Закалка токами высокой частоты: Закалка токами высокой частоты в Ижевске

alexxlab | 12.01.1970 | 0 | Разное

Содержание

Закалка токами высокой частоты в Ижевске

При поверхностной закалке на деталях получают высокую твердость и прочность приобретает лишь небольшой толщиной несколько миллиметров, поверхностный слой детали. По­чему же такая закалка во многих случаях оказывается не менее, а иногда даже и более эффективной чем сквозная закалка по всему объему? Это объясняется двумя причинами.
Причины тому две, а именно:

  • Во первых, в подавляющем большинстве случаев максимальные нагрузки на изделие осуществляются на поверхности детали, в связи с чем высокая твердость и прочность поверхности повышает работоспособность всей детали в целом;
  • Во вторых, процедура поверхностной закалки в разы снижает хрупкость детали, особенно если она имеет сложную форму, поскольку совместно с прочной и твердой поверхностью сохраняется вязкая и пластичная сердцевина детали, что невозможно при сквозной закалке.

Особенности метода

Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) — это один из распространенных методов поверхностной термической обработки, который позволяет повысить твердость поверхности заготовок до 60 HRC, глубина закалочного слоя достигается от 1 до 5 мм. Применяется для деталей из углеродистых и легированных конструкционных сталей или чугуна. Она дает возможность закалить всю поверхность детали или отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку. При этом под закаленной твердой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура уменьшает хрупкость, повышает стойкость и надежность всего изделия.

Изделия, подвергаемые закалке токами высокой частоты

• Зубчатые колеса;
• Валы;
• Штока;
• Плунжера;
• Седла;
• Клапана;
• Контрольно измерительный инструмент;
• Шестерни.

Заключительной операцией закалкой токами высокой частоты деталей всегда является низкий отпуск при температуре 160-180 С, который переводит мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения.

Технология высокочастотной закалки

Поверхностная закалка ТВЧ – операция, необходимая для повышения прочностных характеристик и твердости изделия.
• Индукционный нагрев до высокой температуры;
• Выдержка при ней;
• Быстрое охлаждение.
Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки.

Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией), либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.

Закалка токами высокой частоты в Ижевске: заказать, узнать точную цену и задать интересующие вопросы вы можете по телефонам:

8 (912) 441 11 24, 8 (950) 825 05 96, по электронной почте: [email protected] или заполнив форму заявки на нашем официальном сайте.

Поверхностная закалка ТВЧ: технология, режимы, установки

Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) — это один из распространенных методов поверхностной термической обработки, который позволяет повысить твердость поверхности заготовок. Применяется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей или чугуна. Индукционная закалка ТВЧ являет собой один из самых экономичных и технологичных способов упрочнения. Она дает возможность закалить всю поверхность детали или отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку.

При этом под закаленной твердой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура уменьшает хрупкость, повышает стойкость и надежность всего изделия, а также снижает энергозатраты на нагрев всей детали.

Закалка ТВЧ

Технология высокочастотной закалки

Поверхностная закалка ТВЧ — это процесс термообработки для повышения прочностных характеристик и твердости заготовки.

Основные этапы поверхностной закалки ТВЧ — индукционный нагрев до высокой температуры, выдержка при ней, затем быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки. Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.

Выбор температуры

Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.

Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.

Микроструктура стали

Заэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.

В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.

Перегревание поверхности заготовки способствует росту кристаллов аустенита, что губительно сказывается на хрупкости. Недогрев не дает полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут образоваться незакаленные пятна.

После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.

Также можно проводить так называемый самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.

Индукционная установка

Индукционная установка для термообработки ТВЧ представляет собой высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может располагаться в индукторе или возле него. Индуктор изготовлен в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он может иметь любую форму в зависимости от формы и размеров детали. При прохождении переменного тока через индуктор в нем появляется переменное электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает возникновение в заготовке вихревых токов, известных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, нагревают его до высокой температуры.

Индукционный нагреватель ТВЧ

Отличительной чертой индукционного нагрева с помощью ТВЧ является прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только наружный слой металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, соответственно, глубина закалки ТВЧ. Это дает возможность закалить только поверхность заготовки, оставив внутренний слой мягким и вязким во избежание излишней хрупкости. Причем можно регулировать глубину закаленного слоя, изменяя параметры тока.

Повышенная частота тока позволяет сконцентрировать большое количество тепла в малой зоне, что повышает скорость нагревания до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая скорость нагрева передвигает фазовый переход в зону более высокой температуры. При этом твердость возрастает на 2—4 единицы, до 58—62 HRC, чего невозможно добиться при объемной закалке.

Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ необходимо следить за тем, чтобы сохранялся одинаковый просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, необходимо исключить взаимные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что позволяет обеспечить равномерное нагревание, и, как следствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.

Индуктор для закалки ТВЧ имеет несколько вариантов исполнения:

  • одно- или многовитковой кольцевой — для нагрева наружной или внутренней поверхности деталей в форме тел вращения — валов, колес или отверстий в них;
  • петлевой — для нагрева рабочей плоскости изделия, например, поверхности станины или рабочей кромки инструмента;
  • фасонный — для нагрева деталей сложной или неправильной формы, например, зубьев зубчатых колес.

В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:

  • одновременная — нагревается сразу вся поверхность заготовки или определенная зона, затем также одновременно охлаждается;
  • непрерывно-последовательная — нагревается одна зона детали, затем при смещении индуктора или детали нагревается другая зона, в то время как предыдущая охлаждается.

Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности требует больших затрат мощности, поэтому его выгоднее использовать для закалки мелких деталей — валки, втулки, пальцы, а также элементов детали — отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струей воды.

Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, например, венцы зубчатых колес, так как при этом процессе происходит нагрев малой зоны детали, для чего нужна меньшая мощность генератора ТВЧ.

Охлаждение детали

Охлаждение — второй важный этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием. Для качественной закалки необходимо поддерживать стабильную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева. Отверстия в спрейере должны быть одинакового диаметра и расположены равномерно, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.

Чтобы индуктор не перегревался в процессе работы, по медной трубке постоянно циркулирует вода. Некоторые индукторы выполняются совмещенными с системой охлаждения заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода попадает на горячую деталь и остужает ее.

Закалка токами высокой частоты

Достоинства и недостатки

Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:

  • После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
  • Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
  • При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
  • Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
  • Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
  • Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
  • Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.

Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя. В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.

Закалка металлов токами высокой частоты — Мастерские

В гидромеханических системах, устройствах и узлах чаще всего используются детали, которые работают на трение, сдавливание, скрутку. Именно поэтому основное требование к ним – достаточная твердость их поверхности. Для получения необходимых характеристик детали, поверхность закаляется током высокой частоты (ТВЧ).

В процессе применения закалка ТВЧ показала себя как экономный и высокоэффективный способ термической обработки поверхности металлических деталей, который придает дополнительную износостойкость и высокое качество обработанным элементам.

Описание метода закалки ТВЧ

Нагрев токами ВЧ основан на явлении, при котором вследствие прохождения переменного высокочастотного тока по индуктору (спиральный элемент, выполненный из медных трубок) вокруг него формируется магнитное поле, создающее в металлической детали вихревые токи, которые и вызывают нагрев закаливаемого изделия. Находясь исключительно на поверхности детали, они позволяют нагреть ее на определенную регулируемую глубину.

Закалка ТВЧ металлических поверхностей имеет отличие от стандартной полной закалки, которое заключается в повышенной температуре нагрева. Это объясняется двумя факторами. Первый из них – при высокой скорости нагрева (когда перлит переходит в аустенит) уровень температуры критических точек повышается. А второй – чем быстрее проходит переход температур, тем быстрее совершается превращение металлической поверхности, ведь оно должно произойти за минимальное время.

Стоит сказать, несмотря на то, что при использовании высокочастотной закалки вызывается нагрев больше обычного, перегрева металла не случается. Такое явление объясняется тем, что зерно в стальной детали не успевает увеличиться, благодаря минимальному времени высокочастотного нагрева. К тому же, из-за того, что уровень нагрева выше и охлаждение интенсивнее, твердость заготовки после ее закалки ТВЧ вырастает приблизительно на 2-3 HRC. А это гарантирует высочайшую прочность и надежность поверхности детали.

Вместе с тем, есть дополнительный немаловажный фактор, который обеспечивает повышение износостойкости деталей при эксплуатации. Благодаря созданию мартенситной структуры, на верхней части детали образовываются сжимающие напряжения. Действие таких напряжений проявляется в высшей мере при небольшой глубине закаленного слоя.

Применяемые для закалки ТВЧ установки, материалы и вспомогательные средства

Полностью автоматический комплекс высокочастотной закалки включает в себя закалочный станок и ТВЧ установки (крепежные системы механического типа, узлы поворота детали вокруг своей оси, движения индуктора по направлению заготовки, насосов, подающих и откачивающих жидкость или газ для охлаждения, электромагнитных клапанов переключения рабочих жидкостей или газов (вода/эмульсия/газ)).

ТВЧ станок позволяет перемещать индуктор по всей высоте заготовки, а также вращать заготовку на разных уровнях скорости, регулировать выходной ток на индукторе, а это дает возможность выбрать правильный режим процесса закалки и получить равномерно твердую поверхность заготовки.

Принципиальная схема индукционной установки ТВЧ для самостоятельной сборки была приведена в предыдущей статье.

Индукционную высокочастотную закалку можно охарактеризовать двумя основными параметрами: степенью твердости и глубиной закалки поверхности. Технические параметры выпускаемых на производстве индукционных установок определяются мощностью и частотой работы. Для создания закаленного слоя применяют индукционные нагревающие устройства мощностью 40-300 кВА при показателях частоты в 20-40 килогерц либо 40-70 килогерц. Если необходимо провести закалку слоев, которые находятся глубже, стоит применять показатели частот от 6 до 20 килогерц.

