Способ индукционного нагрева плоского кольцевого ферромагнитного изделия

(511 Н 05 В 6/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) В.Г. Болтин и Е.М. Иевлев (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В.П, Вологдина (53) 621.365.52(088.8)(56) Слухоцкий А.Е. и др. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974, с, 264.Промышленное применение токов высокой частоты. Труды ВНИИТВЧ, вып. 7, М-Л.: Машиностроение, 1966,с, 41.(.54) (57) СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПЛОСКОГО КОЛЬЦЕВОГО.ФЕРРОМАГНИТЯО 1179556 А НОГО ИЗДЕЛИЯ, при котором устанавливают изделие между обращенными другк другу торцами двух коаксиальныхкатушек, нагревают его до конечной температуры, большей температуры точки Кюри для всего объема изделия, и на "горячем" этапе нагревавыше температуры точки Кюри катушки включают по току синфазно, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения равномерности нагрева при высоком КПД и коэффициенте мощности для изделий, толщинакоторых меньше глубины проникновения тока в материал изделия на "горячем" этапе, до достижения температуры точки Кюри нагрев ведут припротивофазном включении катушек,62При синфазном включении катушек мгновенные направления токов в противолежащих сечениях не совпадают. Магнитные потоки катушек в зазоре взаимно компенсируются, так как они имеют в этой зоне встречное направление. Создается общий магнитный поток, охватывающий катушки и нагреваемое изделие снаружи и сквозь центральное отверстие, где потоки отдельных катушек направлены согласно. Поскольку кольцевой эффект ярче проявляется в ферромагнитном изделии, т.е. до перехода его температуры через точку Кюри, основная неравномерность температуры, обусловленная этим эффектом, образуется на начальной стадии нагрева. В дальнейшем происходит лишь частичное выравнивание нагрева за счет ослабления действия кольцевого эффекта. Энергетические характеристики системы индуктор - изделие остаются высокими в течение всего времени нагрева.Экспериментальные исследования показали, что для получения равномерного по плоскости изделия нагрева при сохранении высокими в течение всего времени нагрева КПД и коэффициента мощности необходимо на начальной стадии, до точки Кюри, проводить нагрев при противофазном включении катушек индукгора, а после перехода через точку Кюри всего объема изделия переключить катушки на синфазное соеравномерный температурный фон на уровне точки Кюри, изделие станет немагнитным, действие кольцевого эффекта ослабится. Кроме того, поскольку разница между требуемой для последующей обработки (закалки или пластической деформации) температурой и точкой Кюри составляет лишьо100 - 400 С, то конечная равномерность температуры будет высокой. При этом КПД и коэффициент мощности системы индуктор - изделие сохраняются высокими в течение всего времени нагрева,П р и м е р 1. Проводился нагрев кольца из.стали Ст 3, имевшего внутренний диаметр 226 мм, наружный 292 мм и толщину 4 мм. Индуктор состоя из двух коаксиальных одинаковых катушек, выполненный из меднойтрубки сечением 28 х 13 мм. Внутренний диаметр катушек 236 мм, наружный 292 мм . Обращенные к нагревае- . 1 117955Изобретение относится к индукционному нагреву плоских кольцевыхизделий и может быть использованопри индукционной закалке деталей,а также при нагреве под пластичес 5кую деформацию.Целью изобретения является повышение равномерности нагрева привысоком КПД и коэффициенте мощностидля изделий, толщина которых меньшеглубины проникновения тока в мате 1 11риал изделия на горячем этапе.На фиг. 1 показана электромагнитная система для нагрева плоскихкоцых издй, сечене; нафиг, 2 - то же, но при синфазномих включении; на фиг. 3. 4 и 5графики изменения температуры.Электромагнитная система состоит из двух коаксиальных катушек 1и 2 с помещенной между их обращенными друг к другу торцами деталью3 при противофавном их включении.Распределение магнитных полей показано в виде силовых линий 4.