2.Расчет нагрева цилиндра под индукционную поверхностную закалку. Методика и пример расчета
Для получения закаленного слоя на поверхности цилиндрической детали используется поверхностный эффект токов высокой частоты. Нагревается лишь поверхностный слой и затем интенсивно охлаждается. Нагрев должен быть произведен до заданной температуры и на заданную глубину.
2.1.Исходные данные для расчета
Обычно конструктор, разработавший конструкцию детали (в нашем случае вала), определяет размеры детали, марку стали, глубину закаленного слоя и твердость на поверхности. Поскольку марка стали известна, определяется температура на поверхности и на глубине закалки. Пример расчета дается для наиболее простого случая — закалки вала, а температура на поверхности ( ) и на глубине ( ) приняты для наиболее часто используемых сталей: =900 °С и =750 °С. Диаметр вала и глубина закалки выбираются из табл. 2 .2.
Для демонстрации использования методики расчета процесса и индуктора для индукционной поверхностной закалки выбираем вариант №2.
Рис. 2.13. Система
индуктор–деталь для индукционной
поверхностной закалки вала (спреер для
охлаждения не показан): 1 — индуктирующий
провод индуктора, 2 — закаливаемая
деталь, 3 — нагреваемая зона (
),
4 — колодка, с помощью которой индуктор
подсоединяется к высокочастотному
нагрузочному трансформатору, 5 — шина
Таблица 2.2 Варианты исходных данных для расчета нагрева цилиндра под закалку ( =900 °С и =750 °С) |
||||||||
Номер варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
, мм |
18 |
20 |
22 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
, мм |
1,0 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
2,0 |
2,0 |
, мм |
20 |
20 |
20 |
30 |
30 |
30 |
35 |
35 |
Номер варианта |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
, мм |
50 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
, мм |
2,5 |
2,5 |
3,0 |
3,0 |
3,5 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
, мм |
35 |
40 |
40 |
40 |
40 |
40 |
40 |
40 |
Исходные данные варианта №2:
1) Диаметр закаливаемого цилиндра: =20·10–3 м ( =10·10–3 м).
2) Глубина закаленного слоя: =1,5·10–3 м.
3) Высота индуктора и детали: =20·10–3 м.
Общие исходные данные (для всех вариантов):
4) Температура на поверхности цилиндра: =900 °С.
5) Температура на глубине : =750 °С.
6) Свойства материала заготовки — средние в интервале температур 0–800 °С [3]:
удельное электрическое сопротивление: = 10–6 Ом·м;
теплопроводность: = 41,87 Вт/(м·град);
температуропроводность: = 6,25·10–6 м2/с.
При выполнении курсовой работы необходимо:
выбрать частоту тока для реализации процесса закалки;
выполнить тепловой расчет и определить время нагрева и удельную мощность ;
сделать электрический расчет индуктора;
определить интегральные параметры установки для закалки.