12-2 (Лекции)

Электровысадочные машиныДостоинствомэлектроконтактногонагреваявляетсявозможностьсовмещенияэлектронагрева заготовки с её пластической деформацией. Такой метод электроконтактногонагрева называется электровысадкой и осуществляется на электровысадочных машинах.Электровысадочные машины предназначены для изготовления поковок типа стержень сутолщением. Электровысадка — совмещает в одном агрегате одновременно деформацию инагрев металла.

На рис. 1 представлена схема электровысадки. Высаживаемая часть заготовкинагревается контактным электронагревом, при этом один из контактов упорный 1, а другойрадиальный 2, состоящий из нижней неподвижной половины и верхней подвижной половиныдля возможности укладки заготовки и ее зажима силой F. Заготовка 3 упирается своим торцом вупорный контакт и зажимается радиальным контактом.

Длина заготовки между контактами недолжна быть больше трех диаметров, т. к. возможна потеря продольной устойчивости (изгиб)высаживаемой части заготовки.При прохождении электрического тока заданного напряжения заготовка, зажатая вконтактах,нагреваетсядоковочнойтемпературы.Ксвободномуторцузаготовкиприкладывается осевая сила P, в результате чего нагретая часть заготовки высаживается.Одновременно в зону нагрева входит другой участок заготовки, нагреваемый как токами отисточника, так и теплопередачей от нагретой части заготовки.Электровысадка может быть не окончательной операцией, и полученные такимспособом поковки подвергают дальнейшему формообразованию на ковочном оборудовании.Большинство универсальных электровысадочных установок снабжено трансформаторами,обеспечивающими за счет переключения отводов обмоток большое (10 и более) число ступенейвторичного напряжения.

Наличие таких трансформаторов дает возможность получитьоптимальные параметры процесса, а при необходимости и автоматически изменять подводимоенапряжение во время электровысадки.12F3Рис. 1 Схема электровысадки:P1 – упорный контакт; 2 – радиальныйконтакт;3–заготовка;4—трансформатор4a)1Таким способом можно обеспечить высадку заготовки длиной до 10 диаметров. Этосвязанно с тем, что с увеличением диаметра высаживаемой части заготовки растеттепловыделение в середине заготовки, что приводит к ее перегреву.

Под действием вновьпоступающего металла давление в высаженной части заготовки повышается, что приводит кобразованию наружных кольцевых трещин. С целью увеличения длины высаживаемой части(свыше 10 диаметров) применяют электровысадочные машины с перемещающимся поспециальной программе торцовым контактом.Электровысадкой можно получить заготовки с утолщением посередине. Для этогоприменяют машины с двумя парами скользящих контактов, расположенных между торцевымупором и главным толкателем.На электровысадочных машинах можно получать готовые изделия или полуфабрикаты ввиде стержня с утолщением для последующей штамповки.

В этом случае электровысадочныемашины встраиваются в автоматические линии для работы в паре с горячештамповачнымикривошипными прессами или горизонтальноковочными машинами.ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАИндукционный нагрев осуществляется с помощью индуктора, представляющего собойспиральную катушку 1, навитую из медной пустотелой трубки специального профиля, покоторой пропускается переменный ток заданной частоты.

Внутри катушки находитсянагреваемая заготовка 2, которая подвергается действию переменного электромагнитного поляиндуктора (рис. 2).21Рис. 2. Индуктирующий провод с нагреваемойзаготовкой1 — индуктор (соленоид) ; 2 — заготовкаПеременное магнитное поле, создаваемое индуктором, проходит через заготовку,индуктируя в ней электродвижущую силу (эдс). Под действием эдс в заготовке возникаютпеременные токи, называемые вихревыми токами (токи Фуко), которые и вызывают нагрев2заготовки, подчиняемый закону Джоуля-Ленца. Вихревые токи протекают в плоскости,перпендикулярной вектору магнитной индукции.На рис.

2 вектор магнитной индукции направлен по оси заготовки, следовательно,вихревые токи имеют окружное направление.В основу индукционного нагрева положены следующие физические законы и явления:1) закон электромагнитной индукции;2) поверхностный эффект;3) эффект близости;4) кольцевой эффект;5) изменение свойств металла в процессе нагрева.Электромагнитная индукция обеспечивает передачу электромагнитной энергии отиндуктора к заготовке без помощи контактов, что является существенным преимуществоминдукционного нагрева. Индуктированная в заготовке э.д.с.

е может быть определена наосновании закона электромагнитной индукции:e=-dΦ,dτгде d Φ/ d τ - скорость изменения магнитного потока Ф. Знак минус свидетельствует о том, чтоесли поток внутри катушки возрастает ( d Φ/ d τ > 0 ), то знак ЭДС будет отрицательным, а еслипоток убывает ( d Φ/ d τ < 0 ), то знак ЭДС будет положительный. Абсолютную величинуd Φ/ d τ определяет частота изменения тока f в индукторе. Чем больше f, тем больше d Φ/ d τ ,а, следовательно, и токи в заготовке.Поэтому при повышении частоты увеличивается энергия, выделяющая в том же самомобъеме, т.е.

