.

Закалочные станки и установки для ППЗ

В составе цеховой установки на участке ППЗ, кроме комплекта газопитания и газорегулирования, должен быть станок для разме­ щения обрабатываемого изделия, снабженный приводом для пере­ мещения изделия или горелки. Закалочные станки проектируют и изготовляют в виде универсальных или специализированных. Универсальные станки предназначаются для закалки разнообраз­ ных по форме изделий сравнительно небольших габаритов и соз­ даются чаще всего на основе старых токарных станков. Без пере­ делок такие станки пригодны для закалки способом быстрого вра­ щения (шейки валов, шестерни диаметром до 150 мм), кольцевым комбинированным способом (длинные валы и штоки) и непрерывно­ последовательным способом (станины станков, направляющие прессов и др.). При наличии редуктора или бесступенчатого ва­ риатора, снижающего число оборотов шпинделя, токарный станок может служить для закалки непрерывно-последовательным спо­ собом опорных колес, шеек крупных валов, а также для закалки комбинированным спиральным способом валов, винтов и плунже­ ров диаметром более 150 мм. Универсальные станки более всего пригодны для оснащения ремонтных цехов небольших заводов.

В основном производстве при серийном выпуске деталей тре­ буются специализированные станки, приспособленные для ППЗ однотипных изделий. К ним относятся станки для закалки ше­ стерен, валов и валов-шестерен, коленчатых валов, распредели­ тельных валиков и других изделий. До 1963 г. Одесский завод кислородного машиностроения серийно выпускал установки типа АЗШ для закалки крупномодульных шестерен, но затем выпуск их был прекращен, поскольку заводу якобы было невы­ годно производство станков в количестве менее стаединиц в год. В этом отношении наша промышленность находится в менее вы­

Рнс. 124. Схема установки УЗШ-1 для закалки крупномодульных шестерен

Приводы станка мощностью 1,2 кет обеспечивают перемеще­ ние суппорта со скоростью 30—480 мм/мин, вращение планшайбы со скоростью 0,03—0,48 (I ступень) и 15—240 об!мин (II ступень).

В комплект станка входят три серии горелок: линейные, коль­ цевые и модульные для работы на ацетилене, природном газе или пропане. Коммуникации станка и газорегулирующая аппаратура рассчитаны на расходы, м31ч: ацетилена 10, воды 1, природного газа 15, воздуха 30, пропана б, кислорода 30.

Габариты станка в плане 6085x1620 мм, масса 4300 кг.

У с т а н о в к и д л я з а к а л к и з у б ь е в к р у п н о ­ м о д у л ь н ы х ш е с т е р е н . Для закалки цилиндрических шестерен внешнего зацепления с модулем 10—32 мм (ГОСТ 9363—60) ВНИИАВТОГЕНМАШ разработал установку УЗШ-1 (рис. 124), в состав которой входят: закалочная головка 1 со штангой для перемещения горелки 7, станина 2 и отдельно уста­ навливаемая тумба 3 с поворотным механизмом 5 и шланг 4 (пози­ цией 6 на рисунке обозначена обрабатываемая шестерня).

Закалочная головка снабжается электроприводом для переме­ щения горелки, а также органами управления, позволяющими осуществлять:

подачу горелки вверх с заданной скоростью (рабочий ход, во время которого осуществляется закалка зуба);

отвод горелки от шестерни и гашение пламени после закалки каждого зуба;

холостой ход горелки вниз с увеличенной скоростью; подвод горелки к шестерне и зажигание пламени для закалки

следующего зуба;

Рис. 125. Схема установки АЗШ-З для закалки зубьев шестерен:

Рис. 126. Принципиальная схема установки УГЗ-1-58 для закалки мелкомодульны шестерен:

мещения горелок и обрабатываемой шестерни, пульта управления и бака для подачи воды. На ней можно осуществлять закалку ше­ стерен диаметром до 450 мм с длиной зубьев от 20 до 100 мм. Схема газоводоснабжения рассчитана на питание четырех горелок равного давления с использованием в качестве горючих газов ацетилена, пропана или городского (природного) газа. Для пере­ хода от одного горючего газа к другому в горелках имеются смен-

ные ввертные сопла и дозирующие шайбы. Установка снабжается двумя комплектами горелок: четыре горелки для закалки шесте­ рен с высотой зубьев от 60 до 100 мм и четыре горелки для закалки шестерен с высотой зубьев от 20 до 50 мм.

Закалку на установке УЗГ-1 осуществляют при неподвижно установленных горелках и вращении шестерни с постоянным числом оборотов. По окончании нагрева горелки гасят и, не прекращая вращения, подают из бака воду через дополнительные сопла в мундштуках горелок. Полное время закалки шестерни составляет 6—7 мин.

Расходы составляют, мэ1ч: ацетилена 20, кислорода 60, про­ пана 12, природного газа 30, воды 2,5.

Габариты установки в плане 3000x1500 мм, Масса 750 кг. У с т а н о в к а д л я з а к а л к и в а л о в - ш е с т е р е н .

На установке УЗВ-1 конструкции ВНИИАВТОГЕНМАШ можно закаливать валы-шестерни крупных редукторов и гладкие валы диаметром от 150 до 550 мм при длине от 600 до 2500 мм, массой до 3000 кг.

Основными элементами установки являются закалочный ста­ нок I и пульт управления II. В состав станка входят вертикальная станина 1 с центром 2 для закрепления и вращения изделия 6, суппорт 3, несущий кольцевую или модульную горелку 4, пово­ ротный механизм 5 (рис. 127).

Валы-шестерни с модулем до 8 мм, а также гладкие валы зака­ ливают комбинированным способом (число оборотов изделия в ми­ нуту от 18 до 59, скорость перемещения кольцевой закалочной

Рис. 129. Схема установки дляозакалки станин станков

расположен поперечный суппорт 5 и шарнирный суппорт 3 вер­ тикального хода, в котором закрепляется закалочная горелка 2 (рис. 129). Поперечный суппорт 5 перемещается вдоль рамы на катке 6, движущемся по рельсу 7. При такой конструкции закреп­ ленная в суппорте 3 горелка точно ориентируется относительно закаливаемой призмы станины и сохраняет эту ориентировку при перемещении, все время находясь на одинаковом расстоянии от поверхности станины; возможность перемещения в попереч­ ном направлении обеспечивает неизменность бокового зазора. На штанге поперечного суппорта размещен пульт управления 4, который позволяет оператору регулировать подачу газа и управ­ лять приводом 8.

Установка позволяет выполнять закалку станин станков типа 165, 163, 1К62 и др. при производительности 6—10 м/ч.

Станок оснащается горелкой со сменными наконечниками, конструкция которых зависит от рода горючего газа. Расход ра­ бочих тел составляет, м31ч: ацетилена 8, кислорода 24, воды 1, воздуха 25, пропана 5, природного газа 12.

Габариты установки в плане 7980x2980 мм, масса 2100 кг, мощность привода 2,8 кет.