Индукционная термоусадочная муфта - Induction shrink fitting

Под индукционной термоусадочной муфтой подразумевается использование технологии индукционного нагревателя для предварительного нагрева металлических компонентов от 150 ° C (302 ° F) до 300 ° C (572 ° F), что приводит к их расширению и позволяет вставить или удалить другой компонент. . Обычно более низкие температуры используются для металлов, таких как алюминий, а более высокие температуры используются для металлов, таких как низко / среднеуглеродистые стали . Процесс позволяет избежать изменения механических свойств, позволяя при этом работать с компонентами. Металлы обычно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении; эта размерная реакция на изменение температуры выражается как коэффициент теплового расширения .

Процесс

Индукционный нагрев - это процесс бесконтактного нагрева, в котором используется принцип индукции электромагнетизма для выделения тепла в заготовке. В этом случае тепловое расширение используется в механическом приложении для установки деталей друг на друга, например, на вал можно установить втулку, сделав ее внутренний диаметр немного меньше диаметра вала, а затем нагревая ее до тех пор, пока она не войдет на вал. и позволяя ему остыть после того, как он был надет на вал, таким образом достигнув «горячей посадки». Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле , можно заставить электрический ток течь в металле, тем самым создавая тепло из-за потерь I 2 R в материале. Генерируемый ток течет преимущественно в поверхностном слое. Глубина этого слоя определяется частотой переменного поля и проницаемостью материала. Индукционные нагреватели для термоусадки делятся на две большие категории:

Блоки частоты сети с железными сердечниками

Частотный блок, часто называемый нагревателем подшипников, работает по стандартным трансформаторным принципам. Внутренняя обмотка намотана на многослойный сердечник, как у стандартного сетевого трансформатора. Затем сердечник пропускается через заготовку, и когда первичная катушка находится под напряжением, вокруг сердечника создается магнитный поток . Заготовка действует как вторичная обмотка короткого замыкания созданного трансформатора, и из-за законов индукции в заготовке течет ток и выделяется тепло. Сердечник обычно шарнирно закреплен или каким-либо образом закреплен, чтобы обеспечить загрузку или разгрузку, что обычно выполняется вручную. Чтобы покрыть различия в диаметре деталей, у большинства агрегатов есть запасные сердечники, которые помогают оптимизировать производительность. После того, как деталь нагреется до нужной температуры, сборку можно производить вручную или на соответствующем приспособлении или машинном прессе .

Потребляемая мощность

Нагреватели подшипников обычно находятся в диапазоне от 1 кВА до 25 кВА и используются для нагрева деталей от 1 до 650 кг (от 2,2 до 1433,0 фунтов), в зависимости от области применения. Требуемая мощность зависит от веса, заданной температуры и времени цикла, чтобы облегчить выбор, многие производители публикуют графики и диаграммы.

Отрасли и приложения

  • Железная дорога - коробки передач, колеса, трансмиссии
  • Станки - редукторы токарных станков, фрезы
  • Металлургический завод - подшипники качения, кольца шейки валков
  • Производство электроэнергии - различные компоненты генератора

Из-за необходимости вставки сердечника, а также из-за того, что сердечник должен находиться в относительно непосредственной близости от отверстия нагреваемой детали, существует множество приложений, в которых вышеупомянутый подход типа нагревателя подшипника неосуществим.

Твердотельные СЧ и ВЧ нагреватели

В тех случаях, когда эксплуатационные сложности не позволяют использовать подход с использованием частоты сети с сердечником, можно использовать стандартный индукционный нагреватель RF или MF. В этом типе устройств используются витки медной трубки, намотанной на электромагнитную катушку . Нет необходимости в сердечниках, катушку нужно просто окружать или вставлять в нагреваемую деталь, что упрощает автоматизацию процесса. Еще одним преимуществом является возможность не только термоусаживать детали, но и снимать их.

Нагреватели RF и MF, используемые для индукционной термоусадки, различаются по мощности от нескольких киловатт до многих мегаватт и в зависимости от геометрии / диаметра / поперечного сечения компонента могут изменяться по частоте от 1 кГц до 200 кГц, хотя в большинстве приложений используется диапазон от 1 кГц до 100 кГц.

