第九章感應熱處理設備及其他表面

1、第九章 感應熱處理設備及其他表面處理加熱設備 感應熱處理的基本原理，根據(jù)中、高頻電流的特點理解和掌握導磁體的屏蔽作用，掌握如何根據(jù)需要對感應熱處理設備進行選擇及設計。 第九章 感應熱處理設備及其他表面處理加熱設備n感應熱處理可以提高產(chǎn)品質量、縮短生產(chǎn)周期和改善勞動條件，提高生產(chǎn)組織水平，適用于機械化大生產(chǎn)，可通過計算機控制實現(xiàn)無人操作。n感應加熱可用于淬火、回火、正火、調質、透熱等。9.1感應熱處理的基本原理 n一、感應加熱的基本原理n 當感應器（施感導體）通過交變電流（交流變化）時，在其周圍產(chǎn)生交變磁場，將工件放入交變磁場中，按電磁感應定律，工件內(nèi)將產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，感應電流做功，將

2、工件加熱。 9.1感應熱處理的基本原理n二、中、高頻電流的特點n中、高頻的頻率范圍可見教材表9-1。n1.集膚效應n 由于工件內(nèi)存在著電動勢，產(chǎn)生閉合電流，稱之為渦流。渦流的分別時不均勻的，由工件表面向心部呈指數(shù)規(guī)律衰減。即當交流電流通過導體時，在導體表面電流最大，越向內(nèi)部電流密度越小的現(xiàn)象稱為集膚效應。當電流頻率越高，集膚效應越顯著。 9.1感應熱處理的基本原理n2.鄰近效應n 兩個通過交流電流的導體彼此相距很近時，則每個導體內(nèi)的電流將重新分布。當導體內(nèi)電流方向相反時，兩個導體的電流瞬時則最大電流密度出現(xiàn)在兩導體相鄰的一面；當瞬時方向相同，出現(xiàn)在兩導體相背的一面。導體內(nèi)電流的頻率越高，導體間

3、距越小，鄰近效應越明顯。 9.1感應熱處理的基本原理n3.圓環(huán)效應 當交變電流通過環(huán)形導體時，電流在導體橫截面上的分布將發(fā)生變化，電流僅僅集中在圓環(huán)的內(nèi)側，這種現(xiàn)象叫圓環(huán)效應。圓環(huán)的曲率半徑越小，徑向（間距）寬度越大，圓環(huán)效應越顯著。n4.尖角效應當感應器與工件間的距離相同，在工件尖角處的加熱強度遠較其他光滑部位強烈，會造成過熱，這種現(xiàn)象稱為尖角效應。尖角效應是由于磁力線易于集中在尖角處，感應渦流較大的緣故。 9.2感應熱處理設備的選擇一、感應熱處理設備的分類及特點 根據(jù)感應加熱設備的工作頻率的不同分為：高頻、超音頻、中頻、工頻感應加熱設備； 按變頻產(chǎn)生的方式分為：電子管變頻設備、機式變頻設備

4、、半導體（可控硅）變頻設備和工頻設備。 從教材的表9-1中可看到變頻產(chǎn)生的方式與工作頻率的關系，以及在什么情況采用何種頻率及加熱裝置。9.2感應熱處理設備的選擇n二、感應加熱設備頻率的選擇 根據(jù)集膚效應，工程上規(guī)定當工件的電流為表面渦流強度的1/e（e20718）處的電流透入深度，用表示。在鋼鐵材料中，熱態(tài)（工件已經(jīng)加熱）電流的透入深度將比冷態(tài)電流滲入深度大幾十倍。 從鋼鐵材料在800900范圍內(nèi)的投入電流深度的關系教材公式（9-3）可以看出，加熱設備頻率f越小，電流透入深度越大，則x越深。若加熱時熱量只集中于表層，即熱x，要靠熱傳導傳熱，加熱速度慢，生產(chǎn)率低，過渡層大，但設備功率可以小。相反

5、則設備功率要大。教材表9-2為淬硬層深度與推薦設備頻率的關系，可根據(jù)需要進行選擇。9.2感應熱處理設備的選擇n三、感應加熱設備功率的確定 在生產(chǎn)上，感應加熱設備的功率計算有多種方法，有額定功率、輸出功率和總功率等。 對尺寸較小的工件，當相同的設備的總功率時，宜采 用單位面積功率可以大一些，反之就相反（因為設備總功率限制）。 加熱方式對單位面積功率的選擇也有影響，可參教材表9-3。亦可根據(jù)教材表9-3所推薦的工件單位面積功率及工件的加熱面積按教材公式（9-5）式求得設備的總功率。 在選擇設備的總功率時，設備的功率應將變壓器功率、感應器效率和回路線傳輸效率等考慮進去，且總功率滿足工藝要求。 9.3

