Штамп для горячей изотермической штамповки Советский патент 1988 года по МПК B21J13/02 B21J1/06 

со

ел

со ;о сд

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей путем изотермической штамповки в штампах, осна- шенных нагревателем.

Цель изобретения - повышение КПД индукционного нагрева матрицы штампа при неизменном токе в индукторе.

На чертеже показан штамп, поперечный разрез.

Штамп содержит наружный индуктор 1 и матрицу 2, состоящую из секций 3, заключенных в керамическую обойму 4. Боковые поверхности секций 3 покрыты теплостойким электроизоляционным материалом,

Штамп работает следующим образом.

При протекании по индуктору перем.ен- ного тока i частоты f штамп пронизывается в осевом направлении переменным магнитным потоком, вызывающим появление в секциях матрицы вихревых токов. Благодаря электрическому разделению секций вихревые токи могут замыкаться только в каждой из них.

Распределение плотности вихревых токов j от поверхности вглубь проводящей

среды определяют формулой

.,

где j - плотность тока у поверхности среды; X-расстояние от поверхности среды вглубь по нормали к этой поверхности.

Удельные потери на джоулевое тепло пропорциональны квадрату плотности тока

P.J8

jo2 e-Vv5

где S - удельное сопротивление, Ом.м.

Поскольку 0,05, при ,5 обычно и считают зону 1,5 зоной активного тепловыделения, а величину л 1, ее толщиной.

п

При площадь поперечного сечения зоны активного тепловыделения, по которой замыкается вихреюй ток, пропорциональна не Д, а в. Поэтому с дальнейшим

35

Глубина активной зоны д (зоны эффек- 40 уменьщением в увеличивается сопротивле- тивного тепловыделения вихревых токов)ние вихревым токам и потери на джоулево

равна глубине проникновения Г, умноженной на 1,5

д 1,,5.-|е4.

тепло начинают падать. Следовательно, максимум тепловыделения соответствует средней толщине секции, равной 2д.

Таким образом, изобретение позволяет повысить КПД индукционного нагревателя, так как л|ри той же напряженности внешнего магнитного поля, т.е. при том же токе в индукторе (а значит, и потерях в нем) в матрице существенно больше тепловыдегде / - относительная магнитная проницаемость материала матрицы. Поэтому необходимо, чтобы средняя толщина секции равнялась или была близка к удвоенной величине А,т.е. в три раза

45

Таким образом, изобретение позволяет повысить КПД индукционного нагревателя, так как л|ри той же напряженности внешнего магнитного поля, т.е. при том же токе в индукторе (а значит, и потерях в нем) в матрице существенно больше тепловыдене более) превышала глубину проникн ове- 50 обусловленное покрытием секций

ния 5 . В этом случае практически весь объем секции принимает участ 1е в тепловы-- делении. Количество тепла, выделенного в единицу времени в предлагаемом штампе, равно

, fD«ap +DeH-fn(Drtap -De«)h,

где и DBH - наружный и внутренний диаметр матрицы; К - число секций;

55

матрицы теплостойкой электроизоляциеи и выбором их средней ширины, равной утроенной глубине проникновения магнитного потока.

Формула изобретения

Штамп для горячей изотермической штамповки, содержащий керамическую обойму, заключенную в нее секционную матриh y - высота матрицы (осевой размер); §„- удельное тепловыделение вихревых токов, равное

So V

.

- действующее значение напряженности магнитного поля у поверхности индуктора.

В сплошной несекционной матрице или в секционной, но при отсутствии электроизоляции между секциями (как в известном штампе), тепловыделение при тех же размерах и том же индукторе равно

Р„ y.Wh,

так как магнитное поле внутри матрицы отсутствует - оно скомпенсировано противодействием по правилу Ленца вихревых токов.

Таким образом, тепловыделение в предлагаемом штампе больше, чем в известном, в

J y- П . - -Л-

Р„ + Г + Рнар 1

.

В частности, при изготовлении монодиска с лопатками с наружным диаметром 0,5 м, внутренним 0,2 м, а числом секций, равным 20, мощность тепловыделения возрастает в 5,2 раза. При этом ток индуктора остается неизменным, а следовательно, не меняются и потери в нем.

Увеличение числа секций п приводит к уменьшению их средней толщины, в, так как

Ь 1о«ар+Р «3:

п

При площадь поперечного сечения зоны активного тепловыделения, по которой замыкается вихреюй ток, пропорциональна не Д, а в. Поэтому с дальнейшим

уменьщением в увеличивается сопротивле- ние вихревым токам и потери на джоулево

тепло начинают падать. Следовательно, максимум тепловыделения соответствует средней толщине секции, равной 2д.

Таким образом, изобретение позволяет повысить КПД индукционного нагревателя, так как л|ри той же напряженности внешнего магнитного поля, т.е. при том же токе в индукторе (а значит, и потерях в нем) в матрице существенно больше тепловыде50 обусловленное покрытием секций

55

матрицы теплостойкой электроизоляциеи и выбором их средней ширины, равной утроенной глубине проникновения магнитного потока.

Формула изобретения

Штамп для горячей изотермической штамповки, содержащий керамическую обойму, заключенную в нее секционную матрицу и наружный индуктор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД индукционного нагрева, боковые поверхности секций матрицы покрыты теплостойким электроизоляционным материалом, а средняя ширина каждой секции не более чем в три раза превышает глубину проникновения магнитного поля в материал матрицы.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может использоваться при изготовлении деталей изотермической штамповкой в штампе, оснаш,енном индуктором. Цель изобретения - повышение КПД индукционного нагрева матрицы штампа при неизменном токе в индукторе. Матрица штампа разделена на секции, боковые поверхности которых покрыты теплостойким электроизоляционным материалом. Средняя ширина каждой секции в три раза превышает глубину проникновения магнитного поля индуктора в материал матрицы при ее нагреве. Благодаря электрическому разделению секций вихревые токи могут замыкаться только в каждой из них по отдельности. При указанной ширине секции практически весь ее объем участвует в тепловыделении. 1 ил.