увеличивается ее концентрация. Именно этим объясняются малые размеры и весвысокочастотных трансформаторов и применение более высоких частот при нагреве малыхдеталей.Если ток индуктора постоянный, то d Φ/ d τ = 0 , и в заготовке вихревые токи возникатьне будут.Поверхностный эффект — главное определяющее явление при индукционном нагревеметаллов — проявляется в неравномерном распределении вихревых токов по сечениезаготовки: плотность тока наибольшая у поверхности заготовки, резко уменьшается по мереудаления от нее. Поверхностный эффект зависит от частоты тока, причем с увеличениемчастоты неравномерность тока по сечению увеличивается.

При очень больших частотах токпрактически будет существовать только в очень тонком поверхностном слое, на этом эффектеоснована поверхностная закалка ТВЧ.3Эффект близости применительно к индукционному нагреву заготовок состоит вконцентрации тока в определениях частях заготовки в зависимости от формы и расположенияиндуктора и представляет собой разновидность поверхностного эффекта.Явление эффекта близости можно рассмотреть на примере двух плоских параллельныхпроводников, расположенных относительно близко друг к другу (рис. 3).Рис. 3. Эффект близости при взаимодействиимагнитных полей двух параллельнорасположенных плоских проводников:а — одинаково направленные токи;б — разнонаправленные токиПри одинаковом направлении тока в параллельных проводниках плотность тока большена их внешних поверхностях, а при разном направлении — на внутренних. Аналогичнаякартина наблюдается и в случае параллельных цилиндрических проводников и прирасположении проводников один в другом коаксиально.Эффект близости проявляется тем сильнее, чем больше размер сечения проводников приданной частоте тока, и также тем сильнее, чем выше частота тока при данном размере сечения.Или, иначе говоря, чем больше отношение поперечного размера сечения проводника к глубинепроникновения тока, тем эффект близости выражен резче.Благодаря эффекту близости можно путем подбора соответствующей формы индуктораосуществлять местный нагрев заготовка.

Эффект близости проявляется тем сильнее, чемменьше расстояние между индуктором и заготовкой и чем сильнее проявляется поверхностныйэффект.Кольцевой эффект. Кольцевой эффект, или, как его еще называют, катушечный,—также следствие поверхностного эффекта, проявляющегося в проводниках, выполненных ввиде кольца или спирали. Вследствие большей ЭДС самоиндукции на наружной поверхностикольцевого проводника или спирали плотность тока будет большей на их внутреннихповерхностях (рис. 4).Чем больше радиальная толщина кольцевого проводника, тем резче будет выраженкольцевой, или катушечный эффект. Эффект этот, с одной стороны, вреден, так как повышаетактивное сопротивление проводника за счет неполного использования его сечения, и в то жевремя полезен, так как усиливает магнитный поток внутри соленоида и в сочетании с эффектомблизости способствует ускорению нагрева объекта, охваченного соленоидом.4Рис.4.Магнитноеполепроводника,свернутого в кольцо, и явление кольцевогоэффекта при протекании по нему токаВ ряде случаев необходимо воздействовать на магнитный поток, создаваемыйпроводником, несущим переменный ток.

Это можно осуществить с помощью магнитопроводов, охватывающих проводник с током. Обычно такие магнитопроводы представляютсобой устройства П-образного сечения, набранные из тонких пластин трансформаторной стали,в паз которых помещается индуктирующий проводник.Если в паз П-образного магнитопровода поместить плоский проводник, то с незамкнутойстороны паза концентрация магнитного потока будет резко усилена. То же самое получается,если на кольцевой проводник одеть магнитопровод, набранный из П-образных пластинок.Если замкнутую сторону такого магнитопровода расположить с внешней стороныкольцевого проводника, то концентрация магнитного потока будет усилена внутри кольца, аесли замкнутую сторону паза расположить с внутренней стороны проводника, то потоксконцентрируется снаружи.В первом случае интенсивность нагрева объекта, помещенного внутрь кольца, резкоповысится. Во втором случае появляется возможность в противодействие кольцевому эффектусоздать большую плотность тока на наружной поверхности кольцевого проводника и темсамым обеспечить нагрев внутренней поверхности отверстия какого-либо объекта, или трубы.Таким образом, магнитопроводы позволяют не только концентрировать магнитный поток вжелаемом направлении, но и повысить КПД электромагнитной системы.μ1 ρρ016μРис.

5. Зависимость относительных магнитной12проницаемости и удельного сопротивления от840температуры для стали 45ρρ02004006008001000T°C5Изменение свойств металла в процессе нагрева. При нагреве стали изменяются еетеплофизические характеристики: удельное сопротивление ρ и магнитная проницаемость µ(рис. 5).Изменение этих параметров происходит до температуры порядка 800°С. Придальнейшем увеличении температуры ρ и μ практически не меняются: ρ достигает своегомаксимально значения -ρρ max≈ 8 , а µ минимального, равного единице.