Способ нагрева вращающихся изделий

Способ нагрева вращающихся изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: нагрев шлицевых изделий проводят в индукторе, ветви которого изгибают относительно продольной оси по спирали, причем угол о. спирали и шаг г определяют по формуле о. arcsin m/r2-h, т (0,3...0,6)lr2/ai, где m - шаг шлицев у основания, мм; Г2 - радиус нагреваемой детали, мм; h - высота шлица, мм; ai - ширина индуктирующего провода, мм; I - длина шлицевой части детали, мм. Способ позволяет нагревать шлицевые детали с соотношением высоты шлица к его ширине 1,5...2,5 при сохранении высокого качества нагрева. 2 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 D 1/06, 1/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800942/02 (22) 13,02.90 (46) 23.10.92. Бюл. N 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт (72) Н.M.Ãðå÷êî, Д,Л.Зубер, О.Н,Казимирская, Г.Д.Цадиков и С.А.Цветков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 560368, кл, Н 05 B 6/36, 1975. (54) СПОСОБ НАГРЕВА ВРАЩАЮЩИХСЯ

ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: нагрев шлицевых изделий проводят в индукторе, ветви

Изобретение относится к области электротермии, в частности к способам индукционного нагрева под термическую обработку цилиндрических деталей со шлицевыми поверхностями, Известен способ индукционного нагрева, реализуемый в одно или многовитковых индукторах цилиндрической формы (А,Д,Демичев. Поверхностная закалка индукционным способом. — Л,: Машиностроение, 1979, с.101).

Этому способу присуща неравномерность температуры нагреваемой зоны по длине из-за воздействия концевого эффекта при чисто продольном электромагнитном поле, характерном для данного индуктора.

Известен также способ индукционного нагрева, реализуемый в петлевой конструкции индуктора (M.Ã.Ëîçèíñêèé. Поверхностная закалки и индукционный нагрев стали. — М.: Машгиз, 1949, с.176-178).

Недостатком этого способа является трудность достижения равномерности на Ы,», 1770387А1 которого изгибают относительна продольной оси по спирали, причем угол Q спирали и шаг г определяют по формуле а = arcsin

m/rz-h, z = (0,3...0,6)1г2/а!, где m — шаг шлицев у основания, мм; гг — радиус нагреваемой детали, мм; h — высота шлица, мм; а1 — ширина индуктирующего провода, мм; — длина шлицевой части детали, мм. Способ позволяет нагревать шлицевые детали с соотношением высоты шлица к его ширине

1,5...2,5 при сохранении высокого качества нагрева, 2 ил., 4 табл. грева шлицевай поверхности из-за ограниченной возможности локального регулирования удельной мощности, передаваемой в деталь при постоянном напряжении на индукторе, обусловленной минимально допустимым зазором между индуктирующим проводом и деталью, а также падением КПД нагрева при увеличении этого зазора.

Наиболее близким по технической сущности, т.е, прототипом является способ индукционного нагрева реализуемый в индукторе (1). Нагрев детали производится в электромагнитном поле, образованном индуктирующими проводами, выполненными в виде петли, ветви которой охватывают деталь по длине, размещены оппозитно, а по концам и в центре соединены перемычками, наклоненными относительно продольной оси под углом г., меньшим 90 . При этом последние размещены по одну сторону от нагреваемой детали. Изменение угла наклона перемычек позволяет локально регулировать удельную мощность, 1770387 передаваемую в деталь, что обеспечивает требуемое распределение температуры нагрева вдоль длинномерной переменного сечения детали типа "вал".

Недостатком известного способа является невозможность получения равномерности нагрева по всей протяженности шлицевой части детали с соотношением высоты шлица к его ширине 1,5 — 2,5, обусловленная наличием чичто поперечного

Ф электромагнитного йоЛя индуктора, создаваемого на прямолинейньй участках его ветвей, Целью изобретения является расширение номенклатуры обрабатываемых изделий путем возможности обработки шлицевь х изделий с соотношением высоты шлица и его ширине 1,5...2,5 при сохранении высокого качества нагрева.

Поставленная цель достигается тем, что способ нагрева подобных шлицевых изделий реализуется в ггетлевом индукторе, ветви которого изогнуты по спирали, причем угол а спирали и шаг г ооппррееддееляют по формуле: а=- alcsin гп/(I2-h); т = (0,3-0,6)1 г2/а, где гл — шаг шлицев у основания, мм;

r2 — радиус нагреваемой детали, мм;

h — высота шлица, мм; а1 — ширина индуктирующего провода мм;

1 — длина шлицевой части детали, мм.

Коэффициент 0,3 в формуле для шага соответствует отношению высоты шлица к ширине, равной 1,5, а коэффициент 0,6— отношению 2,5.

Предлагаемый способ индукционного нагрева вращающихся изделий иллюстрируется чертежами на фиг, 1, 2 и 3. Индуктор представляет собой изогнутые по винтовой линии прямую и обратную ветви 1 токопровода. охватывающие LLlëèöåaóþ часть детали 2 до зоны ступенчатого перехода 3, В зоне ступенчатого перехода 3 прямая и обратная ветви 1 индуктора замыкается Kollb цевой перемычкой 4.

