Zprávy 

Zařízení pro kalení vysokofrekvenčními proudy. Oblasti použití HDTV kalení. Výhody kalení vysokofrekvenčními proudy

Nedílnou součástí je otužování produkční proces tepelné zpracování kovových výrobků. Vysokofrekvenční kalení se provádí za účelem zvýšení pevnosti výrobku a zvýšení jeho životnosti. Dříve se kalení kovů provádělo v horkém oleji, na otevřeném ohni nebo v elektrických pecích, ale nyní se objevilo indukční zařízení, které umožňuje rychlé a efektivní zpracování kovu, zvyšuje jeho odolnost proti opotřebení a odolnost vůči vnějším vlivům.

HDTV kalící jednotka

Výrobci indukčních zařízení vyvinuli řady instalací vhodné pro konkrétní technologický proces tepelného zpracování kovů. Pec pro kalení vysokofrekvenčními proudy je kalicí stroj nebo kalicí komplex. Pokud podnik vyrábí velké množství výrobků, které vyžadují tepelné zpracování a kalení, pak je nejlepší zakoupit kalicí komplex, jehož balení obsahuje vše potřebné pro pohodlné zpracování kovů.
Kalící komplex obsahuje: indukční instalaci, kalicí stroj, chladící modul, manipulátor, ovládací panel a v případě potřeby zákazníka sadu induktorů pro zpracování výrobků s jiný tvar a velikosti.
Kalící stroj může být dvou typů: horizontální a vertikální. Horizontální kalicí stroj je nejvhodnější pro zpracování výrobků delších než 3000 mm a vertikální kalicí stroj je kratší než 3000 mm.

Vysokofrekvenční kalení - výhody indukčních pecí

HDTV kalící instalace se svými funkcemi dobře zvládá, proto rychle začala zaujímat přední místo mezi všemi dnes existujícími typy vytápění.
Indukční pece určené pro vysokofrekvenční kalení mají mnoho výhod. Hlavní výhody HDTV kalení:

  1. HDTV kalení je vysoce kvalitní, protože teplo vzniká přímo v kovu, rovnoměrně rozložené po celém jeho povrchu.
  2. Zařízení pro kalení vysokofrekvenčními proudy má kompaktní velikost, takže nezabere mnoho místa v dílně a může být instalováno v podnicích s malou plochou.
  3. Vysokofrekvenční kalení probíhá v krátkém časovém úseku, což umožňuje zvýšit úroveň výroby.
  4. Indukční ohřev je právem uznáván jako ekologický. Nepoškozuje ani nevytváří nepohodlí zaměstnancům podniku umístěného v dílně.
  5. Kalící komplex ELSIT je automatizovaný software, umožňující kalení s vysokou přesností.

HDTV kalení je stále populárnější, takže pokud jste si ještě nepořídili indukční zařízení, zvažte to.

Indukční ohřev je způsob bezkontaktního ohřevu vysokofrekvenčními proudy (RFH - radiofrekvenční ohřev, ohřev radiofrekvenčními vlnami) elektricky vodivých materiálů.

Popis metody.

Indukční ohřev je ohřev materiálů elektrickými proudy, které jsou indukovány střídavým magnetickým polem. Jedná se tedy o ohřev výrobků z vodivých materiálů (vodičů) magnetickým polem induktorů (zdrojů střídavého magnetického pole). Provádí se indukční ohřev následujícím způsobem. Elektricky vodivý (kovový, grafitový) obrobek je umístěn v tzv. induktoru, což je jeden nebo více závitů drátu (nejčastěji mědi). V induktoru se pomocí speciálního generátoru indukují silné proudy různých frekvencí (od desítek Hz do několika MHz), v důsledku čehož se kolem induktoru objeví elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole indukuje vířivé proudy v obrobku. Vířivé proudy ohřívají obrobek vlivem Jouleova tepla (viz Joule-Lenzův zákon).

Systém induktor-blank je bezjádrový transformátor, ve kterém je induktor primárním vinutím. Obrobek je sekundární vinutí, zkratované. Magnetický tok mezi vinutími je uzavřen vzduchem.

Při vysokých frekvencích jsou vířivé proudy vytlačovány magnetickým polem, které sami generují, do tenkých povrchových vrstev obrobku Δ ​​(Surface effect), v důsledku čehož se jejich hustota prudce zvyšuje a obrobek se zahřívá. Podkladové vrstvy kovu se zahřívají v důsledku tepelné vodivosti. Není důležitý proud, ale vysoká proudová hustota. V potahové vrstvě Δ se proudová hustota snižuje e-krát vzhledem k proudové hustotě na povrchu obrobku, přičemž 86,4 % tepla se uvolňuje v potahové vrstvě (z celkového uvolněného tepla. Hloubka potahové vrstvy Obr. závisí na frekvenci záření: čím vyšší frekvence, tím tenčí vrstva kůže Závisí také na relativní magnetické permeabilitě μ materiálu obrobku.

