книги из ГПНТБ / Повышение точности поковок С. И. Ключников. 1960- 23 Мб

По данным В. Н. Богданова, целесообразное применение стандарт­ ных частот тока при индукционном нагреве находится в следующих пределах диаметров нагреваемых кузнечных заготовок (в мм):

Уменьшение времени или увеличение скорости нагрева при дан­

ной частоте тока достигается главным образом за счет сокращения времени нагрева глубинных слоев заготовки путем тепло­ проводности и сопровождается увеличением температурного перепада между поверх­ ностью и сердцевиной заго­ товки. В результате исследо­ ваний нагрева токами высо­ кой частоты установлено ми­ нимально допустимое время нагрева кузнечных заготовок различных диаметров (фиг. 33). При выборе частоты тока и времени нагрева заготовок некруглого профиля при ис­

пользовании указанными кри­ выми рекомендуется рассмат­ ривать сторону квадрата как

диаметр цилиндрической за­

ражных автомобилей, где установлены индукционные нагреватели методического типа с толкателями, связанными автоблокировкой с реле времени нагрева заготовок до заданной температуры. Двухпозиционный нагреватель методического типа у кривошипного горячештамповочного пресса показан на фиг. 34,а на фиг. 35 показана схема агрегата горизон­ тально-ковочной машины 1 для штамповки подшипниковых колец,

оборудованного индуктором 2 для нагрева заготовок и манипуля­ тором 5, обеспечивающим движение заготовки. Загрузка прутковых заготовок производится на наклонную плоскость загрузочного уст­ ройства, откуда пневматическим выбрасывателем заготовка по одной штуке подается на направляющие ролики и устанавливается

90

по оси индуктора. Цилиндрический индуктор размещается перед

штампом горизонтально-ковочной машины. Электрическая связь индуктора с остальными элементами нагревательного устройства осуществляется гибкими охлаждаемыми водой проводами. Верти­

кальное перемещение прутка производится от гидравлической си­

стемы с пневматическим приводом и реечно-шестереночным меха­ низмом. В горизонтальном направлении пруток перемещается на тележке с пневматическим захватом заготовки и пневматическим приводом.

Фиг. 34. Двухпозиционный индукционный нагреватель (методический) у кри­ вошипного ковочно-штамповочного пресса.

В кузнечном цехе одного завода весь штамповочный пролет

оборудован установками индукционного нагрева. Генераторная станция токов повышенной частоты цеха состоит из четырех двига­ телей генераторов мощностью 50—60 и 100—120 ква с частотой то­

ка 2500 гц.

Индукционные нагреватели установлены у штамповочных моло­

тов с весом падающих частей 0,8—2 т. В настоящее время в цехе

поковки более 100 наименований переведены на штамповку с ин­ дукционным нагревом.

Необходимо отметить, что для кузнечных заготовок диаметром до 130—150 мм при токах повышенной частоты требуется времени

для нагрева меньше, чем при токе промышленной частоты, а для заготовок диаметром выше 150 мм ■—наоборот.

Кроме того, со снижением частоты тока увеличивается равно­

мерность нагрева по сечению заготовки. Эта равномерность зави­

сит от глубины проникновения магнитного потока и тока, кото­

91

рого больше при токах промышленной частоты. Сказанное можно пояснить известной формулой для глубины проникновения тока

Д = 5030 1/ ~^—см

V м

где р— удельное сопротивление металла заготовки в ом • см-, р- — магнитная проницаемость;

f — частота тока.

Фиг. 35. Схема агрегата горизонтально-ковочной машины с манипулятором и встроенным в него индукционным нагревателем прутковых заготовок для высадки подшипниковых колец.

Таким образом, глубина проникновения тока обратно пропорци­

ональна корню квадратному частоты тока. Если для стали с содер­ жанием углерода О,45°/о при 20° глубина проникновения тока с ча­ стотой 50 гц составляет 0,352 см, то при частоте 2000 гц глубина проникновения тока уменьшается почти в 6 раз и равна 0,055 см.

Скоростной индукционный нагрев не ухудшает микроструктуры

стали. Так, например, нагрев заготовок из хромистой и хромомар­ ганцовокремнистой стали диаметром 80 мм до 1320—1350° со ско­

ростью 340° в мин. (в течение 4 мин.) и диаметром 30 мм из хромо-

молибденоалюминиевой стали со скоростью 1320° в мин. (в течение

1 мин.) не обнаруживает роста зерна как в деформированных, так и в недеформированных заготовках, без следов перегрева и без по­

нижения показателей статической и динамической вязкости и

92

усталостной прочности по сравнению с показателями исходного ма­

териала.

