[go: up one dir, main page]

RU2034045C1 - Complex configuration pieces surface hardening work-coil - Google Patents

Complex configuration pieces surface hardening work-coil Download PDF

Info

Publication number
RU2034045C1
RU2034045C1 SU915006455A SU5006455A RU2034045C1 RU 2034045 C1 RU2034045 C1 RU 2034045C1 SU 915006455 A SU915006455 A SU 915006455A SU 5006455 A SU5006455 A SU 5006455A RU 2034045 C1 RU2034045 C1 RU 2034045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sprayer
hardening
cooling
coil
current
Prior art date
Application number
SU915006455A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.К. Кулев
Л.В. Ширяев
Original Assignee
Кулев Гергий Кузьмич
Ширяев Лев Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кулев Гергий Кузьмич, Ширяев Лев Васильевич filed Critical Кулев Гергий Кузьмич
Priority to SU915006455A priority Critical patent/RU2034045C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2034045C1 publication Critical patent/RU2034045C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: thermal treatment. SUBSTANCE: work-coil has mounting plate 1, current conductor 2, placing pieces for thermal treatment mechanism 3, sprayer 10, members of interinductivity and cooling, devices to adjust clearance between piece and sprayer. Piece is set in mechanism 3. During current running around current conductor 2 fast-alternating field is formed. The field in zone of hardening is transformed in uniformly directed magnetic field, creating condition for uniform heating of piece. At instant of given temperature achievement current is switched off an hardening liquid is fed. Cooling process is exercised simultaneously in two directions: by general cooling and cooling directly in zone of hardening. EFFECT: work-coil is used to provide uniform hardening of zones of varying sections of complex configuration pieces. 4 dwg

Description

Изобретение относится к термообработке и может быть применено для закалки изделий сложной конфигурации. The invention relates to heat treatment and can be used for hardening products of complex configuration.

Известен индуктор для нагрева плоских и криволинейных поверхностей, содержащий многовитковый провод и магнитопровод, в пазу которого укреплена токопро- водящая Т-образной формы водоохлаждающая шина, выполненная из немагнитного материала [1]
Однако в известном индукторе невозможно обеспечить равномерную закалку изделий переменного сечения, например, прокладок, стоек и т.д. используемых в системе люлечного подвешивания рам тележек подвижного состава, из-за того, что переменное магнитное поле, создаваемое токопроводящей шиной, в первую очередь нагревает участки, имеющие меньшее поперечное сечение, вследствие чего возникает перепад температур на участках с разным поперечным сечением. Резкое охлаждение вызывает в закаливаемых изделиях, имеющих температурный перепад, напряжение, остаточные деформации.Known inductor for heating flat and curved surfaces, containing a multi-turn wire and magnetic circuit, in the groove of which is mounted a conductive T-shaped water-cooling bus made of non-magnetic material [1]
However, in the known inductor it is impossible to ensure uniform hardening of products of variable cross-section, for example, gaskets, racks, etc. used in the cradle suspension system of the frames of the rolling stock carts, due to the fact that the alternating magnetic field created by the conductive bus first heats the sections having a smaller cross section, as a result of which a temperature difference occurs in the sections with different cross sections. Sudden cooling causes hardened products having a temperature drop, stress, and permanent deformations.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индуктор, содержащий токопровод, спрейер, магнитопровод и приспособление для установки изделия. Токопровод выполнен в виде рамочной однорядной катушки, виткам которой придается крестообразная форма, переходящая внутри катушки в прямоуголь- ную петлю [2]
Недостатком известного индуктора является то, что быстропеременное магнитное поле, образуемое каждым витком крестообразной формы, обеспечивает равномерный нагрев изделий только сферической формы, вращаемых с постоянной угловой скоростью.The closest in technical essence to the proposed one is an inductor containing a current lead, a sprayer, a magnetic core and a device for installing the product. The current lead is made in the form of a single-row coil frame, the turns of which are given a cross-shaped shape, passing inside the coil into a rectangular loop [2]
A disadvantage of the known inductor is that the rapidly varying magnetic field formed by each coil of a cross-shaped shape provides uniform heating of only spherical products rotated at a constant angular velocity.

