1tom342

13. ELEKTROTERMIA 686

W przypadku tzw. układów krótkich, tzn. spełniających warunki: /, < 10r_lw, /₂ < 10r₂ (dla niemagnetyków) oraz l₂    20r_lw, l₂ ś, 20r₂ (dla magnetyków), istotną rolę odgrywają

zjawiska brzegowe i wobec tego warunek (13.47) nie powinien być stosowany. Wartość minimalną/wyznacza się wtedy na podstawie schematu zastępczego układu o wymiarach skończonych i np. dla wsadów stalowych

k_sjr\    (13.48)

przy czym wartości k, obliczone dla I₂ = l₂ oraz r_yJr₂ = 2,0-r2,5; y₂ — 10⁶ S/m, g₂ = 4ir10~⁷ H/m są równe: 0,75; 1,4; 2,1; 2,8; 3,8; 4,9; T3,2 odpowiednio dla ciągu wartości r₂j\₂. 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0.

Przy przekrojach kwadratowych wsadów, podane zależności zachowają ważność, przy czym wymiarem charakterystycznym wsadu równoważnym średnicy 2r₂jest długość boku przekroju.

Nagrzewanie skrośne stosowane w obróbce plastycznej spełnia warunek dostatecznej równomierności rozkładu temperatury we wsadzie w^rówczas, gdy zarówno częstotliwość, jak i gęstość powierzchniowa mocy nie są zbyt wielkie. I tak, w przypadku wsadów cylindrycznych stalowych o promieniach r₂, podanych w cm gęstość powierzchniowa mocy, wyrażona w W/cm²

150/r₂    (13.49)

Uzyskanie wymaganego stanu pola temperatury we wsadzie możliwa jest w procesie tzw. nagrzewania szybkiego, który najłatwiej zrealizować w układach przelotow'ych, bądź w procesie nagrzewania normalnego, realizowanego zarówmo w układach przelotowych, jak i nieprzelotowych. Nagrzewanie szybkie polega na doprowadzaniu do w'sadu dużej mocy w pierwszej fazie procesu i zmniejszenie jej w fazie drugiej. W tym celu układy przelotowe wykonuje się jako wielosekcyjne lub wielowzbudnikowc, przy' czym pierwsze sekcje (wzbudniki) charakteryzują się większą gęstością zwojów lub są zasilane wyższym napięciem. Nagrzewanie normalne polega na utrzymaniu na powierzchni wsadu w miarę stałego natężenia pola magnetycznego przez cały czas nagrzewania t_g. Przybliżone zależności określające czas nagrzewania normalnego bolców ze stali węglowej oraz niskostopowej

t₉ * rj/5    (13.50)

przy czym: r₂, cm; t_g, min.

Wzór (13.50) dotyczy nagrzewania do stanu charakteryzującego się temperaturą powierzchni .9_F = 1200⁷C i temperaturą w osi 9„ = 1160°C.

W procesach obróbki plastycznej jest pożądane spełnienie warunku

9„ < (0,05-^0,10)9,,    (13.51)

gdzie 9_? — temperatura obróbki.

Czasy nagrzewania szybkiego są krótsze niż czasy nagrzewania normalnego przeciętnie

0    50%.

By nie zniweczyć korzyści wynikających z istoty tak szybkiej metody, jaką jest nagrzewanie indukcyjne, konieczne jest stosowanie zautomatyzowanych systemów transportu, załadunku i wyładunku wsadu. Wśród systemów transportu, wyróżnia się systemy: popychaczowe, podnośnikowe, samotokowc i przeciągowe [13.10]. Zalety nagrzewania indukcyjnego w procesach obróbki plastycznej to: zdecydowanie wyższa jakość produktu, mała powierzchnia zajmowana przez urządzenie, natychmiastowa gotow^rość do działania urządzenia, zbędność utrzymywania w stanie nagrzanym w czasie przerw w pracy, łatwiejsza automatyzacja, bardzo duża szybkość nagrzewania, a tym samym minimalne straty materiału związane z tworzeniem się zgorzeliny, wysoka wydajność, powtarzalność rezulatów obróbki.