Вследствие кратковременности нагрева окалина почти отсут­ ствует.

Результаты в отношении едва заметного окалинообразования согласуются с расчетными данными по толщине окалины при ин­ дукционном нагреве, указанными в табл. 22.

По данным исследований М. Г. Лозинского [20], в табл. 23 при­ ведены типы генераторов токов повышенной частоты и области их применения для сквозного индукционного нагрева кузнечных заго­

товок. Для кузнечных заготовок диаметром 130 мм и выше приме­

нение индукционного нагрева токами промышленной частоты (50 гц) наиболее целесообразно. Следует отметить большую про­ стоту и дешевизну установок промышленной частоты. Равномер­ ность нагрева по сечению кузнечных заготовок диаметром более 120 мм токами промышленной частоты значительно выше, чем при нагреве токами повышенной частоты и тем более — токами высокой частоты.

Таблица 23

Типы генераторов повышенной и высокой частоты и области их применения для сквозного индукционного нагрева кузнечных заготовок

Производительность индукционных нагревателей при кузнечной обработке должна соответствовать ритму обработки (штамповки, прокатки, выдавливания, высадки и др.). Нагрев не должен лими­ тировать производительность кузнечной машины. Для определения количества гнезд при индукционном нагреве различных по сечению

заготовок с различным ритмом кузнечной обработки на диаграмме

(фиг. 36) указаны зональные участки, каждый из которых соответ­ ствует определенному количеству гнезд. Так например, зона ABRS— одному гнезду, BCPR—двум гнездам и т. д. Для мате­ риала диаметром 45 мм с нормой времени на штамповку 25 сек. перпендикуляры, восстановленные из соответствующих точек абс­ циссы и ординаты, пересекутся на поле участка BCPR, следова­ тельно, требуемое количество гнезд будет 2.

93

Вследствие полной надежности режима нагрева и относительно малого удельного расхода электроэнергии большое распростране­ ние в промышленности получил контактный способ электронагрева кузнечных заготовок. Ряд конструкций нагревателей, основанных на использовании этого метода, разработан и эксплуатируется на предприятиях по производству деталей сельскохозяйственных ма­

гретых кузнечных заготовок сни­ жается на 15—20%; ввиду легкости перехода с нагрева заготовки

одного диаметра на другой эксплуатация электроконтактных уста­ новок более гибка.

Количество тепла Q, выделяющееся в металлической заготовке при пропускании через нее электрического тока, определяется по

закону Джоуля—Ленца по формуле

Q — 0,24I2Rt м кал,

где I — ток в а;

R — сопротивление проводника в ом; t — время прохождения тока в сек.

Таким образом, при одинаковой продолжительности нагрева различных заготовок, при одинаковых (условно) тепловых потерях ток возрастает пропорционально квадрату диаметра заготовки. Следовательно, для нагрева заготовок большого сечения потре­ буется огромный ток при весьма больших сечениях проводов, со сложной конструкцией контактов и пр. Это значительно усложняет установку и повышает ее стоимость. Кроме того, с увеличением мощности установки понижается cos? . Вот почему изготовляемые в настоящее время у нас и за границей контактные нагревательные установки ограничивают размер нагреваемых заготовок до диамет-

94

Таблица 24

Время нагрева и толщина окалины при контактном нагреве кузнечных заготовок

Фиг. 38. Зажимная головка автоматической установки электроконтактного нагрева АК-1.

96

Подвижные части зажимных головок укреплены на штоках, соеди­ няющихся при помощи рычагов 4 с цилиндром двойного дейст­ вия 5. Соединение подвижной части зажимной головки с вторичным витком трансформатора 6 осуществляется при помощи гибких шин 7. Зажатие заготовки в контактах производится давлением в последних в 2500—3000 кГ. Удаление нагретой заготовки из кон­ тактов зажимных головок производится специальным выталкива­ телем, действующим от цилиндра двойного действия. Температура контролируется с помощью фотоэлектрического пирометра, кото­

рый при нагреве заготовки до заданной температуры отключает

через реле главный контактор. В задней части установки располо­ жена электропанель с электроприборами, фотопирометром, реле, контактором и др. элементами схемы. Все дверки установки сбло­ кированы. При открытии их установка не может быть включена

под напряжение. Каркас установки покоится на четырех роликах, позволяющих быстро откатывать установку после отсоединения от электрической, воздушной и гидравлической сети.

