Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б} ) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 01 04.80 (21) 2903284/24-07
Сею з Советснии
Социапистичвснии
Распубпин
Н 05 В 6/02 Н 05 В ll/00 с присоединением заявки М-9жудврстееиай комитет, СССР до делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 23.12.81. Бюллетень № 47 Дата опубликования описания 25. 12. 8 l (53) УДК621. 365.512(088.8) (72) Авторы изобретения Л.Л. Кочергин, Т.Г. Коченюк и Э.А. Кнфевтг=-"-,. !,. I (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАГРЕВА NETAJIJIIPKCKHX ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ Изобретение относится к электро- термии, s частности к индукционному нагреву, и предназначено для объемного нагрева тел (деталей, заготовок) сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала, например под термообработку или пластическую деформацию. Известен способ двухстадийного нагрева, сочетающий индукционный нагрев тела на первой стадии с радиационным — на второй. При этом длительность стадий во времени выбирают равной, а интенсивность радиационного потока на второй стадии выби- рают из условия компенсации тепловых потерь с поверхности нагретого на перпервой стадии тела, что позволяет рассматривать известный способ на20 грева, как чисто индукционный, так как 95-983 энергии в тело передается на первом этапе электромагнитным полем ill . К недостаткам известного способа относятся невозможность равномерного нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины, так как при индукционном нагреве усредненная по . толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в тело в процессе нагрева, обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ нагрева металлических изделий, .при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность радиационного потока поддерживают постоянными (23, Недостатком известного способа в случае использования его для нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала (толщиной не превышающей 15 мм), является невозможность 892746 ик равномерного нагрева по всему объ" ему, так как энергия, передаваемая в тело в процессе нагрева, оказывается.непропорциональной его толщине в любой рассматриваемой точке. Это нроисходит потому, что на всем протяжении нагрева энергия в тело„ в основном, передается индукционным способом удельная мощность составляет 10 -10 Вт/м ), характерной особен- 1о 6 Ф ностью которого является независимость удельной мощности, передаваемой в тело, от его толщины. Носкольку энергия, передаваемая в тело радиационным потоком, значительно меньше 1интенсивность радиационного потока„ поглощаемого телом в начале нагрева, достигает 0,8.10 -2,5.10 Вт/м j и непрерывно уменьшается по мере роста температуры тела, компенсировать не равномерность нагрева по объему тела, обусловленную воздействием электромагнитного поля, с помощью радиационного потока невозможно. Цель изобретения — повышение равномерности нагрева изделий. Поставленная цель достигается. тем, что согласно способу нагрева изделий, интенсивность радиационного тенлового вотока поддерживают равной 2,4 .1О— 4,6 10 Вм/м, а значение частоты sëåêTpaìàãíHòH0ãî поля в начальный период нагрева, равный 10-303 от общего времени нагрева, выбирают из условия его проникновения на глубину 0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают до значения, при котором глубина его проникновения больше или равна. макси" мыльной толщине изделия. На фиг. 1 изображено изменение 40 удельной мощности, передаваемой в нагреваемое тело в процессе нагрева„ на фиг. 2 — изменение температуры нагрева детали в процессе нагрева, Процесс нагрева тел сложной конфи-. гурации и переменной толщины из листового электропроводного материала заюпючается в следующем. Подлежащее нагреву тело помещают в область пространства, где одно-, временно существуют радиационный поток интенсивностью 2,4 10 "4,6 ° 10 Вт/м 5» 6 и и электромагнитное поле, напряженность которого обеспечивает передачу в те6 ло удельной мощности порядка 10— l0 Вт/м и частота которого выбрана из условия, что глубина его проникновения в материал тела более чем в 2,5-3,0 раза меньше его минимальной толшины. Б начальный период ) процесс нагрева, в основном, осуществляется электромагнитным полем. Удельная мощность 2, передаваемая в тело электромагнитным полем в период l, превосходит удельную мощность 3 и 4, передаваемую Э в тело радиационным потоком, в 5-!О раз. Усредненная по толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в него электромагнитным полем и радиационным потоком, в этот период обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке его поверхности. Таким образом, различные элементы объема тела получают в начальный период нагрева различную энергию и нагреваются до различной температуры (температура 5 — для более тонких участков тела, температура 6 — пля более толстых участков тела). Неравномерность роста температуры различных участков тела, отличающихся по толщине, по сравнению с чисто индукционным способом нагрева, несколько выравнивается тем, что результирующий поток радиации на поверхности тела, при заданной интенсивности падающего радиационного потока 7, зависит от температуры нагрева тела и падает по мере нагрева последнего, т.