Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины

Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б} ) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 01 04.80 (21) 2903284/24-07

Сею з Советснии

Социапистичвснии

Распубпин

Н 05 В 6/02

Н 05 В ll/00 с присоединением заявки М-9жудврстееиай комитет, СССР до делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 23.12.81. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 25. 12. 8 l (53) УДК621. 365.512(088.8) (72) Авторы изобретения

Л.Л. Кочергин, Т.Г. Коченюк и Э.А. Кнфевтг=-"-,. !,. I (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАГРЕВА NETAJIJIIPKCKHX ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА ПЕРЕМЕННОЙ

ТОЛЩИНЫ

Изобретение относится к электро- термии, s частности к индукционному нагреву, и предназначено для объемного нагрева тел (деталей, заготовок) сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала, например под термообработку или пластическую деформацию.

Известен способ двухстадийного нагрева, сочетающий индукционный нагрев тела на первой стадии с радиационным — на второй. При этом длительность стадий во времени выбирают равной, а интенсивность радиационного потока на второй стадии выби- рают из условия компенсации тепловых потерь с поверхности нагретого на перпервой стадии тела, что позволяет рассматривать известный способ на20 грева, как чисто индукционный, так как 95-983 энергии в тело передается на первом этапе электромагнитным полем ill .

К недостаткам известного способа относятся невозможность равномерного нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины, так как при индукционном нагреве усредненная по . толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в тело в процессе нагрева, обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ нагрева металлических изделий, .при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность радиационного потока поддерживают постоянными (23, Недостатком известного способа в случае использования его для нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала (толщиной не превышающей 15 мм), является невозможность

892746 ик равномерного нагрева по всему объ" ему, так как энергия, передаваемая в тело в процессе нагрева, оказывается.непропорциональной его толщине в любой рассматриваемой точке. Это нроисходит потому, что на всем протяжении нагрева энергия в тело„ в основном, передается индукционным способом удельная мощность составляет

10 -10 Вт/м ), характерной особен- 1о

6 Ф ностью которого является независимость удельной мощности, передаваемой в тело, от его толщины. Носкольку энергия, передаваемая в тело радиационным потоком, значительно меньше

1интенсивность радиационного потока„ поглощаемого телом в начале нагрева, достигает 0,8.10 -2,5.10 Вт/м j и непрерывно уменьшается по мере роста температуры тела, компенсировать не равномерность нагрева по объему тела, обусловленную воздействием электромагнитного поля, с помощью радиационного потока невозможно.

Цель изобретения — повышение равномерности нагрева изделий.

Поставленная цель достигается. тем, что согласно способу нагрева изделий, интенсивность радиационного тенлового вотока поддерживают равной 2,4 .1О—

4,6 10 Вм/м, а значение частоты

sëåêTpaìàãíHòH0ãî поля в начальный период нагрева, равный 10-303 от общего времени нагрева, выбирают из условия его проникновения на глубину

0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают до значения, при котором глубина его проникновения больше или равна. макси" мыльной толщине изделия.

На фиг. 1 изображено изменение

40 удельной мощности, передаваемой в нагреваемое тело в процессе нагрева„ на фиг. 2 — изменение температуры нагрева детали в процессе нагрева, Процесс нагрева тел сложной конфи-. гурации и переменной толщины из листового электропроводного материала заюпючается в следующем.

Подлежащее нагреву тело помещают в область пространства, где одно-, временно существуют радиационный поток интенсивностью 2,4 10 "4,6 ° 10 Вт/м

5» 6 и и электромагнитное поле, напряженность которого обеспечивает передачу в те6 ло удельной мощности порядка 10—

l0 Вт/м и частота которого выбрана из условия, что глубина его проникновения в материал тела более чем в 2,5-3,0 раза меньше его минимальной толшины.

Б начальный период ) процесс нагрева, в основном, осуществляется электромагнитным полем. Удельная мощность

2, передаваемая в тело электромагнитным полем в период l, превосходит удельную мощность 3 и 4, передаваемую

Э в тело радиационным потоком, в 5-!О раз. Усредненная по толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в него электромагнитным полем и радиационным потоком, в этот период обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке его поверхности.

Таким образом, различные элементы объема тела получают в начальный период нагрева различную энергию и нагреваются до различной температуры (температура 5 — для более тонких участков тела, температура 6 — пля более толстых участков тела). Неравномерность роста температуры различных участков тела, отличающихся по толщине, по сравнению с чисто индукционным способом нагрева, несколько выравнивается тем, что результирующий поток радиации на поверхности тела, при заданной интенсивности падающего радиационного потока 7, зависит от температуры нагрева тела и падает по мере нагрева последнего, т.е. участки тела меньшей толщины, нагревающиеся быстрее и до более высокой температуры 5, получают меньше радиационной энергии 4, участки тела большей толщины, нагревающиеся медленнее и до меньшей температуры 6, получают больше радиационной энергии

3. В обшей сложности за начальный период нагрева в тело передается

60-707. энергии, необходимой для нагрева тела до конечной температуры 8.

