Способ нагрева вращающихся изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 70387 А 9) (11) 51)5 С 21 О 1/06, 1/42 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ исследовательскиитер,диков ство СССРб, 1975, ВРАЩАЮЩИХСЯ ия: нагрев шлице индукторе, ветв(71) Всесоюзный научнотехнологический инстит(57) Сущность изобретевых изделий проводят 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 (М.Г.Лозинский. Поверхностная закалки и индукционный нагрев стали. - М,: Машгиз, 1949, с.176-178),Недостатком этого способа являетсяудность достижения равномерности накоторого изгибают относительна продольной оси по спирали, причем угол а спирали и шаг г определяют по формуле а = эгсзп и)/г 2-1), т = (0,30,6)1 г 2/а 1, где т - шаг шлицев у основания, мм; г 2 - радиус нагреваемой детали, мм; Ь - высота шлица, мм; а 1 - ширина индуктирующего провода, мм; - длина шлицевой части детали, мм. Способ позволяет нагревать шлицевые детали с соотношением высоты шлица к его ширине 1,52,5 при сохранении высокого качества нагрева, 2 ил., 4 табл,грева шлицеваи 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 й, меньшим 90. При этом последние размещены по одну сторону от нагреваемой детали. Изменение угла наклона перемычек позволяет локально регулировать удельную мощность, 1770387передаваемую 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 поперечного4электромагнитного йоля индуктора, создаваемого на прямолинейньй участках его ветвей,Целью изобретения является расширение номенклатуры обрабатываемых изделий путем возможности обработки шлицевых изделий с соотношением высоты шлица и его ширине 1,52,5 при сохранении высокого качества нагрева.Поставленная цель достигается тем, что способ нагрева подобных шлицевых изделий реализуется в петлевом индукторе, ветви которого изогнуты по спирали, причем угол а спирали и шаг г определяют по формуле:а =- агсви гпl(г 2-Ь);т =(О,З-О,б) г 2 а,где гп - шаг шлицев у основания, мм;г 2 - радиус нагреваемой детали,мм;1 - высота шпица, мм;а - ширина индуктирующего проводамм;1 - длина шлицевой части детали, мм,Коэффициент 0,3 в формуле для шагасоответствует отношению высоты шлица кширине, равной 1,5, а коэффициент О,б -отношению 2,5,Предлагаемый способ индукционногонагрева вращающихся изделий иллюстрируется чертежами на фиг, 1, 2 и 3, Индукторпредставляет собой изогнутые по винтовойлинии прямую и обратную ветви 1 токопровода. охватывающие шлицевую часть детали 2 до зоны ступенчатого перехода 3, Взоне ступенчатого перехода 3 прямая и обратная ветви 1 индуктора замыкается кольцевой перемычкой 4,Шлицевая часть детали вводится врабочее пространство между ветвями прямого и обратного токопроводов после чеговключается напряжение питания, вызывающее протекание тока в прямой и обратнойветвях индуктора. Этот ток создает электромагнитное поле, индуктирующее в деталитоки, разогревающие ее, За счет одновременного воздействия продольной и поперечной составляющих электромагнитногополя достигается равномерность распределения температуры по длине и сечению шлицевой части детали, а следовательно ивысокое качество ее нагрева,гпВеличина отношения - характеризуетг 25 отношение высоты шлица и его ширине, аугол наклона винтовой линии а показываетраспределение продольной и поперечнойсоставляющих напряженности электромагнитного поля в суммарной напряженности,10 т,е. в конечном счете глубину прогретогослоя в поперечном сечении детали,Проверка глубины прогретого слоя посечению осуществляется анализом микрошлифов, которые дают визуальную картину15 распределения закаленного слоя по контурудетали.Шаг винтовой линии т определяет условия распределения температуры по длине шлицевой части детали от торца до20 ступенчатого перехода.При значениях шага т, меньших илиравных длине нагреваемой зоны, наблюдается недогрев до нужной температуры торцевого конца шлица и конца примыкающего25 к ступенчатому переходу, что обусловленокраевым эффектом,Для определения оптимального значения шага используется вышеприведенноесоотношение,ЗО Для правильного выбора коэффициента0,30,6 используются зависи.;ости;г 2при -0.3 применяется коэффициентО,б35г 2 при -О,б применяется коэффициент0,3.Промежуточные значения коэффициента определяются интерполированием, 40 Г р и м е р, Рассмотрим характер распределения закаленного слоя при вариации угла а . Поскольку аргумент функции аявляется сложным, рассмотрим изменение а при варьировании гп и фиксированных 45 значениях г 2 и Ь (табл. 1), а также изменение а, при варьировании и фиксированных значениях г 2 и гп (табл, 2). Пример с варьированием г 2 не рассматривается, т.к. этот случай перекликается с варьированием Ь и качественная картина сохраняется той же,1, Радиус окружности вала г 2 =30;Высота шлица Ь = 12;Шаг шлицев гп = 4, б, 8, 10, 12 (расчет.ное значение 8). Табл. 1, Для расчетногс значения гп = 8, расчетное значение а со.ставляет 0 44 радПри этом значении а распределениизакаленного слоя по контуру сечения вала является равномерным.1 70387 Таблица 1 Г п мм 4681018 ад 2 1 022 , ОЗЗ 1 044 0,56 121416 188 027 0,210,23, 0,2 При вариации значений гп и соответственно а в сторону уменьшения закаленный слой смещается с вершины шлица во впадину. При увеличении значения гп и соответственно а - закаленный слой смещается к вершине шлицев,2, Радиус окружности вала г 2 = 40;Высота шлица Ь = 10, 12, 14, 18 (расчетное значение 14) (табл. 2).Шаг шлицев гп = 6,Для расчетного значения 1 = 14, расчетное значение а составляет 0,23 рад.При вариации Ь 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 3. Шлицевой вал радиусом г 2 = 30 и длиной шлицевой части= 150; - = 0,2; К =Варьируется ширина индуктирующегопровода а , Длина нагретой части шлица г.Расчетное значение аз = 16, Результаты приведены в табл, 3,4, Шлицевой вал расчетным радиусом г 2 = 70 и длиной шлицевой части= 100. Ширина индуктирующего провода а 1 = 20.Варьируется радиус вала г 2 от 50 до 90 с шагом изменения 10.- = 0,7 К =- 0.3.ггРезультаты приведены в табл. 4.Экспериментальная проверка сущно сти изобретения осуществлена при изготовлении макетов индукторов для нагрева под поверхностную закалку шлицевых валов трактора КМ.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 а, меньшим 15 90, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения номенклатуры обрабатываемых изделий, обеспечения возможности обработки шлицевых изделий с соотношением высоты шлица к его ширине 1,5 - 2,5 при со хранении высокого качества нагрева, ветвииндуктора изгибают по спирали, причем у 1-ол а спирали и шаг т определяют по формуле гпа = агсзиг 2т = (0,3.0,6)- ,азгде п - шаг шлицев у основания, мм;г 0 - радиус нагреваемой детали, мм;Ь - высота шлица, мм;а 1 - ширина индуктирующего провода,мм;- длина шлицевой части детали, мм,