В общем, при выполнении термоусадки лучше всего использовать самую низкую практическую частоту и низкую удельную мощность, поскольку это обычно обеспечивает более равномерное распределение тепла. Исключением из этого правила является использование тепла для снятия деталей с валов. В этих случаях часто лучше всего ударить компонент быстрым нагревом, это также имеет преимущество в сокращении временного цикла и предотвращении накопления тепла в валу, что может привести к проблемам с расширением обеих частей.

Чтобы выбрать правильную мощность, необходимо сначала рассчитать тепловую энергию, необходимую для нагрева материала до требуемой температуры за отведенное время. Это может быть сделано с использованием теплосодержания материала, которое обычно выражается в киловатт-часах на тонну, веса обрабатываемого металла и временного цикла. Как только это будет установлено, необходимо учесть другие факторы, такие как излучаемые потери в компоненте, потери в катушке и другие системные потери. Традиционно этот процесс включал длительные и сложные вычисления в сочетании с сочетанием практического опыта и эмпирической формулы. Современные методы используют анализ методом конечных элементов и другие автоматизированные производственные методы, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуется доскональное знание процесса индукционного нагрева. При выборе правильного подхода часто необходимо учитывать общий размер и теплопроводность заготовки, а также ее характеристики расширения, чтобы обеспечить достаточное время выдержки для создания равномерного тепла по всему компоненту.

Выходная частота

Поскольку термоусадочная муфта требует равномерного нагрева расширяемого компонента, лучше всего попытаться использовать наименьшую практическую частоту при приближении к нагреву для термоусадки. Опять же, исключением из этого правила может быть снятие деталей с валов.

Отрасли и приложения

Существует огромное количество отраслей и сфер применения, в которых индукционная термоусадка или снятие выгодны с использованием твердотельных ВЧ- и СЧ-нагревателей. На практике применяемая методология может варьироваться от простого ручного подхода, когда оператор собирает или разбирает детали, до полностью автоматических пневматических и гидравлических прессов.

  • Автомобильные стартерные кольца на маховики
  • Приводные шестерни к коленчатым валам
  • Статоры двигателей в корпуса двигателей
  • Валы двигателей в статоры
  • Снятие и повторная установка рабочего колеса газовой турбины.
  • Снятие и повторная установка пустотелых болтов в электрогенераторах
  • Сборка высокоточных роликовых подшипников
  • Термоусадка двухтактных коленчатых валов судовых двигателей.

Преимущества недостатки

Преимущества:

  • Управляемость процесса - в отличие от традиционной электрической или газовой печи, индукционная система не требует цикла предварительного нагрева или контролируемого отключения. Тепло доступно по запросу. В дополнение к преимуществам быстрой доступности в случае прерывания производства на последующих этапах производства, питание может быть отключено, что позволяет экономить электроэнергию.
  • Энергоэффективность - из-за тепла, вырабатываемого внутри компонента, передача энергии чрезвычайно эффективна. Индукционный нагреватель нагревает только часть, но не атмосферу вокруг него.
  • Стабильность процесса - процесс индукционного нагрева обеспечивает чрезвычайно равномерное постоянное нагревание, что часто позволяет использовать меньше тепла для данного процесса.
  • Отсутствие открытого огня - это позволяет использовать индукционный нагрев в самых разных областях применения в летучих средах, в частности, в нефтехимической промышленности.

Основным недостатком этого процесса является то, что он, как правило, ограничивается компонентами, имеющими цилиндрическую форму.

Смотрите также

использованная литература

Примечания

Список используемой литературы

  • Дэвис, Джон; Симпсон, Питер (1979), Справочник по индукционному нагреву , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8.
  • Рапопорт, Эдгар; Плешивцева, Юлия (2006), Оптимальное управление процессами индукционного нагрева , CRC Press, ISBN 0-8493-3754-2.
  • Руднев, Валерий; Нелюбимый, Дон; Кук, Раймонд; Блэк, Мика (2002), Справочник по индукционному нагреву , CRC Press, ISBN 0-8247-0848-2.

внешние ссылки