Способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения и устройство для его осуществления

Способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАпИЕ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.07. 81 (21)3311378/ 24-07 f51) M. Кд з с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Н 05 В 6/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 280283. Бюллетень ¹8

t 3) УДК 621. 365 . .51(088 ° 8) Дата опубликования описания 28.02.8

/с

Л.Л. Кочергин, A,Ä. Алыкин и Э.A. князева (72) Авторы изобретения (71 ) 3 а яв итель

II0CJIE+0BATEJIbHO1 O ИНДУКЦИОННОГО

НАГРЕВА ДЛИННОМЕРНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИИ

ПЕРЕМЕННОГО ПО ДЛИНЕ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву под поверхностную термообработку длинномерных осесимметричных иэделий переменного поперечного сечения, например, ступенчатых валов.

Известен способ местного нагрева вращающихся цилиндрических тел и индуктор для его осуществления, которые могут быть использованы для непрерывно-последовательного нагрева длинномерных осесимметричных иэделий переменного по длине поперечного сечения. Индуктирующий провод известного индуктора выполнен в виде полукольца, снабженного П-образным магнитопроводом. Для обеспечения равномерного непрерывно-последовательного нагрева изделий переменного по длине поперечного сечения индуктор перемещают вдоль вращающегося изделия, а в местах изменения. поперечного сечения дополнительно в направлении, перпендикулярном оси изделия,c тем, чтобы зазор между индуктирующим про водом индуктора и нагреваемой поверхностью поддерживался минимально .возможным (1 J.

Недостатками данного способа и устройства для его осуществления является повышенная энергоемкость процесса, которая возникает, из-за эксцентриситета индуктирующего провода индуктора относительно нагреваемого изделия в местах уменьшения диаметра последнего.

Наиболее близким к предлагаемому является способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, при котором изделие помещают в электромагнитное поле индукторатрансформатора, вторичную обмотку которого размещают в местах изделия с уменьшенным поперечным сечением, а первичную обмотку индуктора-трансформатора перемещают по продольной оси изделия.И устройство для непрерывно-последовательного индукцион.ного нагрева длинномерных осесимметричных иэделий переменного по длине поперечного сечения, содержащее индуктор-трансформатор, выполненный в виде первичной обмотки, установлен,ной на станине механизма перемещения и электромагнитно связанной с ней вторичной обмотки в виде по мень,шей мере одного незамкнутого вклады30 ша (21.

1001513

Недостатками известного способа и устройства являются невозможность равномерного нагрева изделий с проточками, ширина и глубина которых сравнима с шириной поверхности вкладыша, обращенной к нагреваемому изделию, объясняется экранирующим действием участков изделия, прилегающих к проточкам и имеющих большее поперечное сечение. Повышенная энергоемкость процесса объясняется 10 увеличением зазора между вкладышем и нагреваемой поверхностью в местах уменьшения поперечного сечения изделия и местах проточек.

Цель изобретения — повышение 15 равномерности нагрева и снижение энергоемкости процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения при перемещении первичной обмотки индуктора-трансформатора зазор между обмотками индуктора-трансформатора поддерживают на

20-25% меньше по площади поперечного сечения, чем зазор между первичной обмоткой и изделием, а зазор между поверхностью каждой из вторичных обмоток, обращенной к нагреваемому 30 изделию, и изделием устанавливают переменным и изменяют в соответствии с соотношением: где h — зазор между поверхностью вторичной обмотки, обращенной к нагреваемому изделию, и изделием в произвольном поперечном сечении, м

R — радиус нагреваемого изделия в том же поперечном сечении, м; угол охвата вторичной обмоткой нагреваемого изделия,рад45 с — коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментальным путем.

Первичная обмотка выполнена в виде кольцевого сектора с углом охвата менее 180О, а вторичная обмотка вы- полнена с тем же углом охвата в виде набора электроизолированных один от другого элементов переменной радиальной толщины, установленных по про- 55 дольной оси индуктора-трансформатора, при этом их размер в этом направлении выбран из условия, чтобы минимальная радиальная толщина вкладыша и максимальная были различны, не более, чем на 15 — 20%. б0

Первичная обмотка устройства может быть снабжена шарнирно закрепленным на ней подвижным спрейером в виде кольцевого сектора, установлен ного оппозитно первичной обмотке. 65

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - .схема взаимо действия системы первичная обмотка индуктора-трансформатора — вкладышнагреваемое изделие на фиг. 4 — схема взаимодействия системы первичная обмотка индуктора-трансформаторанагреваемое иэделие.

