Способ управления индукционным нагревом деталей

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИЪнным НАГРЕВС ДЕТАЛЕЙ., преимутественно режущих кромок матриц разделитеяьных штампов под контурную закашку по уровню тепловой энергия, поглехаав ыоШ деталью в процессе нагрева, о т 7 л и ч а ю щ ни с я целью, повышения точности доэирования нагрв ва в области температур магнитных превращений (точка Кюри), уррвень энергии, поглощаемой деталью, опре деляют по значений) магнитострикционной деформации детали и при его падении нагрев прекращают. /f fyoxy управлениЛ HazpeSoM 9 :4 о

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН

- М5П С.-21Э 11 ао

ГОСУДАРСТВЕИНЬ(Й. КОМИТЕТ СССР

- ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И, ОЧ НРЬ(ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.1 »4„ ,/

Ь

i,:Г (21) 3424815/22-02 (22). -20.04.82 (46) 23.08.83. Бюл В 31 .(72) И.П. Янович, A.М. Григорьев

И Е;Л. Клецков (71}- Физико-технический институт

AH.Áåëîðóññêîé CCP ,(53) 621.771.01 (088. 8) (56) 1. Авторское. свидетельство СССР

В 505706, кл.. С 210 1/42:, 1974.

2. Заявка ФРГ Р 2322720, ; кл ° 18 с 1/42, 1974.

3. Авторское Свидетельство СССР

Р 580232,-кл. С 210 1/42, 1975.

„,SU„„A

» (54) (57) СПОСОБ- УПРАВЛЕНИЯ ИНДУ1й И»

ОННЫИ RArPEBCN ДЕТАЛЕЙ, преиМУЩЕствеино режущих кромок матриц разделительных штампов под контурную закалку по уровню тепловой энергии, поглощав мой деталью в процессе нагрева, о т л и ч а ю щ и. и с я темучтоас целью повышения точности дозирования йагре-1 ва в области температур магнитных. превращений (точка Кюри}, урОвеиь энергии, поглощаемой деталью, опре деляют по значению магнитострикциоиной деформации детали и при его падении нагрев прекращают °

1036770

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, прй индукционном нагреве режущих кромок матриц разделительных штампов под контурную закалку. .Известен способ управления индукционным нагревом штамповых матриц между индуктором и контуром рабочего окна матрицы порошка соли. Нагрев 10 .прекращают при достижении фиксируемой величины температуры плавления соли (1) ° .

Недостатком данного способа является то, что при его осуществлении . (5 судят о количестве поглощаемой энергии деталью косвенным путем (по расплавлению соли). Это затрудняет контроль температуры детали при скоростном нагреве. 20

Известен способ управления,индукционным нагревом деталей по достижении заданной величины тепловой энергии, выделяемой в детали (2) . йедостаткау4и известного способа 25 являются сложность схемы дозирования нагрева, отсутствие саморегулированйя поглощаемой энергии в зависимости от физических параметров детали и необходимость, в связи с этим, прог-. раммных систем регулирования режима. нагрева.

Наиболее близким к изобретению является технический индукционный нагрев деталей, преимущественно рабочих .кромок матриц разделительных. 35 штампов по уровню тепловой энергии, с использованием индуктивной связи между индуктором и деталью, при осуществлении которого в качестве элемента индуктивной связи исполь- 4() зуют изменяющийся зазор между индуктором и деталью, а нагрев отключают по достижении фиксируемой величины этого зазора L 3,1.

Способ основан на саморегулирова- 45 нии поглощения теловой энергии деталью в процессе нагрева в зависимости от ее физических параметров.

Недостатком известного способа является то, что при изменении зазора между индуктором и деталью при достижении температуры магнитных превращений (при выходе из состояния равновесия) в системе индуктор-деталь воэнИкают колебания, которые вносят значительную погрешность в показания датчика обратной связи. Кроме того, поскольку контроль осуществляется по механическим параметрам, система обладает инерционностью, эавИсящей от массы детали (или индуктора), 60 что снижает быстродействие си =темы дозирования нагрева и снижает его точность.

Целью изобретения является повышение точности доэирования нагре- 65 ва в области температур магнитных превращений (точка Кюри).

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления ин дукционным нагревои деталей по заданной энергии (тепловой), поглощаемой деталью в .процессе нагрева, уровень энергии, поглощаемой деталью, определяют по.значению магнитострик.ционной деформации детали и при его падении нагрев прекращают.

На чертеже изображена схема, поясняющая сущность .способа управления индукционным .контурным нагревом под закалку режущих кромок матриц разделительных штампов.

Способ осуществляют следующим образом.

Над токопроводом 1 ленточного индуктора, помещенного в диэлектрическую ванну 2 с охлаждающей жидкостью, размещают матрицу 3 на базовых опорах 4. Матрицу 3 совмещают с ,контуром токопровода 1 с обеспечением заданного технологического зазора в системе индуктор — деталь.

С противоположной стороны от зоны, предназначенной. для..нагрева на матрице 3 размещают пьезокерамичес" кую пластину 5 с обеспечением акустического контакта с телом матрицы.

