Устройство для индукционного контурного нагрева деталей Советский патент 1982 года по МПК C21D1/42 

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов с применением индукционного нагрева и может быть использовано в инструментально-штамповом произ водстве, например, при контурной закалке рабочих кромок матриц разделительных штампов

Известно устройство для индукционного контурного нагрева деталей, например-рабочих кромок матриц разделительных штампов под закалку с управлением процессом нагрева за счет й.спользования изменяющегося зазора между индуктором и деталью в качестве элемента индуктивной связи, содержащее диэлектрическую ванну с ленточным индуктором, столик с базовыми опорами и упругими элементами для размещения детали над индуктором с зазором 1. .

Однако при нагреве деталей различной массы в устройстве не обеспечивается постоянство первоначального зазора между токопроводом индуктора и нагреваемой поверхностью уравновешенной детали над индукторомЭто усложняет реализацию управления индукционным нагревом, а также ведет к индивидуальной подгонке упругих элементов для каждой нагреваемой детали. Кроме того в процессе нагрева происходят вибрации детали на упругой подвеске вызванные импульсным характером первоначального воздействия электродинамических сил магнитного поля на деталь, что в значительной мере затрудняет ведение контроля за характером изме10нения зазора между индуктором и деталью..

Наиболее близким к изобретению является устройство для индукционно15го контурного нагрева деталей, например рабочих кромок матрицы разделительных штампов, содержащее диэлектрическую ванну с ленточным индуктором и рабочий стол для разме20щения нагреваемой детали, закреп- ленный на каретке посредством направляющих с упругими элементами в виде пружин сжатия. Устройство позволяет вести нагрев с саморегулиро25ванием зазора между индуктором и деталью, в зависимости от электродинамического воздействия магнитного поля индуктора на деталь и устра-. няет индивидуальную подгонку упругих

30 элементов при юстировке первоначапьного зазора между индуктором и деталью Г2 3.

Однако известному устройству приСУ1ДИ вибрации детали с упругой подвеской, вызванные электродинамическим воздействием магнитного поля, что затрудняет управление процессом нагрева по изменякяцемуся зазору между индуктором и деталью. Кроме того, при нагреве монтуров различных размеров и конфигурации деталь в процессе нагрева отталкивается на различное расстояние от индуктора, обусловленное различным электромагнитным воздействием в системе индуктор-деталь в зависимости от напряжекности магнитного поля,и, как следствие, различных значений индук тированных токов в детали. Нагрев с различным зазором от контура к контуру усложняет настройку системы управления с обратной связью через датчик линейных перемещений. Наряду с этим полное уравновешивание детали приводит к снижению поглощения энергии деталью и замедленному нагреву С передача энергии обратно пропорциональна квадрату расстояния между индуктирующим токопроводом и поверх.ностью нагрева). Для того, чтобы заранее определить пределы саморегулирования зазора в такой системе не- обходимо проведение дополнительных экспериментов и расчетов с целью установления степени уравновешивания веса детали или введения внешних механических сил для обеспечения перемещения детали к индуктору в зависимости от изменения физических параметров системы индуктор-зазор-деталь .

« ,

Целью изобретения является упрощение настройки устройства при обработке деталей различного типоразмера.

Поставленная цель достигается, тем, что устройство, содержащее диэлектрическую ванну с ленточным индуктором и каретку, на которой посредством упругих элементов закреплен рабочий стол для размещения нагреваемой детали, снабжено магнитоиндукционным демпфером, выполненным в виде пластины из электропроводного диамагнитного материала,жестко связанной с рабочим столом и установленнсй параллельно несущей поверхности его под индуктором.

Пластина выполнена из меди.

На фиг.- 1 изображено устройство кинематическая схема; на фиг. 2 схема электродинамического взаимодействия в системе индуктор - деталь с магнитоиндукционным демпфером.

Устройство содержит диэлектрическую ванну 1 с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор 2, частично выступающий над уровнем охлаждаю щей жидкости и подключенный к токоведущим шинам 3 источника нагрева, рабочий стол 4 для размещения нагреваемой детали, закрепленный

плоскопараллельными пружинами 5 на каретке 6; направляющие 7 диэлектрической ванны 1 для закрепления каретки 6 с возможностью перемещения в вертикальном направлении с помощью

рукоятки 8, магнитоиндукционный

.демпфер в виде электропроводящей . диамагнитной (медной пластины 9, расрасположенной под индуктором 2 и закрепленной на рабочем столе 4 пос средством стоек 10.

Устройство работает следующим образом.

Ленточный индуктор 2 подключает к токоведущим шинам 3 источника нагрева. На рабочем столе 4 размещают нагреваемую деталь 11 (изображена тонкими линиями). Под воздействием веса детали 11 рабочий стол 4 перемещается поступательно вниз за счет прогиба плоскопараллельных пружин 5.