Pro železo, kobalt, nikl a magnetické slitiny při teplotách pod Curieovým bodem má μ hodnotu od několika stovek do desítek tisíc. Pro ostatní materiály (taveniny, neželezné kovy, kapalná nízkotavitelná eutektika, grafit, elektrolyty, elektricky vodivá keramika atd.) se μ rovná přibližně jednotce.

Například při frekvenci 2 MHz je hloubka slupky pro měď asi 0,25 mm, pro železo ≈ 0,001 mm.

Induktor se během provozu velmi zahřívá, protože pohlcuje své vlastní záření. Kromě toho absorbuje tepelné záření z horkého obrobku. Induktory jsou vyrobeny z měděných trubek chlazených vodou. Voda je přiváděna sáním - to zajišťuje bezpečnost v případě vyhoření nebo jiného odtlakování tlumivky.

Aplikace:
Ultra čisté bezkontaktní tavení, pájení a svařování kovů.
Získávání prototypů slitin.
Ohýbání a tepelné zpracování strojních součástí.
Výroba šperků.
Zpracování malých dílů, které mohou být poškozeny plynovým plamenem nebo obloukovým ohřevem.
Povrchové kalení.
Kalení a tepelné zpracování tvarově složitých dílů.
Dezinfekce lékařských nástrojů.

Výhody.

Vysokorychlostní ohřev nebo tavení jakéhokoli elektricky vodivého materiálu.

Ohřev je možný v ochranné plynové atmosféře, v oxidačním (nebo redukčním) prostředí, v nevodivé kapalině nebo ve vakuu.

Ohřev stěnami ochranné komory ze skla, cementu, plastů, dřeva - tyto materiály velmi slabě absorbují elektromagnetické záření a zůstávají během provozu instalace studené. Ohřívá se pouze elektricky vodivý materiál - kov (včetně roztaveného), uhlík, vodivá keramika, elektrolyty, tekuté kovy atd.

Vlivem vznikajících MHD sil dochází k intenzivnímu promíchávání tekutého kovu až po jeho udržení ve vzduchu nebo ochranném plynu – tak se získávají ultračisté slitiny v malých množstvích (levitační tavení, tavení v elektromagnetickém kelímku) .

Protože se ohřev provádí elektromagnetickým zářením, nedochází ke kontaminaci obrobku produkty hoření hořáku v případě ohřevu plynovým plamenem nebo materiálem elektrody v případě ohřevu obloukem. Umístění vzorků do atmosféry inertního plynu a vysoká rychlost zahřívání eliminuje tvorbu vodního kamene.

Snadné použití díky malé velikosti induktoru.

Induktor může být vyroben ze speciálního tvaru - to umožní jeho rovnoměrné zahřívání po celém povrchu součástí složité konfigurace, aniž by to vedlo k jejich deformaci nebo lokálnímu nezahřívání.

Je snadné provádět lokální a selektivní vytápění.

Vzhledem k tomu, že k nejintenzivnějšímu ohřevu dochází v tenkých horních vrstvách obrobku a spodní vrstvy se díky tepelné vodivosti ohřívají šetrněji, je metoda ideální pro povrchové kalení součástí (jádro zůstává viskózní).

Snadná automatizace zařízení - cykly ohřevu a chlazení, nastavení a údržba teploty, podávání a odebírání obrobků.

Indukční topné jednotky:

Pro instalace s pracovní frekvencí do 300 kHz se používají invertory založené na sestavách IGBT nebo tranzistory MOSFET. Taková zařízení jsou navržena pro vytápění velkých dílů. K ohřevu malých dílů se používají vysoké frekvence (do 5 MHz, střední a krátké vlny), vysokofrekvenční instalace jsou stavěny na elektronky.

Pro zahřívání malých dílů se také staví vysokofrekvenční instalace s použitím tranzistorů MOSFET pro provozní frekvence až 1,7 MHz. Ovládání tranzistorů a jejich ochrana na vyšších frekvencích představuje určité potíže, takže nastavení vyšších frekvencí je stále poměrně drahé.

Induktor pro ohřev malých dílů je malých rozměrů a má nízkou indukčnost, což vede ke snížení činitele kvality pracovního oscilačního obvodu při nízkých frekvencích a snížení účinnosti a také představuje nebezpečí pro hlavní oscilátor (kvalita součinitel oscilačního obvodu je úměrný L/C, oscilační obvod s nízkým činitelem jakosti je příliš dobře „napumpován“ energií, vytvoří zkrat v induktoru a vyřadí hlavní oscilátor). Pro zvýšení faktoru kvality oscilačního obvodu se používají dva způsoby:
- zvýšení provozní frekvence, což vede ke složitějším a nákladnějším instalacím;
- použití feromagnetických vložek v induktoru; lepení induktoru panely z feromagnetického materiálu.

Protože induktor pracuje nejúčinněji při vysokých frekvencích, indukční ohřev získal průmyslové uplatnění po vývoji a zahájení výroby vysoce výkonných generátorových lamp. Před první světovou válkou měl indukční ohřev omezené použití. Jako generátory pak byly použity vysokofrekvenční strojní generátory (práce V.P. Vologdin) nebo jiskrové výboje.

