книги из ГПНТБ / Кондратьев, Е. Т. Термическая обработка в ремонтном деле

Таблица 19

Глубина проникновения тока в металлы для наиболее употребимых частот

тока высокой частоты. Затем выбирают высоко­ частотный понижающий трансформатор и рассчи­ тывают конденсаторную батарею.

Как известно, переменный ток в индукторе и нагреваемом металле распределяется по сечению неравномерно. Его плотность имеет наибольшее значение на поверхности проводника и спадает к середине в соответствии с экспоненциальным за­ коном. Условно принято считать, что переменный ток протекает лишь в некотором определенном поверхностном слое, где плотность его уменьша.

124

Таблица 20

ется в 2,7 раза и выделяется 86,5% всей тепловой энергии, сообщенной нагреваемой детали. Толщи­ на этого слоя называется глубиной проникнове­ ния тока (ем. табл. 19 и 20).

Для деталей прямоугольного и квадратного сечения частоту можно выбирать, пользуясь эти­ ми же таблицами. В качестве расчетного размера, приравниваемого диаметру в табл. 21, берется меньшая сторона прямоугольника (сторона квад­ рата). Оптимальную же частоту и необходимую мощность для закалки деталей сложной конфи­ гурации определяют обычно опытным путем.

Нагрев стальных изделий, происходящий во

125

она, в свою очередь, влияет на энергию, выделяю­ щуюся в нагреваемом слое. Такая сложная зави­ симость параметров нагрева затрудняет расчет даже простых типов индукторов. Поэтому на пра­ ктике используют расчеты для усредненных пара­ метров нагрева, которые сведены в графики и приведены на рис. 4.

Большому разнообразию деталей, встречаю­ щихся в практике, соответствуют и разнообраз­ ные индукторы. Однако можно выделить несколь­ ко характерных типов индукторов:

для нагрева внешних цилиндрических поверх­ ностей;

для нагрева внутренних цилиндрических по­ верхностей;

для нагрева плоских поверхностей.

Все остальные индукторы, даже самые слож-

126

д

/ I S 2.S 4 6 /О iS S S 40 SO 100 ISO SSO SSO w o o f МГЦ

Рис. 4«A». Графики для определения времени нагрева и удельной мощности при частотах 1, 2, 5, 8 и 250 кгц, а также для определения тока в индукторе и напряжения на его зажимах.

ные, представляют собой ту или иную комбина­ цию перечисленных выше типов. Обычно индукто­ ры изготовляются из медных трубок различного профиля (рис. 5).

Технологически наиболее прост индуктор из трубок круглого сечения 1. Чаще же для улуч­ шения к.п.д. и распределения тока в детали его изготовляют из профилированных трубок 2. Для получения узких зон нагрева применяют индукти-

127

Рис. 4 «Б».

рующие провода или из шин 3 без охлаждения, или из шин 4 с дополнительным охлаждением.

Выбирая трубку для индуктирующего прово­ да, следует помнить, что толщина стенки трубки должна быть равна примерно 1,5 Ді, где Д| — глубина проникновения тока в медь. В этом слу­ чае у индуктора будет максимальный к.п.д.

Перечисленные типы индукторов применяются на звуковых и на радиочастотах. Разница между ними наблюдается лишь в конструкции и объяс­ няется тем, что на радиочастотах индуктор чаще всего работает при меньших удельных мощностях и что особенно существенно, при меньших токах.

128

чем на звуковых частотах. В связи с этим индук­ торы для радиочастот, как правило, делают ме­ нее массивными. Это объясняется еще и тем, что при радиочастотах резко уменьшаются электро­ динамические усилия на все токоведущие части. Индукторы, применяемые на звуковых частотах, в случае необходимости, могут быть использова­ ны и па радиочастотах.

Рис. 5. Индуктирующие провода различного профиля.

При проектировании токоведущих шин индук­ тора толщину их следует выбирать также не ме­ нее 1,5 Д]. Однако на практике они изготовляют­ ся толщиной 2—4 мм при радиочастотах и 4—6 мм при звуковых частотах.

Контактные колодки должны проектироваться в соответствии с выводами понижающего зака­ лочного трансформатора. Токоведущие шииы мо­ гут иметь различную конфигурацию, однако при их конструировании следует придерживаться сле­ дующих положений:

расстояние между шинами должно быть по возможности малым, обычно 2—3 мм;

шины изготовляются трапецеидальными, рас­ ширяющимися от индуктирующего провода к пы-

130

водам вторичной обмотки понижающего транс­ форматора и по возможности короткими.

На рис. 4 Б, В приведены графим для опреде­ ления времени нагрева (восходящие кривые) и удельной мощности (нисходящие кривые) в зави­ симости от глубины закаленного слоя для наибо­

толщина которой в сантиметрах также указана у верхнего конца кривой. Графики, приведенные на рис. 4 Б, В, применимы для конструкционных уг­ леродистых и слаболегированных сталей с темпе­ ратурой поверхности Т0 равной 900°С.

Если температура несколько отличается в ту или иную сторону, результат расчета легко уточ­

приходящегося на сантиметр ширины индуктирую­ щего провоАо, в зависимости от частоты при удельной мощности нагрева Рдет равной і квт/см'г, и зазоре между индуктирующим проводом и де­ талью, равном 0,3 см.

Напряжение на индуктирующем проводе и ток

индуктора в этом случае вычисляется по форму­ лам:

где [■£ — суммарная длина индуктирующего про­

вода.

Если удельная мощность, определенная согла­ сно графикам (рис. 4), отличается от величины, равной 1 квт/см2, следует пользоваться формула­ ми:

Ниже приводятся несколько примеров пользо­ вания графиками, приведенными на рис. 4.

П р и м е р 1. Расчет индуктора для нагрева цилиндрической детали.

Предположим, что по условиям чертежа сле­ дует произвести закалку детали из стали 45, пред­ ставляющей собой сплошной цилиндр диаметром 50 мм н длиной 50 мм; глубина закаленного слоя Хк=2,5—3,0 мм, твердость HRC58—60. Необходи­

132

мо определить время нагрева, мощность источни­ ка питания, напряжение на зажимах индуктора и ток индуктора.

Согласно таблице 20 и исходя из величины требуемой глубины закаленного слоя, выбирается частота 8,0 кгц.

По графикам (рис. 4) определяются время на­ грева и удельная мощность для данного диамет­ ра детали Di = 5,0 см, глубины закаленного слоя в пределах от 2,5 до 3,0 мм и выбранной частоты

8,0 кгц.

*t H*4.5 4- 6,5 сен; Р^ет= 1,3 * 0,9 kSt/ cm*.

Определяется мощность источника питания:

- 1 4 0 + 9 8 «ет.

где Рѵ — мощность, потребляемая от генератора, в квт;

D2 — диаметр детали в см; а — ширина индуктора;

т]ѵ — электрический к.п.д. индуктора; т|Тр— к.п.д. понижающего трансформатора.

Из полученного результата видно, что для по­ лучения Хк=3,0 мм достаточно стандартного ге-

133