При вращении относительно индуктора изделия, не имеющего сферической формы, создаются зоны перегрева, так как поверхность изделия то проходит под индуктирующими витками и температура нагрева резко возрастает, то выходит из зоны действия быстропеременного магнитного поля и температура понижается, т. е. нагрев носит пульсирующий характер, если изделие установлено стационарно (не вращается), равномерного нагрева поверхности также не получается, так как создаются зоны ослабленного и сильного поля, а быстрое охлаждение не позволяет получить оптимальную структуру и требуемое свойство закаливаемого слоя. When rotating relative to the inductor of a product that does not have a spherical shape, overheating zones are created, since the surface of the product either passes under induction coils and the heating temperature rises sharply, it leaves the zone of influence of a rapidly changing magnetic field and the temperature decreases, i.e., the heating is pulsating if the product is installed stationary (does not rotate), uniform heating of the surface also does not work, since zones of weakened and strong fields are created, and rapid cooling does not allow optimal structure and the required property hardenable layer.

Целью изобретения является обеспечение равномерной закалки зон переменных сечений изделий сложной конструкции. The aim of the invention is to ensure uniform quenching of zones of variable sections of products of complex design.

Для этого в индукторе для поверхностной закалки изделий сложной конфигурации, содержащем токопровод, спрейер, магнитопровод и приспособление для установки изделий, магнитопровод выполнен с U-образным пазом, токопровод в виде активного и пассивного элементов, при этом активный элемент выполнен в виде параллельно соединенных проводников, один участок которого выполнен со спрейерами с сетчатой поверхностью и контурами, повторяющими контур закаливаемой поверхности и установленными в пазу магнитопро- вода, а другой участок выполнен с дополнительным охлаждением крайних проводников, пассивный элемент расположен под активным участком со спрейерами в пазу магнитопровода, а приспособление для установки изделий выполнено с узлом регулировки зазора между изделием и спрейером и размещено под спрейером активного участка. To do this, in the inductor for surface hardening of products of complex configuration, containing a current lead, a sprayer, a magnetic circuit and a device for installing products, the magnetic circuit is made with a U-shaped groove, the electrical circuit in the form of active and passive elements, while the active element is made in the form of parallel-connected conductors, one section of which is made with sprayers with a mesh surface and contours repeating the contour of the hardened surface and installed in the groove of the magnetic wire, and the other section is made with additional tively cooled outer conductors, a passive element is located under the active portion with the sprayer in the recess of the magnetic circuit, and a device for installation of products arranged slack adjuster assembly between the article and the sprayer and the sprayer taken under the active section.

При просмотре патентной и научно-технической литературы не обнаружено признаков, отличающих предлагаемое техническое решение от прототипа. When viewing the patent and scientific literature there are no signs that distinguish the proposed technical solution from the prototype.

На фиг. 1 показан предлагаемый индуктор, общий вид в изометрии; на фиг. 2 индуктор, общий вид; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 узел I на фиг. 3. In FIG. 1 shows the proposed inductor, a General view in isometry; in FIG. 2 inductor, general view; in FIG. 3, section AA in FIG. 2; in FIG. 4 node I in FIG. 3.

Индуктор состоит из установочной плиты 1, токопровода 2, приспособления 3 для установки изделий на термообработку. Токопровод 2 выполнен в виде активного элемента, соединенного с токоведущими шинами 4 и контактными колодками 5, и пассивного элемента взаимной индуктивности и охлаждения 6. Активный элемент выполнен, например, из трех полых парал- лельно соединенных проводников 7-9, (прямоугольного профиля), жестко соединенных между собой, причем один участок проводников, например 7 и 9 токопровода 2 выполнен со спрейерами 10 с сетчатой поверхностью и контурами, повторяющими контур закаливаемой поверхности и установленными в пазу 11 магнитопровода 12. Другой участок проводник 8 токопровода 2 проходит через спрейеры 10 без изменения и служит для охлаждения токопровода 2 в процессе работы. Магнитопровод 12 выполнен с U-образным пазом. Пассивный элемент взаимной индуктивности и охлаждения 6 магнитопровода 12 расположен под активным участком со спрейерами 10 в пазу 11 магнитопровода 12 и выполнен из того же материала, что и токопровод 2, по форме кольца с двумя водоводами 13 для подвода охлаждающей жидкости. В верхней части токопровода 2 на крайних проводниках 7 и 9 встроено устройство дополнительного охлаждения изделия в период закалки в виде патрубков 14 и 15. Отверстия в спрейере выполнены с фасками под углом 30-40о к оси отверстия, благодаря чему струи охлаждающей жидкости, вытекающие из отверстий, имеют угол падения 20-30о, что позволяет исключить образование по поверхности изделия паровой пленки и обеспечить равномерное охлаждение закаливаемой поверхности.The inductor consists of a mounting plate 1, a current lead 2, a device 3 for installing products for heat treatment. The current lead 2 is made in the form of an active element connected to current-carrying buses 4 and contact blocks 5, and a passive element of mutual inductance and cooling 6. The active element is made, for example, of three hollow parallel-connected conductors 7-9, (rectangular profile), rigidly interconnected, and one section of conductors, for example 7 and 9 of the current lead 2 is made with sprayers 10 with a mesh surface and contours repeating the contour of the hardened surface and installed in the groove 11 of the magnetic circuit 12. Another Stock conductor 8 passes through the current distributor 2 sprayers 10 without change and serves to cool the current lead 2 during operation. The magnetic circuit 12 is made with a U-shaped groove. The passive element of mutual inductance and cooling 6 of the magnetic circuit 12 is located under the active section with the sprayers 10 in the groove 11 of the magnetic circuit 12 and is made of the same material as the current conducting circuit 2, in the form of a ring with two water ducts 13 for supplying coolant. In the upper part 2 to the conductive outer conductors 7 and 9, additional cooling device is integrated into the products during the hardening of the pipes 14 and 15. The holes formed in the sprayer chamfered at an angle of 30-40 to the axis of the opening, whereby the jet of coolant flowing from holes, have an angle of incidence of 20-30 about , which eliminates the formation of a vapor film on the surface of the product and ensure uniform cooling of the hardened surface.