При противофазном включении катушек мгновенное направление токовз противолежащих сечениях противоположно. Магнитные потоки катушекоказываются направленными согласно взоне между их торцами, обращеннымидруг к другу, т,е. в зазоре, гдерасположено изделие. Результирующийпоток в этой зоне усиливается, а вовнешней области и в центральном отверстии ослабляется. В изделии инду дйнение, Тогда будет получен общийцируются вихревые токи, протекающиепо плоскостям, обращенным к катушкаминдуктора, причем мгновенные направления токов в этих плоскостях также противоположные, Пока изделие не потеря ло магнитных свойств, т.е, до перехода ее температуры через точку Кюри,вихревые токи вследствие поверхностного эффекта концентрируются у плоскостей изделия в слое, толщина которого определяется частотой тока индуктора и физическими свойствами материала детали. В момент потери изделием магнитных свойств - в точке(Кюри глубина проникновения резко воз растает. Токи, индуцированные в противоположных плоскостях, сближаются ивзаимно компенсируются. Эффективностьнагрева падает вплоть до прекращенияподъема температуры. Падают и бывшие 55высокими энергетические характеристики системы индуктор - деталь - КПДи коэффициент мощности.1179 10 3мому изделию стороны катушек были усилены припаянными к трубке медными кольцами, имевшими толщину 5 мм, а внутренний и наружный диаметры совпадали с соответствующими диаметра 5 ми катушек. Величина зазора между катушками составляла 25 мм. Для контроля температуры использовались три хромель-алюмелевые термопары, которые были заделаны на радиусе кольца, причем первая термопара была заделана на внутренней кромке детали в точке Т, вторая - посередине радиальной ширины,в точке Т, и третья на наружной кромке, в точке Тэ, В начале нагрев производится только при противофазном соединении катушек. Изменение температуры приведено на фиг. 3, График показывает, что до точки Кюри нагрев во всех точках был равномерным, а после точки Кюри замедлился и появилась значительная разница температур в точках измерения. Затем был проведен нагрев только при синфаэном включении. Из графика на фиг. 4 видно, что с самого начала нагрев проходил неравномерно, с превышением температуры в точке Т над остальными. В обоих случаях нагрев отключался при достижении температуры 1000 С хотяо бы одной точкой.На фиг. 5 показан график изменения температуры при нагреве по предлагаемому способу. До точки Кюри при противофазн м включении катушек нагрев проходил равномерно. Получившийся затем некоторый спад температуры вызван отключением индуктора для переключения катушек. После пе 40 реключения на синфазное соединение оставшаяся на первой стадии нагрева температура в точке Т стала подниматься быстрее, а в точке Т, отставать. В результате максимальная разница температур между этими тремя точками не превысила 30 С, что вполне удовлетворяет требованиям как термической обработки, так и пластической деформации. Нагрев во всех трех случаях проводился на частоте 8000 Гц.П р и м е р 2. Индуктор. состоит иэ двух катушек с внутренним диаметром 200 мм и наружным 600 мм, выполненных в виде плоских спиралей, имевших 12 витков из медной трубки сечением 12 х 16 мм. Зазор между катушками составлял 60 м. Нагреваемое кольцо имело внутренний диаметр 360 мм, наружный 450 мм и толщину 20 мм. Нагрев проводился по предлагаемому способу на частоте 800 Гц. Конечная разница температур не превысила 25 С;Примеры показывают, что по сравнению с известным способом, при котором нагрев детали проводится в зазоре между коаксиальными катушками, включенными синфазно, уменьшается перепад температур по радиусу детали с 240 до 25-30 С, что позволяет повысить качество дальнейшей обработки. Высокая интенсивность нагрева, сохраняющаяся в течение всего времени нагрева, показывает, что все это время остаются высокими и энергетические характеристики системы индуктор - изделие - КПД и коэффициент мощности. Так, значения КПД и коэффициента мощности для этой системы колеблются в пределах 1=0,68- 0,72; созУ=О, 17-0,21.Предлагаемый способ предполагается использовать при закалке дисков трения сцепления тракторов, а также при нагреве заготовок фланцев горловин под калибровку.(Риг. 3 0 Ч ООО ОО аа ЖО179556 7 еюлероаура,с1 ОО Составитель О. ТурпаМитейко Техред Ж.Кастелевич Самборская дакто аказ тета СССРкрытийнаб., д. 4/5 енного к ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна ил 569862 ВНИИП и 113035, Тир Государс елаи изо сква, Ж етенииРаушс 1 М4 юя КорректорПодписное