Индукционный нагреватель

Индукционный нагреватель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1, ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛ Преимущественно для нагрева.рабочих кромок матриц вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпу с закрепленньлми на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом выполненным в виде медной плиты с прорезями и сопряженными с ними окн ми, отличающийся тем, чт с целью расширения его технологичес ких возможностей, медная плита выполнена полой и перфорированной со стороны рабочей поверхности, заполнена магнитопроводящим материалом и установлена с возможностью поворота для поочередного электрического контакта прорези с токоведущими шинами , а размеры окон соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем о , соотношением 1 с 2. 2, Нагреватель по п, 1, отличающийся тем, что отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого о образованием стенок толщиной, определяемой соотношением Зй, - Q t а, , и диаметром, определяемым соотношением d «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 9 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< hi;;

3(,cаc а,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (21) 3602549/22-02 (22) 06. 06. 83 (46 ) 23. 06. 84. Бюл. М 23 (72 ) А. М. Григорьев, Е. Л. Клецков и И. П. Янович (71) Физико-технический институт

AH Белорусской CCP (53) 621.783(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 411666, кл. Н 05 В б/36;

2. Авторское свидетельство СССР

Р 73824, кл. Н 05 В 6/40.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 277144, кл. Н 05 В 5/40. (54)(57) 1. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ преимущественно для нагрева. рабочих кромок матриц вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпус с закрепленными на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом,. выполненным в виде медной плиты с прорезями и сопряженными с ними окнами, отличающийся тем, что, с целью расширения его технологических возможностей, медная плита выполнена полой и перфорированной со

3(51) С 21 Р 1/10 ;С 21 D 9 22 стороны рабочей поверхности, заполнена магнитопроводящим материалом и установлена с возможностью поворота для поочередного электрического контакта прорези с токоведущими шинами, а размеры окон соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем с<, определяемым соотношением

1

2. Нагреватель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого с образованием стенок толщиной, определяемой соотношением и диаметром, определяемым соотношением () (0,2-0,75) а где с< — толщина стенок между отверстиями;

Ь< — глубина проникновения тока заданной частоты в медь|

d< — заданная ширина индуктирующего провода; — диаметр отверстий.

1098959

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, при высокочастотном нагреве под контурную закалку рабочих кромок матриц вырубных штампов.

Известен индукционный нагреватель для нагрева под контурную закалку рабочих кромок матриц разделительных штампов, содержащий индуктор с лен- 10 точным токопроводом, выгнутым из ,медной ленты в соответствии с нагреваемым контуром, частично погруженным в охлаждающую жидкость диэлектри. ческой ванны. Применение индукционных йагревателей обеспечивает саморегулирование нагрева по участкам контура за счет использования переменных электрических характеристик ленточного токопровода в условиях 29 разогрева его выступающей части над уровнем охлаждающей жидкости j1j .

Основным недостатком этих индукционных нагревателей является то, что они требу1от изготовления ленточных токопроводов индивидуально для каждого нагреваемого контура. Поскольку производство матриц разделительных штампов является единичным или мелкосерийным и геометрия контуров рабочих отверстий не повторяется от изделия к -изделию, то использование этих нагревателей сопряжено со значительными затратами на изготовление ленточных индукторов, с расходом медной ленты и затратами времени на переналадку индукционного нагревателя.

Известен редуктор для индукционного нагрева кромок вырубных штамповi выполненный в виде плиты, составленной иэ нескольких металлических (преимущественно медных) секторов, разделенных радиальными прорезями и электрически соединяемых скользящими вдоль этих прорезов контактами, которые устанавливаются соответствен- 45 но конфигурации нагреваемого иэделия, накладываемого на плиту с тем, чтобы обеспечить протекание тока в секторах по пути, определяемому конфигурацией иэделия (2 . 5О

Недостатком известного индуктора является необходимость в скользящих контактах, которые должны выполнять ся с конфйгурацией, соответствующей 55 геометрии отдельных участков нагреваемого контура, что усложняет подготовку производства, наладку индуктора и увеличивает число электрических контактов в токопроводе, приводящих 60 к снижению КПД нагрева. Кроме того, известная конструкция не обеспечивает саморегулирования нагрева, что особенно важно при нагреве контуров сложной конфигурации. 65

Наиболее близ ким к изобретению по технической сущности является индукционный нагреватель преимущественно для нагрева рабочих кромок марицы вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпус с закрепленными на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом, выполненным в виде медной плиты с прорезямн и сопряженными с ними окнами (3) .

Недостатком известного нагреватель— ного индуктора является то, что для нагрева изделий„ отличающихся друг от друга геометрией профиля, »еобходимо изготовление дисковых токопроводов,соответствующей формы и магнитопроводов, соответствующих по форме отдельным участкам нагреваемого иэделия. Все это сопряжено со значительными затратами на материалы (медь, ферритовые магнитопроводы при нагреве на радиочастотах) на изготовление токопроводов соответствующей формы, а также на изготовление магнитопроводов, что связано с дополнительными затратами на технологическую оснастку для прессования и спекания магнитопроводов., Кроме того, при переходе в нагреве от контура к конту.ру требуются затраты во времени на переналадку токопровода и магнитопроводов.