Диапазон частот выбирается, исходя из номенклатуры марок стали, а также уровня глубины закаленной поверхности изделия. Существует огромный ассортимент комплектаций индукционных установок, что помогает выбрать рациональный вариант для конкретного технологического процесса.

Технические параметры автоматических станков для закалки определяются габаритными размерами используемых деталей для закалки по высоте (от 50 до 250 сантиметров), по диаметру (от 1 до 50 сантиметров) и массе (до 0,5 т, до 1т, до 2т). Комплексы для закалки, высота которых составляет 1500 мм и больше, оснащены электронно-механической системой зажима детали с определенным усилием.

Высокочастотная закалка деталей осуществляется в двух режимах. В первом каждое устройство индивидуально подключается оператором, а во втором – происходит без его вмешательств. В качестве среды закалки обычно выбирают воду, инертные газы или полимерные составы, обладающие свойствами по теплопроводности, близкими к маслу. Среда закалки выбирается в зависимости от требуемых параметров готового изделия.

Технология закалки ТВЧ

Для деталей или поверхностей плоской формы маленького диаметра используется высокочастотная закалка стационарного типа. Для успешной работы расположение нагревателя и детали не меняется.

При применении непрерывно-последовательной ТВЧ закалки, которая чаще всего используется при обработке плоских или цилиндрообразных  деталей и поверхностей, одна из составляющих системы должна перемещаться. В таком случае либо нагревающее устройство перемещается по направлению к детали, либо деталь движется под нагревающим аппаратом.

Для нагрева исключительно цилиндрообразных деталей небольшого размера, прокручивающихся единожды, применяют непрерывно-последовательную высокочастотную закалку тангенциального типа.

Структура металла зубца шестерни, после закалки ТВЧ методом

После совершения высокочастотна нагрева изделия совершают его низкий отпуск при температуре 160—200°С. Это позволяет увеличить износостойкость поверхности изделия. Отпуски совершаются в электропечах. Еще один вариант – совершение самоотпуска. Для этого необходимо чуть раньше отключить устройство, подающее воду, что способствует неполному охлаждению. Деталь сохраняет высокую температуру, которая нагревает закаленный слой до температуры низкого отпуска.

После совершения закалки также применяется электроотпуск, при котором нагрев осуществляется при помощи ВЧ установки. Для достижения желаемого результата нагрев производится с более низкой скоростью и более глубоко, чем при поверхностной закалке. Необходимый режим нагрева можно определить методом подбора.

Для улучшения механических параметров сердцевины и общего показателя износостойкости заготовки нужно провести нормализацию и объемную закалку с высоким отпуском непосредственно перед поверхностной закалкой ТВЧ.

Сферы применения закалки ТВЧ

Закалка ТВЧ используется в ряде технологических процессов изготовления следующих деталей:

  • валов, осей и пальцев;
  • шестеренок, зубчатых колес и венцов;
  • зубьев или впадин;
  • щелей и внутренних частей деталей;
  • крановых колес и шкивов.

Наиболее часто высокочастотную закалку применяют для деталей, которые состоят из углеродистой стали, содержащей полпроцента углерода. Подобные изделия приобретают высокую твердость после закалки. Если наличие углерода меньше вышеуказанного, подобная твердость уже недостижима, а при большем проценте скорее всего возникнут трещины при охлаждении водяным душем.

В большинстве ситуаций закалка токами высокой частоты позволяет заменить стали, прошедшие легирование, более недорогими – углеродистыми. Это можно пояснить тем, что такие достоинства сталей с легирующими добавками, как глубокая прокаливаемость и меньшее искажение поверхностного слоя, для некоторых изделий теряют значение. При высокочастотной закалке металл становится более прочным, а его износостойкость возрастает. Точно так же, как углеродистые используются хромистые, хромоникелевые, хромокремнистые и многие другие виды сталей с низким процентом легирующих добавок.

Преимущества и недостатки метода

Преимущества закалки токами ВЧ:

  • полностью автоматический процесс;
  • работа с изделиями любых форм;
  • отсутствие нагара;
  • минимальная деформация;
  • вариативность уровня глубины закаленной поверхности;
  • индивидуально определяемые параметры закаленного слоя.

Среди недостатков можно выделить:

  • потребность в создании специального индуктора для разных форм деталей;
  • трудности в накладке уровней нагрева и охлаждения;
  • высокая стоимость оборудования.

Возможность использования закалки токами ВЧ в индивидуальном производстве маловероятна, но в массовом потоке, например, при изготовлении коленчатых валов, шестеренок, втулок, шпинделей, валов холодной прокатки и др., закалка поверхностей ТВЧ приобретает все более широкое применение.

ТВЧ — это закалка: особенности, оборудование, достоинства

После изготовления металлических деталей, на производстве проводят дополнительную обработку чтобы улучшить характеристики материала. ТВЧ — это закалка стали, которая проводится с помощью воздействия токов высокой частоты. Применяется на производстве.

ТВЧ закалка стали (Фото: Instagram / prom_marcket)

Что такое ТВЧ-закалка?

ТВЧ закалка — поверхностное термическое воздействие на сталь, которое проводится при подаче тока высокой частоты. После проведения технологического процесса показатели прочности, твердости увеличиваются, что повышает эксплуатационные характеристики изделия. Технологический процесс состоит из нескольких этапов:

  • нагрев до высокой температуры;
  • выдержка в одном температурном режиме;
  • охлаждение.

Глубина закалки ТВЧ зависит от длительности каждого из этапов.

При разогреве стали токами высокой частоты важно правильно выполнить охлаждение. Для этого заготовку погружают в ёмкость с охлаждающей жидкостью или на обработанную поверхность разбрызгивается масло, вода, эмульсия.

С помощью оборудования, на котором проводится процесс закалки стали, можно выполнить ТВЧ-пайку. Для этого на рабочую поверхность подаётся ток ещё большей частоты.

Сферы применения

Термическое воздействие необходимо для того чтобы улучшить характеристики изделия. ТВЧ подвергаются следующие детали:

  • зубья;
  • шестерни;
  • шкивы;
  • валы;
  • оси;
  • крановые колеса.

Нагрев токами высокой частоты применяется к изделиям из углеродистой стали. Если в них содержится не более 0,5% углерода, после обработки они приобретут высокие показатели прочности, твердости. Если процент углерода ниже, достигнуть необходимых характеристик не получится.

Шестерни (Фото: Instagram / tokar_116)

Достоинства и недостатки

Любой метод обработки металлов обладает сильными и слабыми сторонами. Преимущества:

  1. У изделий, прошедших закалку токами высокой частоты остаётся мягкая середина. Это делает их устойчивее к пластической деформации.
  2. Глубину закалки можно отрегулировать.
  3. Металлическая поверхность непродолжительное время подвергается нагреву. Благодаря этому не происходит процессов окисления.
  4. Возможность обрабатывать изделия различной формы, размера.
  5. На поверхности заготовок не образуется нагар.
  6. Минимальное изменение габаритов после проведения технологического процесса. Это позволяет использовать незначительный припуск на готовую деталь.

Недостатки:

  1. Для работы в мастерской или гараже приобретать оборудование невыгодно, поскольку оно дорого стоит.
  2. Индукционную установку невозможно создать своими руками.

Станки применяются при серийном производстве износоустойчивых деталей.

Как выбирается температура

Чтобы провести качественную закалку стальной заготовки, нужно выбрать температурный режим обработки, который зависит от вида обрабатываемого материала:

  1. Доэвтектоидные стали — содержат менее 0.8% углерода. Во время обработки их разогревают до температуры 850 градусов. После нагрева детали быстро охлаждают. Её погружают в ванную с охлаждающей жидкостью.
  2. Заэвтектоидные стали — содержат более 0.8% углерода. Разогреваются до температуры 800 градусов. Таким образом происходит неполная закалка.

Особенности индукционного воздействия на металлические поверхности не позволяют обрабатывать стали, процентное содержание углерода в которых не превышает 0.5%. Для завершения технологического процесса нужно устранить возникшее напряжение между сердцевиной и поверхностью изделия. Чтобы сделать это, проводится низкотемпературный отпуск. Заготовка помещается в печь, разогретую до температуры 200 градусов по Цельсию. Когда температура упадёт, изделию дают остыть при комнатной температуре.

Закалка стали (Фото: Instagram / redventru)

Охлаждение детали

Охлаждение — заключительный этап. Важные условия — скорость, равномерность. При охлаждении применяется два метода:

  1. Деталь помещают в бак с охлаждающей жидкость.
  2. Поверхность заготовки покрывается слоем охлаждающей жидкости с помощью спреера.

Индуктор, используемый для работы с металлическими изделиями, оборудуется дополнительной системой охлаждения. Она представляет собой медные трубки, по которым циркулирует вода. Охлаждение происходит благодаря отверстиям, прорезанных в трубках, из которых вода попадает на рабочую поверхность.

Индукционная установка

Чтобы провести разогрев токами высокой частоты, нужно использовать индукционное оборудование. Оно состоит из высокочастотного генератора, индуктора. Заготовку устанавливают внутри индуктора или рядом с ним. Он представляет собой катушку, на которой закрепляется медная трубка. Габариты, форма индуктора может изменяться в зависимости от размера обрабатываемой детали.

После включения оборудования индуктор генерируют магнитное поле, которое проходит через изделие. Вихревые токи, образующиеся во время обработки, разогревают поверхностные слои стали. Чтобы увеличить глубину проработки детали, нужно повысить частоту тока.