Плита 1 состоит из двух частей, выполненных из изолирующего материала. В верхней части плиты 1 крепится токопровод 2, приспособление 3 для установки изделий на термообработку, размещенное под спрейером 10 активного участка, и выполнено с узлом регулировки зазора 16 между изделием 17 и спрейерами 10 с помощью подложек из калиброванных медных прокладок 18 из условия Н3 Н, где Н3 высота зазора, Н глубина закаливающей поверхности. В нижней части плиты 1 имеются базовые отверстия 19 для установки индуктора на закалочный станок.Plate 1 consists of two parts made of insulating material. In the upper part of the plate 1, a current lead 2 is fastened, a device 3 for installing the products for heat treatment, placed under the sprayer 10 of the active section, and is made with the adjustment unit of the gap 16 between the product 17 and the sprayers 10 using substrates from calibrated copper gaskets 18 from the condition N 3 N where H 3 the height of the gap, N the depth of the hardening surface. In the lower part of the plate 1 there are base holes 19 for mounting the inductor on the quenching machine.

Индуктор предназначен для работы с частотой 2,5 кГц. The inductor is designed to operate at a frequency of 2.5 kHz.

Индуктор работает следующим образом. The inductor operates as follows.

От жидкостного распределителя поступает охлаждающая жидкость давлением 4-5 атм в проводник 7 токопровода 2 и в элемент 12. From the liquid distributor, coolant with a pressure of 4-5 atm enters the conductor 7 of the current lead 2 and into the element 12.

