Індукційні нагрівальні устави

Залежно від технологічного призначення розрізняють установки

– наскрізного нагрівання (для гарячої деформації металу, глибинного гартування, відпуску та відпалу стальних деталей, паяння деталей тощо),

– поверхневого нагрівання стальних та чавунних виробів.

Основні переваги таких установок:

– велика швидкість нагрівання, що зумовлює високу продуктивність,

– можливість автоматизації і механізації процесу та автоматичного регулювання режиму,

– малий вигар металу та понижена кількість браку у зв’язку з відсутністю окалини,

– мала площа нагрівача,

– відсутність забруднення середовища,

– висока якість термообробки.

До недоліків можна віднести живлення таких установок від джерела підвищеної та середньої частоти для тонких заготовок (d <100 мм) та необхідність компенсації реактивної потужності.

Установки наскрізного нагрівання складаються з індуктора-нагрівника, що живиться від джерела промислової частоти або від джерела частотою 50–500 кГц. Джерелами струму підвищеної частоти є переважно лампові генератори.

Чим менший поперечний переріз деталей чи заготовок, тим потрібна більша частота струму. Частоту струму f (Гц) наближено розраховують за формулою:

,

де d – діаметр заготовки, см.

За характером роботи такі установки поділяють на періодичної і неперервної дії. В установках періодичної дії деталі в індукторі нерухомі протягом часу нагрівання, а у неперервної дії – переміщаються вздовж осі індуктора.

Більшість установок індукційного нагрівання виготовляються індивідуально для конкретного виробництва.

На рис. 5.12. наведено варіанти індукційних нагрівних установок для гартування деталей.

Рис. 5.12. Варіанти індукційних нагрівних установок для гартування деталей: а – одночасне нагрівання і гартування; б – почергове; в – неперервно-послідовне; 1 – деталь; 2 – індуктор; 3 – пристрій для подачі охолоджуваної води.

На рис. 5.12,а,б охолоджувальна вода подається через отвори у індукторі (в активному витку) після витримки часу для нагрівання, а на рис. 5.12,в – через спеціальний дуговий пристрій.

На рис. 5.13 наведені конструктивні особливості індукторів для гартування фігурних та плоских деталей.

Величину активної потужності, яку індуктор споживає з мережі розраховують за формулою:

,

де Р_кор – корисна потужність, що витрачається на нагрівання садки; η_і , η_кб , η_л , η_дж – відповідно коефіцієнти корисної дії індуктора, конденсаторної батареї, лінії, джерела.

Електричний ККД індуктора при нагріванні сталі складає η_і = 0,7÷0,8, а кольорових металів – 0,5.

У табл. 5.6 та табл. 5.7 наведені технічні характеристики індукційних нагрівних установок різного призначення.

Рис. 5.13. Технологічна схема поверхневого нагрівання:

1 – індуктор; 2 – нагрівна деталь; 3 – нагрітий поверхневий шар.

 

 

Таблиця 5.6

Індукційні нагрівальні установки

Типорозмір установки	Габарити садки, мм		Маса установки, кг
	Довжина	Діаметр
ИК1-250/2,4	70–250	25–60	–
ИК3-500/1	100–600	70–150	–
ИК4-500/2,4	70–600	30–80	–
ИК1-750/1	100–600	70–150	–
КИН11-250/2,4	70–400	20–45	–
КИН12-250/10	70–400	20–45	–
КИН14-500/1	100–600	70–150	–
КИН15–500/2,4	70–600	30–80	–
КИН16-500/10КП	70–600	20–45	–
КИН10-750/1	100–600	70–150	–
КИН11-750/2,4	70–600	30–80	–
ИНТ9-250/2,4	70–250	25–60	4720
ИНТ1-500/2,4	70–400	25–80	7800
ИНТ2-500/1	100–400	60–130	7950
ИН3-500/10	2500–3000	17–30	3460
ИН3-1250/4	4500–5000	50	8130
ИН1-3250/2,4	4000–6000	40–60	27660
ИН5-750/10	2500–10000	20–32	–
ИН2-250/10	2500–10000	12–18	–
ИН4-750/2,4	2500–6000	35–80	–
ИН3-1500/1	3500–6000	80–100	–

Примітка: 1. У позначенні типорозміру нагрівальної установки: буква і цифра – модифікація нагрівника стальних заготовок; у чисельнику – потужність, кВт; у знаменнику – частота струму, кГц. 2. Температура нагрівання 1200°С.

Таблиця 5.7

Індукційні печі для поверхневого гартування

Типорозмір установки	Площа нагрівної поверхні, см^2; мінімальний діаметр садки, мм; глибина загартованого шару, мм			Габаритні розміри, мм	Маса, кг
И34-100/8	200;	19;	1,5–5	1300×3300×2035	3405
И33-200/2,4	400;	35;	2,5–10	1300×5000×2035	5014
И33-100/2,4	200;	35;	2,5–10	1300×3300×2035	2960
И34-200/8	400;	19;	1,5–5	1300×5000×2035	5904
И36-100/2,4	210;	35;	2,5–10	–	2582
И37-100/8	210;	19;	1,3–5	–	2582
И36-200/2,4	420;	35;	2,5–10	–	2819
И37-200/8	420;	19;	1,3–5	–	2819
И32-250/10	–	–	1,1–4,5	–	–
И31-250/4	–	–	1,8–7,5	–	–
И31-160/4	–	–	2,5–7,5	–	–
И31-500/1	–	–	3,6–16	–	–
И32-500/4	–	–	1,8–7,5	–	–

Примітка: У позначенні типорозміру: И31-ИЗ7 – гартувальна установка; у чисельнику – потужність, кВт; у знаменнику – частота, кГц.

 

 

Величину корисної потужності розраховують так

,

де С – середня питома теплоємність в інтервалі температур t_к ÷ t_о , Дж/(кг·К); t_к , t_о – кінцева і початкова температури деталі, К; g – маса заготовки, кг; п – кількість заготовок, що одночасно перебуває в індукторі; τ – час нагрівання, с.

Природний коефіцієнт потужності індукційних нагрівних установок дуже низький – cos φ _п = (0,1÷0,4), тому завжди передбачається компенсація реактивної потужності.

Потужність конденсаторних батарей розраховують за формулою

Q_кб = Р· (tg φ _п – tg φ _к),

де Р – потужність установки; tg φ _п , tg φ _к – тангенс кута зсуву фаз струму і напруги, φ _п – природного та φ _к – скомпенсованої установки.