Бывает несколько типов конструкции индуктора:

  1. Валы, отверстия, колеса закаливаются с помощью многовитковых установок.
  2. Рабочую часть инструментов обрабатывают с помощью петлевых аппаратов.
  3. Если деталь сложной формы, применяется фасонная установка.

Помимо конструкции используемого оборудования, изменяют режимы проведения работ:

  1. Одновременная. Нагреву подвергается выбранная зона заготовки. После разогрева деталь равномерно охлаждается.
  2. Непрерывно-последовательная. Зоны, которые требуется подвергнуть обработке, нагреваются последовательно. Для этого заготовка или индуктор смещается. Когда одна зона была разогрета и рабочий сместил индуктор, она начинает охлаждаться.

При обработке нужно удерживать одно расстояние между индуктором, рабочей поверхностью на всем рабочем промежутке. Важно не допускать соприкосновения оборудования и заготовки. Это приведёт к нарушению структуры материала.

Одновременный разогрев изделий подразумевает использование большой мощности. Это повышает затраты электроэнергии. Из-за этого при обработки крупногабаритных заготовок применяют режим непрерывно-последовательной закалки.

ТВЧ — технология, направленная на изменение характеристик металлической заготовки. Разогревание изделия высокочастотными токами увеличивает показатели твердости, прочности. Важно равномерно провести разогрев, охлаждение. ТВЧ актуально использовать при многосерийном производстве.

ТВЧ закалка — сущность процесса, особенности установок, плюсы и минусы процесса

Просмотров 36 Опубликовано Обновлено

Прочность элементов в особо ответственных стальных конструкциях во многом зависит от состояния узлов. Поверхность деталей играет не последнюю роль. Для придания ей необходимой твердости, стойкости или вязкости проводятся операции термической обработки. Упрочняют поверхность деталей различными методами. Один из них – закалка токами высокой частоты, то есть ТВЧ. Он относится к наиболее распространенным и очень производительным способом во время крупносерийного производства различных конструкционных элементов.

Подобная термообработка применяется как целиком к деталям, так и к отдельным их участкам. В этом случае целью является достижение определенных уровней прочности, тем самым повышая срок эксплуатации и эксплуатационные характеристики.

Технология используется для усиления узлов технологического оборудования и транспорта, а также при закаливании различного инструмента.

Сущность технологии

ТВЧ закалка – это улучшение прочностных характеристик детали за счет способности электрического тока (с переменной амплитудой) проникать в поверхность детали, подвергая ее нагреву. Глубина проникновения благодаря магнитному полю может быть различной. Одновременно с поверхностным нагревом и закаливанием сердцевина узла может быть не прогретой вовсе или лишь незначительно повысить свою температуру. Поверхностный слой обрабатываемого изделия образовывает необходимую толщину, достаточную для прохождения электрического тока. Данный слой представляет собой глубину проникновения электротока.

Эксперименты доказали, что увеличение частоты тока способствует уменьшению глубины проникновения. Данный факт открывает возможности для регулирования и получения деталей с минимальным закаленным слоем.

Термообработка ТВЧ осуществляется в специальных установках – генераторах, умножителях, преобразователях частоты, позволяющих осуществлять регулировку в необходимом диапазоне. Помимо частотных характеристик на конечную закалку оказывают влияние габариты и форма детали, материал изготовления и используемый индуктор.

Выявлена также следующая закономерность – чем меньше изделие и чем более простая у него форма, тем лучше проходит процесс закаливания. При этом также снижается общий расход электроэнергии установки.

Индуктор медный. На внутренней поверхности часто имеются дополнительные отверстия, предназначенные для подачи воды при охлаждении. В этом случае процесс сопровождается первичным нагревом и последующем охлаждении без подачи тока. Конфигурации индукторов различны. Выбираемое устройство непосредственно зависит от обрабатываемой заготовки. В некоторых аппаратах отсутствуют отверстия. В такой ситуации охлаждается деталь в особом закалочном баке.

Основным требованием к процессу ТВЧ закалки является сохранение постоянного зазора между индуктором и изделием. При сохранении заданного промежутка качество закаливания становится наиболее высоким.

Упрочнение может производится одним из способов:

  • Непрерывно-последовательный: деталь неподвижна, а индуктор движется вдоль ее оси.
  • Одновременный: изделие движется, а индуктор – наоборот.
  • Последовательный: происходит поочередная обработка различных частей.

Особенности индукционной установки

Установка для ТВЧ закалки является высокочастотным генератором совместно с индуктором. Обрабатываемое изделие располагается как в самом индукторе, так и рядом с ним. Он представляет собой катушку, на которой накручена трубочка из меди.

Переменный электрический ток при прохождении через индуктор создает электромагнитное поле, проникающее в заготовку. Оно провоцирует развитие вихревых токов (токов Фуко), которые проходят в структуру детали и повышают ее температуру.

Главная особенность технологии – проникновение вихревого тока в поверхностную структуру металла.

Повышение частоты открывает возможности для концентрации тепла на малом участке детали. Это увеличивает скорость поднятия температуры и может достигать до 100 – 200 градусов/сек. Степень твердости увеличивается до 4 единиц, что исключено во время объемного закаливания.

Индукционный нагрев – характеристики

Степень индукционного нагрева зависит от трех параметров – удельная мощность, время нагревания, частота электротока. Мощность определяет время, потраченное на нагрев детали. Соответственно при большем значении времени затрачивается меньше.

Время нагревания характеризуется общим объемом затраченного тепла и развиваемой температурой. Частота, как было сказано выше, определяет глубину проникновения токов и образованного закаливаемого слоя. Эти характеристики имеют обратную зависимость. При увеличении частоты, снижается объемная масса нагретого металла.

Именно данные 3 параметра позволяют в широком диапазоне регулировать степень твердости и глубину слоя, а также объем нагрева.

Практика показывает, что контролируются характеристики генераторной установки (значения напряжения, мощности и силы тока), а также время нагревания. Степень нагревания детали может контролироваться с помощью пирометра. Однако в основном непрерывный контроль температуры не требуется, т.к. существуют оптимальные режимы нагревания ТВЧ, обеспечивающие стабильное качество. Подходящий режим выбирается с учетом измененных электрических характеристик.

После закалки изделие отправляют в лабораторию на исследование. Изучается твердость, структура, глубина и плоскость распределенного закаливаемого слоя.

Поверхностная закалка ТВЧ сопровождается большим нагревом в сравнении с обычным процессом. Объясняется это следующим образом. В первую очередь, высокая скорость повышения температуры способствует увеличению критических точек. Во вторую, необходимо в короткий срок обеспечить завершение превращения перлита в аустенит.

Высокочастотное закаливание, в сравнении с обычным процессом, сопровождается более высоким нагревом. Однако металл не перегревается. Объясняется это тем, что зернистые элементы в стальной структуре не успевают разрастись за минимальное время. Кроме этого объемная закалка имеет прочность ниже до 2-3 единиц. После закалки ТВЧ деталь обладает большей износостойкостью и твердостью.

Как выбирается температура?

Соблюдение технологии должно сопровождаться правильным выбором температурного диапазона. В основную очередь все будет зависеть от обрабатываемого металла.

Сталь классифицируется на несколько типов:

  • Доэвтектоидная – содержание углерода до 0,8%;
  • Заэвтектоидная – более 0,8%.

Металл с содержанием углерода не подвергается закалке, так как получается очень низкая твердость.

Доэвтектоидная сталь нагревается до значения чуть большего, чем необходимо для преобразования перлита и феррита в аустенит. Диапазон от 800 до 850 градусов. После этого деталь с высокой скоростью охлаждается. После резкого остывания аустенит преобразовывается в мартенсит, имеющий высокую твердость и прочность. При небольшом времени выдержки получается аустенит мелкозернистой структуры, а также мелкоигольчатый мартенсит. Сталь получает высокую твердость и небольшую хрупкость.

Заэвтектоидная сталь нагревается меньше. Диапазон от 750 до 800 градусов. В этом случае производится неполная закалка. Объясняется это тем, что подобная температура позволяет сохранить в структуре некоторый объем цементита, имеющего более высокую твердость в сравнении с мартенситом. При быстром охлаждении аустенит преобразовывается в мартенсит. Цементит же сохраняется мелкими включениями. Зона также сохраняет не растворившийся полноценно углерод, превратившийся в твердый карбид.

Достоинства технологии

  • Контролирование режимов;
  • Замена легированной стали на углеродистую;
  • Равномерный процесс прогрева изделия;
  • Возможность не нагревать всю деталь полностью. Снижение энергопотребления;
  • Высокая получаемая прочность обработанной заготовки;
  • Не происходит процесс окисления, не сжигается углерод;
  • Нет микротрещин;
  • Отсутствуют коробленые точки;
  • Нагрев и закаливание определенных участков изделий;
  • Снижение временных затрат на процедуру;
  • Внедрение при изготовлении деталей ТВЧ установок в технологические линии.

Недостатки

Главным минусом рассматриваемой технологии является значительная цена установки. Именно по этой причине целесообразность применения оправдывается лишь на крупносерийном производстве и исключает возможность проведения работы своими руками в домашних условиях.

Более подробно работу и принцип действия установки изучите на представленных видео.

Поверхностная закалка стали токами высокой частоты

Стальные детали, которые испытывают значительные истирающие, изгибающие и вращающие нагрузки, должны иметь высокую твердость поверхности. При этом к сердцевине предъявляются совсем другие требования. Центр детали должен быть невосприимчив к ударам и быть способным к упругим деформациям, что возможно только при небольшой твердости.