Obvod generátoru může být v zásadě jakýkoliv (multivibrátor, RC generátor, generátor s nezávislým buzením, různé relaxační generátory), pracující na zátěži v podobě indukční cívky a mající dostatečný výkon. Je také nutné, aby frekvence oscilací byla dostatečně vysoká.

Například „řezat“ během několika sekund ocelový drát o průměru 4 mm je potřeba oscilační výkon minimálně 2 kW při frekvenci minimálně 300 kHz.

Schéma se vybírá podle následujících kritérií: spolehlivost; vibrační stabilita; stabilita výkonu uvolněného v obrobku; snadnost výroby; snadné nastavení; minimální počet dílů pro snížení nákladů; použití dílů, které společně vedou ke snížení hmotnosti a rozměrů atd.

Jako generátor vysokofrekvenčních kmitů se dlouhá desetiletí používal indukční tříbodový generátor (Hartleyův generátor, autotransformátorový generátor). zpětná vazba, obvod založený na dělič napětí indukční smyčky). Jedná se o samobudící paralelní napájecí obvod pro anodu a frekvenčně selektivní obvod vytvořený na oscilačním obvodu. Úspěšně se používal a nadále používá v laboratořích, klenotnických dílnách, průmyslové podniky, stejně jako v amatérské praxi. Například během druhé světové války bylo na takových zařízeních prováděno povrchové kalení válců tanku T-34.

Nevýhody tří bodů:

Nízká účinnost (méně než 40 % při použití lampy).

Silná frekvenční odchylka v době ohřevu obrobků z magnetických materiálů nad Curieovým bodem (≈700C) (změny μ), která mění hloubku vrstvy kůže a nepředvídatelně mění režim tepelného zpracování. Při tepelném zpracování kritických částí to může být nepřijatelné. Výkonné HDTV instalace musí také fungovat v úzkém rozsahu frekvencí povolených Rossvyazohrankultura, protože se špatným stíněním jsou ve skutečnosti rádiovými vysílači a mohou rušit televizní a rozhlasové vysílání, pobřežní a záchranné služby.

Při výměně obrobků (například z menšího na větší) se mění indukčnost systému induktor-obrobek, což vede i ke změně frekvence a hloubky vrstvy kůže.

Při změně jednootáčkových induktorů na víceotáčkové, na větší či menší se mění i frekvence.

Pod vedením Babata, Lozinského a dalších vědců byly vyvinuty dvou- a tříokruhové generátorové obvody, které mají vyšší účinnost (až 70 %) a také lépe udržují pracovní frekvenci. Princip jejich fungování je následující. V důsledku použití sdružených obvodů a zeslabení spojení mezi nimi nemá změna indukčnosti pracovního obvodu za následek silnou změnu frekvence obvodu pro nastavení frekvence. Rádiové vysílače jsou navrženy na stejném principu.

Moderní HDTV generátory jsou invertory založené na IGBT sestavách nebo výkonových MOSFET tranzistorech, obvykle vyrobených podle můstkového nebo polomůstkového obvodu. Pracujte na frekvencích až 500 kHz. Brána tranzistoru se otevírají pomocí řídicího systému mikrokontroléru. Ovládací systém vám v závislosti na úkolu umožňuje automatické držení

A) konstantní frekvence
b) konstantní výkon uvolněný v obrobku
c) co nejvyšší účinnost.

Například, když se magnetický materiál zahřeje nad Curieovým bodem, tloušťka vrstvy kůže se prudce zvětší, proudová hustota klesne a obrobek se začne hůře zahřívat. Zmizí také magnetické vlastnosti materiálu a zastaví se proces obrácení magnetizace - obrobek se začne hůře zahřívat, zatěžovací odpor se prudce sníží - to může vést k „roztažení“ generátoru a jeho selhání. Řídicí systém sleduje přechod Curieovým bodem a automaticky zvyšuje frekvenci, když se zátěž prudce sníží (nebo sníží výkon).

Poznámky.

Pokud je to možné, měl by být induktor umístěn co nejblíže k obrobku. To nejen zvyšuje hustotu elektromagnetického pole v blízkosti obrobku (úměrně druhé mocnině vzdálenosti), ale také zvyšuje účiník Cos(φ).

Zvýšení frekvence prudce snižuje účiník (úměrný třetí mocnině frekvence).

Při zahřívání magnetických materiálů se také uvolňuje dodatečné teplo v důsledku obrácení magnetizace, jejich zahřívání na Curieův bod je mnohem efektivnější.

Při výpočtu induktoru je nutné vzít v úvahu indukčnost sběrnic vedoucích k induktoru, která může být mnohem větší než indukčnost samotného induktoru (pokud je induktor vyroben ve tvaru jednoho závitu malého průměru popř. sudá část zatáčky - oblouk).

