Устройство для индукционного контурного нагрева деталей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик! и956578 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (и)»м кл з (22) Заявлено 020281 (21) 3242324/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 21 0 1/42

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

t$3) УДК 621.785. .545(088.,8) Опубликовано 070982. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 0709.82

t ч ф;, (i ч

А.М. Григорьев и И.П. Янович, т т т ф ИР /kg qgô тф атЕ щ

Физико-технический институт AH Белорусской ССР(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО КОНТУРНОГО

НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в инструментально-штамповом производстве, например, при контурной закалке режущих кромок матриц разделительных штампов.

Известно устройство для индукционного контурного нагрева деталей, например, рабочих кромок матриц разделительных штампов под закалку, содержащее диэлектрическую ванну с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор, выступающий над уровнем охлаждающей жидкости рабочий стол для размещения деталей над иидуктором с зазором $1).

Известно устройство для индукционного контурного нагрева деталей, содержащая диэлектрическую ванну с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор, подключенный к токоведущим шинам источника нагрева, частично выступающий над уровнем охлаждающей жидкости, и рабочий стол для размещения детали над индуктором с зазором (2).

Процесс индукционного нагрева контуров деталей по схеме с частично выступающим токопроводом над охлаждающей жидкостью сопровождается интенсивным разогревом выступающей части лен- З0 точного токопровода, что способствует повышению равномерности нагрева контуров достаточно простой формы за счет самоограничения нагрева.

Недостатком таких устройств является то, что при нагреве контуров с узкими выступами или углублениями происходит мгновенный разогрев соответствующих им участков ленточного токопровода, в то время как нагрев детали по этим участкам отсутствует.

Наиболее близким к изобретению является устройство для индукционного контурного нагрева деталей, содержащее диэлектрическую ванну с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор, частично выступающий над уровнем охлаждающей жидкости, и рабочий стол для размещения детали над индуктором, в котором ленточный индуктор соединен с токоведущими шинами источника нагрева посредством шаровой опоры, центр которой совпадает с центром шарнира рабочего стола (3).

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет путем изменения расположения ленточного индуктора относительно уровня охлаждающей жидкости заранее задавать температурный режим работы токопровода индуктора

956578 по участкам в процессе нагрева, что способствует выравниванию температуры вдоль контура нагреваемой детали.

Устройству присущи следующие недостатки: такая схема нагрева реализуется просто в том случае, если кон- 5 тур имеет один или несколько рядом расположенных участков ленточного токопровода, работающих в условиях перегрева при нагреве детали под закалку. Это обусловлено тем, что рас- 10 положение индуктора под углом перед нагревом осуществляется в одном иэ направлений, имеющем. участок с неблагоприятными условиями для нагрева в контуре детали. B том;случае, ког- 15 да контур детали имеет такие участки удаленные друг от друга или противоположно расположенные, вышеприведенная схема нагрева не эффективна,кроме того-, устройство не предусматрива-20 ет регулирования условий охлаждения деталей после нагрева под закалку, т.е. имеет ограниченные технологические возможности при выборе тех или .иных режимов обработки с учетом пред варительных и последующих условий охлаждения детали. Выбор условий охлаждения детали позволяет получить более качественную термообработку за счет воздействия на полноту мартенситных превращений в материале эакаливаемой детали, а также эа счет воздействия на теплоотвод при последовательной закалке рядом расположенных контуров.

Целью изобретения является повышение качества термообработки за счет получения равномерного, нагрева вдоль контура и расширения технологических возможностей устройства при выборе условий охлаждения в процессе нагрева детали. 40

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее диэлектрическую ванну с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор, частично выступающий над уровнем охлаж- 45 дающей жидкости, и рабочий стол с несущей плитой для размещения детали над индуктором с зазором, дополни тельно снабжено рекуперативным теплообменником, выполненным в виде ох"... лаждаемой кольцевой камеры, охватывающей ленточный индуктор, и смонтированный на несущей плите рабочего стола, а последняя выполнена из материала с высокой теплопроводностью,например меди.

Рекуперативный теплообменник снаб- . жен подвижными ребрами, установленными с возможностью перемещения в направлении к токопроводу ленточного индуктора.

На чертеже изображена кинематическая схема устройства для индукционного нагрева режущих кромок матриц разделительных штампов под контурную закалку. 65

Устройство содержит диэлектрическую ванну 1 с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор 2, подключенный к токоведущим шинам 3 источника токов высокой частоты, рабочий стол с базоными опорами 4 и несущей плитой 5, например, иэ меди для размещения детали (матрицы) над индуктором 2 с заданным зазором, рекуперативный теплообменник в виде кольцевой камеры б, закрепленной на плите 5 и подсоединенной трубопроводом 7 к охладителю, подвижные ребра 8, закрепленные на камере б с возможностью перемещения в направлении индуктора 2.

Ус ройс во работает. следующим образом.