Закалка ТВЧ обеспечивает стали высокую прочность и сопротивление истиранию

 

Эти противоречивые требования обусловили появление методов поверхностной закалки стали, которые не изменяют внутреннюю структуру заготовки.

Значительной эффективностью обладает закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Она заключается в разогреве поверхности металла электрическим током до определенной температуры, после чего выполняется быстрое охлаждение. Закалка ТВЧ обеспечивает стали высокую прочность и сопротивление истиранию. При этом технологический процесс полностью соответствует принципам массового промышленного производства и в зависимости от способа выполнения позволяет придать деталям разную прочность.

Существуют другие способы придать поверхности стали высокую прочность, такие как цементация и азотирование. Однако закалка ТВЧ обладает следующими достоинствами:

  • Высокая твердость обработанной детали;
  • Значительная производительность;
  • Возможность варьирования толщины закаленного слоя в широких пределах;
  • Не происходит образование окалины;
  • Возможность полной автоматизации процесса;
  • Низкая вероятность образования брака – появления трещин и коробления поверхности;
  • Не используются ядовитые или горючие вещества;
  • Возможность обработки отдельных элементов детали;
  • Отсутствуют продукты горения, нуждающиеся в отводе.

Технологический процесс при закалке ТВЧ

Обрабатываемую деталь помещают внутрь медной трубки, согнутой по форме детали, которая называется индуктором. При прохождении через индуктор тока высокой частоты создается магнитное поле. Оно проникает в обрабатываемую деталь, и способствуют образованию в ней вихревых токов Фуко, которые приводят к нагреву детали.

Особенностью действия ТВЧ является неравномерное образование вихревых токов в детали. Их плотность вблизи поверхности детали. Результатом этого является очень быстрый нагрев поверхности до температур, достаточных для закалки. При этом сердцевина подвергается минимальному нагреву. В зависимости от параметров процесса толщина нагреваемого приповерхностного слоя стали, который называется глубиной проникновения тока, может значительно различаться. Вторым основным параметром процесса выступает твердость поверхностного слоя.

После нагрева производится быстрое охлаждение детали. Для этого на деталь подают жидкое закалочное вещество, которым может выступать вода, масло, растворы солей, а в последнее время и полимеры. Скорость охлаждения оказывает значительное влияние на твердость стали. Наиболее быстрое охлаждение наблюдается в воде и растворах на её основе, однако не все стали рекомендуется обрабатывать таким образом.

Оборудование для закалки ТВЧ

Установки ТВЧ должны обеспечивать высокую скорость нагрева металла. Иначе будет происходить передача тепла внутрь детали, что снизит эффективность процесса. Для этого используют магнитные сердечники различной конструкции. Они обеспечивают концентрацию вихревых токов вблизи поверхности детали. Вторым требованием является подача охлаждающей жидкости в определенном количестве, чтобы быстро охлаждать поверхность детали. Для соблюдения технологического процесса необходимо учитывать температуру жидкости и скорость её подачи.

Современные автоматизированные комплексы для закалки стали состоят из установки ТВЧ, включающей набор индукторов, и закалочного станка. Конструкция этого станка включает элементы для крепления детали и её вращения. Он выполняет перемещение индуктора вдоль детали и подает закалочную жидкость на деталь. Неиспользованная жидкость, попавшая на деталь, собирается и используется повторно. Некоторые комплексы имеют возможность переключения между двумя и более закалочными жидкостями.

Основными параметрами установок ТВЧ является мощность и частота тока. В промышленности используется оборудование мощностью от 40 до 300 кВт. Частота находится в пределах 7-70 кГц. Если мощность установки является постоянным параметром, определенным во время изготовления, то рабочую частоту можно варьировать. При повышении толщина обрабатываемого слоя уменьшается.

Оборудование для закалки ТВЧ производится для работы с заготовками высотой от 500 до 2500 мм с шагом 500 мм. Диаметр заготовки может находиться в пределах 10 – 500 мм, а масса 500 – 2000 кг.

Современные закалочные комплексы могут работать в автоматическом режиме по заложенной программе. Все параметры процесса – частота тока, скорость перемещения индуктора и пр. будут выставлены автоматически. Также возможна работа в ручном режиме.

процесс, способы, параметры, плюс и минусы

ТВЧ закалка - это упрочнение поверхности детали с помощью токов высокой частоты (ТВЧ).

Процедура необходима для повышения срока службы стальных конструкций за счет улучшения таких качеств как прочность и надежность. Такая термическая обработка применяется как к деталям, так и к их отдельным их частям. В процессе закалки ТВЧ происходит усиление узлов оборудования, либо закаливание инструментов. Рассмотрим особенности ТВЧ закалки подробнее.

 

Технология ТВЧ

Ранее мы пояснили, что ТВЧ - это токи высокой частоты. В процессе закалки детали электроток с переменной амплитудой проникает в ее поверхность с нагревом. От того, насколько высокой будет частота тока, зависит глубина его проникновения в поверхность детали (опыты показывают, что глубина уменьшается). Это дает возможность получать детали с минимальным слоем закалки.

 

Как происходит закалка ТВЧ?

Все начинается со специальной установки (высокочастотный генератор с индуктором), с помощью которой можно регулировать частоту тока в нужном диапазоне. Индуктор установки медный, по форме представляет собой катушку. Внутри него есть медная трубка и отверстия, через которые проходит вода для охлаждения уже без подачи тока. Принцип работы установки прост: электроток проходит через индуктор, в результате чего создается электромагнитное поле. Оно попадает в заготовку и влечет развитие вихревых токов. Далее эти токи проходят в поверхность детали и происходит нагрев.

Существуют различные модели индукторов. При выборе устройства нужно обращать внимание на заготовку, которую предстоит обработать. Но самое важное в процессе закалки ТВЧ - сохранять расстояние между индуктором и самим изделием. Это влияет на качество термообработки и  на итоговый результат, конечно же.

Кроме того, на результат термообработки ТВЧ влияют:

  1. Габариты и форма детали;
  2. Материал;
  3. Используемый индуктор.

Эффективней и экономичнее всего проводить закаливание меньших деталей, обладающих простой формой.

 

Способы закалки ТВЧ
  1. Непрерывно-последовательный
    • При таком способе сама деталь статична, в то время как индуктор движется вдоль ее оси.
  2. Одновременный
    • Противоположный первому способу - теперь индуктор статичен, а деталь движется.
  3. Последовательный
    • Несколько частей одного изделия обрабатываются по очереди.

 

Параметры индукционного нагрева
  1. Удельная мощность;
  2. Время нагрева;
  3. Частота электрического тока.

С помощью этих трех параметров меняется твердость, глубина и нагрев. Чем выше мощность, тем меньше времени уходит на нагрев изделия. Последнее можно охарактеризовать также общим количеством затраченного тепла и температурой. Мы уже уточнили, что частота тока определяет глубину его попадания в поверхность слоя. Увеличение частоты тока снижает массу нагретого материала.

Как только процесс закаливания ТВЧ завершен, деталь отправляется в лабораторию для дальнейшей проверки, в ходе которой исследуют твердость, структуру, глубину и плоскость слоя.

Так, при проведении закаливания поверхности, используют больший нагрев, чем обычно. Высокая скорость повышения температуры влечет увеличение числа критических точек. Высокочастотное закаливание проходит с высоким нагреванием.

Температура ТВЧ

Выбор температуры обработки зависит от стали, она бывает доэвтектоидная (углерод до 0,8%), либо заэвтектоидная (углерод более 0,8%). В первом случае материал нагревается чуть больше необходимого значения, после чего быстро охлаждается за счет диапазона преобразования перлита и феррит в аустенит от 800 до 850 градусов. Заэвтектоидная сталь нагревается в диапазоне от 750 до 800 градусов, из-за этого закалка неполная.

 

Плюсы и минусы закалки ТВЧ

Плюсы:

  1. Контроль режимов;
  2. Замена легированной стали на углеродистую;
  3. Равномерный прогрев детали;
  4. Возможность термообработки отдельных частей детали;
  5. Повышение прочности детали;
  6. Отсутствует окисление и микротрещины;
  7. Нет коробленных точек;
  8. Процесс не требует много времени;
  9. Использование ТВЧ установок в технологические линии.

Минусов у технологии закаливания токами высокой частотности гораздо меньше. В качестве основного недостатка выделяют стоимость установки. Поэтому применение технологии ТВЧ может быть оправдано на крупносерийном производстве. В домашних условиях такая закалка стали невозможна.

 

Услуги термообработки в любом городе России представлены в нашем каталоге.

Портал ПромМаркет тщательно проверяет компании, предоставляющие услуги по металлообработке. Мы со знанием дела отбираем надежных исполнителей, а Вы с помощью удобной формы на сайте сможете выбрать компанию по наиболее предпочтительным критериям.

Если же Вы сами занимаетесь металлообработкой, зарегистрируйтесь прямо сейчас.

 

 

 

 

09.12.2019

Применение закалки высокочастотным током и поверхностной пластической деформации для увеличения износостойкости контактов

  • 1.

    Полученные уравнения (3) и (4) могут быть использованы с определенной аппроксимацией (моделирование методом аналогии \ ldroller \ rd) для расчета допустимых напряжений для расчета контактных пар из стали 40Х, которые подвергаются закалке ТВЧ с низким отпуск и закалка прокатки, которые работают в условиях прокатки с незначительным проскальзыванием.

  • 2.

    Для инструмента, использованного в нашем исследовании, мы рекомендуем выполнять прокатку за один проход с минимально возможной осевой продольной подачей. При использовании других генерирующих роликов необходимо выбирать нагрузку, учитывая, что оптимальная нагрузка в настоящем исследовании была P = 1200 Н, для которой максимальное нормальное контактное напряжение из уравнений Герца-Беляева σ e = (3P / 2 а б) (1/3) = 2600 МПа.