Устройство, предназначенное для осуществления предлагаемого способа нагрева, состоит из станины (не показана ) нагреваемого изделия 1, механизма фиксации и вращения (не показан), механизма перемещения (не показан ) суппорта 2, согласующего трансформатора 3, ко вторичной обмотке которого подключена первичная обмотка 4 индуктора-трансформатора 5, выполненная в виде кольцево- го сектора и снабженная магнитопроводом б. На первичной обмотке 4 индуктора-трансформатора 5 шарнирно закреплен спрейер 7, выполненный в виде кольцевого сектора и установленный оппозитно первичной обмотке

4. Механизм фиксации и вращения снабжен подпружиненным верхним центром 8 и вращающимся нижним центром

9. Вторичная обмотки индуктора трансформатора 5 выполнены в виде вкладышей 10, число которых равно количеству локальных изменений поперечного сечения изделия 1, расположены в местах этих изменений и неподвижно закреплены стойками 11 на станине устройства.

Каждый из вклацышей 10 состоит в осевом направлении из нескольких элементов 12, электроизолированных друг от друга изоляционными прокладками 13, При этом осевой размер В элементов 12 выбирают так, чтобы максимальная радиальная толщина С превышала минимальную радиальную толшину D не более,,чем на 15 — 20%.

Площадь поперечного сечения зазора

14 между первичной обмоткой 4 индуктора-трансформатора 5 и вкладышем

10, на 20-25% меньше площади поперечного сечения зазора 15 между первичной обмоткой 4 и нагреваемым изделием 1. Элементы 12 вкладышей 10 установлены так, что зазор 16 между элементами 12 и нагреваемым изделием

1 обеспечивает постоянство площади его поперечного сечения.

Устройство при реализации предлагаемого способа работает ; следующим образом..

В исходном положении спрейер 7 отведен в сторону. Суппорт 2 совместно с согласующим трансформатором

3 находится в крайнем нижнем относительно изделия 1 положении. Изделие

1 устанавливается в центры 8 и 9, спрейер 7 приводится в рабочее положение, т. е. устанавливается оппозит1001513 но первичной обмотке 4 индуктора-трансформатора 5.

Включают механизм вращения, и через центр 9 придают вращательное движение изделию 1. Подают закалоч= ную жидкость в спрейер 7 и напряжение на первичную обмотку согласующего трансформатора 3. Включают механизмы перемещения суппорта 2 и осуществляют непрерывно-последовательную,термообработку издеЛия 1. При движении первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 вдоль вкладыша 10 на его наружной и внутренней поверхнос" тях потоком взаимоиндукции 17 инду цируются токи 18 и 19, из которых !5 токи 18 находятся в противофазе, .а 19 — в фазе с токами 20, протекающими в первичной обмотке 4. Токи

21, индуцированные в нагреваемом изделии 1 токами 19, протекающими по внутренней поверхности вкладыша

10, определяют удельную мощность, передаваемую в изделие 1. Постоянство зазора 14, сохранение неизменным площади поперечного сечения зазора 25

16, а также выполнение вкладыша 10 из отдельных электроизолированных друг от друга элементов 12, препятствующее перераспределению токов 19 вдоль его внутренней поверхности, обеспечивают как постоянство токов

20 в первичной обмотке 4 индукторатрансформатора 5, так и постоянство коэффициента электромагнитной связи

его с нагреваемым изделием 1, т. е. неизменность индуцированных B изделии 1 токов 21, а следовательно, и удельной передаваемой в него мощности . Исключение перераспределения токов 19 в осевом направлении вкладыша 10 при заданной скорости переме- 40 щения первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 обеспечивает неизменность времени нагрева элемента поверхности изделия 1, а следовательно, идентичное в любом поперечном сечении изделия 1 и требуемое распределение температуры. При дальнейшем движении первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 вдоль изделия 1 ее электромагнитная связь с вкладышем 10 падает до нуля, а нагрев изделия 1 осуществляется непосредственно ее полем 22. При этом величина токов 20 в первичной обмотке 4 индуктора-трансформатора 5 остается неизменной за счет увеличения на 15-20% зазора 15 по сравнению с зазором 18. Это обеспечивает в свою очередь неизменность токов 21, инду".— цированных в изделии 1 непосредственно первичной обмоткой 4 индуктора- 60 трансформатора 5 и практически не изменяет ширину их настила, т. е. величины, определяющие режим наГрева, а именно удельная мощность и ,время нагрева элемента поверхности 65 изделия 1 остаются неизменными. При окончании процесса термообработки иэделия 1 снимаются напряжения с трансформатора 2, останавливается механизм перемещения суппорта 2., выключается механизм вращения изделия

1, прекращается подача охлаждающей жидкости в спрейер 7, последний отводится в сторону, изделие 1 освобождается от центров 8 и 9. Цикл повторяется.

