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感应器零件淬火的技术要求

时间:2018-12-13 09:58:08    来源:贤集网    浏览:289    

       感应器的结构形式虽然很多,但是它们的基本要求是相同的。只要掌握感应加热的电磁基本理论,通过实践,就可以根据零件淬火的技术要求,制造出好用的感应器。

       感应器应符合以下要求:

       1.被加热工件表面各处的温度尽可能均匀。

       2.感应器损耗尽可能小,电效率尽可能高。

       3.冷却良好。

       4.制造简单,有足够的机械强度,操作使用方便。

       一、电磁转换的基本知识

       零件表面的感应加热,是通过感应器将高频电能转换成感应涡流来实现的。当高频电流通过感应器时,产生强大的高频磁力线,这些磁力线在穿过工件表面时,就会产生出感应涡流,涡流再转换成热能,使工件表面加热到淬火温度。

       一定尺寸的工件,其表面吸收功率的能力除了决定于频率、磁场大小外,还决定于零件的材料。同一尺寸的零件,由于铁磁性材料的导磁系数u较非铁磁性的大十几倍以至几十倍,因此铁磁性材料的加热速度要快得多。但是,当钢件加热到磁性转变温度(768度)以上或奥氏体状态时,磁性消失u=1,此时的加热速度将明显下降。

       在感应加热中,感应器与工件之间应留有足够的间隙(一般为2-5mm)。当感应器与工件中有间隙存在时,总有部分磁力线不经过零件表面而在间隙中通过,对零件不起加热作用,叫做漏磁,间隙越大,漏磁越严重。

       除了漏磁外,还有磁力线的逸散问题。磁力线的逸散,是指磁力线虽然穿过工件,经电磁转换成了热能,但这部分热能并未用于零件淬火的部分,而是加热了其它不应淬火的部分。在采用同时法加热外圆柱表面时,虽是内磁场加热,也有较轻的磁力线逸散。间隙愈大,则逸散愈严重,零件的热影响区越宽,增加了功率的无益损耗。

       采用外磁场加热时,磁力线的逸散更为严重。常采用导磁体,克服磁力线的逸散,它可以将零件表面的加热宽度限制在最小的范围内。

       二、高频电流的特性

       高频电流的特性,包括表面效应、邻近效应、圆环效应和尖角效应。

       1.表面效应在高频电流的特性中,表面效应是最基本的。

       它在感应加热中可用于两个方面:

       第一,是用在高频电流的输配电方面。在计算导体的截面时,应以电流流过的实际截面积来计算,不能用直流或工频的计算方法。频率足够高时,导体中心没有电流。为了节省材料,可用管状或薄板状材料制作导体。

       第二,是根据工件不同的淬硬层深度,选择高频电流的频率。

       2.邻近效应当两个载有高频电流的导体靠近时,如果电流方向相反,由于高频磁场的相互作用,高频电流集中在导体的相邻一面,这种现象,叫邻近效应。频率愈高,两导体靠得愈近,这种现象就愈严重。

       邻近效应不仅存在于高频电流的传输导体中,同时也存在于被加热的零件中,当工件在感应器中放置偏心时,就会造成温度不均,靠感应器近的部分加热快,而远的部分则加热慢。造成这种现象的原因,主要是靠近感应器的部分间隙小,磁阻小,磁力线发生偏聚所致。

       3.圆环效应大多数感应器做成圆环状。当高频电流通过圆环状的导体时,高频电流集中在导体的内侧,这种现象称为圆环效应。圆环效应对加热外圆柱面是十分有利的,因为这时圆环效应与邻近效应是完全一致的,感应器的最高效率可达85%圆环效应对加热内孔来说,却又是不利的。会使工件与感应器之间的有效间隙大为增加。又系采用外磁场加热,会使高频磁场的漏磁与磁力线的逸散更加严重,以致感应器效率急剧下降。

       4.尖角效应当形状不规则的工件置于感应器中加热时,带尖角或凸起部分的加热速度比其它部分快,这一现象叫做尖角效应。

       克服尖角效应的办法,是在感应器设计时,将工件的尖角或凸起部分的间隙适当增大,以使各部分的温度趋于均匀。

       三、导磁体的驱流作用及其应用

       导磁体对于减少磁力线的逸散和提高感应器的效率是十分有效的,它是内孔与平面感应加热中不可缺少的工具。利用其驱流作用可以改变高频电流与感应涡流的相对位置,使圆环效应与邻近效应相一致。感应器卡上导磁体后,磁力线将完全经过导磁体而形成闭合回路,从而在很大程度上减少磁力线的逸散,极大提高了内孔与平面感应器的效率。

       外圆表面感应器卡上导磁体后,限制了工件被加热的宽度,减少磁力线的逸散,也可略为提高这类感应器的效率。

       导磁体还可以用来强化局部加热。如常用来提高R角的淬火温度。

       四.感应加热的屏蔽原理及其应用

       在感应器的设计制造时,还应考虑到对相邻部位或不需要淬火部位采取屏蔽措施,不然在淬火时会导致不应有的淬火(或产生淬火裂纹),或回火软化。

       屏蔽有两种方法。一种是利用非磁性金属紫铜做成短路磁环。当磁力线穿过铜环时,便产生感应涡流,此涡流所产生的磁场方向与感应器正好相反,这样就抵消或消弱逸散的磁力线,以达到屏蔽的目的。另一种是利用铁磁材料(如硅钢片或低碳钢片)做成磁短路环。由于它们的磁阻较工件小,而逸散的磁力线优先通过短路磁环,就达到了屏蔽的目的。

       除此之外,也有一些其他需要屏蔽的部位(如轴上的键槽、油孔、装配孔等),也可打入铜销,以避免该处过热,产生淬火裂纹。