    При прокатке однобалочным устройством количество проходов может быть увеличено.

  • 3.

    Метод, использованный в настоящем исследовании, рекомендуется для разработки оптимального режима упрочнения при прокатке компонентов для обеспечения максимальной усталостной прочности, коррозионной стойкости, чувствительности к концентраторам напряжений и т. Д.

    В этих случаях для каждого конкретного случая следует разрабатывать другие математические модели функции Q с учетом особенностей исследуемой характеристики.

  • 4.

    Наибольшее влияние на контактную выносливость оказывает твердость, тогда как внутренние напряжения и микрогеометрия имеют второстепенное значение.

  • (PDF) Особенности упрочнения стальной поверхности при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты и ливневом охлаждении

    3. Результаты и обсуждение

    Это явление можно объяснить следующим образом.В этих условиях источник энергии движется медленно, другими словами, скорость теплопередачи выше, чем скорость движения источника. Поэтому при

    в начальный момент нагрева плавления металла не наблюдается (рисунок 3). В определенный момент времени

    температура на глубине около 0,2 мм достигает значений температуры плавления металла (кривая 2

    , рисунок 3). В этом случае в приповерхностном слое в зоне

    , расположенной непосредственно под индуктором, образуется ограниченный объем расплавленного металла.Тепловое расширение расплава приводит к увеличению давления этого объема на

    . Поверхностный металлический слой, нагретый до высоких температур (кривая 1, рисунок 3)

    превращается в пластик. Это приводит к плавлению в форме кинжала, другими словами, расплавленный металл выбрасывается из нижележащего слоя

    , оставляя кратер (отверстие) на поверхности образца, а также бусинки и капли расплавленного металла

    ( Рисунок 5).

    Примечательно, что при определенных сочетаниях режимов поверхностного упрочнения плавление материала

    может начаться на поверхностном слое.Но, как видно на рисунке 5, следов плавления металла

    до отверстия не наблюдается. Отсутствие следов плавления после отверстия объясняется уменьшением зазора между активным индуктивным проводом и обрабатываемой поверхностью на

    при выбросе расплавленного металла на

    , что приводит к увеличению напряженность магнитного поля между индуктором

    и нагретым образцом. Это, в свою очередь, увеличивает удельное механическое усилие отталкивания между

    индуктором и заготовкой, что приводит к упругой деформации проводящих медных трубок и, как следствие

    , к увеличению зазора и снижению удельной плотности нагрева.После прохождения зоны плавления

    величина зазора восстанавливается за счет упругости индуктора и цикл нагрева поверхности заготовки

    повторяется. Периодическое образование расплавов металлов (рис.

    4) вызвано этим циклическим процессом. Важным моментом является отсутствие замыкания активного провода индуктора

    и обрабатываемой поверхности, что могло бы привести к короткому замыканию и плавлению меди

    в активном проводе индуктора и, как следствие, его разрушению.Рентгеновский микроанализ расплавленного слоя

    показал отсутствие следов меди в расплаве (рис. 6), что еще раз подтверждает эту идею.

    Как показано на рисунке 4, выброс расплавления не происходит по всей ширине образца

    ; вместо этого он проходит в двух местах. Это связано с относительно трудоемкой технологией производства индукторов HEH HFC

    . Абсолютную линейность активного провода индуктора

    обеспечить сложно.Его профиль имеет отклонения от линейности порядка 0,02 ... 0,04 мм, что, несомненно, влияет на уровень удельной плотности нагрева. Наиболее глубокое плавление происходит именно в двух зонах с минимальным зазором

    между индуктором и обрабатываемой поверхностью.

    ab

    Рис. 5. Отверстие на поверхности образца после выброса расплава (a) и фрагмент

    внутри отверстия (b)

    Материалы и технологии нового поколения в современном материаловедении IOP Publishing

    IOP Conf .Серия: Материаловедение и инженерия 156 (2016) 012025 doi: 10.1088 / 1757-899X / 156/1/012025

    Высокочастотная термообработка | Корпорация ОНЕКС

    Технология высокочастотной термообработки

    Проще говоря, высокочастотная закалка - это термическая обработка, которая включает нагрев или охлаждение только необходимой области детали. Это также называется индукционной закалкой и сокращенно IH.

    Краткий обзор этого процесса поясняется ниже.

    (1) Используйте электромагнитную индукцию

    Электромагнитная индукция включает в себя размещение двух катушек близко друг к другу - катушка A подключена к источнику питания, а катушка B изолирована (обе катушки не контактируют друг с другом) - а затем создание магнитного поля путем включения источника питания, что немедленно индуцирует электрический ток в катушке B. То же явление происходит при отключении питания. Возникновение электричества в катушке B называется явлением электромагнитной индукции.

    (2) Подайте тепло на деталь с помощью наведенного электрического тока

    Используя электрический ток, индуцированный электромагнитной индукцией (вихревой ток), катушка B заменяется реальной частью (металлом), в которую будет течь электрический ток.
    Сопротивление будет производить тепло Джоуля, когда ток электричества течет в деталь, вызывая нагрев самой детали. Таким образом, тепло применяется эффективно с использованием метода прямого нагрева.

    (3) Подавайте тепло только на необходимую площадь и глубину

    Затем тепло применяется только к необходимой области путем механической обработки формы катушки A, чтобы имитировать форму области детали, требующей термообработки.
    Чем выше частота источника питания, тем больше индуцированный электрический ток будет концентрироваться на поверхности детали. Это называется скин-эффектом. Частоту можно выбрать в зависимости от формы (размера) детали и желаемой глубины твердости.

    Преимущества ONEX

    Диапазон частот, используемых в этом процессе, составляет от 20 до 400 кГц, или от средних до высоких частот. В качестве источника колебаний мы используем вакуумную трубку для обработки всего диапазона размеров деталей, от крупногабаритных до высокоточных. Для деталей вала роботы обеспечивают одновременную закалку по четырем осям. Мы также можем обрабатывать детали, которые создают проблемы для производственной линии, такие как многоступенчатые шкивы с V-образной канавкой. Поскольку нагревательная спираль обрабатывается на заводе (некоторые детали обрабатываются снаружи), мы можем сократить время выполнения заказа до пробной обработки.В качестве охлаждающей жидкости мы используем не только водный раствор, но и маслоохладители, которые позволяют обрабатывать и большие шестерни.
    Еще одно из наших преимуществ заключается в том, что мы предлагаем термическую очистку, науглероживание и газовую нитроцементацию на одной и той же установке, что означает, что мы можем легко приспособить гибридные виды обработки, включающие науглероживание и высокочастотную закалку, газовую нитроцементацию и высокочастотную закалку.