Existují dva případy rezonance v oscilačních obvodech: napěťová rezonance a proudová rezonance.
Paralelní oscilační obvod – proudová rezonance.
V tomto případě je napětí na cívce a na kondenzátoru stejné jako na generátoru. Při rezonanci se odpor obvodu mezi body větvení stane maximálním a proud (I celkem) přes odpor zátěže Rн bude minimální (proud uvnitř obvodu I-1l a I-2s je větší než proud generátoru).

V ideálním případě je impedance smyčky nekonečná – obvod neodebírá žádný proud ze zdroje. Když se frekvence generátoru změní v libovolném směru od rezonanční frekvence, impedance obvodu se sníží a proud ve vedení (I celkem) se zvýší.

Sériový oscilační obvod – napěťová rezonance.

Hlavním rysem sériového rezonančního obvodu je, že jeho impedance je při rezonanci minimální. (ZL + ZC – minimum). Při ladění frekvence nad nebo pod rezonanční frekvenci se impedance zvyšuje.
Závěr:
V paralelním obvodu při rezonanci je proud přes svorky obvodu 0 a napětí je maximální.
V sériovém obvodu má napětí naopak tendenci k nule a proud je maximální.

Článek byl převzat z webové stránky http://dic.academic.ru/ a revidován do textu, který je pro čtenáře srozumitelnější, společností Prominductor LLC.

Kalení ocelí vysokofrekvenčními proudy (HFC) je jednou z nejběžnějších metod povrchového tepelného zpracování, která umožňuje zvýšení tvrdosti povrchu obrobků. Používá se pro díly z uhlíkových a konstrukčních ocelí nebo litiny. Vysokofrekvenční indukční kalení je jednou z nejekonomičtějších a technologicky nejpokročilejších metod kalení. Umožňuje zpevnit celý povrch součásti nebo její jednotlivé prvky nebo zóny, které jsou vystaveny hlavnímu zatížení.

V tomto případě pod vytvrzeným tvrdým vnějším povrchem obrobku zůstávají nevytvrzené viskózní vrstvy kovu. Tato struktura snižuje křehkost, zvyšuje odolnost a spolehlivost celého výrobku a také snižuje spotřebu energie na ohřev celého dílu.

Technologie vysokofrekvenčního kalení

Povrchové kalení HDTV je proces tepelného zpracování ke zlepšení pevnostní charakteristiky a tvrdost obrobku.

Hlavní fáze povrchového kalení HDTV jsou indukční ohřev na vysoká teplota, přidržení, pak rychlé ochlazení. Ohřev během kalení HDTV se provádí pomocí speciálního indukční instalace. Chlazení se provádí v lázni s chladicí kapalinou (voda, olej nebo emulze) nebo nástřikem na díl ze speciálních sprchových instalací.

Volba teploty

Pro správné dokončení procesu kalení je velmi důležitá správná volba teploty, která závisí na použitém materiálu.

Oceli podle obsahu uhlíku se dělí na hypoeutektoidní – méně než 0,8 % a hypereutektoidní – více než 0,8 %. Ocel s uhlíkem menším než 0,4 % není kalena kvůli výsledné nízké tvrdosti. Hypoeutektoidní oceli se zahřívají mírně nad teplotu fázové přeměny perlitu a feritu na austenit. K tomu dochází v rozmezí 800-850 °C. Poté se obrobek rychle ochladí. Při prudkém ochlazení se austenit přemění na martenzit, který má vysokou tvrdost a pevnost. Krátká doba výdrže umožňuje získat jemnozrnný austenit a jemnojehlový martenzit, zrna nestihnou růst a zůstávají malá. Tato ocelová konstrukce má vysokou tvrdost a zároveň nízkou křehkost.

Hypereutektoidní oceli se zahřívají o něco níže než hypoeutektoidní oceli na teplotu 750-800 °C, to znamená, že dochází k neúplnému kalení. To je způsobeno tím, že při zahřátí na tuto teplotu se kromě tvorby austenitu v tavenině kovu nerozpustí velký počet cementit, který má vyšší tvrdost než martenzit. Po prudkém ochlazení se austenit přemění na martenzit a cementit zůstává ve formě malých vměstků. Také v této zóně uhlík, který se nestihl úplně rozpustit, tvoří pevné karbidy.

V přechodové zóně při vysokofrekvenčním kalení je teplota blízká přechodové teplotě a vzniká austenit se zbytky feritu. Ale protože přechodová zóna neochlazuje tak rychle jako povrch, ale ochlazuje se pomalu, jako během normalizace. Zároveň se struktura v této zóně zlepšuje, stává se jemnozrnnou a jednotnou.

Přehřátí povrchu obrobku podporuje růst krystalů austenitu, což má škodlivý vliv na křehkost. Nedostatečné zahřátí zabraňuje přeměně kompletní feritovo-perritové struktury na austenit a mohou se tvořit nevytvrzená místa.

Po ochlazení zůstávají na povrchu kovu vysoká tlaková napětí, která zvyšují výkonnostní vlastnosti součásti. Musí být odstraněna vnitřní pnutí mezi povrchovou vrstvou a středem. To se provádí pomocí nízkoteplotního temperování - udržování na teplotě asi 200°C v peci. Aby se zabránilo vzniku mikrotrhlin na povrchu, je nutné minimalizovat dobu mezi kalením a temperováním.

