275,25 Kb.НазваниеУстановки индукционного нагрева токами высокой частоты под термообработку металлоизделий шарообразной формыстраница1/2Дата конвертации12.10.2012Размер275,25 Kb.Тип 1 Установки индукционного нагрева токами высокой частоты под термообработку металлоизделий шарообразной формыАннотация Перспектива поставок металлических шаров, закалённых с симметричного поверхностного нагрева на заданную глубину и температуру была бы весьма привлекательна для отраслей промышленности с массовым потреблением мелющих тел, в первую очередь горно обогатительной и цементной. Возможно и для термообработки шариков подшипников качения в собственных производствах подшипниковой отрасли. При успешном решении этой научно технической задачи был бы достигнут редкостный спаренный эффект: повышение качества шаров с одновременным снижением отпускных цен у изготовителей. Новый уровень качества шаров предопределяется технологической возможностью оптимального сочетания высокой поверхностной твёрдости изделий после закалки с относительно пластичной сердцевиной (противораскалываемость), а удешевление в сфере изготовления произойдёт благодаря многократному снижению энергоёмкости термообработки в сравнении с традиционным, повсеместно практикуемым длительным сквозным нагревом. Более всего этой востребованной промышленностью совокупности параметров нагрева отвечает индукционный способ с прямым и высокоскоростным (секунды доли секунд при поверхностном нагреве [1, С 91]) превращением электрической энергии в тепловую, отличающийся простотой регулирования температуры и глубины симметричного прогрева. Однако при всех известных достоинствах этого способа применимость его с обеспечением требуемой симметричности нагрева в настоящее время ограничена в мировой практике преимущественно изделиями непрерывного сечения или близкого к таковому. В шарикоподшипниковой отрасли известен опыт безокислительного без обезуглероживания индукционного нагрева шариковых заготовок не симметричного, а лишь с целью сокращения последующего времени их сквозного выравнивающего прогрева в исключительно энергоёмкой муфельной печи [2]. В настоящей публикации анализируются технические решения в зарегистрированных в последние годы отечественных изобретениях, направленных на решение обозначенной проблемы. Заметим: проблемы не нашедшей к настоящему времени научно технического разрешения в мировой практике. Общей в рассматриваемых изобретениях идеей технического решения поставленной задачи является конфигурация индуктора ТВЧ, направляющий корытообразный ( ) жёлоб которого (или профиль замкнутого сечения) изогнут в пространственную спираль с вертикальной осью симметрии. Кинематика и динамика движения шарика по спиральному жёлобу (свободное скатывание) определяются его одновременным динамическим взаимодействием с беговой дорожкой (гравитационное) и центробежно нарастающим с поверхностью наружной стенки и потому характеризуются двухмерным, а в другом случае, при переменной кривизне витков спирали - трёхмерным побуждением к изменению направления его оси собственного вращения. Это предопределяет возможность создания установок ТВЧ непрерывного действия, обеспечивающих равномерное по плотности взаимодействие всей поверхности движущегося по направляющему жёлобу шарообразного тела с электромагнитным полем в индукторе и, соответственно, достижение искомого симметричного нагрева на заданную глубину скоростного и потому высокоэнергоэффективного, без окисления и обезуглероживания. При этом использование индукционного нагрева и для скоростного отпуска существенно в меньшей степени снизило бы послезакалочную поверхностную твёрдость шаров с соответствующим увеличением их износостойкости в сфере эксплуатации шариковых изделий [3, С 392]. Относительно шарикоподшипниковой отрасли однозначное суждение о применимости предлагаемого способа нагрева деталей качения пока не представляется возможным. С одной стороны, в отличие от мелющих шаров высокая образивная износостойкость не актуальна (работа с обильной смазкой в плотно защищённом корпусе подшипникового узла). Есть качественный показатель свойств поверхности шарика «контактная выносливость», но у него иная природа. И проблема противоударной стойкости (на раскалываемость) давно очевидна традиционным использованием высоколегированной шарикоподшипниковой спецстали ШХ15 и выше. Дорого, но привычно. С другой стороны безусловно актуальна энергоэффективная альтернатива повсеместно эксплуатируемым в этой отрасли муфельным печам сопротивления, однако известный опыт внедрения в середине прошлого века установок индукционного нагрева роликов конических подшипников [4] почему то не получил распространения. Эта проблема в энергосберегающем плане безусловно заслуживает того, чтобы заняться ею тройственными силами учёных: ВНИИТВЧ, ЛГТУ (в механико математической части) и НИИ Центр Европейской подшипниковой корпорации («НИЦ ЕПК», г. Москва). Ключевые слова: шар(ик), энергоэффективность, индуктор, жёлоб, спираль, вращение, анализ, исследование. Направления проведённых авторами исследований в плане концепции, очерченной в аннотации. 1.1.Сравнительный анализ двух вариантов конфигурации пространственных спиралей, по которым изогнуты направляющие профили: цилиндрическая; вписанная в поверхность однополостного гиперболоида, или другую, схожую поверхность второго порядка с переменной кривизной витков спирали. 1.2.Сравнительный анализ трёх вариантов очертаний поперечных сечений направляющих профилей: корытообразного (), кольцевого и прямоуголного. 1.3.Физико математические исследования влияния электромагнитного поля высокой частоты на кинематику и динамику качения шаров внутри индуктора ТВЧ. Сравнение вариантов геометрических конфигураций спиральных индукторов. 2.1.Конструкция нагревательной индукционной установки с направляющим жёлобом корытообразного ( ) - сечения, изогнутым в цилиндрическую винтовую спираль [5], представлена на рис.1. Установка работает следующим образом. Из расходного бункера 1 шары выпускаются подбункерным питателем 2 дискретного действия (например, перепускного или маятникового типа) в задающий желоб 3, транспортирующий их свободным скатыванием с интервалами в направляющий спиральный желоб 4 индуктора 5. Благодаря подаче шаров в индуктор с временными интервалами через питатель 2 они разделены между собой в движении по направляющему желобу 4 дистанциями, предотвращающими их взаимоэкранирование в электромагнитном потоке. В начальный, прямой участок 4-4 направляющего желоба шары скатываются с линейной скоростью (центров масс) и угловой их собственного вращения вокруг горизонтальной оси (в координате X), сообщёнными за время чистого гравитационного качения с ускорением по наклонному задающему желобу 3. , (1)где, - регулируемый угол наклона желоба 3, - длина желоба 3, - радиус шара, - сила сухого трения качения. При вкатывании в спиральную часть желоба возникает динамический контакт шара с внутренней поверхностью вертикальной стенки желоба 4-2 под действием возрастающей центробежной силы , вызываемой кривизной траектории движения шара , (2) где величина угла
Установки индукционного нагрева токами высокой частоты под термообработку металлоизделий шарообразной формы
Установки индукционного нагрева токами высокой частоты под термообработку металлоизделий шарообразной формы
Комментариев нет:
Отправить комментарий