    Установка для локальной закалки осей токами высокой частоты

    Изобретение относится к термической обработке.Установка для местного упрочнения осей токов высокой частоты содержит контур индуктивности с индошиновой проволокой и ротор в виде диска с отверстиями для осей. Ротор можно вращать для настройки осей коаксиальной катушки. Питание установки осуществляется от источника тока, соединенного с индуктором, рычагами, секвенсором и плунжером с микрометрическим винтом, установленным соосно индуктору. Барабан выполнен в виде кулачкового вала с регулируемой фазой поворота кулачка и связан с рычагами.Ротор снабжен приводом вращения, содержащим фиксатор разделительного диска, установленный соосно с ротором, и втулки крепления осей с пазами. В пазах находится кольцевая пружина. Индуктивная проволока индуктора выполнена в виде двух гильз с проточкой, в которой размещено экранирующее устройство. Изобретение позволит повысить работоспособность, качество тренировок, снизить энергозатраты. 2 ил. Изобретение относится к термообработанным изделиям, в частности к устройствам для индукционной закалки токами высокой частоты.Известна машина для индукционной закалки токами Высоко с источником тока, устройство для нагружения деталей (см. А.с. № 1254032, МКИ 21 Д 1/10, 1986 г.). Недостатками этой машины являются: ограниченная производительность, невозможность термической обработки осей из-за неравномерного нагрева деталей, большого расхода электроэнергии. Известна машина для локального нагрева осей из проката, содержащая поворотный диск с пазами для деталей, катушку с прорезями, установленную соосно с приводом и соединенную с Источник питания, привод вращения приводного устройства, скачать детали (и см.с участием. No. I6I7008, MKI 21 D 1/10, 1/42, 1990). Устройство используется в качестве прототипа. Недостатками этого устройства являются: неравномерность электромагнитного поля по периметру деталей, регулирование времени нагрева компонентов осуществляется заменой приводных элементов конструкции, высокое энергопотребление за счет того, что использование щелевого дросселя требует постоянного переключения источника тока. Изобретение решает задачи: повышение производительности, качества, снижение энергозатрат.Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в следующем: создание установки, обеспечивающей локальный нагрев опорной поверхности с точностью сохранения общей механической прочности. Указанный технический результат достигается тем, что установка на локальный упрочнение осей высокочастотных токов, содержащих петлю индуктивности с индукционной проволокой, а ротор в виде диска с отверстиями для установленных осей может поворачиваться для установки осей коаксиальной катушки, новым является то, что она предусмотрена за счет источника тока, соединенного с индуктором, рычагами, барабан выполнен в виде кулачкового вала с регулируемым фазовым поворотом кулачка и соединен с рычагами, а плунжер с микрометрическим винтом установлен соосно с катушкой, и ротор снабжен приводом вращения, содержащим фиксатор разделительного диска, установленный соосно с ротором, и втулки крепления осей с пазами, в которых имеется контур Пружина и индуктивно-проволочный индуктор выполнены в виде двух гильз с пазом, в котором размещено экранирующее устройство.Поставка монтажных инструментов и аппаратов выполнена в виде кулачкового вала с регулируемой фазой поворота кулачков и связанного с ним рычага, позволяющего управлять включением и выключением источника питания, вращением ротора и перемещением деталей относительно инд. Индокитайский проволочный индуктор в виде двух гильз с шириной паза 0,35-0,4 мм позволяет обеспечить равномерный нагрев заготовки. Использование экранирующего устройства обеспечивает переходную зону 0,8..1 мм в зависимости от диаметра. части.Использование толкателя с микрометрическим винтом позволяет регулировать зону нагрева. Установка соосно с делительным приводом ротора с фиксатором позволяет уменьшить зазор между поверхностью детали и индошиновой проволокой, что также приводит к обеспечению равномерности нагрева компонентов. .Втулки крепления питающего ротора с пазами, в которых расположена кольцевая пружина, позволяют удерживать детали без дополнительных опорных устройств. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое решение имеет «новизну» и «изобретательский уровень».Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен внешний вид устройства, фиг.2 - индуктор (срез) .Установка для местного упрочнения осей высокочастотного тока включает источник тока 1 частотой 1,76. МГц, к цепи нагрузки, которая подключена к индуктору 2, индуктивно выполнен провод, который выполнен в виде двухступенчатой ​​разъемной втулки 3 с пазом 4 шириной 0,35-0,4 мм, внутри которого находится экранирующее устройство. 5 с экранирующей пластиной 6 и на основании гильзы 7, выбранной экспериментально и соответствует условию 0.4 Втулка 9 вдавливается в периферийную часть ротора с шагом 6, их внутренний диаметр равен диаметру детали с допуском на отверстие. Соосно с ротором на ступице 11 установлены храповик 12 и разделительный диск 13 с фиксатором 14, выполняющим функцию приводного ротора. По оси втулки 11 проходит шток 15, на котором закреплена планка 16 с плунжером 17, имеющим микрометрический винт 18 для регулировки. Устройство снабжено аппаратом, состоящим из вала 19, соединенного с коробкой передач 20 и двигателем 21.Вал имеет кулачок 22 вертикального перемещения штока 15, кулачок 23 с источником тока, кулачок 24 фиксации разделительного диска 13, кулачок 25 отключения источника тока, кулачок 36 вращения храповика. Механизмы принуждения - коромысла 27. Установка снабжена микрочастицами 28 для коммутации тока и емкости 29 с закалочной жидкостью. Установка установлена ​​на пластине 30 с одной степенью свободы регулировки. Устройство работает следующим образом.Детали (прецизионная ось) вставляются в регулировочную втулку 9 ротора 8 и под действием кольцевой пружины 10 удерживаются на месте. Включает электродвигатель 21. Кулачок 26 с помощью рычага 27 поворачивает храповик 12, 6, кулачок 24 за стопорную защелку 14, разделяющую диск 13. Одновременно с этим ротор 8 поворачивается на такой же угол и устанавливает упрочненный элемент. индуктор 2. Кулачок 22 с помощью рычага перемещает шток 15 вниз, плунжер 17 перемещает предмет в индукторе 2 на величину, необходимую для термообработки.Кулачок 23 через переключатель 28 включает источник тока 1. Осуществляет нагрев участка детали. Кулачок 25 отключает источник тока 1 в конце нагрева. Кулачок 22 через рычаг перемещает шток 15 еще ниже и толкатель 17 выталкивает часть индуктора 2 в емкость 29 с затвердевающей жидкостью. Товар погашен. Когда первый вертикально движущийся стержень планки 15 16 выравнивает высоту упрочняемых дополнительных деталей, так что он относительно вала 19 позволяет регулировать время нагрева компонентов.Равномерность нагрева обеспечивается небольшими зазорами между деталью и индуктором, очень узкой канавкой индошиновой проволоки (0,35-0,4 мм), высокой удельной мощностью, передаваемой в поверхностный слой детали на частоте источника питания 1,76 МГц. Допускается использование экранирующего устройства с учетом требований к размеру переходной зоны. Итак, установка была закалена по оси диаметром 1; 1,2; 1,5; 2 мм. Размер переходной зоны определяется в основном теплопроводностью материала и не превышает 0,8...1 мм в зависимости от диаметра детали. Установка соответствует требованиям по качеству термообработки (твердость, величина переходной зоны, внешний вид), обеспечивает высокую производительность (4500 ... 5000 шт.) И редукцию. энергозатрат по сравнению с прототипом (в 7 ... 9 раз).

    ПП

    Установка для местного упрочнения осей высокочастотных токов, содержащая контур индуктивности с индошиновой проволокой и ротор в виде диска с отверстиями для установленных осей с возможностью поворота для установки осей коаксиальной катушки, характеризующийся в том, что он обеспечивается источником тока, соединенным с индуктором, инструментами, аппаратурой, выполненной в микрометрическом винте, установленном соосно катушке, а ротор снабжен приводом вращения, содержащим фиксатор разделительного диска, установленный соосно с ротором, монтажные втулки для осей с пазами, в которых размещена круглая пружина и индуктивно-проволочный индуктор, выполненный в виде двух гильз с пазом, в котором размещено экранирующее устройство.

    Распределение температуры в стальных деталях по глубине при поверхностном упрочнении токами высокой частоты

    [1] Дж. Р. Дэвис, Поверхностное упрочнение стали: понимание основ, «Парк материалов», ASM International, Огайо, (2002).

    [2] Дж. К. Ион, Лазерная обработка инженерных материалов: принципы, методика и промышленное применение.Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, Берлингтон, (2005).

    [3] М.А. Бехар, Р. Энрикес, Поверхностное упрочнение стали методом борирования плазменным электролизом, Материалы и конструкция. 5 (2009) 1726-1728.

    DOI: 10.1016 / j.matdes.2008.07.006

    [4] В.Ю. Скиба, В. Пушнин, И. Ерохин, Д.Ю. Корнев, Анализ напряженно-деформированного состояния материала при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) 64 (2014).

    [5] Я.А. Батаев, М. Голковский, А.А. Батаев, А.А. Лосинская, А. Попелюх, Е.А. Дробязь, Поверхностное упрочнение сталей углеродом невакуумной электронно-лучевой обработкой, Технология поверхностей и покрытий. 242 (2014) 164–169.

    DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2014.01.038

    [6] Н.Плотникова, А. Лосинская, В. Скиба, Е. Никитенко, Перспективы внедрения высокоэнергетического нагрева для насыщения поверхности стали углеродом, Прикладная механика и материалы. 698 (2015) 351-354.

    DOI: 10.4028 / www.scientific.net / amm.698.351

    [7] В.Скиба, В. Ивановский, В. Пушнин, Численное моделирование упрочнения поверхности стали в процессе высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты, Прикладная механика и материалы. 698 (2015) 288-293.

    DOI: 10.4028 / www.scientific.net / amm.698.288

    [8] В.И. Руднев, Д. Лавлесс, 12. 15 - Индукционная закалка: технология, проектирование процессов и компьютерное моделирование, комплексная обработка материалов. 12 (2014) 489–580.

    DOI: 10.1016 / b978-0-08-096532-1.01217-6

    [9] А.Батаев А. Батаев, В. Буров, В. Иванцивский, Особенности структурных превращений в сталях на основе высококонцентрированных источников энергии, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) 25 (2004) 18-19.

    [10] В.Иванцивский, В.А. Батаев, Поверхностное упрочнение деталей машин за счет высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты, Вестник Ползунова 2-2 (2005) 104-112.

    [11] В.Ю. Скиба, Обеспечение требуемого характера распределения остаточных напряжений для упрочнения высокоэнергетическим высокочастотным нагревом, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) 35 (2007), 25–27.

    [12] В.А. Батаев, В.В. Иванцивский, Поверхностная термическая обработка материалов объемными сосредоточенными источниками тепла 1999, КОРУС 1999 - Известия, 1999, 378.

    [13] В.В. Ивановский, В. Ю. Скиба, Н. Степанова, Назначение режима высокого поверхностного упрочнения, осуществляемого с помощью концентрированного источника тепла, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) 28 (2005) 22–24.

    [14] В.Скиба, В. Пушнин, И. Ерохин, Д. Корнев, Интеграция производственных этапов на едином оборудовании, Материалы и производственные процессы (статья в прессе).

    DOI: 10.1080 / 10426914.2014.973595

    [15] Ф.Кайнера, Б. Смольянб, Д. Ландека, Компьютерное моделирование индукционного упрочнения, Журнал технологий обработки материалов. 157–158 (2004) 55–60.

    [16] ГРАММ.Бабат И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение, Москва, Энергия, 1965.

    [17] В.Ивановский В. Численное моделирование температурных полей при упрочнении материалов с использованием концентрированных объемных источников тепла // Вестник Новосибирского государственного технического университета. 2 (2004) 161-172.

    [18] В.Ю. Скиба, В. Воротников, Р.А. Гарин, Э.А. Гарин, Моделирование напряженно-деформированного состояния материала в программном пакете SYSWELD при поверхностном упрочнении высокой частотой // В мире научных открытий. 2-3 (2010) 16-19.

    Одновременный двухчастотный метод индукционной закалки зубчатых колес

    Индуктивная поверхностная закалка - это попытка упрочнить только поверхность конструкции, не затрагивая внутренние части детали, чтобы избежать внутренних растягивающих напряжений.Это особенно важно, когда это касается шестерен. Зубья и корни детали должны иметь поверхностную закалку, чтобы обеспечить устойчивость к износу и истиранию, но зуб не должен закаляться насквозь, чтобы избежать хрупкости и преждевременной усталости.