По истечении времени начального периода нагрева, оставляя неизменной

:интенсивность падающего радиационного потока 7, изменяют частоту электромагнитного поля, при этом глубина, его проникновения в материал тела становится равной или превышает максимальную толщину тела.

Изменение частоты электромагнитного поля приводит к тому, что вопервых, удельная мощность, передаваемая электромагнитным нолем в тело, в заключительный период 9 нагрева падает до 15-20Х от своей перво892746 4 пературу порядка 730 С, тонкие

960 С. Заключительный период нагрева осуществляется на частоте 1000 Гц.

По окончании разброс температуры на поверхности пластины не превышает

15-25 С, что соответствует техническим требованиям к нагреву под пластическую деформацию.

Предлагаемый способ нагрева позво О ляет осуществить скоростной по сравнению с печным нагрев заготовок и деталей произвольной сложной конфигурации и переменной толщины (1-15 мм), изготовленных из диа- и ферромагнит15 ных листовых материалов под термообработку и пластическую деформацию, что позволяет повысить производительность труда, снижает коробление деталей, а также исключает образова26 ние обезуглероженного слоя на поверхности деталей и заготовок и окалинообразование. начальной величины и становится сравнимой с интенсивностью результирующе,го радиационного потока на поверх" ности нагреваемого тела, Во-вторых, усредненная по толщине тела энергия, йередаваемая через различные участки его поверхности электромагнитным полем, в заключительный период 9 нагрева пропорциональна толщине тела на этих участках. Это приводит к тому, что в утолщенные участки тела, имеющие более низкую температуру 6, передается больше энергии 10, чем энергии 11 в более тонкие участки, имеющие более высокую температуру

5. Дополнительный подогрев участков тела с более низкой температурой 6 (утолщенных учдстков) осуществляется радиационным потоком 12, при этом его интенсивность превышает интенсивность радиационного потока 13, поглощаемого участками тела, нагретыми до более высокой температуры

5 (более тонкими участками). Та" ким образом, в заключительный период

9 нагрева в более толстые и менее нагретые участки тела передается большая энергия, в менее толстые и более нагретые — меньшая энергия. Подоб" ное распределение энергии приводит, 30 к выравниванию температуры 14 IIQ всему объему тела. Выравнивание температуры в заключительный период

9 нагрева происходит тем быстрее, чем больше напряженность электро- 35 .магнитного поля.

Пример 1. Harpeay подве1 гают пластину из нержавеющей стали переменной толщины. Минимальная толщина пластины составляет 10 мм, максимальная — 15 мм. Для нагрева используют многовитковый овальный индуктор.

В качестве источника радиационного потока используют экран из жаропрочной стали, нагретой до 1400 С. Общее о время нагрева пластины до 1250 С составляет 32 с, а начальный период нагрева равен 6 с (20 ) и осуществляется на частоте 10000 Гц.

Удельная мощность, передаваемая в пластин элект омагнитным полем

Формула изобретения

Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины, при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность электромагнитного поля и интенсивность радиационного потока поддерживают постоянными, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева изделий, интенсивность радиационного теплового потока поддерживают равной 2,4-10 -4,6.10 Бт/м, 5 5 2 а значение частоты электромагнитного поля в начальный период нагрева, равный 10-30 от общего времени нагрева, выбирают из условия его проникновения на глубину 0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают до значения, при котором глубина его проникновения больше или равна максимальной толщине иэделия.

У р

1 составляет около 9 10 Вт/мР, интен- Источники информации, сивность радиационного потока, под- принятые во внимание при экспертизе считанная по температуре нагрева 1. Патент США Н- 3715556, экрана, составляет 4,6 10 Вт/м . кл. Н 05 В 5/00, 1972.

В конце начального периода нагрева 2. Авторское свидетельство СССР утолщенные места пластины имеют тем- N - 688999, кл. Н 05 В 5/18, 1977.

89274б

Щ ИМУ 4

Составитель О. Щедрина Релактор Н. Волкова Тещ ел Т. Маточка Корректор> В. Бутяга

Заказ 11287/87 Тираж 892 6одннсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113Q35 о К 8,; )Í-35. Разыская наб л.

Филиал ИПП. Патент, г. Ужгород, ул. Ироектиая, 4