5 с помощью рукоятки 8 перемещают каретку б, а вместе с ней и рабочий стол 4, и устанавливсоот первоначальный зазор между индуктором 2 и деталью 11. С последней вводят в контакт приводной стержень датчика ли. нейных перемещений (условно не показан) . .Включают источник токов высокой частоты и осуществляют нагрев. При возбуждении переменного элект5 громагнитного поля в токопроводе индуктора 2 в поверхностных слоях детали 11 и электропроводящей диамагнитной пластины 9, например медной, индуктируются токи, на которые магнитное поле индуктора оказывает электродинамическое воздействие. Со стороны магнитного поля на индуктированный ток действует, механическая сила, которую можно определять по

5 формуле

ЗН sinoL ul.

f

где uf - механическая сила, с - электродинамическая постоянная;

3 - сила индукционного тока; Н - напряженность магнитного

поля;

лЕ - длина нагреваемого контура.

Электродинаю1ческое воздействие магнитного поля .на ферромагнитную деталь и диамагнитную пластину неодинаково, т.е. со стороны магнитного поля действуют механические

силы ( af-, - на нагреваемую деталь и

на диамагнитную пластину 9) неравные между собой. Следовательно, в-первоначальный момент уравновешен 5 Нсш деталь 11 с рабочим столом 4 ,

И диамагнитной пластиной 9 перемещаются относительно индуктора 2 в положение, при котором разность ,j О, т.е. в системе индуктор деталь происходит поиск равновесия и пределов для саморегулирования зазора. При этом относительное расположение детали и индуктора одинаково независимо от размеров нагреваемого контура и режимов настройки и определено положением, в котором

Afi - af 0. В этом квазистационарном состоянии система индуктор деталь находится на протяжении времени процесса нагрева, при котором не происходит значительного изменения физических параметров элементов системы. По мере того, как поверхностный слой детали прогревается и достигает температуры магнитных превращений, индуктированный ток оттесняется в тело детали и значе ние силы &f уменьшается, в то время как сила 4f воздействия на диамагнитную пластину остается неизменной. В результате этого в системе индуктор - деталь нарушается силовое равновесие, т.е. Af - uf О и под действием этой разности сил зазор между деталью и индуктором уменьшается до значений, при которых опять выполняется условие 0 Таким образом, процесс нагрева происходит с саморегулированием зазора за счет составляющей разности сил, обеспечивающей уменьшение зазора между индуктором и деталью в зависимости от физических параметров детали. Квазистационарное состояние системы

uf2 - обеспечивает определенность положения элементов системы индуктор - деталь и автоматический поиск пределов саморегулирования зазора. При этом введение составляющей

af обеспечивает устранение вибраций в системе индуктор - деталь. Использование в качестве упругих элементов плоскопараллельных пружин обеспечивает повышение чувствительности упругой системы к саморегулированию за счет устранения сил трения в направляющих.

Б лаботаторных условиях проводят сравнительные испытания прототипа и макета предлагаемого устройства с лспользованием в качестве источника токов высокой частоты лампового генератора. При этом ламповый генератор по показаниям приборов настраивается на одинаковый режим при испытаниях прототипа и предлагаемого устройства. Производят нагрев о1бразцов из стали У8А с периметром контуров 30, 60 и 90 мм с использованием для нагрева ленточного индук - тора, изготовленного из медной ленты

толщиной 1,5 мм и шириной 20 мм, выгнутой В соответствии с нагреваекым контуром. Образцы изготавливают одина(овой массы и в процессе нагрева уравновешивают над индуктором до полного устранения влияния веса. Базовый объект - прототип.

Результаты эксперимента показывают, что при нагреве с использованием прототипа первоначальный зазор

под воздействием магнитного поля устанавливается 4 - 8 мм в зависимости от размеров нагреваемого контура и время нагрева до примерно 20 с. При этом наблюдаются

вибрации детали относительно индуктора с амплитудой в пределах 1,5 2 мм, что усложняет процесс контроля за изменением зазора. При нагреве образцов с использованием предлагаемого устройства первоначальный зазор под воздействием магнитного поля устанавливается около 2 мм независимо от размеров нагреваемого контура, время нагрева до 950 С,4,6 с.

При этом наблюдаются вибрации детали относительно индуктора с амплитудой в пределах 0,02 - 0,1 мм.

Эффект от использования предлагаемого устройства достигается за

счет расширения технологических возможностей управления индукционным на гревом и повышения его стабильности.

Формула изобретения

35

1. Устройство для индукционного контурного нагрева деталей, преимущественно рабочих кромок матриц разделительных штампов под закалку, содержащее диэлектрическую ванну с ленточным индуктором и каретку, на которой посредством упругих элементов закреплен рабочий стол для размещения нагреваемой детали, о т л ичающийся тем, что, с целью упрощения настройки устройства при обработке деталей различного типоразмера, оно снабжено магнитоиндукционным демпфером, выполненным в виде пластины из электропроводного диамагнитного материала, жестко связанной с рабочим столом и установленной параллельно несущей поверхности его под индуктором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, пластина выполнена из меди,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 580232, кл. С 21 D 1/42, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР 602568, кл. С 21 D 1/42, 1976,