Поверхности пьезокерамической пластины 5 (электроды) подсоединяют к измерительному прибору (например, вольтметру), .имеющему обратную связь с блоком управления нагрева. После этого индуктор с,токопроводом 1 подключают. к источнику токов. высокой частоты и-.осуществляют нагрев режущей кромки рабочего отверстия матрицы 3. По показаниям вольтметра судят о нагреве кромки и при падении значения сигнала нагрев прекращают (или изменяют .режимы нагрева через обратную связь на блоке управления нагревом)и производят охлаждение -)калку).

При размещения пьезокерамического датчйка на ферромагнитном теле, помещенном в переменном магнитном поле, в нем под воздействием механических колебаний .(Магнитострикционной деформации детали - в данном случае-матрицы), возникает электрический заряд. Это обусловлено; прямым пьезоэлектрическим эффектом. При подключении датчика к вольтметру последний будет регистрировать электродвижущую силу. Ee значение зависит от уровня механических напряжений, создаваемых в пьезоэлектрической пластине, т..е, в данном случае от. уровня магнитострикционной деформации, объема матрицы над участком нагрева в контуре отверстия. В качестве пьезокерамического датчика может использоваться пластина из пьезокерамики ЦТС Pb(2r - 0,55T (Ô5 О„

1036770 цессе нагрева регистриравали с помощью датчика линейных перемещений (механотрона) . Момент изменения зазора сопоставляли с температурой на рабочей кромке, измеряемой термопа.Рой. В процессе нагрева наблюдалось отставание во временИ начала измене-. ния зазора по отношению к моменту до- . стижения температуры магнитных превращений (изменение зазора появлялось при температуре, превышающей:темпе- ратуру точки Кюри примерно íà 50oC} .

Дополнительно к этому наблюдались

15 вибрации- образца матрицы с амплитудой «+1,5 мм что значительно усложняло процесс контроля и снижало его достоверность.

Предлагаемый способ. ОбразЕц матрицы размещали на базовых опорах с, заданным технологическим зазором над ленточным индуктором. С рротивоположной стороны зоны нагрева на поверхности матрицы (см. чертеж) механическим путем (или склейкой) крепили пьезокерамическую пластину ЦТС толщиной

1 мм, диаметром 8 мм и подсоединяли ее в электрическую цепь вольтметра.

Параллельно контролировали тем ературу на режущей кромке посредством тер .мопары.

l ь .: В процессе нагрева в начальной ста» дии наблюдался сигнал на шкале вольть метра, равный 0,8Y . В момент дости35 ження режущей кромкой температуры нагрева, контролируемый термопарой, соответствующей. значениям точки Кюри (760 С), наблюдалось падение показаний вольтметра до О, 4 У, т.е. на

40 50% °

Составитель Г. Демин

Техред й.Бабинец Корректор A. Повх

Редактор Н. Джуган

Заказ 5943/26 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5.Фияиал ППП Патент™, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Все магнитострикционные материалы чувствительны к изменению температуРы, а именно, их магнитные свойства .Уменьшаются при повышении температуры и полностью исчезают при темпера.туре, соответствующей точке Кюри.ПРи: потере магнитных свойств отсутствует и эффект магнитострикций, т.е. изменение линейных и объемнйх размеров.

Следовательно, в случае при нагреве режущих кромок матрицы, например, из .стали УВй выше температуры точки

Кюри (около 760 С) магнитострикционная деформация в объеме режущей кромки стремится к нулю. В результа те этого .уменьшается механическое напряжение в пьезокерамической пластине, что влечет за собой уменьшение ее электрического заряда. Это падение регистрирует измерительный прибор, нарпимер,: вольтметр и выдает сигнал на блок управления нагревом, например сигнал на прекращение нагрева (или нагрев прекращают -по результатам визуального наблюдения за показаниями прибора) . Поскольку температура .магнитных .превращений для инструментальных углеродистых сталей находится в области закалочных температур, то по снижению показаний прибора можно,:пРекращать нагрев и производить закалку матрицы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет устранить инерционност управления по сравнению с механическими перемещениями, повысить точност дозирования нагрева и упростить системы управления индукционным нагревом, Пример. В лабораторных условиях проводились сравнительные экспери менты по предлагаемому способу и базовому (известному).

Проводили нагрев под закалкУ Р образцов матриц разделительных штампов из стали YBA. Источник нагреваламповый генератор е частотой тока

66 кГц. Индуктор - медная лента толщиной 1 5 мм шириной 15 ьел, выгнутая в соответствии с нагреваевым контуром, Базовый вариант. Образец Матрицы размещали над ленточным индукторбм с уравновешиванйем посредством пружин сжатия. Изменение зазора в проТаким образом, экономический эффект достигается за чет повышения качества термообработки путем повышения точности дозирования нагрева и .-за счет упрочнения системы управления индукционным нагревом.

-Изобретение может быть эффективно использовано s тех системах ин» дукционного нагрева, где ограничен

5П доступ к контролируемой зоне нагрева.