Способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения и устройство для его осуществления

ОПИСАпИЕ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное)М.Кп 5 В 6 36 с присоединением заявки Го ствениыи комите СССР ам изобретенийи открытийпо дел овано 280 53 УДК 621. 365. .51(0888) 3, Бюллетень Мо 8 Дата опубликовани писаиия 28,02.8"нязева 72) Авторыизобретения ргин, А,Д. Алыкин и Э,А 71) Заявите 54 СПОСОБ НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНДУНАГРЕВА ДЛИННОМЕРНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕПЕРЕМЕННОГО ПО ДЛИНЕ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ННО ного способа исуществления 30 Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву под поверхностную термообработку длинномерных осесимметричных иэделий переменного поперечного сечения, например, ступенчатых валов.Йзвестен способ местного нагрева вращающихся цилиндрических тел и и дуктор для его осуществления, которые могут быть использованы для непрерывно-последовательного нагрева длинномерных осесимметричных иэделий переменного по длине поперечного сечения. Индуктирующий провод известного индуктора выполнен в виде полукольца, снабженного П-образным магнитопроводом. Для обеспечения равномерного непрерывно-последовательного нагрева изделий переменного по длине поперечного сечения индуктор перемещают вдоль вращающегося изделия, а в местах изменения поперечного сечения дополнительно в направлении, перпендикулярном оси изделия,с тем, чтобы зазор между индуктирующим про 25 водом индуктора и нагреваемой поверхностью поддерживался минимально ,возможнь 1 м Г 1 1.Недостатками даннустройства для его о является повышенная энергоемкость процесса, которая возникает, из-за эксцентриситета индуктирующего провода индуктора относительно нагреваемого изделия в местах уменьшения диаметра последнего.Наиболее близким к предлагаемому является способ непрерывно-последовательного индукционного нарева длин- номерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, при котором изделие помещают в электромагнитное поле индукторатрансформатора, вторичную обмотку которого размещают в местах изделия с уменьшенным поперечным сечением, а первичную обмотку индуктора-транс. форматора перемещают по продольной оси изделия.И устройство для непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных иэделий переменного по длине поперечного сечения, содержащее индуктор-трансформатор, выполненный в виде первичной обмотки, установленной на станине механизма перемещения и электромагнитно связанной с ней вторичной обмотки в виде по меньшей мере одного незамкнутого вкладыша 21.Недостатками известного способаи устройства являются невозможностьравномерного нагрева изделий с проточками, ширина и глубина которыхсравнима с шириной поверхности вкладыша, обращенной к нагреваемомуизделию, объясняется экранирующимдействием участков изделия, прилегающих к проточкам и имеющих большее поперечное сечение. Повышеннаяэнергоемкость процесса объясняется 10увеличением зазора между вкладышеми нагреваемой поверхностью в местахуменьшения поперечного сечения изделия и местах проточек,Цель изобретения - повышение 15равномерности нагрева и снижениеэнергоемкости процесса,Поставленная цель достигаетсятем, что в известном способе непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения при перемещениипервичной обмотки индуктора-трансформатора зазор между обмотками индуктора-трансформатора поддерживают на20-25 меньше по плошади поперечногосечения, чем зазор между первичнойобмоткой и изделием, а зазор междуповерхностью каждой из вторичныхобмоток, обращенной к нагреваемому 30изделию, и изделием устанавливают переменным,и изменяют в соответствиис соотношением: где Л - зазор между поверхностьювторичной обмотки, обращенной к нагреваемому изделию,и изделием в произвольномпоперечном сечении, м40Й - радиус нагреваемого изделияв том же поперечном сечении, м;угол охвата вторичной обмоткой нагреваемого изделия,рад 45с - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментальным путем,Первичная обмотка выполнена в видекольцевого сектора с углом охватаменее 180 О, а вторичная обмотка вы-полнена с тем же углом охвата в виденабора электроизолированных один отдругого элементов переменной радиальной толщины, установленных по продольной оси индуктора-трансформатора, при этом их размер в этом направлении выбран из условия, чтобыминимальная радиальная толщина вкладыша и максимальная были различны,не более, чем на 15 - 20.б 0Первичная обмотка устройства может быть снабжена шарнирно закрепленным на ней подвижным спрейером ввиде кольцевого сектора, установленного оппозитно первичной обмотке. 65 На фиг. 1 изображено устройство,общий вид; на Фиг. 2 - разрез А-Ана фиг. 1; на фиг. 3 - .