Můžete také provést tzv. samovolné temperování – díl zchlaďte ne úplně, ale na teplotu 200 °C, přičemž teplo zůstane v jeho jádru. Poté by měl díl pomalu vychladnout. Tím dojde k vyrovnání vnitřních pnutí.

Indukční instalace

Indukční jednotka tepelného zpracování HDTV je vysokofrekvenční generátor a induktor pro kalení HDTV. Část, která se má kalit, může být umístěna v induktoru nebo v jeho blízkosti. Induktor je vyroben ve formě cívky, na které je navinuta měděná trubka. Může mít jakýkoli tvar v závislosti na tvaru a velikosti součásti. Při míjení střídavý proud přes induktor se v něm objeví střídavé elektromagnetické pole, které prochází součástí. Toto elektromagnetické pole způsobuje, že se v obrobku objevují vířivé proudy známé jako Foucaultovy proudy. Takové vířivé proudy, procházející vrstvami kovu, jej zahřívají na vysokou teplotu.

Charakteristickým rysem indukčního ohřevu pomocí HDTV je průchod vířivých proudů po povrchu ohřívané části. Tímto způsobem se ohřívá pouze vnější vrstva kovu a čím vyšší je frekvence proudu, tím menší je hloubka ohřevu, a tedy hloubka kalení vysokofrekvenční frekvence. To umožňuje vytvrdit pouze povrch obrobku, přičemž vnitřní vrstva zůstává měkká a houževnatá, aby se zabránilo nadměrné křehkosti. Navíc můžete změnou aktuálních parametrů upravit hloubku kalené vrstvy.

Zvýšená frekvence proudu umožňuje soustředit velké množství tepla na malou plochu, což zvyšuje rychlost ohřevu na několik set stupňů za sekundu. Taková vysoká rychlost ohřevu přesune fázový přechod do zóny s vyšší teplotou. V tomto případě se tvrdost zvyšuje o 2-4 jednotky, až na 58-62 HRC, čehož nelze dosáhnout objemovým kalením.

Pro správnou realizaci procesu kalení HDTV je nutné zajistit, aby byla zachována stejná vůle mezi induktorem a obrobkem po celé ploše kalení a je třeba se vyvarovat vzájemného dotyku. To je zajištěno pokud možno otáčením obrobku ve středech, což umožňuje rovnoměrný ohřev a v důsledku toho stejnou strukturu a tvrdost povrchu kaleného obrobku.

Induktor pro kalení HDTV má několik verzí:

  • jedno- nebo víceotáčkový prstencový - pro ohřev vnějšího nebo vnitřního povrchu dílů ve formě rotačních těles - hřídele, kola nebo otvory v nich;
  • smyčka - pro ohřev pracovní roviny výrobku, například povrchu lože nebo pracovní hrany nástroje;
  • tvarované - pro ohřev součástí složitého nebo nepravidelného tvaru, například zubů ozubených kol.

V závislosti na tvaru, velikosti a hloubce vytvrzovací vrstvy se používají následující režimy vytvrzení HDTV:

  • simultánně - celý povrch obrobku nebo určitá zóna se ohřeje najednou, poté se také současně ochladí;
  • spojitě-sekvenční - jedna zóna dílu je ohřívána, poté, když je induktor nebo díl přemístěn, je ohřívána další zóna, zatímco předchozí je ochlazována.

Vyžaduje současný ohřev celého povrchu vysokofrekvenční frekvencí vysoké náklady výkon, takže je výhodnější jej použít pro kalení malých dílů - válečků, pouzder, čepů, jakož i prvků dílů - otvorů, hrdel atd. Po zahřátí se díl zcela spustí do nádrže s chladicí kapalinou nebo se postříká proudem vody.

Kontinuální sekvenční kalení vysokofrekvenčních částic umožňuje kalit díly velkých rozměrů, například korunky ozubených kol, protože během tohoto procesu se ohřívá malá zóna součásti, což vyžaduje menší výkon vysokofrekvenčního generátoru. .

Chladicí díly

Chlazení je druhou důležitou fází procesu kalení, na rychlosti a rovnoměrnosti závisí kvalita a tvrdost celého povrchu. Chlazení probíhá v nádržích chladicí kapaliny nebo rozprašováním. Pro kvalitní vytvrzení je nutné udržovat stabilní teplotu chladicí kapaliny a zabránit jejímu přehřívání. Otvory v rozprašovači musí mít stejný průměr a rozmístěné rovnoměrně, tím se dosáhne stejné kovové struktury na povrchu.

Aby se zabránilo přehřátí induktoru během provozu, voda neustále cirkuluje měděnou trubkou. Některé induktory jsou vyráběny v kombinaci se systémem chlazení obrobku. V indukční trubici jsou vyříznuty otvory, kterými studená voda vstupuje do horké části a ochlazuje ji.