Изделие 17 с переменным сечением устанавливается в приспособление 3. Подается ток высокой частоты. При прохождении тока высокой частоты по токопроводу 2 вокруг последнего образуется быстропеременное магнитное поле, изменяющееся по величине, направлению и времени. Ток высокой частоты в процессе закалки постепенно нарастает. В зоне спрейеров 10, где происходит процесс нагрева изделия, создаются условия равномерного электрического режима нагрева быстропеременным магнитным полем тока высокой частоты за счет магнитной стабилизации тока. Стабилизация достигается наличием равномерного зазора 16 между магнитопроводом 12 и поверхностью изделия 17. Это предназначено для того, чтобы обеспечить необходимое постоянство намагничивающей силы при разомкнутых концах магнитопровода 12 при изменении быстропеременного магнитного потока в спрейере 10 вследствие изменения удельного электрического сопротивления и магнитной проницаемости по поверхности переменного сечения изделия. Постоянное нарастание тока высокой частоты на спрейере 10, вызванное изменение электрического сопротивления в изделии, приводит к изменению переменного магнитного потока на концах магнитопровода 12 на величину намагничивающих сил в разомкнутой части (зазор 16). Изменение магнитного потока компенсируется изменением индукции в магнитопроводе 12 от потока рассеяния спрейера 10 с элементом 6. При этом стабилизируется ток высокой частоты в контуре на спрейере 10. Таким образом магнитное поле, созданное такой стабилизацией, равномерно и направлено через равномерный зазор 16 к изделию 17 (узел переменных сечений). Процесс происходит до достижения температуры закалки. В момент достижения заданной температуры отключается ток высокой частоты и подается закалочная жидкость под давлением 4-5 атм в два крайних проводника токопровода 2. Процесс охлаждения осуществляется одновременно в двух направлениях: с наружной стороны через патрубки 14 и 15 с помощью струи (общее охлаждение) и душевого распыления через спрейер 10 непосредственно в зоне закалки. Жидкость, проходящая по спрейеру 10, находится под давлением 4-5 атм, попадает на изделие 17 через отверстия спрейера 10 под углом 20-30о и охлаждает зону закалки. Образуемая в начальный момент охлаждения водновоздушная пленка мгновенно разрушается. Применение двух зон охлаждения после закалки обеспечивает скорость и равномерность охлаждения закаливаемой поверх- ности.The product 17 with a variable cross-section is installed in the device 3. A high-frequency current is supplied. With the passage of a high-frequency current through the current path 2 around the latter, a rapidly alternating magnetic field is formed, which varies in magnitude, direction and time. The high-frequency current gradually increases during quenching. In the zone of sprayers 10, where the product is heated, conditions are created for a uniform electric heating regime by the rapidly alternating magnetic field of a high-frequency current due to magnetic current stabilization. Stabilization is achieved by the presence of a uniform gap 16 between the magnetic circuit 12 and the surface of the product 17. This is intended to provide the necessary constancy of the magnetizing force with the open ends of the magnetic circuit 12 when the rapidly changing magnetic flux in the sprayer 10 due to changes in electrical resistivity and magnetic permeability over a surface of variable cross section products. A constant increase in the high-frequency current on the sprayer 10, caused by a change in the electrical resistance in the product, leads to a change in the alternating magnetic flux at the ends of the magnetic circuit 12 by the magnitude of the magnetizing forces in the open part (gap 16). The change in the magnetic flux is compensated by the change in the induction in the magnetic circuit 12 from the scattering flux of the sprayer 10 with the element 6. In this case, the high-frequency current in the circuit on the sprayer 10 is stabilized. Thus, the magnetic field created by such stabilization is uniform and directed through the uniform gap 16 to the product 17 ( node of variable sections). The process occurs until the quenching temperature is reached. When the set temperature is reached, the high-frequency current is turned off and quenching liquid is supplied under pressure of 4-5 atm to the two extreme conductors of the current lead 2. The cooling process is carried out simultaneously in two directions: from the outside through the nozzles 14 and 15 using a jet (general cooling) and shower spraying through the sprayer 10 directly in the hardening zone. The liquid passing through the sprayer 10, under pressure of 4-5 atm, the product gets to the sprayer 17 through the openings 10 at an angle of about 20-30 and cools the quenching zone. A water-air film formed at the initial moment of cooling is instantly destroyed. The use of two cooling zones after hardening ensures the speed and uniformity of cooling of the hardened surface.

После окончания процесса закалки изделия последнее снимается с индуктора, затем устанавливается другое и цикл повторяется. After the end of the product hardening process, the latter is removed from the inductor, then another is installed and the cycle repeats.

Технико-экономическая эффективность от использования изобретения заключается в том, что выполнение спрейеров сетчатого типа по контуру закаливаемого изделия позволяет получить равномерный по глубине закаливаемый слой, обеспечивает повышение прочности закаливаемого слоя. По результатам испытаний опытного образца, проведенных совместно с ВНИИТВЧ, примерно в 8 раз сокращается время термообработки, что в свою очередь ведет к уменьшению расхода электроэнергии. Feasibility from the use of the invention lies in the fact that the implementation of mesh-type sprayers along the contour of the hardened product allows to obtain a uniform hardened layer in depth, provides increased strength of the hardened layer. According to the results of tests of a prototype conducted jointly with VNIITVCH, the heat treatment time is reduced by about 8 times, which in turn leads to a reduction in energy consumption.