6、感應器設計概要 一、感應器結構尺寸的設計n 感應器的設計主要包括感應器的形狀、尺寸、圈數(shù)、感應圈與工件的間隙。匯流板的尺寸與連接方法，冷卻方式等。器結構尺寸主要根據(jù)中、高頻電流的特點以及感應線圈的使用壽命等綜合考慮。n 9.3感應器設計概要n1.感應器與工件的間隙 感應器用壁厚1.01.5mm紫銅管制成。n 感應器與工件的間歇大小，直接影響到感應器的功率因數(shù)。間隙大，功率因數(shù)低；間隙小，則功率因數(shù)高，電流透入深度淺，加熱速度快。當間歇過小，操作不方便，易產(chǎn)生短路，降低使用壽命。 感應器與工件間歇尺寸推薦范圍間教材表9-4所示。9.3感應器設計概要n2.感應器的高度 對于常軸件進行局部一次性加熱

7、時，感應器的高度為：H L +（810） （mm） 對于短軸類零件進行局部一次加熱時感應器高度為：H L 2a （mm） 其中，a感應器與工件間歇（mm） 9.3感應器設計概要n3.冷卻水路的設計 為避免感應器在工件過程中發(fā)熱需通冷卻水，且工件的淬火也需要噴水冷卻，應合理設計設計冷卻系統(tǒng)。冷卻水管的尺寸與電流頻率、電流透入深度、加熱方式和散熱條件有關，可參考表9-5。n4.匯流板的尺寸 感應器兩端與電源的連接部分稱匯流板。匯流板的間距在1.53mm之間，為防止接觸短路。中間塞入云母騙或黃蠟布包扎好。其長度取決于工件形狀、尺寸、夾具等具體條件，以小為宜。9.3感應器設計概要二、導磁體的屏蔽作用n

8、 由于中、高頻電流的圓環(huán)效應，電流集中在感應器內(nèi)側，當加熱圓筒形零件的內(nèi)表面時，磁力線集中在感應器內(nèi)側，則降低了感應器的效率，為提高熱效率，在感應器上設置導磁體，將中、高頻電流有感應器內(nèi)側驅趕到外側，以加強鄰近效應，改變加熱區(qū)溫度的分布，提高熱效率。 9.3感應器設計概要n 感應淬火多數(shù)都是需要工件局部淬火，當需要加熱的部位和不需要加熱的部位靠得很近或存在尖角時，就會將不需淬火得部位淬硬或使尖角處變形開裂。為避免這種現(xiàn)象，常采用“電磁屏蔽”得方法，即在凸臺或尖角處加上銅環(huán)或鐵磁材料環(huán)，在環(huán)中因漏磁而產(chǎn)生渦流，渦流所產(chǎn)生的磁場方向與感應加熱的磁場方向相反，使磁力線不能穿過那些不需要加熱部位，而起

9、到屏蔽作用。 9.4淬火機床的選擇 n 要使零件在感應加熱設備上淬火，就必須有淬火裝置，這種裝置就是淬火機床，企業(yè)多根據(jù)需要自行設計制造。按生產(chǎn)方式可分為通用機床、專用機床和生產(chǎn)線兩大類。n 淬火機床的構成：機架、升降部件、零件裝夾及移動部件、傳動機構、上下料機構、工藝參數(shù)程序控制機構等組成。n 在選擇機床使要考慮通用性，即能處理軸類、齒輪類等多種常用零件；還需考慮可靠性，如定位準確，移動、轉動速度溫度可調，控制系統(tǒng)動作準確可靠等；還應操作方便、效率高、好能少，淬火介質管路直徑復合要求。n 今年來，一些國家開發(fā)了無人操作的自動化淬火機床。9.5其他表面加熱裝置 n一、火焰表面加熱裝置n 火焰表面加熱是一種使用較早的表面加熱方法，設備簡單、投資少、成本低，適用于各種形狀、大小的工件表面加熱，特別適用于比較大的零件熱處理?；鹧姹砻婕訜岬闹饕獑栴}是溫度的控制和測量。近年來，采用新的溫度測量方法及機械化等，工件淬火質量得到不斷提高。n 火焰表面加熱常用的氣體有煤氣、天然氣、甲烷、乙炔等，以乙炔為最常用。9.5其他表面加熱裝置n一、激光表面熱處理裝置n 利用激光的高能量、變方向等特點，將激光束打道需處理工