Шлицевая часть детали вводится в рабочее пространство между ветвями прямого и обратного токопроводов. после чего включается напряжение питания, вызывающее протекание тока в прямой и обратной ветвях индуктора. Этот ток создает электромагнитное поле, индуктирующее в детали токи, разогревающие ее, За счет одновременного воздействия продольной и поперечной составляющих электромагнитного поля достигается равномерность распределения температуры по длине и сечению шлицевой части детали, а следовательно и высокое качество ее нагрева.

Гп

Величина отношения — характеризует г2

5 отношение высоты шлица и его ширине, а угол наклона винтовой линии а показывает распределение продольной и поперечной составляющих напряженности электромагнитного поля в суммарной напряженности, 10 т,е. в конечном счете глубину прогретого слоя в поперечном сечении детали, Проверка глубины прогретого слоя по сечению осуществляется анализом микрошлифов, которые дают визуальную картину

15 распределения закаленного слоя по контуру детали.

Шаг винтовой линии т определяет условия распределения температуры по длине шлицевой части детали от торца до

20 ступенчатого перехода.

При значениях шага т, меньших или равных длине нагреваемой зоны, наблюдается недогрев до нужной температуры торцевого конца шлица и конца примыкающего

25 к ступенчатому переходу, что обусловлено краевым эффектом, Для определения оптимального значения шага используется вышеприведенное соотношение, 30 Для правильного выбора коэффициента

0,3...0,6 используются зависиr..îñòè;

"2

1 при — 0.3 применяется коэффициент

0,6

35 г2 при — = 0,6 применяется коэффициент

0,3.

Промежуточные значения коэффициента определяются интерполированием.

Пример, Рассмотрим характер распределения закаленного слоя при вариации угла a . Поскольку аргумент функции c ÿâляется сложным, рассмотрим изменение а при варьировании m и фиксированных

45 значениях г2 и и (табл. 1), а также изменение а, при варьировании и фиксированных значениях г2 u m (табл. 2). Пример с варьированием г2 не рассматривается, т.к. этот случай перекликается с варьированием h u качественная картина сохраняется той же.

1, Радиус окружности вала r2 =30;

Высота шлица h = 12;

Шаг шлицев m = 4, 6, 8, 10, 12 (расчетное значение 8). Табл. 1, Для расчетногс значения m =- 8, расчетное значение Q составляет 0,44 рад, При этом значении Q распределении закаленного слоя по контуру сечения вала является равномерным.

1 70387

Таблица1

10ад2 1 022 I 033 7 044 3 036

Таблица2

0 12

20 021 .023, 025

При вариации значений m и соответственно а в сторону уменьшения закаленный слой смещается с вершины шлица во впадину. При увеличении значения m и соответственно а — закаленный слой смещается к вершине шлицев, 2. Радиус окружности вала rz = 40;

Высота шлица h = 10, 12, 14, 18 (расчетное значение 14) (табл. 2).

Шаг шлицев m = 6, Для. расчетного значения h = 14, расчетное значение а составляет 0,23 рад.

При вариации h в ту или другую сторону распределение закаленного слоя по контуру сечения детали имеет ту же качественную характеристику, что и в примере 1.

Рассмотрим примеры определения оптимального значения шага винтовой линии т.

3. Шлицевой вал радиусом гг = 30 и длиной шлицевой части I = 150; — = 0,2; К =, 2

=0,6.

Варьируется ширина индуктирующего провода а.1, Длина нагретой части шлица !г.

Расчетное значение а3 = 16.

Результаты приведены в табл. 3.

4, Шлицевой вал расчетным радиусом г2

= 70 и длиной шлицевой части I = 100. Ширина индуктирующего провода а = 20.

Варьируется радиус вала rz от 50 до 90 с шагом изменения 10. — = 0,7 К =- 0.3. гг

Результаты приведены в табл. 4.

Экспериментальная проверка сущно5 сти изобретения осуществлена при изготовлении макетов индукторов для нагрева под поверхностную закалку шлицевых валов трактора -701M.

Формула изобретения

10 Способ нагрева вращающихся изделий, включающий нагрев в петлевом индукторе, охватывающем изделие по всей длине, ветви которого располагают относительно продольной оси детали под углом Q, меньшим

15 90, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры обрабатываемых изделий, обеспечения возможности обработки шлицевых изделий с соотношением высоты шлица к его ширине 1,5 — 2,5 при со20 хранении высокого качества нагрева, ветви индуктора изгибают по спирали, причем у-ол и спирали и шаг т определяют по формуле

25 m и = arcsin г2 т = (0,3...0,6)! I —, а3 где m — шаг шлицев у основания, мм;

r0 — радиус нагреваемой детали, мм;

h — высота шлица, мм; а — ширина индуктирующего провода, мм; ! — длина шлицевой части детали, мм.

14 16 18

0.27

1770387

Таблица3

Т а1 амм (мм

Ir 1мм1

Таблица4