Obszar zastosowań tej techniki obejmuje nagrzewanie w procesach kucia, walcowania

1    wyciskania, a w szczególności przed kuciem matrycowym, przed wyciskaniem współbieżnym, zwłaszcza profili rurowych, przed walcowaniem w procesach wytwarzania rur, blach, taśm i drutów. Bardzo spektakularne, pod względem technologicznym i energetycznym, rezultaty uzyskuje się przy międzyoperacyjnym nagrzewaniu kęsów otrzymywanych bezpośrednio z pasma odlewanego metodą ciągłą.

13.8.4. Nagrzewnice indukcyjne w obróbce cieplnej

Nagrzewanie indukcyjne w procesach obróbki cieplnej obejmuje przede wszystkim hartowanie, odpuszczanie oraz wyżarzanie.

Hartowanie indukcyjne wymaga nagrzania do 800-rl000⁵C i natychmiastowego schłodzenia przy użyciu wody, powietrza, oleju lub emulsji. Proces ten jest stosowany głównie do hartowania powierzchniowego lub objętościowego niektórych fragmentów obrabianych detali. Rzadko stosuje się hartowanie objętościowe całego wsadu. Nagrzewanie w procesie hartowania wymaga doboru częstotliwości źródła, gęstości mocy oraz czasu dostarczenia energii. Uzyskiwane i niezbędne gęstości mocy osiągają przy tym kilka kW/cm², zaś minimalne czasy nagrzewania 0,3-M,0 s. Ogranicza to tworzenie się zgorzeliny, a tym samym obróbkę wykańczającą, np. szlifowanie.

Nagrzewanie w' procesach hartowania objętościowego jest bliskie technice omówionej w punkcie poprzednim. Zdecydowanie różni się od niej hartowanie powierzchniowe, które prowadzi do utwardzenia w^sadu na pewną głębokość, licząc od powierzchni wnikania fali elektromagnetycznej. Głębokość hartowania A_g to najczęściej wielkość zadawana i stanowiąca punkt wyjścia przy doborze pozostałych parametrów nagrzewania i chłodzenia. Dla wsadów cylindrycznych o małych przekrojach zaleca się by

ńjr₂ =0,1-0,2    (13.52)

Dobór częstotliwości przeprowadza się wg następujących kryteriów: w'ymaganej głębokości hartowania, dopuszczalnych strat mocy we wzbudniku, maksymalnej sprawności elektrycznej wzbudnika lub całego urządzenia hartowniczego. Dwa pierwsze kryteria prowadzą do warunku

0,015/zl² </< 0,25/d²    (13-53)

Maksymalną sprawność elektrotermiczną urządzenia hartowniczego osiąga się przy

/= 0,06/zf²    (13.54)

Dużą sprawmość elektryczną samego wzbudnika, w przypadku wsadów cylindrycznych, uzyskuje się przy częstotliwości

f>k_fjr\    (13.55)

Dla _max=0,8, r₁Jr₂ = 1,05-^1,10 oraz /, = l₂ = I, współczynnik k_f przyjmuje następujące wartości: 0,55; 1,125; 2; 7; 18,75 odpowiednio dla ciągu wartości rjl = 0; 0,5; 1,0; 2,5; 5. Związki między grubością warstwy zahartowanej, częstotliwością prądu, czasem nagrzewania i gęstością powierzchniową mocy przedstawiono na rys. 13.35 [13.27],

Istotnymi elementami urządzeń hartowniczych są wzbudniki (rys. 13.36). Przy nagrzewaniu spoczynkowym całych wsadów- cylindrycznych prądami o / < 10⁴ Hz, powinien być spełniony warunek = i₂. Przy />5-10⁴ Hz, zaleca się, by 1, « i₂ — (r_tw—r₂). Przy hartowaniu spoczynkowym miejscowym szerokość zahartowanej warstwy /₃ jest zawsze mniejsza niż W tych przypadkach przy ljr_lw<2 należy przyjmować a 1,2 l₃, przy l_t/r_lw > 2, /_t w (1,0-r-1,2) (₃.

Wysokość wzbudnika do hartowania postępowego

11 =

2it r₂P₂,o

(13.56)

przy czym: ^ = 0,70-^0,85 — sprawność elektryczna wzbudnika; tj_lr = 0,85-^0,90 — sprawność transformatora dopasowującego; P₂ — moc zasilania; p₂₁₀ — gęstość powierzchniowa mocy (wyznaczona z rys. 13.35).