схема взаимодействия системы первичная обмоткаиндуктора-трансформатора - вкладышнагреваемое изделие на фиг. 4 - схема взаимодействия системы первичнаяобмотка индуктора-трансформаторанагреваемое иэделие,Устройство, предназначенное дляосуществления предлагаемого способанагрева, состоит из станины не показана ) нагреваемого изделия 1, механизма фиксации и вращения (не показан), механизма перемещения (непоказансуппорта 2, согласующеготрансформатора 3, ко вторичной обмотке которого подключена первичная обмотка 4 индуктора-трансформатора 5, выполненная в виде кольцево-го сектора и снабженная магнитопроводом б. На первичной обмотке 4 индуктора-трансформатора 5 шарнирнозакреплен спрейер 7, выполненный ввиде кольцевого сектора и установленный оппозитно первичной обмотке4. Механизм фиксации и вращенияснабжен подпружиненным верхним центром 8 и вращающимся нижним центром9. Вторичная обмотки индуктора трансформатора 5 выполнены в виде вкладышей 10, число которых равно количеству локальных изменений поперечного сечения изделия 1, расположеныв местах этих изменений и неподвижно закреплены стойками 11 на станинеустройства,Каждый из вклацышей 10 состоитв осевом направлении из несколькихэлементов 12, электроизолированныхдруг от друга изоляционными прокладками 13, При этом осевой размер Вэлементов 12 выбирают так, чтобымаксимальная радиальная толщина Спревышала минимальную радиальнуютолщину П не более, чем на 15 - 20,Площадь поперечного сечения зазора14 между первичной обмоткой 4 индуктора-трансформатора 5 и вкладышем10, на 20-25 меньше площади поперечного сечения зазора 15 между первичной обмоткой 4 и нагреваемым изделием 1. Элементы 12 вкладышей 10установлены так, что зазор 16 междуэлементами 12 и нагреваемым изделием1 обеспечивает постоянство площадиего поперечного сечения,Устройство при реализации предлагаемого способа работает ; следующим образомВ исходном положении спрейер 7 отведен в сторону. Суппорт 2 совместно с согласующим трансформатором 3 находится в крайнем нижнем относительно изделия 1 положении. Изделие 1 устанавливается в центры 8 и 9, спрейер 7 приводится в рабочее положение, т. е. устанавливается оппозитно первичной обмотке.4 индуктора-трансформатора 5.Включают механизм вращения, и через центр 9 придают вращательное движение изделию 1, Подают закалочную жидкость в спрейер 7 и напряжение на первичную обмотку согласующего трансформатора 3. Включают механизмы перемещения суппорта 2 и осуществляют непрерывно-последовательную,термообработку издеЛия 1, При движении первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 вдоль вкладыша 10 на его наружной и внутренней поверхнос" тях потоком взаимоиндукции 17 инду цируются токи 18 и 19, из которых 5 токи 18 находятся в противофазе, .а 19 - в фазе с токами 20, протекающими в первичной обмотке 4. Токи 21, индуцированные в нагреваемом изделии 1 токами 19, протекающими 2 О по внутренней поверхности вкладыша 10, определяют удельную мощность, передаваемую в изделие 1. Постоянство зазора 14, сохранение неизменным площади поперечного сечения зазора 25 16, а также выполнение вкладыша 10 из отдельных электроизолированных друг от друга элементов 12, препятствующее перераспределению токов 19 вдоль его внутренней поверхности, обеспечивают как постоянство токов 20 в первичной обмотке 4 индукторатрансформатора 5, так и постоянство коэффициента электромагнитной связи его с нагреваемым изделием 1, т. е. неизменность индуцированных в изделии 1 токов 21, а следовательно, и удельной передаваемой в него мощности, Исключение перераспределения токов 19 в осевом направлении вкладыша 10 при заданной скорости переме щения первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 обеспечивает неизменность времени нагрева элемента поверхности изделия 1, а следовательно, идентичное в любом поперечном сечении изделия 1 и требуемое распределение температуры. При дальнейшем движении первичной обмотки 4 индуктора-трансформатора 5 вдоль изделия 1 ее электромагнитная связь с вкладышем 10 падает до нуля, а нагрев изделия 1 осуществляется непосредственно ее полем 22. При этом величина токов 20 в первичной обмотке 4 индуктора-трансформатора 5 оста" ется неизменной за счет увеличения на 15-20% зазора 15 по сравнению с зазором 18. Это обеспечивает в свою очередь неизменность токов 21, инду". - цированных в изделии 1 непосредственно первичной обмоткой 4 индуктора-60 трансформатора 5 и практически не изменяет ширину их настила, т. е. величины, определяющие режим на 1 рева, а именно удельная мощность и ,время нагрева элемента поверхности 65 изделия 1 остаются неизменными, Приокончании процесса термообработкииэделия 1 снимаются напряжения странсформатора 2, останавливается механизм перемещения суппорта 2., выключается механизм вращения изделия1, прекращается подача охлаждающейжидкости в спрейер 7, последнийотводится в сторону, изделие 1 освобождается от центров 8 и 9. Циклповторяется,Способ осуществляется следующимобразом.