Výhody a nevýhody

Kalení dílů pomocí HDTV má výhody i nevýhody. Mezi výhody patří následující:

  • Po vysokofrekvenčním kalení si díl zachovává měkký střed, což výrazně zvyšuje jeho odolnost proti plastické deformaci.
  • Cenová výhodnost procesu kalení HDTV dílů je dána tím, že se zahřívá pouze povrch nebo zóna, kterou je třeba kalit, a nikoli celý díl.
  • Na sériová výroba podrobnosti, musíte proces nastavit a poté se automaticky zopakuje, čímž se zajistí požadovaná kvalita kalení
  • Schopnost přesně vypočítat a upravit hloubku vytvrzené vrstvy.
  • Metoda kontinuálního sekvenčního kalení umožňuje použití zařízení s nízkým výkonem.
  • Krátká doba ohřevu a výdrže při vysoké teplotě přispívá k absenci oxidace, oduhličení vrchní vrstvy a tvorbě okují na povrchu součásti.
  • Rychlý ohřev a chlazení nezpůsobuje velké deformace a deformace, což umožňuje snížení přídavku na konečnou úpravu.

Je však ekonomicky proveditelné používat indukční zařízení pouze pro hromadnou výrobu a pro jednotlivou výrobu je nákup nebo výroba induktoru nerentabilní. U některých tvarově složitých dílů je indukční výroba velmi obtížná nebo nemožná získat stejnoměrnou vytvrzenou vrstvu. V takových případech se používají jiné typy povrchového kalení, například kalení plynovým plamenem nebo objemové kalení.

Mnoho kritických dílů podléhá otěru a je současně vystaveno rázovému zatížení. Takové díly musí mít vysokou povrchovou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení a zároveň nesmí být křehké, tj. nesmí se ničit nárazy.

Vysoké povrchové tvrdosti dílů při zachování houževnatého a pevného jádra je dosaženo povrchovým kalením.

Z moderní metody Povrchové kalení se nejvíce používá ve strojírenství: kalení při zahřátí vysokofrekvenční proudy (HFC); kalení plamenem a kalení elektrolytem.

Volba jedné nebo druhé metody povrchového kalení je dána technologickou a ekonomickou proveditelností.

Kalení ohřevem vysokofrekvenčními proudy. Tato metoda je jednou z nejproduktivnějších metod povrchového kalení kovů. Objev této metody a vývoj jejích technologických základů patří talentovanému ruskému vědci V. P. Vologdinovi.

Vysokofrekvenční ohřev je založen na následujícím jevu. Při průchodu proměnnou elektrický proud vysokou frekvencí přes měděný induktor se kolem něj vytvoří magnetické pole, které proniká ocelovou částí umístěnou v induktoru a indukuje v něm Foucaultovy vířivé proudy. Tyto proudy způsobují zahřívání kovu.

Funkce topení HDTV spočívá v tom, že vířivé proudy indukované v oceli nejsou rozloženy rovnoměrně po průřezu součásti, ale jsou tlačeny směrem k povrchu. Nerovnoměrné rozložení vířivých proudů vede k nerovnoměrnému ohřevu: povrchové vrstvy se velmi rychle zahřejí na vysoké teploty a jádro se buď nezahřívá vůbec, nebo se mírně zahřívá vlivem tepelné vodivosti oceli. Tloušťka vrstvy, kterou prochází proud, se nazývá hloubka průniku a označuje se písmenem δ.

Tloušťka vrstvy závisí především na frekvenci střídavého proudu, odporu kovu a magnetické permeabilitě. Tato závislost je určena vzorcem

δ = 5,03-10 4 odmocnina z (ρ/μν) mm,

kde ρ je elektrický odpor, ohm mm2/m;

μ, - magnetická permeabilita, gs/e;

proti - frekvence, Hz.

Ze vzorce je vidět, že s rostoucí frekvencí klesá hloubka průniku indukčních proudů. Vysokofrekvenční proud pro indukční ohřev dílů se získává z generátorů.

Při volbě aktuální frekvence je nutné kromě ohřívané vrstvy zohlednit i tvar a rozměry dílce, aby bylo dosaženo kvalitního povrchového kalení a ekonomické využití elektrické energie vysokofrekvenčních instalací.

Měděné induktory mají velký význam pro kvalitní ohřev dílů.

Nejběžnější induktory mají na vnitřní straně systém malých otvorů, kterými je přiváděna chladicí voda. Takový induktor je jak topné, tak chladicí zařízení. Jakmile se díl umístěný v induktoru zahřeje na nastavenou teplotu, automaticky se vypne proud a z otvorů induktoru bude vytékat voda a ochlazovat povrch dílu rozprašovačem (vodní sprchou).

Díly lze také ohřívat v induktorech, které nemají sprchovací zařízení. V takových induktorech se části po zahřátí vysypou do zhášecí nádrže.

Vysokofrekvenční kalení se převážně provádí pomocí simultánních a kontinuálně sekvenčních metod. Při simultánní metodě se kalený díl otáčí uvnitř stacionárního induktoru, jehož šířka se rovná kalené ploše. Po uplynutí stanovené doby ohřevu časové relé vypne proud z generátoru a další relé, propojené s prvním, zapne přívod vody, která vytryskne z otvorů induktoru malými, ale silnými tryskami a ochladí součást. .