е. участки тела меньшей толщины, нагревающиеся быстрее и до более высокой температуры 5, получают меньше радиационной энергии 4, участки тела большей толщины, нагревающиеся медленнее и до меньшей температуры 6, получают больше радиационной энергии 3. В обшей сложности за начальный период нагрева в тело передается 60-707. энергии, необходимой для нагрева тела до конечной температуры 8. По истечении времени начального периода нагрева, оставляя неизменной :интенсивность падающего радиационного потока 7, изменяют частоту электромагнитного поля, при этом глубина, его проникновения в материал тела становится равной или превышает максимальную толщину тела. Изменение частоты электромагнитного поля приводит к тому, что вопервых, удельная мощность, передаваемая электромагнитным нолем в тело, в заключительный период 9 нагрева падает до 15-20Х от своей перво892746 4 пературу порядка 730 С, тонкие 960 С. Заключительный период нагрева осуществляется на частоте 1000 Гц. По окончании разброс температуры на поверхности пластины не превышает 15-25 С, что соответствует техническим требованиям к нагреву под пластическую деформацию. Предлагаемый способ нагрева позво О ляет осуществить скоростной по сравнению с печным нагрев заготовок и деталей произвольной сложной конфигурации и переменной толщины (1-15 мм), изготовленных из диа- и ферромагнит15 ных листовых материалов под термообработку и пластическую деформацию, что позволяет повысить производительность труда, снижает коробление деталей, а также исключает образова26 ние обезуглероженного слоя на поверхности деталей и заготовок и окалинообразование. начальной величины и становится сравнимой с интенсивностью результирующе,го радиационного потока на поверх" ности нагреваемого тела, Во-вторых, усредненная по толщине тела энергия, йередаваемая через различные участки его поверхности электромагнитным полем, в заключительный период 9 нагрева пропорциональна толщине тела на этих участках. Это приводит к тому, что в утолщенные участки тела, имеющие более низкую температуру 6, передается больше энергии 10, чем энергии 11 в более тонкие участки, имеющие более высокую температуру 5. Дополнительный подогрев участков тела с более низкой температурой 6 (утолщенных учдстков) осуществляется радиационным потоком 12, при этом его интенсивность превышает интенсивность радиационного потока 13, поглощаемого участками тела, нагретыми до более высокой температуры 5 (более тонкими участками). Та" ким образом, в заключительный период 9 нагрева в более толстые и менее нагретые участки тела передается большая энергия, в менее толстые и более нагретые — меньшая энергия. Подоб" ное распределение энергии приводит, 30 к выравниванию температуры 14 IIQ всему объему тела. Выравнивание температуры в заключительный период 9 нагрева происходит тем быстрее, чем больше напряженность электро- 35 .магнитного поля. Пример 1. Harpeay подве1 гают пластину из нержавеющей стали переменной толщины. Минимальная толщина пластины составляет 10 мм, максимальная — 15 мм. Для нагрева используют многовитковый овальный индуктор. В качестве источника радиационного потока используют экран из жаропрочной стали, нагретой до 1400 С. Общее о время нагрева пластины до 1250 С составляет 32 с, а начальный период нагрева равен 6 с (20 ) и осуществляется на частоте 10000 Гц. Удельная мощность, передаваемая в пластин элект омагнитным полем Формула изобретения Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины, при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность электромагнитного поля и интенсивность радиационного потока поддерживают постоянными, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева изделий, интенсивность радиационного теплового потока поддерживают равной 2,4-10 -4,6.10 Бт/м, 5 5 2 а значение частоты электромагнитного поля в начальный период нагрева, равный 10-30 от общего времени нагрева, выбирают из условия его проникновения на глубину 0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают до значения, при котором глубина его проникновения больше или равна максимальной толщине иэделия. У р 1 составляет около 9 10 Вт/мР, интен- Источники информации, сивность радиационного потока, под- принятые во внимание при экспертизе считанная по температуре нагрева 1. Патент США Н- 3715556, экрана, составляет 4,6 10 Вт/м . кл. Н 05 В 5/00, 1972. В конце начального периода нагрева 2. Авторское свидетельство СССР утолщенные места пластины имеют тем- N - 688999, кл. Н 05 В 5/18, 1977. 89274б Щ ИМУ 4 Составитель О. Щедрина Релактор Н. Волкова Тещ ел Т. Маточка Корректор> В. Бутяга Заказ 11287/87 Тираж 892 6одннсное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113Q35 о К 8,; )Í-35. Разыская наб л. Филиал ИПП. Патент, г. Ужгород, ул. Ироектиая, 4