    Внутренние шестерни автоматической коробки передач

    Внутренние шестерни для автоматических трансмиссий должны подвергаться термообработке из-за тяжелых требований к их функциям. В дополнение к традиционному науглероживанию существует несколько индуктивных методов, которые могут применяться для защиты этих шестерен от износа, но все они имеют свои ограничения.Например, если бы нас интересовало только снижение сопротивления износу за счет точечной коррозии во фланце зуба, то индукционную закалку можно было бы выполнить с высокочастотной мощностью 150 кВт и с временем нагрева примерно пять секунд. Однако проблема с этой техникой заключается в том, что корневая область не затвердевает.
    Это особенно проблематично в современной промышленности, где более высокая мощность двигателя приводит к увеличению нагрузки на корневые области шестерен. К сожалению, эта проблема не может быть решена простым применением более высокочастотной мощности или дополнительным временем, поскольку конечным результатом является сквозное упрочнение зуба.

    В результате этого ограничения в Европе большинство внутренних шестерен науглерожены. Примерно 15 процентов производимых здесь автомобилей продаются с автоматической коробкой передач, поэтому необходимость поиска решения этой проблемы не столь актуальна. В Соединенных Штатах, однако, почти 95 процентов всех производимых автомобилей продаются с автоматическими коробками передач, поэтому существует большой спрос на поиск эффективной альтернативы науглероживанию и сквозной закалке зуба всякий раз, когда высокая частота используется с индуктивный процесс.

    Стремление решить эту проблему сквозной закалки привело к созданию различных методов индукционного нагрева, которые были запатентованы между 1985 и 1995 годами, и все они преследуют общую цель получения остаточного напряжения сжатия за счет упрочнения наконечника, фланца и т. Д. и корень зуба без сквозного упрочнения самой структуры зуба.

    Попытки

    Двухчастотный метод - Давно известно, что при средней частоте можно укрепить корень зуба.Однако это также привело к сквозной закалке зуба при попытке достичь желаемой глубины закалки корня. Затем было обнаружено, что если заранее применить среднюю частоту к детали в сценарии предварительного нагрева, это будет дополнять эффекты высокой частоты, применяемой позже. Детали будут нагреты примерно до 700 градусов Цельсия, а затем, для окончательной аустенизации, будет применена высокая частота в течение примерно 0,4 секунды с немедленным охлаждением.

    Этот процесс несколько громоздок, поскольку требует двух отдельных индукционных катушек, очень быстрой механической транспортировки предварительно нагретой части и двух генераторов.Эти проблемы могут быть преодолены за счет использования механического перекрестного переключателя с высокой нагрузкой для подключения одиночной катушки сначала к выходной цепи средней частоты, а затем к выходной цепи высокой частоты. Однако это решение все еще сильно зависит от характеристик механического переключателя, который легко изнашивается из-за сильноточных нагрузок.

    Одночастотный метод предварительного нагрева - В попытке избежать очевидного дублирования оборудования и катушек, необходимых для выполнения «двухчастотного метода», и для упрощения процесса, был разработан «одночастотный метод предварительного нагрева». .В этом методе области зуба и корня предварительно нагреваются с низкой плотностью высокочастотной мощности примерно до 700 градусов по Цельсию, а затем часть аустенитизируется всплеском высокочастотной мощности в течение примерно 0,4 секунды с немедленным гашением.

    Модифицированный метод одночастотного импульсного нагрева - Недавнее изменение метода одночастотного предварительного нагрева включало использование импульсного режима. Используется оборудование с более высокой производительностью, обеспечивающее лучшие характеристики закаливания.Предварительный нагрев достигается за счет использования ряда коротких высокочастотных импульсов мощности с длительностью паузы, рассчитанной для того, чтобы тепловая энергия могла быть поглощена деталью. Ко всем этим методам предварительного нагрева применимо ограничение глубины закалки корня примерно 0,3 мм. Общее время нагрева для этих методов составляет от 10 до 12 секунд, а используемая мощность составляет от 200 до 400 кВт. Кроме того, во всех этих методах предварительного нагрева используются дорогие, полностью обработанные индукционные катушки, которые представляют собой одновитковые катушки со встроенными концентраторами закалки и потока.

    Лучшая мышеловка

    За годы использования индукционного нагрева и закалки мы многое узнали о различных характеристиках средних и высоких частот. В частности, мы знаем, что для достижения глубины упрочнения 1 мм или менее следует использовать высокую частоту (от 200 до 900 кГц). А когда требуется глубина закалки 2 мм или больше, следует использовать среднюю частоту (от 10 до 25 кГц).

    Эти рекомендации отлично подходят для работы с однородными деталями.Однако желаемое промышленное применение - это отслеживание контура детали, как в случае с шестернями и звездочками. Индуктивная закалка очень эффективна, быстра, надежна и рентабельна, но индуцированный ток, естественно, не хочет повторять контуры детали. На сегодняшний день самое высокое качество закаленных зубчатых колес деталей достигается за счет науглероживания. Вот почему европейские производители избегают использования индукционной закалки. По их мнению, экономии средств недостаточно, чтобы оправдать жертву качеством.

    Зубчатая промышленность в Соединенных Штатах давно борется с тем, как заменить науглероживание, потому что знает, что если зубчатые колеса могут быть закалены с помощью индукции, то может быть достигнута значительная экономия средств. Ввиду большого количества шестерен, используемых в автомобильной промышленности, экономия средств вызывает серьезную озабоченность. Эта отрасль живет и умирает за счет экономии простых центов, поэтому инженеры хотят решить эту загадку: как заставить индуцированный ток течь внутри контуров детали, чтобы достичь точного упрочнения контура.

    Как указано выше, инженеры объединили среднюю и высокую частоту, они увеличили мощность, уменьшили мощность, а также увеличили и уменьшили расстояние связи. Они предварительно нагревают и пульсируют детали, чтобы заставить индуцированный ток делать то, что они хотят и в чем нуждаются. Конечным результатом является то, что все эти системы имеют свои ограничения; некоторые настолько элементарны, что не работают должным образом, а другие способны делать это, но не на постоянной основе. Все эти методы были временным исправлением проблемы до тех пор, пока не было найдено правильное решение.

    Единственный способ преодолеть проблемы, связанные с геометрически сложными и контурными поверхностями, - это использовать преимущества как средней, так и высокой частоты и заставить их работать согласованно. Требуется высокая частота, чтобы закалить кончик и фланец зуба, и средняя частота, чтобы закалить корень. В конце концов, это вопрос концентрации высокой энергии в правильном положении на детали, с использованием наилучшего частотного смешения.

    Решение

    Как и в большинстве случаев в жизни, мы знаем, что нам нужно, но хитрость заключается в том, чтобы выяснить, как этого добиться.Что касается закалочных зубчатых колес, мы знаем, что использование высокой частоты очень хорошо упрочняет кончик и фланец зубчатых колес. Мы также знаем, что средняя частота идеально подходит для закалки корня зуба. К сожалению, если мы используем оба метода - по отдельности или вместе - это приведет к сквозной закалке зуба с неприемлемым результатом в виде хрупкости. «Уловка» заключается в том, как заставить эти две частоты работать вместе, не вызывая сквозного усиления. Короче говоря, мы знаем, что должны использовать одновременно среднюю и высокую частоту.

    Эта загадка, наконец, была решена путем создания метода одновременной двухчастотности. При таком подходе средние и высокие частоты одновременно поступают на один индуктор. Это смешение частот, при котором средняя частота используется для создания земной волны, на которую накладывается высокая частота.

    Картина колебаний при одновременном создании СЧ и ВЧ. Видимая линия представляет собой наложенное ВЧ колебание на СЧ земную волну.

    Уникальность этого процесса заключается в том, что амплитудой обеих частот можно управлять независимо: можно использовать одну катушку индуктивности, а один генератор может генерировать обе частоты одновременно.Возможность управления амплитудами средней или высокой частоты позволяет специально настраивать плотность энергии, подаваемой на деталь, тем самым позволяя лучше контролировать ток, чтобы «следовать» контурам детали. Чтобы обеспечить упрочнение зуба по точному контуру без сквозного упрочнения и воздействия на сердцевину детали, требуется короткое время нагрева менее 0,5 секунды. Для достижения того же результата с другими индуктивными методами обычно требуется время нагрева от 10 до 12 секунд.Теперь мы имеем дело со временем нагрева значительно меньше секунды!

    Когда внутренняя шестерня должна быть закалена за доли секунды, требуется очень большая мощность. Например, для шестерни с внутренним диаметром около 120 мм требуется мощность около 400 кВт для средней частоты и 200 кВт для высокой частоты. Дополнительным преимуществом является то, что риск деформации практически устранен, поэтому мы не только значительно увеличили количество деталей, которые могут быть изготовлены, но и решили проблемы деформации, возникающие при науглероживании.

    Метод SDF

    При использовании метода одновременной двухчастотности (SDF) на одну общую индукционную катушку одновременно подается питание средней частоты (MF) и высокой частоты (HF). Отношение мощностей между этими двумя частотами составляет два к одному (от MF к HF), чтобы компенсировать большую металлическую массу, расположенную в корне зуба, которая рассеивает тепло, необходимое для правильной закалки этой части шестерни. Типичное время нагрева составляет примерно 0,5 секунды или меньше, чтобы избежать сквозной закалки зуба.Глубина закалки, которую можно контролировать в корне зуба, составляет более 0,5 мм с помощью метода SDF. Обычные потребности в мощности составляют 600 кВт, которые обычно делятся на 400 кВт для средней частоты и 200 кВт для высокой частоты.