Для нагрева заготовок клапана под высадку на ковочной ма­

шине на одном автозаводе изготовлена и эксплуатируется автома­ тическая установка АК-3 с производительностью 800 заготовок в час. Установка состоит из двух позиций, представляющих собой отдельные нагревательные устройства, расположенные друг над другом и смонтированные на общем каркасе.

Установка К-13 предназначена для нагрева кузнечных заготовок диаметром от 20 до 50 мм и длиной нагреваемой части от 350 до

690 мм.

Для контроля температуры нагреваемой заготовки установка К-13 снабжена фотоэлектрическим пирометром, состоящим из го­

ловки с фотоэлементом и релейно-ламповой схемы. Расстояние

головки от поверхности нагреваемой заготовки в кузнечной печи должно быть не более 600 мм. Релейно-ламповая схема смонтиро­ вана на задней панели установки в железном ящике, снабженном амортизатором, предохраняющим схему от сотрясений. Регулиров­ ка фотопирометра на определенную температуру производится при

помощи сменной диафрагмы, установленной на фотоэлементной

головке, и потенциометра, смонтированного в релейно-ламповой

-схеме. Удаление нагретой заготовки производится пневматическим

выталкивателем, действующим от педали, соединенной с золотни­ ковым клапаном. Установка К-13 может передвигаться на роли­

ках. На отключение установки, ее откатку и подключение новой установки требуется 0,5 часа. Амортизация сотрясений, передава­

емых на контактную установку от молотов, осуществляется с по­

мощью пружин, на которых покоится установка.

В последние годы электроконтактный нагрев применяется пу­ тем встройки нагревательного устройства в рабочую зону кузнечной

машины. Так появляется новый вид технологического процесса — электрическая штамповка (см. главу III).

Нагрев методом сопротивления можно вести как периодически,

так и непрерывно. Как видно из схемы автоматизированного на­

гревателя с бункерным питателем, по достижении заданной темпе­ ратуры контакты автоматически раскрываются, и нагретый материал падает вниз по желобу или подается транспортером к штамповочной машине, а на его место (благодаря авто­ блокировке всей системы) из бункера поступает новая заго­ товка.

В технологии изготовления точных поковок представляет инте­ рес безокислительный электронагрев в электролите. Электронагрев кузнечных заготовок в электролите основан на явлении нагрева катода (заготовки) при напряжении тока от 200 в и выше. При этих напряжениях на катоде интенсивно выделяется водород, кото­ рый образует вокруг катода газовую оболочку. Вследствие плохой теплопроводности газовой оболочки на катоде (т. е. заготовке) развивается большое количество тепла, в результате чего происхо­ дит нагрев заготовки. Нагреву заготовки способствуют также про­ текающие в окружающей его газовой среде экзотермические реак­ ции. Нагрев в электролите дает наилучшие результаты при посто­ янном токе. Нагрев кузнечных заготовок в электролите на постоянном токе позволяет в широких пределах регулировать

скорость и температуру нагрева. Этот способ нагрева является идеальным в отношении сохранения заготовок от окисления и обез­ углероживания.

В качестве электролита рекомендуется применять 15%-ный раствор кальцинированной соды Na2CO3 (165 а на 1 л воды), кото­ рый в отличие от других электролитов не вызывает коррозии метал­ лических деталей нагревательных установок и вполне приемлем в

отношении удовлетворения требований техники безопасности. Тем­ пература электролита может быть выбрана в оптимальном интер­

вале 30—60° с колебаниями в пределах 5—10°.

Рассмотрим устройство и работу автомата А3-4а, предназначен­ ного для концевого нагрева кузнечных заготовок. Нагрев на авто­ мате может производиться как всей заготовки, если по длине она не превосходит 100 мм, так и отдельных ее частей. Установленное на автомате реле времени (60 сек.) и ход подвески (100 мм) позво­ ляют производить нагрев заготовок диаметром 50 мм на длину 100 мм, а также заготовок другого профиля с равной поверхностью нагрева.

Длина нагреваемой части заготовки на автомате может регули­

300—400 заготовок в час, что вполне обеспечивает производитель­ ность кузнечной машины.

Схематическое устройство автомата АЭ-4а показано на фиг. 39. Автомат состоит из следующих узлов: металлического каркаса, внутри которого расположены механизмы для опускания подвески и электроприборы; бака с змеевиком и наружным карманом для крепления насоса; ванны, в которой производится электронагрев; механизма для погружения подвески с нагреваемой заготовкой в электролит; подвески с зажимным приспособлением; электрической

98

CO