7.2. Расчет индуктора для закалки внешних цилиндрических поверхностей

Данные для расчета:

диаметр шестерни 180 мм

модуль шестерни m = 4

требуемая глубина закаленного слоя 5 мм

требуемая частота тока 2500 Гц

Выбор частоты тока

Выбор частоты тока является одним из наиболее ответственных моментов при проектировании индукционных установок. Он определяется требованием высокого электрического КПД как индуктора, так и всей установки, необходимостью получения заданного распределения температуры по сечению детали.

Т.к. оптимальная частота практически всегда не соответствует стандартной шкале частот, то рабочую частоту выбирают из неравенства:

(7.1)

где х − глубина закаленного слоя

Размеры индуктора:

толщина стенки трубки:

где d₁ − толщина стенки трубки, см.

диаметр индуктора:

где D_n − диаметр индуктора;

h − величина зазора, который равен 0,3 см.

ширина индуктора:

где В − ширина индуктора;

в − ширина закаленной полосы

ширина индуктирующего провода:

τ_{н −} время нагрева, принято τ_H = 12 с

V − скорость движения детали, принятая 0,6 см/с

Определение мощности, подводимой к детали и индуктору:

подводимая к детали мощность при статистическом расчете определеяется по формуле:

где G − масса закаленного слоя;

С_mк, С_mн − теплоемкость метала в конце и в начале нагрева кДж/(кг·гр);

t_mн, t_mк − температура металла в конце и в начале нагрева, ⁰С;

η − термический КПД (η≈0,4)

мощность, подводимая к индуктору, определяется по формуле:

где η − КПД индуктора, обычно η= 0,7÷0,8;

Электрический расчет индуктора:

напряжение и ток на зажимах индуктора при постоянном значении подводимой к нему мощности 100 кВт и зазоре между индуктором и деталью 0,3 см можно определить с помощью графиков:

для практики используют формулы пересчета:

Расчет заканчивается определением расхода воды Q_H на охлаждение индуктора и сечения полости воды в индукторе S:

=6,5;

где t₂ t₁ − температура воды;

W − скорость движения воды, принимается W = 1÷2 м/с;

8 Контроль качества

На производстве термическая обработка производится по заранее разработанному технологическому процессу. Однако нарушение условий , определяющих режим нагрева и охлаждения, приводит к получению брака. Поэтому одним из элементов контроля качества закалки является контроль соблюдения технологического режима. Оператор или контролер систематически следит за показаниями приборов, состоянием закалочной аппаратуры, проверяет выполнение режима по технологической карте. В технологической карте по поверхностной закалке приводится эскиз детали и указаны закаливаемые зоны, и подготовительные операции.

Поверхностно закаленные детали подвергаются следующим видам контроля:

- внешний осмотр, позволяет непосредственно после закалки обнаружить крупные трещины. У каждой детали имеются зоны, в которых наиболее вероятно появление закалочных дефектов, поэтому часто осматриваются только «уязвимые места»;

- твердость закаленной поверхности, определяется динамическим методом с помощью твердомера ЭЛИТ-2Д;

- проверка на трещины, производится только в тех случаях, когда есть опасность их появления в том или ином месте, - обычно это края отверстий, выточки, выступы. Тонкие трещины хорошо видны невооруженным глазом на шлифованной поверхности готового изделия. В некоторых случаях применяют лупы с двукратным увеличением. Трещина, невидимая через лупу, настолько мала, что не влияет на качество закаленного изделия, т.к после закалки в поверхностном слое имеются сжимающие остаточные напряжения, которые блокируют вредное воздействие поверхностных дефектов.

- глубина и качество закаленного слоя, могут быть проверены только после разрезки детали и исследования структуры в ответственных сечениях. Такому анализу, подвергаются только несколько деталей из партии, предназначенные для всестороннего исследования в заводской лаборатории. По результатам лабораторных исследований вносятся коррективы в режим термической обработки.

Качество азотированного слоя контролируют методами металлографического, химического, рентгеноструктурного, магнитного и др. методов анализа.

В производственных условиях качество азотирования определяют на образцах-свидетелях и непосредственно на деталях. Контролируют толщину слоя, поверхностную твердость, коробление, размеры и качество поверхности (шелушение, трещины). Образцы-свидетели изготовляют из той же стали, подвергают аналогичной термической обработке, что и азотируемые детали.

После азотирования детали подвергают визуальному осмотру. Азотированная поверхность должна быть матово-серого цвета. 100% деталей проверяют на отсутствие шелушения и трещин, особенно вдоль острых кромок при увеличении в 15-20 раз.

Хрупкость азотированного слоя контролируют по виду отпечатка алмазной пирамиды в соответствии со шкалой хрупкости. Более точная оценка пластичности может быть выполнена при записи диаграмм вдавливания алмазного индикатора в поверхность азотируемой детали (образца) и испытаниями на изгиб и кручение.

Для оценки пористости нитридной зоны применяют водный раствор медно-аммониевого хлорида, каплю которого наносят на контролируемую поверхность. При качественной карбонитридной зоне голубой цвет реактива сохраняется минимум в течении 0.5-2 мин. При пористости нитридной зоны реактив краснеет в связи с замещением ионов меди в растворе ионами железа и выпадением меди в осадок.

Для определения толщины слоя можно использовать магнитный метод, так как при увеличении концентрации азота в железе изменяются магнитная проницаемость и электропроводимость.