U kontinuálně-sekvenční metody je součást stacionární a induktor se po ní pohybuje. V tomto případě dochází k postupnému zahřívání kalené části dílu, načež sekce spadne pod proud vody ze sprchovacího zařízení umístěného v určité vzdálenosti od induktoru.

Ploché díly jsou kaleny ve smyčkových a klikatých tlumivkách a ozubená kola s malým modulem jsou tvrzena v prstencových tlumivkách současně. Makrostruktura kalené vrstvy jemnomodulového automobilového převodu z oceli třídy PPZ-55 (ocel se sníženou prokalitelností). Mikrostruktura vytvrzené vrstvy je jemně jehličkovitý martenzit.

Tvrdost povrchové vrstvy dílů vytvrzených vysokofrekvenčním ohřevem je 3-4 jednotky H.R.C. vyšší než tvrdost při běžném objemovém kalení.

Pro zvýšení pevnosti jádra jsou součásti před kalením vysokofrekvenčním teplem podrobeny vylepšení nebo normalizaci.

Použití vysokofrekvenčního ohřevu pro povrchové kalení strojních součástí a nástrojů umožňuje výrazně zkrátit dobu trvání technologický postup tepelné zpracování. Kromě toho tato metoda umožňuje vyrábět mechanizované a automatizované jednotky pro kalení dílů, které jsou instalovány v běžném provozu obroben. Díky tomu odpadá přeprava dílů do speciálních tepelných dílen a je zajištěn bezproblémový provoz. výrobní linky a montážní linky.

Plamenové zpevnění povrchu. Tato metoda spočívá v zahřívání povrchu ocelových dílů kyslíko-acetylenovým plamenem na teplotu o 50-60°C vyšší než je horní kritický bod A C 3 , následuje rychlé ochlazení vodní sprchou.

Podstatou procesu kalení plamenem je, že teplo dodávané plynovým plamenem z hořáku do kaleného dílu se koncentruje na jeho povrchu a výrazně převyšuje množství tepla distribuovaného hluboko do kovu. Vlivem takového teplotního pole se povrch součásti nejprve rychle zahřeje na kalicí teplotu, poté se ochladí a jádro součásti prakticky zůstane nevytvrzené a po ochlazení nemění svou strukturu a tvrdost.

Kalení plamenem se používá ke zpevnění a zvýšení odolnosti proti opotřebení tak velkých a těžkých ocelových dílů, jako jsou klikové hřídele mechanických lisů, velkomodulová ozubená kola, zuby lopatek rypadel apod. Kromě ocelových dílů jsou vyráběny díly z šedé a perlitické litiny. vytvrzené plamenem, například vedení pro lože obráběcích strojů.

Kalení plamenem se dělí na čtyři typy:

a) sekvenční, kdy se kalicí hořák s chladicí kapalinou pohybuje po povrchu zpracovávané stacionární části;

b) kalení s rotací, při kterém hořák s chladivem zůstává nehybný a kalený díl se otáčí;

c) sekvenční s otáčením součásti, kdy se součást otáčí nepřetržitě a podél ní se pohybuje zhášecí hořák s chladicí kapalinou;

d) lokální, ve kterém je stacionární část ohřívána na danou kalicí teplotu stacionárním hořákem, načež je ochlazována proudem vody.

Metoda plamenného kalení válce, který se otáčí určitou rychlostí a hořák zůstává v klidu. Teplota ohřevu je řízena pomocí miliskopu.

V závislosti na účelu součásti se hloubka vytvrzené vrstvy obvykle považuje za 2,5-4,5 mm.

Hlavní faktory ovlivňující hloubku kalení a strukturu kalené oceli jsou: rychlost pohybu kalícího hořáku vzhledem k kalené součásti nebo součásti vzhledem k hořáku; rychlost uvolňování plynu a teplota plamene.

Volba kalících strojů závisí na tvaru dílů, způsobu kalení a stanoveném počtu dílů. Pokud potřebujete kalit díly různých tvarů a velikostí a v malém množství, pak je vhodnější použít univerzální kalicí stroje. Továrny obvykle používají speciální zařízení a soustruhy.

Pro kalení se používají dva typy hořáků: modulový s modulem od M10 do M30 a víceplamenový s vyměnitelnými hroty o šířce plamene od 25 do 85 mm. Konstrukčně jsou hořáky řešeny tak, že otvory pro plynový plamen a chladicí vodu jsou umístěny v jedné řadě, paralelně. Voda je do hořáků přiváděna z vodovodní sítě a slouží současně k vytvrzování dílů a chlazení náustku.

Acetylen a kyslík se používají jako hořlavé plyny.

Po vytvrzení plamenem je mikrostruktura v různých zónách součásti odlišná. Vytvrzená vrstva získává vysokou tvrdost a zůstává čistá, bez stop oxidace nebo oduhličení.