Целью изобретения является повышение технологических возможностей индукционного нагревателя за счет обеспечения универсальности индуктирующего токопровода.

Для достижения поставленной цели в индукционном нагревателе преимущественно для нагрева рабочих кромок матриц вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпус с закрепленными на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом, выполненным в виде медной плиты с прорезями и сопряженными с ними окнами, медная плита выполнена полой и

;перфорированной со. стороны рабочей поверхности, заполнена магнитопроводящим материалом и установлена с воэможностью поворота для поочередного электрического контакта ! прорез и с ток ов едущими шинами, а размеры окна соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем, определяемым соотношением

1)g(2.

Причем отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого с образованием стенок толщиной, определяемой соотношением

3 6 (0I 6.а,, и диаметром, определяемым соот»ошением

1098959 где a — толщина стенок между отверстиями

6, — глубина проникновения тока заданной частоты в медь;

a, — заданная ширина индуктирующего провода;

5 диаметр отверстий.

На чертеже изображен индукционный нагреватель для н грева под контурную закалку кромок матриц вырубных штампов, общий вид. к

Индукционный нагреватель содержит диэлектрический корпус 1 с жестко закрепленными на нем токоведущими (медными} шинами 2, медную плиту 3 с выполненной в ней полостью 4, запол- f5 ненной магнитной жидкостью (например, водный коллоидный раствор магнетита, стабилизатор — алеиновая кислота), и перфорациями отверстиями 5, соединенными с полостью 4. В медной пли- 20 те выполнены прорези 6, сопряженные с окнами 7, а сама плита 3 установлена с возможностью поворота на диэлектрической плите 8 корпуса 1, которая имеет в свою очередь возможность ли- 25 нейного перемещения под действием

Пружин 9 до обеспечения контакта прорезей с токоведущими шинами 2.

Принцип работы нагревателя следующий.

Токоведу цие шины 2 нагревателя подключают к минам источника токов

/ высокой частоты >,наприме..., лампового генератора типа >. 3}. Перед включением лампового генератора перемещением и поворотом плиты 3 вводят в электри-З5 ческий контакт с токоведущими шинами

2 соответствующую прорезь 6 с окнами 7. При этом в контакт вводится прорезь с отверстием, размер которого меньше размера нагреваемого конту-40 ра матрицы 10, вырубного штампа (но не более, чем в два разд) . Матрицу 0 вырубного штампа размещают на диэлектрических опорах (не по,àçàíû) над плитой 3 таким образом, чтобы один 4 из участков нагреваемого контура находился над местом сопряжения прорези с отверстием медной плиты.

После этого включают источник токов высокой частоты и при достижении заданной температуры нагрев прекращают и производят закалку в соответствующей среде (например, вода при закалке матрицы, изготовленной из углеродистой инструментальной стали) .55

Индукционный нагреватель работает следующим образом.

При включении источника нагрева ток высокой частоты распределяется по псверхности прорези б и .окнами 7 60 и под воздействием возбуждаемого им переменного магнитного поля в контуре матриT„ í 10 индуктируется ток.

При этом ТоК в контуре будет индуктироваться пс всем участкам только в том случае, если расстояние этих участков до контура окна 7 не превы. мает расстояния между противолежащими точками контура отверстия. Это . объясняется тем, что при прохождении тока в медной плите он имеет наибольшую плотность по контуру окна

7 благодаря проявлению кольцевого эффекта. Для того, чтобы перераспределить ток в медной плvòå в соответствии с нагреваемым контуром матрицы

10, необходимым условием является, чтобы эффект близости в системе индуктор-деталь преобладал над кольц вым эффектом, т.е. при расстоянии участков контура нагрева от кромки окна 7„ не превышающем диаметра окна 7. Исходя из этого на одной позиции можно нагреть контуры, размеры которых находятся в пределах Р„." П„ 20„ где Э: — диаметр (линейный размер) нагреваемого контура; Рц — диаметр (линейный размер ) отверстия медной плиты, а для того, чтобы охватить непрерывный диапазон нагреваемых контуров, размеры окон, выполняемых в медной плите, должны соответствовать ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем } с (2.

