Способ индукционного нагрева металлических заготовок Советский патент 1991 года по МПК H05B6/06 

Изобретение относится к электротермии и монет быть применено при индукционном нагреве металлических заготовок перед пластической деформацией или термообработкой.

Цель изобретения - расширение диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД.

На фиг.1. изображена схема заготовок большого диаметра; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг.З - схе- м а нагрева заготовок малого диаметра; на оиг.4 - разрез Б-Б на фиг.З.

Подлежащую нагреву заготовку 1 помещают в переменное электромагнитное поле 2, создаваемое в рабочей зоне 3.

Объем рабочей зоны определяется площадью поверхности, ограниченной

индуктирующим проводом 4 индуктора 5, состоящего, например, из двух секций 6 и 7, и технологическим зазором индуктора 5, входящего в состав нагревательного контура 8, состоящего из индуктора 5 и емкости 9. Нагревательный контур 8 подсоединен к статическому преобразователю частоты 10 с обратной связью 11, снимаемой с элемента нагревательного контура 8, например с секции 6 индуктора 5.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед внесением заготовки 1 в рабочую зону 3 замеряют индуктивность индуктора 5 без заготовки LJJ,, а после внесения - индуктивность с заготовкой J cv- При отношении Lj./Lc-

ел

00 Јь

N3 ГО

(1,2...2,5) включают статический преобразователь частоты 10 и осущестляют нагрев заготовки 1 на частоте, близкой к оптимальной с максимальным 1СГЩ. При Lg.,2 уменьшают объе рабочей зоны 3 или за счет изменения площади поверхности, ограниченной индуктирующим проводом 4, например, за счет отключения части витков или за счет уменьшения технологического зазора индуктора 5, например, путем сближения секций 6 и 7 индуктора 5 до тех пор, пока Lj./Lc-. не окажется в пределах 1,2...2,5. После этого включают преобразователь частоты 10. При L,Ј.,/LC, 2,5 увеличивают объем рабочей зоны 3 или за счет изменения площади поверхности, ограниченной индуктирующим проводом 4, например, за счет подключения части витков секции индуктора 5, или путем увеличения технологического зазора индуктора 5, например путем раздвижения секций 6 и 7 до тех пор, пока l g-i/LCa не окажется в пределах 1,2...2,5, после чего включается преобразователь частоты 10. Обратная связь 11, берущаяся с элемента нагревательного контура 8, например с секцией 6 индуктора

5,обеспечивает изменение генерируемой частоты в зависимости от величин индуктивности индуктора 5 и оказывается близкой к оптимальной для нагрева заданного типа заготовки 1.

Экспериментальная проверка производилась на индукторе 5, состоящем и двух секций в виде плоских спиральны катушек 6 и 7, расположенных в горизонтальной плоскости. Размеры катушек: внутренний диаметр 500 мм, наружный диаметр 1200 мм, число витков6,катушки соединялись встречно с возможностью взаимного перемещения вдоль общей оси. Эксперименты проводились над заготовками 1 диаметрами 25, 100, 130 мм. Результаты экспериментов приведены в таблице.

При нагреве заготовок диаметром 100 мм, длиной 200 мм технологический зазор между катушками 6 и 7 составлял 170 мм, число подключенных витков - 5, площадь поверхности, ограниченная индуктирующим проводом, S 1,45 м2 . Индуктивность индуктора без заготовки Lg-, 11, Гн, индуктивность индуктора с заготовкой

8, Гн, отношение

1,3, емкость конденсаторной

CV-6

батареи С 1216-10 Ф. Резонансная

частота нагревательного контура 8 для заготовки 1 диаметром 100 мм

10

,8-1СГ6 -1216-10

1500 Гн.

-6

5

0

5

0

КПД составил 67%. „

При переходе на нагрев заготовки 1 меньшего диаметра (см. фиг. 3 и 4), например диаметром 25 мм и длиной 100 мм, являющейся прозрачной для частоты 1500 Гц, на которой осуществлялся нагрев заготовки диаметром 100 мм, изменяют расстояние h между секциями 6 и 7 индуктора и площадь S поверхности, ограниченной индуктирую- цим проводом, до такой величины, чтобы I.Si/bc 1,2...2,5.

Н примере h 60 мм, S 0,469 м2, число подключенных витков составило 3. Индуктивность без заготовок LЈ.

