全數字感應加熱電源
(2)感應加熱爐 加熱爐主要為銅管繞制的感應線(xiàn)圈和密封耐高溫結構組成,作用是將電能轉化為熱能使坯料升溫。
圖4 加熱爐
(3)控制和操作系統 鍛壓生產(chǎn)中控制和操作系統多以PLC加操作面板來(lái)執行生產(chǎn)節拍。智能化、自動(dòng)化控制,保證高的生產(chǎn)精度及效率。
3.2 參數計算
鍛造生產(chǎn)中主要計算加熱電源的功率和頻率。
(1)功率計算
透熱功率非常重要的指標。在透熱中,能量密度應該保持相應低一些,以允許進(jìn)行從外從外層(通過(guò)較高電流密度可以較快地加熱)到里層的熱傳導。在忽略溫度梯度的影響后,吸收的能量取決于所需的溫升ΔT,單位時(shí)間內加熱的總重量m ,以及材料的比熱Cm。
P1=Cm*m*ΔT/s
其中,P1為加工所需要的總功率,單位為 kJ / s ;Cm為金屬比熱,單位為
kJ/(kg*℃);m為被加熱的質(zhì)量,單位為kg;T 為需要加熱的溫升,金屬焊接,單位為℃ 。
這里的P1是加工總功率,還需要考慮熱輻射P2和線(xiàn)圈損耗P3。當然,在快速加熱的場(chǎng)合,可以忽略熱輻射P2。
不同熱處理工藝比較
比較滲碳淬火、單頻感應淬火和同步雙頻感應淬火三種常用的熱處理工藝。
氣體滲碳法是將工件放入密閉的滲碳爐內,使工件在920℃高溫的滲碳氣氛中滲碳,然后再進(jìn)行淬火處理。滲碳淬火熱處理時(shí)間相對較長(cháng),故其變形量相對較大,成本較高,且不適用于局部淬火,靈活性差。
圖7 滲碳爐
單頻感應淬火即為普通感應淬火,金屬焊接設備,變形量小,加熱效率高,適合局部淬火,但對于表面凹凸的仿形工件,加熱不均勻,無(wú)法得到均勻的硬化層。
圖8 齒輪單頻淬火
圖9 齒輪雙頻加熱
同步雙頻感應淬火是在工件表面同時(shí)感應雙頻渦流,加熱到淬火溫度,然后急速冷卻,獲得所需性能。同步雙頻適用范圍比單頻淬火更廣,變形量小,雙金屬焊接機,加熱時(shí)間極短,生產(chǎn)效率高,適合局部淬火和仿形淬火,適合批量化、流水化作業(yè)。
國外公司試驗參數
試驗齒輪為圓柱齒輪m=2,Z=36,全齒高4.7mm,齒寬20mm。
表2 齒輪三種不同的試驗工藝參數
單頻率感應加熱的困惑
眾所周知,與其他傳統的熱處理方式相比,感應加熱淬火具有工件表面硬度高、脆性低、疲勞強度高、工件表面質(zhì)量好(不易氧化脫碳)、變形小,首飾金屬焊接,以及加熱溫度、淬硬層深度等參數容易控制等特點(diǎn)。然而對于類(lèi)似齒輪這樣具有凹凸表面的結構的工件而言,常規的單頻感應加熱技術(shù)就無(wú)法實(shí)現令人滿(mǎn)意的處理效果。由于齒輪存在凸面和凹面,采用高頻感應加熱進(jìn)行齒輪表面淬火(見(jiàn)下圖),感應電流所產(chǎn)生的熱量迅速傳導,齒頂得到完全硬化,但是齒根硬化不足。此外,這種處理方法還容易在齒根面上增加殘留應力,導致斷裂發(fā)生。
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