Выполнение полости 4 и перфораций 5 в медной плите, заполненных маг>читопроводящим материалом (магнитной жидкостью) позволяет создать магнитспровод вокруг тока в медной плите при любОм напр >влении> его протекания, т.е. условно можно представить, что тело медной плиты (токопровода} состоит из набора "ленточных токопроводов", разграниченных перфорациями-магнитопроводами, при этом любой из "ленточных токопроводов" может быть подключен-в электрически ю цепь в зависимости от разме .ов ьагреваемого контура, вернее, в .:ависимости от степени проявления эффекта близости в системе индуктор, "таль (в нашем случае поверхность медной плиты — нагреваемый контур матрицы). Дпя выполнения этих условий перфорации в плите должны выполняться определенного диаметра и на определенном расстоянии друг от дру- га. Минимальное расстояние между перфорациями выбирается в зависимости от глубины проникновения 6„ тока заданной частоты в медь. Это расстоание выбирается таким образом, чтобы образовались стенки между перфорациями а >3 6, . С другой стороны толщина стенок с назначается в зависимости от требуемой ширины закаленного слоя а-„, которая на основании опытных данных примерно определяется как а> О, 8 а,, где а„ ширина индуктирующего слоя (a нашем случае толщина стенок между перформациями}.

Таким образом, наибольшее расстояни>з

1098959

Составитель Л.Денисова

Редактор Н.Джуган ТехредN.Гергель Корректор В. Бутяга

Заказ 4322/22 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 между перфорациями выбирается в зависимости от заданной ширины закаленного слоя и должна быть 0 д„. Диаметр перфораций выбирается исходя из рекомендаций по применению магнитопроводов при нагреве на радиочастотах. Для устранения размытой полосы нагрева ширина башмака магнитопровода.(в нашем случае диаметр перфорации) практически ограничивается соотношением d (0,2-0,75) ц где а — ширина индуктирующего провода (толщина стенки между перфорациями ).

Следует отметить, что при использовании предлагаемого индукционного 15 нагревателя обеспечиваются условия саморегулирования нагрева по отдельным участкам нагреваемого контура.

Это можно объяснить следующим: в процессе нагрева ферромагнитного мате- 20 риала и при достижении температуры магнитных превращений (точка Кюри) происхбдит перераспределение индуктированного тока в слоях нагреваемого контура. При этом снижается действие 25 эффекта близости между током в медной плите и индуктированным током в нагреваемой детали. Благодаря этому наступает момент "преобладания" ксльцевого эффекта в отверстии медной плиты над эффектом близости, что. приводит к смещению тока в медной плите и кромки ее отверстия, и нагрев на данном участке замедляется или прекращается. Это благоприятно сказывается на выравнивании температуры по участкам нагреваемого конту.ра.

II р и м е р. Осуществляют нагрев

:Под закалку образцов матриц вырубных штампов, изготовленных из стали У8А.

Размеры нагреваемых контуров: ф 20 мм; ф 40 мм; ф 60 мм и

20х20 мм; 40х40 мм; 60хб0 мм. Заданная глубина закалки 3 мм. Температура нагрева 8500С. Источник - ламповый 45 генератор Л3-67М, частота тока бб кГц.

Базовый вариант (известный).

Токопроводы готовят иэ медной лентЫ толщиной 1,5 мм. На отдельных участках токопровода при нагреве 50 прямоугольных контуров размещают .Ферритовые магнитопроводы для обеспеl чения равномерного нагрева. Эксперименты показали, что для нагрева заданных контуров необходимо изготовление токопроводов для каждого из выбранных отверстий, т.е. токопроводов ф 20 мм; ф 40 мм; ф 60 мм и прямоугольных токопроводов 20х20,40х40, 60хбО мм.

Предлагаемый вариант.

Готовят токопроводы в виде медной плиты толщиной 10 мм с двумя прорезями шириной 1 мм и сопряженными с ними двумя окнами ф 20 мм и ф 40 мм.

В плите вокруг окон выполняют полость глубиной 5 мм, со стороны нагрева выполняют перфорации ф 3 мм с образованием стенок между ними 3 мм.

Полость герметизируют и заполняют магнитной жидкостью (коллоидный

20Ъ-ный раствор магнетита в воде, стабилизатор — олеиновая кислота

Нагреваемый образец размещают над медной плитой со стороны перфораций с заданным зазором. Экспериментом установлено, что наблюдается устойчивый нагрев контуров ф 20 мм, ф 40 мм и 20х20 мм, 40х40 мм. При размещении этих контуров над отверстием плиты ф 20 мм, а также ф 40мм, ф 60 мм и 40х40 мм, 60х60 мм при размещении нагреваемых контуров над отверстием плиты ф 40 мм.

Таким образом, для нагрева заданных контуров по известному варианту потребовалось шесть индивидуальных токопроводов с ферритовыми магнито\ проводами и шесть переналадок индукционного нагревателя, в то время как при использовании предлагаемого технического решения требуется один токопровод в виде медной плиты с двумя отверстиями и две наладки индукционного нагревателя.

Применение предлагаемого технического решения в сравнении с известными позволяет обеспечить универсальность индукционного нагревателя и устранить необходимость в изготовлении индивидуальных для каждого нагреваемого контура токопроводов и магнитопроводов, а также значительно сократить время на переналадку технологической оснастки.