) 1 ft 1 П Гн HHnvirTuminrTt, г

2, 16-10-ь Гн;

индуктивность с зато- О

топками 0,93910 Гн, отноше Llsi :; - ние ------ 2,3.

L с/у

Резонансная частота 1

f2

5

27- -л|ьсуС

2Ъ -NJO,939-Ю-6. 1216- 4710 Гц,

10

т.е. резонансная частота увеличилась в 3,14 раза и является близкой к оптимальной для нагрева заготовки диаметром 25 мм. Нагрев заготовки на этой частоте осуществляется с максимальным КПД, который составил 66%.

При отношении Lg. /Lc % 2,5 резонансная частота увеличивается, но уменьшается добротность контура до величин порядка 5-6, что ведет к срыву генерации и peзкo fy падению уровня отдаваемой мощности (см. таблицу).

При уменьшении Lg../Lc,- 1,2 увеличение резонансной частоты оказывается недостаточным для обеспечения нагрева заготовок и КПД резко снижается. Кроме того, поверхность заготовки удаляется от индуктирующего провода и индуктора 5, что таксе ведет к снижению КПД. Добротность контура становится порядка 35-40, что приводит к возбуждению генератора на гар- мониках, отличных от основной частоты п соответственно снижению КЦП и уровня мощности, отдаваемой генератором (см. таблицу).

При переходе на нагрев заготовки большего диаметра, например диаметром 130 им и длиной 250 мм, увеличивают расстояние между секциями 6 и 7 и . площадь поверхности, ограниченной индуктирующим проводом, путем подключения шести витков. Тогда h 200 мм, 5 - 1,87 м2 , Lg 18,7-10- Гн, Lc 15,5-10-6 Гн, 1,2. Резонансная частота

1

27

1160 Гн.

J15,5-10-6. 1216-10-

Такая частота тока обеспечивает качественный и скоростной нагрев заготовок с высоким КПД, который в эксперименте составил 67% (см. таблицу).

В таблице приводятся экспериментальные данные по замеру КПД индуктора и мощности, отдаваемой преобразователем при различных отношениях индуктивности контура без заготовки и с заготовкой для различных диаметров нагреваемых заготовок.

Предлагаемый способ обеспечивает нагрев широкого диапазона типоразмеров заготовок с высоким КПД. Он найдет широкое применение в гибких пере- налаливаемых системах, так как позволяет обеспечить быструю переналадку

0

5

0

5

5

0

при переходе на новый типоразмер заготовок, а также в мелкосерийном производстве поковок, где-может быть использован вместо пламенного нагрева. Использование этого способа нагрева позволит получить экономию металла, снизить процент обезуглероживания слоя, улучшить культуру производства и экологическое воздействие на окружающую среду. Формула изобретения

Способ индукционного нагрева металлических заготовок, при котором заготовку помещают в рабочую зону индуктора, выполненного по меньшей мере из одной секции, подключают его к статическому преобразователю частоты и в процессе нагрева поддерживают частоту тока преобразователя равной собственной резонансной частоте контура, образованного индуктором с заготовкой и компенсирующей конденсаторной батареей, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД, дополнительно контролируют величину индуктивности индуктора без заготовки и с заготовкой и перед размещением заготовки в индукторе устанавливают от- . ношение индуктивности без заготовки к индуктивности с заготовкой в интервале 1,2-2,5 путем изменения площади поверхности, ограниченной индуктирующим токопроводом и (или) изменением расстояния между секциями индуктора.

10

А-А

Фиг. 2

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД на2 гревателя. Перед помещением заготовки 1 в переменное магнитное поле, 4 создаваемое в рабочей зоне 3, изменяют объем последней путем изменения площади поверхности, ограниченной индуктирующим проводом, и величины расстояния между секциями 6 и 7 индуктора, входящего в состав нагревательного контура 8, подсоединенного к статическому преобразователю 10 частоты с обратной связью 11. Изменение этих величин производят так, чтобы индук-. тивность без заготовок превысила индуктивность с заготовкой в 1,2-2,5 раза. Обратную связь 11 задают от нагревательного контура 8 и генерируют переменный ток статическим преобразователем 10 на собственной резонансной частоте контура 8. 4 ил. S (Л

6

В-Б

)

гГДГЖ

2

/

(F

&/гФ