Опытную проверку предлагаемогоспособа осуществляют при нагревепод поверхностную закалку пологоступенчатого валика и стали 50 Гдлиной 430 мм с максимальным диаметром 52 мм и проточкой с диаметромот 42 до 30 мм и длиной 120 мм, В качестве первичной обмотки индукторатрансформатора используют индукторс магнитопроводом, индуктирующийпровод которого представляет собойкольцевой селектор с внутреннимрадиусом 32 мм и углом охвата околс160 О, В области проточки устанавливают изготовленный из меди в виде кольцевого сектора вкладьпа. Наружный радиус вкладыша составляет28 мм, внутренний радиус по его длине меняется от 16,5 до 23 мм, По длине вкладыш разрезают на 3 части. Скорость движения первичной обмоткивдоль детали составляет 3,5 мм/с,скорость вращения детали вокруг оси .120 об/мин. Для экспериментальнойпроверки используют частоту 8,0 кГц,Мощность, потребляемая от источникапитания, составляет около 40 кВт.Равномерность нагрева оценивают поглубине закаленного слоя. Металлографические исследования закаленнойдетали показывают, что глубина закаленного слоя составляет по всейдлине изделия 2,7 + 0,3 мм, что свидетельствует о высокой степени равномерности нагрева.Предлагаемый способ и устройство для непрерывно-последовательногонагрева под поверхностную термообработку осесимметричных длинномерныхизделий переменного по длине поперечного сечения позволяет осуществить равномерный нагрев их при требуемом распределении температуры попоперечному сечению,в том числе изделий с большой разницей в диаметрах Ис проточками, глубина и ширина которых сравнима с шириной индуктирующего провода первичной обмотки индуктора-трансформатора.Формула изобретения1. Способ непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных осесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, при котором изделие помещают в электромагнитное поле индукторатрансформатора, вторичную обмотку которого размещают в местах иэделия с,уменьшенным поперечным сечением, а первичную обмотку индуктора-транс форматора перемещают по продольной оси изделия, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения рав номерности нагрева и снижения энергоемкости процесса, при перемещении первичной обмотки индуктора-трансформатора зазор между обмотками ин" дуктора-трансформатора поддерживают 1 на 20-25 меньше по площаци попереч" ного сечения, чем зазор между первичной обмоткой и изделием, а зазоры между поверхностью каждой из вторичных обмоток, обращенной к нагреваемому иэделию, и изделием устанавливают переменным и изменяют в соответствии с соотношением:(Р 2 У )где Ь - зазор между поверхностьювторичной обмотки, обращенной к нагреваемому изделию,и изделием в произвольном поперечном сечении, мЙ - радиус нагреваемого изделия в том же поперечномсечении, м;угол охвата вторичной обмоткой нагреваемого изделия, рад; Зэс - коэффициент пропорциональности, дпределяемый экспериментальным путем. 2. Устройство для непрерывно-последовательного индукционного нагрева длинномерных ооесимметричных изделий переменного по длине поперечного сечения, содержащее индуктортрансформатор, выполненный в виде первичной обмотки, установленной на станине механизма перемещения, и электромагнитно связанной с ней вторичной обмотки в виде по меньшей мере одного незамкнутого вкладыша, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, первичная обмотка выполнена в виде кольцевого сектора с углом охвата менее 180 О, а вторичная обмотка выполнена с тем же углом охвата в виде набора электроизолированных один от другого элементов переменной радиальной толщины, установленных по продольной оси индуктора-трансформатора, при этом их размер в этом направлении выбран из условия, чтобы минимальная радиальная толщина вкла дыша и максимальная были различны не более чем на 15-203. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первичная обмотка индуктора-трансформатора снабжена шарнирно закрепленным на ней подвижным спрейером в виде кольцевого сектора, установленного оппозитно первичной обмотке. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Информационный листок Р 791203. Сер. ИЛТ 5-10-07, ВИМИ, 1979. 2. Бабат Г.И . Индукционный нагрев металлов и его промышленное примемщие, М-Л 1965, с. 361, 410,1001513 фиг. Я иг. Составитель О. ЩедринВ, Пилипенко Техред Е.Харитоичик. едак Н, Ко рек 3коми ное П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная фил Закаэ 1455/77 ВНИИПИ Го по делам 113035, Моск