    Преимущества SDF

    Как отмечалось ранее, науглероживание - самый надежный способ упрочнения зубчатых колес, но он требует много времени и требует много энергии, а также места. Индукция представила альтернативу, которая обеспечивает огромную экономию затрат и позволяет значительно увеличить объемы производства.Однако до сих пор способы были громоздкими, дорогостоящими по своему усмотрению и давали продукт, который может подвергаться ограничениям по консистенции.

    Одновременная двойная частота решает эти проблемы, и теперь позволяет серьезно развлечься, используя методы индукционного нагрева для производства шестерен и звездочек. Начнем с того, что процесс прост. Одна индукционная катушка может мгновенно нагреть шестерню менее чем за 0,5 секунды, а затем, если массовая закалка недостаточна, можно немедленно выполнить дополнительную закалку.(Обратите внимание, что все это можно сделать менее чем за две секунды, не считая погрузочно-разгрузочных работ.)

    Порошковая металлическая звездочка с одновременным двухчастотным нагревом [SDF]. СЧ-мощность 160 кВт (12 кГц) и ВЧ-мощность 80 кВт (250 кГц) в течение 0,2 секунды. Обратите внимание на идеальное контурирование детали без сквозного затвердевания зубов. Равномерная глубина твердости от 1,0 мм до 1,2 мм при закалке по массе HRa 74. Звездочка диаметром 100 мм с 32 зубьями. Толщина зуба составляет 5,2 мм. С помощью индукции можно точно контролировать и контролировать качество детали.Оборудование можно контролировать с помощью компьютера, так что в случае несоответствия деталь может быть немедленно отклонена. В отличие от науглероживания, мы потенциально полностью контролируем качество детали, потому что инженеры знают допуски используемых материалов, мощность и продолжительность ее применения. Практически все параметры находятся под контролем, поэтому возможно неизменно высокое качество деталей. Кроме того, производителям больше не нужно слишком беспокоиться о деформации деталей из-за науглероживания или увеличения времени индукционного нагрева по сравнению с ранее использовавшимися индукционными методами.Когда шестерня подвергается нагреву всего за доли секунды, проникновение тепла в сердечник детали исключается. В результате в детали меньше остаточного напряжения, что приводит к меньшему искажению и в то же время обеспечивает более высокие остаточные сжимающие напряжения на поверхности шестерни.

    Еще одно преимущество, обнаруженное при разработке этого нового метода, состоит в том, что дорогие, полностью обработанные одновитковые катушки со встроенной закалкой не являются необходимыми или предпочтительными.Обычно используются более экономичные двухвитковые катушки, эффективность которых на 30 процентов выше, чем у однооборотных катушек. Эти змеевики имеют дополнительное преимущество в том, что служат дольше, потому что они постоянно и напрямую охлаждаются. Закалка осуществляется с помощью отдельной адаптированной закалочной головки, которая устанавливается на змеевике.

    Приложения

    Справа показаны различные детали, закаленные методом SDF. Обратите внимание, как закаленная зона идеально соответствует контурам детали; И учтите, что все это делается за доли секунды.

    Кольцевая шестерня. Время нагрева 0,49 сек. SDF 400 кВт MF / 200 кВт HF

    Заключение

    Этот новый процесс открывает новую эру в индукционной закалке. Мы только начинаем изучать его возможности, но, в зависимости от размера шестерен, теперь возможна производительность до 1800 деталей в час. Первоначальное тестирование метода одновременной работы на двух частотах было чрезвычайно обнадеживающим, и области его применения постоянно расширяются. Впервые достигнуто упрочнение геометрически сложных компонентов по точному контуру.Благодаря этим разработкам мы проложили путь к будущей экономии на различных компонентах. Мы перешли на следующее поколение индукционной поверхностной закалки, используя оптимальное сочетание частот средней и высокой частоты в сочетании с высокой выходной мощностью и коротким временем обработки для достижения чрезвычайно высокой производительности с незначительными искажениями. Без развития метода одновременной двухчастотной обработки невозможно было бы упрочнение по истинному контуру.

    Теперь можно мыслить в терминах непрерывного производства зубчатых колес с поточным внедрением метода закалки.Когда используются детали с более высоким содержанием углерода, этот метод индукционной закалки позволяет производить детали, которые будут конкурировать с изделиями, произведенными традиционным науглероживанием, с точки зрения однородности и стабильности глубины и твердости. Более того, все это делается таким образом, чтобы производители могли выполнять производственные требования «точно в срок». Кроме того, меньшие требования к оборудованию позволят сэкономить место, а также обеспечат большую гибкость в планировке завода или отдельных рабочих участков.

    Механизм. Время нагрева 0,19 сек. SDF 135 кВт MF / 47 кВт HF Об авторе:

    Наконец, поскольку время нагрева настолько короткое, иногда можно полагаться на массу детали, чтобы охладиться. Кроме того, пока деталь все еще находится на месте, теперь можно закалить ее, используя то же оборудование, потому что средняя частота может быть отдельно запрограммирована для применения к детали. Уже одно это обеспечивает существенную экономию средств на погрузочно-разгрузочном оборудовании, не говоря уже о потерях времени на перенос детали с одной станции на другую.

    Мы только начинаем понимать, на что способна эта новая технология. Хотя он идеально подходит для зубчатой ​​промышленности, он также может применяться для обработки деталей из порошкового металла, штамповки, литья (серого чугуна и чугуна с шаровидным графитом) и ковки. Кроме того, он хорошо работает с различными марками стали - от углеродистой до легированной. В настоящее время только наше воображение ограничивает поиск способов применения этой новой технологии в существующих производственных процессах. Этот метод позволит клиентам производить детали более высокого качества на более постоянной основе, с более высокими темпами производства и при существенно более низких затратах.

    Индукционная закалка стали (поверхностная закалка)

    При индукционной закалке заготовка нагревается индуцированными вихревыми токами. Глубина закалки регулируется частотой переменного тока!

    Пламя во время закалки пламенем обычно приводит к образованию большой зоны термического влияния. При малых геометрических размерах это может привести к нежелательному полному упрочнению по всему поперечному сечению. Для закалки даже таких тонкостенных деталей только на их поверхности в пределах нескольких десятых миллиметра можно использовать так называемую индукционную закалку .

    Принцип индукционной закалки основан на эффекте индукции, который также используется в индукционных плитах или трансформаторах. В медном инструментальном электроде («первичной катушке») генерируется высокочастотный переменный ток, который адаптируется к форме обрабатываемой детали. Это, в свою очередь, приводит к постоянно изменяющемуся магнитному полю вокруг электрода, которое проникает в соседнюю заготовку и генерирует вихревые токи из-за эффекта индукции («вторичная катушка»).Эти очень большие вихревые токи до нескольких тысяч ампер на квадратный миллиметр приводят к нагреву заготовки.

    Рисунок: Индукционная закалка

    Тот факт, что тепло в основном выделяется на поверхности, а не внутри материала, обусловлен другим физическим явлением, так называемым скин-эффектом . В то время как плотность тока в поперечном сечении проводника постоянна при постоянном токе, при переменном токе плотность тока увеличивается с увеличением частоты во внешних областях и уменьшается внутри.Частота вихревых токов в заготовке зависит от частоты переменного тока в электроде (также называемом индуктором ). Это также приводит к относительно простому контролю глубины закалки. Чем выше частота, тем сильнее скин-эффект и тем тоньше слои, которые нужно упрочнить.

    Таким образом, регулируемые частоты зависят от толщины слоев твердости, которые должны быть достигнуты. При рабочей частоте 50 Гц глубина закалки может составлять от 20 мм до 10 мм.В диапазоне средних частот от 1 кГц до примерно 10 кГц может быть достигнута глубина упрочнения примерно от 5 до 1 мм. В высокочастотном диапазоне до нескольких мегагерц может быть достигнута даже глубина закалки всего в несколько десятых миллиметра.

    При индукционной закалке заготовка нагревается индуцированными вихревыми токами. Глубина закалки регулируется частотой переменного тока!

    При индукционной закалке аустенитизированная поверхность обычно закаливается с помощью водяных ливней, расположенных ниже по потоку, которые равномерно натягиваются на заготовку вместе с индуктором.В тех случаях, когда достигается только очень низкая глубина закалки, закалка также может происходить без воды за счет относительно холодного сердечника материала (самозатухание). Поскольку во время индукционной закалки на поверхности может быть достигнута очень высокая твердость, могут возникать высокие остаточные напряжения. Для этого может потребоваться последующий отпуск при низких температурах.

    Обычно время нагрева при индукционной закалке значительно короче, чем при закалке пламенем, поскольку может быть достигнута удельная тепловая мощность в несколько киловатт на квадратный сантиметр, что составляет прибл.В 10 раз больше. Это имеет то преимущество, что масштабирование относительно невелико и соответственно сокращаются усилия по постобработке. Это также значительно снижает риск деформации затвердевания.

    Кроме того, при индукционной закалке не образуются (токсичные) выхлопные газы по сравнению с закалкой пламенем. Еще одним преимуществом индукционной закалки является более равномерный нагрев поверхности при условии, что индуктор оптимально адаптирован к заготовке. Это требует заблаговременного проектирования инструментов, чтобы индукционная закалка была экономичной, особенно на автоматизированных производственных линиях с большими партиями.Из-за высоких затрат на электроэнергию экономическая эффективность увеличивается, когда требуется упрочнение поверхности заготовки только небольшого размера.

    Индукционная закалка легко автоматизируется и подходит для изделий сложной формы, особенно при массовом производстве! Деформация окалины и закалки меньше, чем при закалке пламенем!

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *