Установка непрерывного действия для индукционного нагрева изделий шарообразной формы
Владельцы патента RU 2316603:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ЛГТУ) (RU)
Изобретение относится к области термической обработки изделий с применением индукционного нагрева, в частности шаров (мелющие тела, шарики подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойкие шарики в клапанах глубинных насосов и др.). Установка непрерывного действия для индукционного нагрева изделий шарообразной формы содержит расходный бункер, подбункерный питающий механизм, задающий желоб, токоподводящие шины, индуктор и находящийся внутри него направляющий желоб. Индуктирующий провод индуктора навивается по изоляционным прокладкам вокруг прямоугольного направляющего желоба из немагнитного или слабомагнитного материала с достаточно высокой температурой плавления (например, сталь 1Х18Н10Т), имеющего корытообразное () сечение и изогнутого в цилиндрическую винтовую спираль с вертикальной осью симметрии. Установка снабжена домкратом под нижней частью индуктора и упором над верхней его частью, а задающий желоб соединен с подбункерным питающим механизмом и с направляющим желобом индуктора шарнирно, а в промежутке между шарнирами желоб имеет телескопическое сочленение обеих его частей, при этом расходный бункер снабжен механизмом перемещения его в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Использование индукционной установки непрерывного действия обеспечивает симметричный поверхностный или сквозной нагрев шаров. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области термической обработки изделий с применением индукционного нагрева, в частности шаров (мелющие тела, шарики подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойкие шарики в клапанах глубинных насосов и др.).
Известна установка непрерывного действия для индукционного нагрева под закалку шариков подшипников качения, содержащая расходный бункер, подбункерный питающий механизм дискового типа, задающий желоб, толкатель, цилиндрический индуктор и находящийся внутри него прямой направляющий желоб из немагнитного материала (Морозов А.П., Футорянский Ю.В. «Термообработка без окисления и обезуглероживания». - Куйбышевское книжное издательство, 1967 г., с.26...28, рис.4). В этой установке шары последовательно проталкиваются по направляющему желобу внутри индуктора отдельными однорядными порциями вплотную друг к другу. Недостаток этой известной установки заключается в том, что воздействие магнитного потока на поверхности шаров не сопровождается их вращением, вследствие чего не достигается симметричный нагрев как для сквозной, так и для поверхностной закалки (в особенности поверхностной, наиболее предпочтительной для большей части изделий шарообразной формы, требующих сочетания высокой твердости поверхностного слоя с относительно пластичной сердцевиной). В связи с этим возникает необходимость агрегировать такие индукционные установки с муфельными печами сопротивления для выравнивающей выдержки шаров после их сквозного нагрева в индукторе (для поверхностного нагрева эти установки не пригодны).
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание индукционной установки непрерывного действия, обеспечивающей симметричный поверхностный или сквозной нагрев изделий шарообразной формы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что установка непрерывного действия для индукционного нагрева изделий шарообразной формы содержит расходный бункер, подбункерный питающий механизм, задающий желоб, токоподводящие шины, индуктор и находящийся внутри него направляющий желоб. Индуктирующий провод индуктора навивается по изоляционным прокладкам вокруг прямоугольного направляющего желоба из немагнитного или слабомагнитного материала с достаточно высокой температурой плавления (например, сталь 1Х18Н10Т), имеющего корытообразное () сечение и изогнутого в цилиндрическую винтовую спираль с вертикальной осью симметрии, снабжена домкратом под нижней частью индуктора и упором над верхней его частью.
Установка снабжена домкратом под нижней частью индуктора и упором над верхней его частью, а задающий желоб соединен с подбункерным питающим механизмом и с направляющим желобом индуктора шарнирно, а в промежутке между шарнирами желоб имеет телескопическое сочленение обеих его частей, при этом расходный бункер снабжен механизмом перемещения его в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Конструкция предлагаемой установки для индукционного нагрева шаров представлена на фиг.1 с частичным разрезом, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где:
1 - расходный бункер; 2 - подбункерный питающий механизм дискретного действия; 3 - желоб задающий; 3-1,3-2-шарнирные соединения; 3-3 - телескопическое сочленение; 4 - желоб направляющий; 4-1 дорожка желоба; 4-2 - стенка вертикальная наружная; 4-3 - стенка внутренняя; 5 - контур индуктора; 6 - токоподводящие шины; 7 - магнитопроводы (феррит или пакеты из трансформаторной стали, на фиг.1 условно не показаны); 8 - распорные обручи; 9 - винты нажимные; 10 - нагреваемое изделие; 11 - колодка домкрата; 12 - упор; 13 - механизм смещения положения бункера; 14 - опорная конструкция.
Установка работает следующим образом. Из накопительного бункера 1 шары выдаются питающим механизмом 2 дискретного действия (например, перепускного типа) в желоб 3, транспортирующий их с интервалами в направляющий спиральный желоб 4, вокруг которого навит индуктирующий провод внутри индуктора 5. В направляющем желобе корытообразного сечения 4 шары, скатываясь по спиральной дорожке 4-1, вращаются вокруг оси Х и одновременно закручиваются вокруг 
-й к X оси Y благодаря динамическому контакту с наружной вертикальной стенкой 4-2 желоба под воздействием центробежной силы. Побуждающие к вращению шаров моменты равнозначны
где FТ - тангенциальная сила, приложенная к центру шара;
G - вес шара (m·g);
α - угол подъема витков спирали направляющего желоба;
r - радиус шара.
Следовательно, одинаковыми будут и цикловые скорости ωх, ωy вращения шаров, что предопределяет равномерное взаимодействие поверхностей шаров с магнитным потоком в индукторе, обеспечивающее искомый симметричный их нагрев.
Необходимость в оснащении установки магнитопроводами 7 может возникнуть в случае использования ее периодически для нагрева шаров разного диаметра, когда при размере изделия меньше оптимального возникнет увеличенный эффективный зазор между его поверхностью и витками индуктирующего провода со стороны внутренней вертикальной стенки направляющего желоба.
Конструкция предлагаемой установки позволяет изменить в определенном интервале время нахождения нагреваемого изделия в индукторе. Для этого имеются следующие возможности:
- изменение угла подъема витков спирали направляющего желоба (α) путем поддомкрачивания благодаря его пружинообразной конфигурации;
- варьирование начальной скоростью движения шаров на входе в индуктор путем изменения наклона и длины задающего желоба 3.
Изменение наклона и длины желоба 3 обеспечивается его шарнирно-телескопической конструкцией во взаимодействии с механизмом перемещения бункера 1 по вертикали и горизонтали (например, по схеме шарнирного параллелограмма).
1. Установка непрерывного действия для индукционного нагрева изделий шарообразной формы, содержащая расходный бункер, подбункерный питающий механизм, задающий желоб, токоподводящие шины, индуктор и находящийся внутри него направляющий желоб, отличающаяся тем, что индуктирующий провод индуктора навит вокруг прямоугольного направляющего желоба, имеющего корытообразное 
-сечение и изогнутого в цилиндрическую винтовую спираль с вертикальной осью симметрии.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена домкратом под нижней частью индуктора и упором над верхней его частью.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что задающий желоб соединен с подбункерным питающим механизмом и с направляющим желобом индуктора шарнирно, а в промежутке между шарнирами желоб имеет телескопическое сочленение обеих его частей, при этом расходный бункер снабжен механизмом перемещения его в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