Claims (1)

ИНДУКТОР ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ, содержащий токопровод, спрейер, магнитопровод и приспособление для установки изделий, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен с
Figure 00000002
-образным пазом, токопровод в виде активного и пассивного элементов, при этом активный элемент выполнен в виде параллельно соединенных проводников, один участок его выполнен со спрейерами с сетчатой поверхностью и контурами, повторяющими контур закаливаемой поверхности и установленными в пазу магнитопровода, а другой участок выполнен с дополнительным охлаждением крайних проводников, пассивный элемент расположен под активным участком со спрейерами в пазу магнитопровода, а приспособление для установки изделий выполнено с узлом регулировки зазора между изделием и спрейером и размещено над спрейером активного участка.INDUCTOR FOR SURFACE HARDENING OF PRODUCTS OF COMPLEX CONFIGURATION, comprising a current lead, a sprayer, a magnetic core and a device for installing products, characterized in that the magnetic core is made with
Figure 00000002
-shaped groove, the current lead in the form of active and passive elements, while the active element is made in the form of parallel-connected conductors, one section of it is made with sprayers with a mesh surface and contours repeating the contour of the hardened surface and installed in the groove of the magnetic circuit, and the other section is made with additional cooling of the outermost conductors, the passive element is located under the active section with sprayers in the groove of the magnetic circuit, and the device for installing products is made with a control unit ovki gap between the article and the sprayer and the sprayer taken over the active site.
SU915006455A 1991-07-15 1991-07-15 Complex configuration pieces surface hardening work-coil RU2034045C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915006455A RU2034045C1 (en) 1991-07-15 1991-07-15 Complex configuration pieces surface hardening work-coil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915006455A RU2034045C1 (en) 1991-07-15 1991-07-15 Complex configuration pieces surface hardening work-coil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2034045C1 true RU2034045C1 (en) 1995-04-30

Family

ID=21587407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU915006455A RU2034045C1 (en) 1991-07-15 1991-07-15 Complex configuration pieces surface hardening work-coil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2034045C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2130698C1 (en) * 1998-07-15 1999-05-20 Научно-исследовательский технологический институт угольного машиностроения Inductance coil for heating inner surfaces with low distance between sides to be heated
RU2375849C2 (en) * 2004-12-08 2009-12-10 Индактотерм Корпорейшн Electric induction control method
RU2453611C1 (en) * 2010-11-13 2012-06-20 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Plant for local tempering of axles by high-frequency currents

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 461135, кл. H 05B 6/36, 1975. *
2. Авторское свидетельство СССР N 285018, кл. C 21D 1/10, 1970. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2130698C1 (en) * 1998-07-15 1999-05-20 Научно-исследовательский технологический институт угольного машиностроения Inductance coil for heating inner surfaces with low distance between sides to be heated
RU2375849C2 (en) * 2004-12-08 2009-12-10 Индактотерм Корпорейшн Electric induction control method
RU2453611C1 (en) * 2010-11-13 2012-06-20 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Plant for local tempering of axles by high-frequency currents

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2597529C (en) Induction heating device for a metal plate
EP1649726B1 (en) Heating systems and methods
RU2431946C2 (en) Induction heating device
JP4712091B2 (en) Equipment that deforms materials by induction heating
EP1994798A2 (en) Transverse flux electric inductors
US11846001B2 (en) Split multiple coil electric induction heat treatment systems for simultaneous heating of multiple features of a bearing component
JP5611982B2 (en) Induction heating treatment of workpieces with complex shapes
RU2034045C1 (en) Complex configuration pieces surface hardening work-coil
EP1404154A1 (en) Magnetic heating device
US6859125B2 (en) Induction heat treatment of complex-shaped workpieces
GB2121260A (en) Transverse flux induction heater
CN100474985C (en) Coil for induction heating of a strip or another elongate metal workpiece
US2385031A (en) Multiple-channel inductive heating apparatus
CA1240476A (en) Electromagnetic levitation casting apparatus having improved levitation coil assembly
RU2151201C1 (en) Method of induction gradient heating and device for its realization
EP0245194A2 (en) A method and apparatus for the induction heat treatment of irregularly shaped workpieces
JP2002317224A (en) Induction hardening method
US20250324485A1 (en) Alternating current heating method and alternating current heating device
SU1031008A1 (en) Device for induction contour heating of parts for quenching
RU2216598C1 (en) Inductor for heating article surfaces by means of high frequency electric currents
KR100242047B1 (en) Vacuum deposition apparatus using high-frequency induction heating
KR100202741B1 (en) High-frequency induction coil for vacuum evaporator
SU717810A1 (en) Method of inductional heating of axisymmetric metallic stock for plastic strain
EGRY Electromagnetic fusion process and position research(ELEKTROMAGNETISCHE SCHMELZVERFAHREN UND POSITIONIERUNG)
CA2712999A1 (en) Electric induction heat treatment of electrically conductive thin strip material