Индукционный нагреватель Советский патент 1984 года по МПК C21D1/10 C21D9/22 

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, при высокочастотном нагреве под контурную закалку рабочих кромок матриц вырубных штампов.

Известен индукционный нагреватель для нагрева под контурную закалку рабочих кромок матриц разделительных штампов, содержащий индуктор с ленточньлм токопроводом, выгнутым из ,медной ленты в соответствии с нагреваемым контуром, частично погруженным в охлаждающую жидкость диэлектрической ванны. Применение индукционных нагревателей обеспечивает саморегулирование нагрева по участкам контура за счет использования переменных электрических характеристик ленточного токопровода в условиях разогрева его выступающей части над уровнем охлаждающей жидкости ij .

Основным недостатком этих индукционных нагревателей является то, что они требуют изготовления ленточных токопроводов индивидуально для каждого нагреваемого контура. Поскольку производство матриц разделительных штампов является единичным или мелкосерийным 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 из нескольких металлических (преимущественно медных) секторов, разделенных радиальными прорезями и электрически соединяемых скользшцими вдоль этих прорезов контактами, которые устанавливаются соответственно конфигурации нагреваемого изделия накладываемого на плиту с тем, чтобы обеспечить протекание тока в секторах по пути, определяемому конфигурацией изделия 2J .

Недостатком известного индуктора является необходимость в скользящих контактах, которые должны выполняться с конфигурацией, соответствующей геометрии отдельных участков нагреваемого контура, что усложняет подготовку производства, наладку индуктора и увеличивает число электрических контактов в токопроводе, приводящих к снижению КПД нагрева.Кроме того, известная конструкция не обеспечивает саморегулирования нагрева, что особенно важно при нагреве контуров .сложной конфигурации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является индукционный нагреватель преимущественно для нагрева рабочих кромок ма рицы 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 окнами З .

Недостатком известного нагревателного индуктора является то, что для нагрева изделий, отличающихся друг от друга геометрией профиля, необходимо изготовление дисковых токопроводов .соответствующей формы и магнитопроводов, соответствующих по форме отдельным участкам нагреваемого изделия. Все это сопряжено со значительными затратами на материалы j(мeдь, ферритовые магнитопроводы при нагреве на радиочастотах) на изготовление токопроводов соответствующей формы, а также на изготовление магнитопроводов, что связано с дополнителными затратами на технологическую оснастку для прессования и спекания магнитопроводов.. Кроме того, при переходе в нагреве от контура к конту,ру требуются затраты во времени на переналадку токопровода и магнитопровояов.

Целью изобретения является повышение технологических возможностей индукционного нагревателя за счет обеспечения универсальности индуктирующего токопровода.

Для достижения поставленной цели в индукционном нагревателе 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 окнами, медная плита выполнена полой и .перфорированной со. стороны рабочей поверхности, .заполнена магиитопроводящим материалом и установлена с возможностью поворота для поочередного электрического контакта прорези с токоведущими шинами, а размеры окна соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем С , определяемым соотношением

1 t 2.

Причем отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого с образованием стенок толщиной, определяемой соотношением

34, а to.,,

и диаметром, определяемым соотношением

d-i (О, 2-0, 75)а , гле а - толщина стенок между отверстиями;U, - глубина проникновения тока заданной частоты в медь; Q, - заданная ширина индуктирующего провода; - диаметр отверстий.. На чертеже изображен индукционный нагреватель для нагрева под контурную закалку кромок матриц вырубных штампов, общий вид. Индукционный нагреватель содержит диэлектрический корпус 1 с жестко закрепленными на нем токоведущими (медными) шинами 2, медную плиту 3 с выполненной в ней полостью 4, заполненной магнитной жидкостью (например водный коллоидный раствор магне.тита/ стабилизатор - алеиновая кислота)i и перфорациями отверстиями 5, соединенными с полостью 4. В медной пли те выполнены прорези 6, сопряженные с окнами 7, а сама плита 3 установле на с возможностью поворота на диэлек трической плите 8 корпуса 1, которая имеет в свою очередь возможность линейного перемещения под действием пружин 9 до обеспечения контакта про резей с токоведущими шинами 2. Принцип работы нагревателя следую щий. Токоведущие шины 2 нагревателя подключают к шинам источника токов высокой .частоты | например, ла1мпового генератора типа ЛЗ). Перед включением лампового генератора перемещением и поворотом плиты 3 вводят в электри ческий контакт с токоведущими шинами 2 соответствующую прорезь 6 с окнами 7. При этом в контакт вводится прорезь с отверстием, размер которого меньше размера нагреваемого конту ра матрицы 10, выр5бного штампа (но не более, чем в два раз). Матрицу 1 вырубного штампа размешают на диалек рических опорах (не показаны) над плитой 3 таким образом, чтобы один из участков нагреваемого контура находился над местом сопряжения прорези с отверстием медной плиты. После этого включают источник токов высокой частоты и при достижении заданной температуры нагрев прекраща ют и производят закалку в соответствующей среде (например, вода при закалке матрицы, изготовленной из углеродистой инструментальной сташи) Индукционный нагреватель работает следующим образом. При включении источника нагрева ток высокой частоты распределяется по поверхности прорези 6 и окнами 7 и под воздействием возбуждаемого им переменного магнитного поля в контуре матрицы 10 индуктируется ток. При ЭТОМ ток в контуре будет индуктироваться ПС всем участкам только ё том случае, если расстояние этих участков до контура окна 7 не превышает расстояния между противапежащими 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 2Dy где DK- диаметр (линейный размер) нагреваемого контура; Г - 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 npoi- рессии со знаменателем (. I Выполнение полости 4 и перфораций 5 в медной плите, заполненных магнитопроводящим материалом (магнитной жидкостью) позволяет создать магнктопровод вокруг тока, в медной плите при любом напрэвленки его протеканкя, т.е. условно можно представить, что тело медной плиты (токопровода) состоит из набора ленточных токопроводов, разграниченных перфорациями-магнитопроводa ш, при этом любой из ленточных токопроводов может быть подключен- в электрическую цепь в зависимости от размерол нагреваемого контура, вернее, в .завысимости от степени проявления эффекта близости в системе индуктордеталь (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 друга. Минимальное расстояние между перфорациями выбирается в зависимости от глубины проникновения и, тока заданной частоты в медь. Это расстояние выбирается таким образом, чтобы образовались стенки между перфорациями 01 3 6, . С другой стороны толщина стенок q назначается в зависимости от требуемой ширины з.акаленного слоя Оз , которая на основании опытных данных примерно определяется как ,8а, , где а, ширина индуктирующего слоя (в нашем случае толщина стенок между перформациями). Таким образом, наибольшее расстояни.о

1, ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛ Преимущественно для нагрева.рабочих кромок матриц вырубных штампов под контурную закалку, содержащий корпу с закрепленньлми на нем токоведущими шинами и индуктирующим токопроводом выполненным в виде медной плиты с прорезями и сопряженными с ними окн ми, отличающийся тем, чт с целью расширения его технологичес ких возможностей, медная плита выполнена полой и перфорированной со стороны рабочей поверхности, заполнена магнитопроводящим материалом и установлена с возможностью поворота для поочередного электрического контакта прорези с токоведущими шинами, а размеры окон соответствуют ряду чисел геометрической прогрессии со знаменателем о , соотношением 1 с 2. 2, Нагреватель по п, 1, отличающийся тем, что отверстия медной плиты выполнены на расстоянии одно от другого о образованием стенок толщиной, определяемой соотношением Зй, - Q t а, , и диаметром, определяемым соотношением d «