Перед нагревом подвижные ребра 8 перемещают в направлении к индуктору

2 и фиксируют на корпусе камеры б так, чтобы они находились на минимальном расстоянии от участков ленточного токопровода, подверженных перегреу в процессе работы (участки с местными углублениями и выступами в контуре детали). В камеру б подают под давлением хладагент. На несущей плите 5 рабочего стола размещают матрицу 9 лицевой стороной вниз, совмещают контур отверстия с контуром токопровода индуктора 2 и включают нагрев после выдержки во времени до выравнивания температуры матрицы и несущей плиты 5 (охлаждают до температуры хладагента). После достижения режущими кромками матрицы 9 температуры закалки нагрев прекращают, и охлаждение происходит эа счет теплоотвода на.массу матрицы при выдержке во времени на охлаждающей плите 5.

На участках токопровода с местными выступами и впадинами происходит интенсивный теплоотвод на ребра 8, закрепленные на теплообменнике. За счет этого происходит регулирование температурного режима работы токопровода индуктора, устраняется перегрев отдельных его участков и, как следствие, выравнивание температуры нагрева вдоль контура режущих кромок матрицы. Интенсивный теплоотвод по участкам токопровода через ребра 8 достигается тем, что охлаждающая жидкость (вода при обработке матриц из углеродистых сталей) на этих участках замерзает и при разогреве токопровода индуктора происходит существенный теплоотвод на скрытую теплоту при таянии льда и парообразований.

При выдержке матрицы 9 на плите 5 перед нагревом происходит ее охлаждение, например, до температур нижней мартенситной точки (MK}, и при охлаждении на массу после нагрева режущих кромок происходит непрерывное охлаждение до точки Мк, что приводит к более полному мартенситному превращению и снижению содержания остаточного

956578 аустенита. Изменением времени выдержки до и после нагрева, а также подбором состава хладагента представляется воэможность широкого выбора режимов охлаждения, что расширяет технологические возможности использования устройства при термообработке деталей с обеспечением требуемых эксплуатационных характеристик.

При последовательном нагреве двух рядом расположенных контуров обеспе- 10 чивается теплозащита ранее закаленного контура за счет непрерывного теплоотвода на,охлаждаемую массу детали, что предотвращает отпуск ранее закаленного контура, а также возрас-. 15 тают остаточные сжимающие напряжения в материале режущей кромки, что cnoco6cTBует повышению эксплуатационного ресурса матрицы разделительного штампа. Этот эффект достигается тем, 2р что при последующем выравнивании температуры матрицы с окружающей средой (в условиях эксплуатации), т.е. при нагреве ее от криогенных температур до комнатных, объем материала матрицы увеличивается, и происходит сжатие закаленного слоя вдоль контура режущих кромок.

В зависимости от требуемых условий охлаждения могут применяться различные составы хладагента, например жидкий азот, смеси содержащие 61,6% воды, 19,2Ъ нашатыря, 19,2% селитры

И другие, обеспечивающие охлаждение до криогенных температур.

Предлагаемое устройство позволяет псвысить качество термообработки матриц разделительных штампов за счет получения равномерного нагрева и широких технологических воэможностей выбора режимов обработки. 40

Пример. Осуществляют нагрев под закалку образцов матриц разделительных штампов с контурами, включающими выступы и впадины шириной менее

15 мм, расположенные противоположно 45 друг другу. Материал образцов — сталь

У8А. Источник нагрева — установка

ТВЧ ЛЗ-67. Несущая плита рабочего стола — медная толщиной 15 мм. В качестве хладагента используют жидкий азот, д которым заполняют кольцевую камеру.

Результаты сравнительных испытаний показали, что при нагреве по схеме известного устройства наблюдался разброс по твердости на противоположных участках контура с выступами в пределах 56-61 единиц HRC;.ïðè нагреве по схеме предложенного устройства наблюдается разброс по твердости на противоположных участках контура с высту= пами в пределах .56-61 единиц HRC.

Повышение твердости при закалке матриц с использованием при нагреве предложенной схемы достигается за счет более полного мартенситного превращения при непрерывном охлаждении до криогенных температур, что ведет к снижению процента остаточного аустенита в закаленном слое режу-. щей кромки.

Экономический эффект в инструментально-штамповом производстве от использования предлагаемого изобретения достигается за счет повьааения стойкостного ресурса и выражается в сокращении. потребности единиц штамповой оснастки. .Формула изобретения

1. Устройство для индукционного контурного нагрева деталей, преимущественно режущих кромок матриц разделительных штампов под закалку, содержащее диэлектрическую ванну с охлаждающей жидкостью, ленточный индуктор, частично выступающий над уровнем охлаждающей жидкости, и рабочий стол с несущей плитой для размещения детали над индуктором с зазо-, ром, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения качестве термообработки за счет получения равномерного нагрева вдоль контура и расширения технологических возможностей устройство снабжено рекуперативным теплообменником, выполненным в виде охлаждаемой кольцевой камеры, охватывающей ленточный индуктор и смонтированной на несущей плите рабочего стола, а последняя выполнена из материала с высокой теплопроводностью.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что плита выполнена из меди.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что рекуперативный теплообменник снабжен подвижными ребрами, установленными с возможноотью перемещения в направлении к токопроводу ленточного индуктора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 602568, кл. С 21 D 1/42, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 595399, кл. С 21 D 1/42, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

9 881199119900, кл. С 21 D 1/42, 1979.

956578

Составитель A.Äåíècîâà

Редактор Г. Гербер Техред A.À÷ Корректор М.Шароши

Заказ 6522/6 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4