Способ осуществляется следующим образом.

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляют при нагреве под поверхностную закалку полого ступенчатого валика и стали 50Г длиной 430 мм с максимальным диаметром 52 мм и проточкой с диаметром от 42 до 30 мм и длиной 120 мм. В качестве первичной обмотки индукторатрансформатора используют индуктор с магнитопроводом, индуктирующий провод которого представляет собой кольцевой селектор с внутренним радиусом 32 мм и углом охвата околс

160О, В области проточки устанавливают изготовленный из меди в виде кольцевого сектора вкладьпа. Наружный радиус вкладыша составляет

28 мм, внутренний радиус по его длине меняется от 16,5 до 23 мм, По длине вкладыш разрезают на 3 части. Скорость движения первичной обмотки вдоль детали составляет 3,5 мм/с, скорость вращения детали вокруг оси .120 об/мин. Для экспериментальной проверки используют частоту 8,0 кГц.

Мощность, потребляемая от.источника питания, составляет около 40 кВт.

Равномерность нагрева оценивают по глубине закаленного слоя. Металлографические исследования закаленной детали показывают, что глубина закаленного слоя составляет по всей длине изделия 2,7 + 0,3 мм, что сви. детельствует о высокой степени равномерности нагрева.

Предлагаемый способ и устройство для непрерывно-последовательного нагрева под поверхностную термообработку осесимметричных длинномерных изделий переменного по длине поперечного сечения позволяет осуществить равномерный нагрев их при требуемом распределении температуры по поперечному сечению,в том числе изделий с большой разницей в диаметрах а с проточками, глубина и ширина которых сравнима с шириной индуктирующего провода первичной обмотки индук тора-трансформатора.

Формула изобретения

1. Способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длин.

1001513 (1- 1 R>V) 25 где h - -зазор между поверхностью вторичной обмотки, обращенной к нагреваемому изделию,и изделием в произвольном поперечном сечении, м>

R — радиус нагреваемого изделия в том же поперечном сечении, м; угол охвата вторичной обмоткой нагреваемого изделия, рад; Зэ с — коэффициент пропорциональности, дпределяемый экспериментальным путем. номерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, при котором изделие помещают в электромагнитное поле индукторатрансформатора, вторичную обмотку которого размещают в местах иэделия с,уменьшенным поперечным сечением, а первичную обмотку индуктора-транс форматора перемещают по продольной оси изделия, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения рав- 0 номерности нагрева и снижения энергоемкости процесса, при перемещении первичной обмотки индуктора-трансформатора зазор между обмотками индуктора-трансформатора поддерживают на 20-25% меньше по площаци поперечного сечения, чем зазор между первичной обмоткой и изделием, а зазоры между поверхностью каждой из вторичных обмоток, обращенной к нагреваемому иэделию, и изделием устанавливают переменным и изменяют в соответствии с соотношением:

2. Устройство для непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных ооесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, содержащее индуктортрансформатор, выполненный в виде первичной обмотки, установленной на станине механизма перемещения, и электромагнитно связанной с ней вторичной обмотки в виде по меньшей мере одного незамкнутого вкладыша, отличающееся тем, что, первичная обмотка выполнена в виде кольцевого сектора с углом охвата менее 180О, а вторичная обмотка вы1 полнена с тем же углом охвата в виде набора электроизолированных один от другого элементов переменной радиальной толщины, установленных по продольной оси индуктора-трансформатора, при этом их размер в этом направлении выбран из условия, чтобы минимальная радиальная толщина вкла: дыша и максимальная были различны не более чем на 15-20% °

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первичная обмотка индуктора-трансформатора снабжена шарнирно закрепленным на ней подвижным спрейером в виде кольцевого сектора, установленного оппозитно первичной обмотке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Информационный листок Р 791203. Сер. ИЛТ5-10-07, ВИМИ, 1979.

2. Бабат Г.И . Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. М-Л., 1965, с. 361, 410, 1001513

1001513

Составитель О. Щедрина

Редактор В, Пилипенко Техред Е.Харитончик

Корректор Н. Король

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1455/77 Тираж 843 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5