Přechod struktury z povrchu dílu na jádro probíhá plynule, což má velký význam pro zvýšení provozní trvanlivosti dílů a zcela eliminuje škodlivé jevy - praskání a odlupování ztvrdlých kovových vrstev.

Tvrdost se liší podle struktury vytvrzené vrstvy. Na povrchu dílu je to 56-57 H.R.C., a poté klesá na tvrdost, kterou měla součást před povrchovým kalením. Poskytnout Vysoká kvalita kalení, získání stejnoměrné tvrdosti a zvýšené pevnosti jádra, jsou odlévané a kované díly před kalením plamenem podrobeny žíhání nebo normalizaci v souladu s běžnými způsoby.

Povrchní prokalcinace v elektrolytu. Podstatou tohoto jevu je, že pokud elektrolytem prochází stejnosměrný elektrický proud, pak se na katodě vytvoří tenká vrstva skládající se z drobných bublinek vodíku. Vlivem špatné elektrické vodivosti vodíku se velmi zvýší odpor proti průchodu elektrického proudu a katoda (část) se zahřeje na vysokou teplotu, načež se vytvrdí. Jako elektrolyt se obvykle používá vodný 5-10% roztok uhličitanu sodného.

Proces kalení je jednoduchý a skládá se z následujících. Část, která se má kalit, je ponořena do elektrolytu a připojena k zápornému pólu stejnosměrného generátoru s napětím 200-220 PROTI a hustota 3-4 a/cm 2, v důsledku toho se stává katodou. V závislosti na tom, která část součásti je podrobena povrchovému kalení, je součást ponořena do určité hloubky. Část se zahřeje během několika sekund a proud se vypne. Chladicí médium je stejný elektrolyt. Elektrolytová lázeň tedy slouží jako ohřívací pec i jako kalicí nádrž.

Poprvé V.P. navrhl kalení dílů pomocí indukčního ohřevu. Volodin. Stalo se to téměř před stoletím - v roce 1923. A v roce 1935 tenhle typ Pro kalení oceli bylo použito tepelné zpracování. Oblibu kalení je dnes těžké přeceňovat - aktivně se používá téměř ve všech odvětvích strojírenství a velmi žádané jsou také HDTV instalace pro kalení.

Pro zvýšení tvrdosti kalené vrstvy a zvýšení houževnatosti ve středu ocelové části je nutné použít povrchové HDTV kalení V tomto případě se horní vrstva dílu zahřeje na vytvrzovací teplotu a prudce ochladí. Je důležité, aby vlastnosti jádra součásti zůstaly nezměněny. Protože si střed součásti zachovává svou houževnatost, součást samotná se stává pevnější.

Pomocí vysokofrekvenčního kalení lze zpevnit vnitřní vrstvu legovaného dílu, používá se u středně uhlíkových ocelí (0,4-0,45 % C).

Výhody vysokofrekvenčního kalení:

  1. U indukčního ohřevu se mění pouze potřebná část dílu, tento způsob je ekonomičtější než klasický ohřev. Vysokofrekvenční kalení navíc zabere méně času;
  2. Díky vysokofrekvenčnímu kalení oceli je možné zabránit vzniku trhlin a také snížit riziko deformací;
  3. Během zahřívání HDTV nedochází k vyhoření uhlíku a tvorbě vodního kamene;
  4. V případě potřeby jsou možné změny hloubky vytvrzené vrstvy;
  5. Pomocí vysokofrekvenčního kalení je možné zvýšit mechanické vlastnosti stát se;
  6. Při použití indukčního ohřevu je možné zabránit vzniku deformací;
  7. Automatizace a mechanizace celého procesu ohřevu je na vysoké úrovni.

Vysokofrekvenční kalení má však i nevýhody. Opracování některých složitých dílů je tedy velmi problematické a v některých případech je indukční ohřev zcela nepřijatelný.

Kalení vysokofrekvenční oceli - odrůdy:

Stacionární vysokofrekvenční kalení. Používá se pro kalení malých plochých dílů (povrchů). V tomto případě je poloha dílu a ohřívače neustále udržována.

Kontinuálně-sekvenční vysokofrekvenční kalení. Při provádění tohoto typu kalení se díl buď pohybuje pod ohřívačem, nebo zůstává na místě. V druhém případě se ohřívač sám pohybuje ve směru dílu. Toto vysokofrekvenční kalení je vhodné pro zpracování plochých a válcových dílů a povrchů.

Tangenciální spojitě-sekvenční vysokofrekvenční kalení. Používá se při ohřevu výhradně malých válcových dílů, které se jednou otočí.

Chcete koupit kvalitní vybavení na otužování? Poté kontaktujte výzkumnou a produkční společnost "Ambit". Garantujeme, že každý produkt, který vyrábíme Instalace HDTV pro kalení - spolehlivé a high-tech.

Indukční ohřev různých fréz před pájením, kalením,
indukční topná jednotka IHM 15-8-50

Indukční pájení, kalení (opravy) kotoučových pil,
indukční topná jednotka IHM 15-8-50

Indukční ohřev různých fréz před pájením, kalení