Индукционный нагреватель

(191 (11) З(51) С 21 10 р С 210 9 стор иена и ус М 23Е.Л.Клецко ский институт идетельство СС тельство СС/40.тельство СС5/40. са аопределяемым с и ди нием ет тнош(0,2 тол 0,75) аина стеми;ина и гд твер к мерц т нато,новенты ва индтий. ия токмедь 1уктиру рон час шир задан с 1- задан щегоо ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(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 ок ми, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чцелью расширения его технологических возможностей, медная плита выполнена полой и перфорированной со оны рабочей поверхности, заполмагнитопроводящим материаломтановлена с возможностью поворота для поочередного электрического контакта прорези с токоведущими шинами, а размеры окон соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем с, определяемым соотношением1(с 2.2. Нагреватель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого с образованием стенок толщиной, определяемой соотно. шениемИзобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, при высокочастотном нагреве под контурную закалку рабо чих кромок матриц вырубных штампов.Известен индукционный нагреватель для нагрева под контурную закалку рабочих кромок матриц разделительных штампов, содержащий индуктор с лен 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 20 разогрева его выступающей части над уровнем охлаждающей жидкости 1 .Основным недостатком этих индукци. онных нагревателей является то, что они требуют изготовления ленточных токопроводов индивидуально для каждого нагреваемого контура. Поскольку производство матриц разделительных штампов является единичным или мелко- серийным 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 штампов 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 но конфигурации нагреваемого иэделия, накладываемого на плиту с тем, чтобы обеспечить протекание тока в секторах по пути, определяемому конфигурацией иэделия 21 . 50 Недостатком известного индуктора является необходимость в скользящих контактах, которые должны выполняться 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 близким к изобретениюпо технической сущности являетсяиндукционный нагреватель преимущественно для нагрева рабочих кромок марицы вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпус сзакрепленными на нем токоведущимишинами и индуктирующим токопроводом,выполненным в виде медной плиты спрорезямн и сопряженными с нимиокнами 3,Недостатком известного нагревательного индуктора является то, что длянагрева изделий отличающихся другот друга геометрией профиля, еобходимо изготовление дисковых токопроводов,соответствующей формы и магнитопроводов, соответствующих по формеотдельным участкам нагреваемого иэделия. Все это сопряжено со значительными затратами на материалы(медь, ферритовые магнитопроводы принагреве на радиочастотах) на изготовление токопроводов соответствующейформы, а также на изготовление магнитопроводов, что связано с дополнитель.ными затратами на технологическуюоснастку для прессования и спеканиямагнитопроводов., Кроме того, при переходе в нагреве от контура к конту.ру требуются затраты во времени напереналадку токопровода и магнитопроводов.Целью изобретения является повышение технологических возможностейиндукционного нагревателя за счетобеспечения универсальности индуктирующего токопровода.Для достижения поставленной целив индукционном нагревателе преимущественно для нагрева рабочих кромокматриц вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпус сзакрепленными на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом,выполненным в виде медной плиты спрорезями 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 контактапрорез и с ток ов едущими шинами, аразмеры окна соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии сознаменателем Ч определяемым соотношением1)2.Причем отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого с образованием стенок толщиной,определяемой соотношениемЗА, дои диаметром, определяемым соотошениемс 3 ф ( О, 2-0, 75) цгде а - толщина стенок между отверстиями6, - глубина проникновения токазаданной частоты в медь;О, - заданная ширина индуктирующего провода;5ц 1 - диаметр отверстий.На чертеже изображен индукционныйнагреватель для н;грева под контурную закалку кромок матриц вырубныхштампов, оощий вид. кИндукционный нагреватель содержитдиэлектрический корпус 1 с жесткозакрепленными на нем токоведущими(медными) шинами 2, медную плиту 3 свыполненной в ней полостью 4, заполненно магнитной жидкостью (например,водный коллоидный раствор магнетита,стабилизатор - алеиновая кислота),и перфорациями отверстиями 5, соединенными с полостью 4. В медной плите выполнены прорези 6, сопряженныес окнами 7, а сама плита 3 установлена с возможностью поворота на диэлектрической плите 8 корпуса 1, котораяимеет в свою очередь возможность линейного перемещения под действиемПружин 9 до обеспечения контакта прорезей с токоведущими шинами 2.Принцип работы нагревателя следующий.Токоведущие шины 2 нагревателяподключают к шинам источника токов/высокой частоты ,наприме, ламповогогенератора типа ЛЗ). Перед включением лампового генератора перемещениеми поворотом плиты 3 вводят в электри-З 5ческий контакт с токоведущими шинами2 соответствующую прорезь 6 с окнами 7. При этом в контакт вводитсяпрорезь с отверстием, размер которого меньше размера нагреваемого конту 40ра матрицы 10, вырубного штампа (ноне более, чем в два разд), Матрицу 10вырубного штампа размещают на диэлектрических опорах (не показаны) надплитой 3 таким образом, чтобы один 4из участков нагреваемого контуранаходился над местом сопряжения прорези с отверстием медной плиты,После этого включают источник токоввысокой частоты и при достижениизаданной температуры нагрев прекраща.ют и производят закалку в соответствующей среде (например, вода призакалке матрицы, изготовленной изуглеродистой инструментальной стали)Индукционный нагреватель работаетследующим 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 матрицы 10 индуктируется ток. При этом ток в контуре будет индуктироваться по всем участкам только втом случае, если расстояние этих участков до контура окна 7 не превы шает 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 плите в соответ-. ствии с нагреваемым контуром матрицы 10, необходимым условием является, чтобы эффект близости в системе индуктор-деталь преобладал над кольцевым 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 Рц 6020 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 )ссс 2.Выполнение полости 4 и перфораций 5 в медной плите, заполненных магнитопроводящим материалом (магнитной жидкостью) позволяет создать магнитспровод вокруг тока в медной плите при любрм напр влении его протекания, т.е. условно можно представить, что тело медной плиты ( токо- провода) 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 зависимости от степени проявления эффекта близости в системе индукторд"таль (в нашем случае поверхность медной плиты - нагреваемый контур матрицы). Для 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 расстояние 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 аз, которая на основании опытных данных примерно определяется как я О, 8 а, , где О ширина индуктирующего слоя (в нашем случае толщина стенок между перформациями, Таким образом, наибольшее расстоянизЗаказ 4322/22 Тираж 540 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 между перфорациями выбирается в зависимости от заданной ширины закаленного слоя и должна быть О ( 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 3(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 риала и при достижении температуры магнитных превращений(точка Кюри) происхбдит перераспределение индукти. рованного 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" кольцевого 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.П р и м е р. Осуществляют нагрев ;Под закалку образцов матриц вырубных штампов, изготовленных из стали У 8 А, Размеры нагреваемых контуров: ф 20 мме ф 40 ммч ф б 0 мм и 20 х 20 мм; 40 х 40 мму 60 хбО мм. Заданная глубина закалки 3 мм. Температура нагрева 8500 С. Источник - ламповый 45 генератор Л 3-67 М, частота тока бб кГц.Базовый вариант известный).Токопроводы готовят иэ медной лен- тЫ толщиной 1,5 мм. На отдельных участках токопровода при нагреве 50 прямоугольных контуров размещают ферритовые магнитопроводы для обеспечения 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 20 х 20,40 х 40, 60 хбО 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 20-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 20 х 20 мм, 40 х 40 мм. При размещении этих контуров над отверстием плиты ф 20 мм, а также ф 40 мм, ф 60 мм и 40 х 40 мм, 60 х 60 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.