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感應器零件淬火的技術要求

時間:2018-12-13 09:58:08    來源:賢集網    浏覽:455    

       感應器的結構形式雖然很多,但是它們的基本要求是相同的。隻要掌握感應加熱的電磁基本理論,通過實踐,就可以根據零件淬火的技術要求,制造出好用的感應器。

       感應器應符合以下要求:

       1.被加熱工件表面各處的溫度盡可能均勻。

       2.感應器損耗盡可能小,電效率盡可能高。

       3.冷卻良好。

       4.制造簡單,有足夠的機械強度,操作使用方便。

       一、電磁轉換的基本知識

       零件表面的感應加熱,是通過感應器将高頻電能轉換成感應渦流來實現的。當高頻電流通過感應器時,産生強大的高頻磁力線,這些磁力線在穿過工件表面時,就會産生出感應渦流,渦流再轉換成熱能,使工件表面加熱到淬火溫度。

       一定尺寸的工件,其表面吸收功率的能力除了決定于頻率、磁場大小外,還決定于零件的材料。同一尺寸的零件,由于鐵磁性材料的導磁系數u較非鐵磁性的大十幾倍以至幾十倍,因此鐵磁性材料的加熱速度要快得多。但是,當鋼件加熱到磁性轉變溫度(768度)以上或奧氏體狀态時,磁性消失u=1,此時的加熱速度将明顯下降。

       在感應加熱中,感應器與工件之間應留有足夠的間隙(一般為2-5mm)。當感應器與工件中有間隙存在時,總有部分磁力線不經過零件表面而在間隙中通過,對零件不起加熱作用,叫做漏磁,間隙越大,漏磁越嚴重。

       除了漏磁外,還有磁力線的逸散問題。磁力線的逸散,是指磁力線雖然穿過工件,經電磁轉換成了熱能,但這部分熱能并未用于零件淬火的部分,而是加熱了其它不應淬火的部分。在采用同時法加熱外圓柱表面時,雖是内磁場加熱,也有較輕的磁力線逸散。間隙愈大,則逸散愈嚴重,零件的熱影響區越寬,增加了功率的無益損耗。

       采用外磁場加熱時,磁力線的逸散更為嚴重。常采用導磁體,克服磁力線的逸散,它可以将零件表面的加熱寬度限制在最小的範圍内。

       二、高頻電流的特性

       高頻電流的特性,包括表面效應、鄰近效應、圓環效應和尖角效應。

       1.表面效應在高頻電流的特性中,表面效應是最基本的。

       它在感應加熱中可用于兩個方面:

       第一,是用在高頻電流的輸配電方面。在計算導體的截面時,應以電流流過的實際截面積來計算,不能用直流或工頻的計算方法。頻率足夠高時,導體中心沒有電流。為了節省材料,可用管狀或薄闆狀材料制作導體。

       第二,是根據工件不同的淬硬層深度,選擇高頻電流的頻率。

       2.鄰近效應當兩個載有高頻電流的導體靠近時,如果電流方向相反,由于高頻磁場的相互作用,高頻電流集中在導體的相鄰一面,這種現象,叫鄰近效應。頻率愈高,兩導體靠得愈近,這種現象就愈嚴重。

       鄰近效應不僅存在于高頻電流的傳輸導體中,同時也存在于被加熱的零件中,當工件在感應器中放置偏心時,就會造成溫度不均,靠感應器近的部分加熱快,而遠的部分則加熱慢。造成這種現象的原因,主要是靠近感應器的部分間隙小,磁阻小,磁力線發生偏聚所緻。

       3.圓環效應大多數感應器做成圓環狀。當高頻電流通過圓環狀的導體時,高頻電流集中在導體的内側,這種現象稱為圓環效應。圓環效應對加熱外圓柱面是十分有利的,因為這時圓環效應與鄰近效應是完全一緻的,感應器的最高效率可達85%圓環效應對加熱内孔來說,卻又是不利的。會使工件與感應器之間的有效間隙大為增加。又系采用外磁場加熱,會使高頻磁場的漏磁與磁力線的逸散更加嚴重,以緻感應器效率急劇下降。

       4.尖角效應當形狀不規則的工件置于感應器中加熱時,帶尖角或凸起部分的加熱速度比其它部分快,這一現象叫做尖角效應。

       克服尖角效應的辦法,是在感應器設計時,将工件的尖角或凸起部分的間隙适當增大,以使各部分的溫度趨于均勻。

       三、導磁體的驅流作用及其應用

       導磁體對于減少磁力線的逸散和提高感應器的效率是十分有效的,它是内孔與平面感應加熱中不可缺少的工具。利用其驅流作用可以改變高頻電流與感應渦流的相對位置,使圓環效應與鄰近效應相一緻。感應器卡上導磁體後,磁力線将完全經過導磁體而形成閉合回路,從而在很大程度上減少磁力線的逸散,極大提高了内孔與平面感應器的效率。

       外圓表面感應器卡上導磁體後,限制了工件被加熱的寬度,減少磁力線的逸散,也可略為提高這類感應器的效率。

       導磁體還可以用來強化局部加熱。如常用來提高R角的淬火溫度。

       四.感應加熱的屏蔽原理及其應用

       在感應器的設計制造時,還應考慮到對相鄰部位或不需要淬火部位采取屏蔽措施,不然在淬火時會導緻不應有的淬火(或産生淬火裂紋),或回火軟化。

       屏蔽有兩種方法。一種是利用非磁性金屬紫銅做成短路磁環。當磁力線穿過銅環時,便産生感應渦流,此渦流所産生的磁場方向與感應器正好相反,這樣就抵消或消弱逸散的磁力線,以達到屏蔽的目的。另一種是利用鐵磁材料(如矽鋼片或低碳鋼片)做成磁短路環。由于它們的磁阻較工件小,而逸散的磁力線優先通過短路磁環,就達到了屏蔽的目的。

       除此之外,也有一些其他需要屏蔽的部位(如軸上的鍵槽、油孔、裝配孔等),也可打入銅銷,以避免該處過熱,産生淬火裂紋。