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感应淬火装备制造新技术、新成就
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:708

 感应器制造工艺在其最初阶段主要就是用铜管型材做成成形的感应器。在1950~1960年期间,这种工艺的发展达到了新的境界。相应地,感应器就在用户工厂和一些小型企业里制造。那个时候感应设备的主要制造商都把力量集中在新电源与装有集成控制系统装置的建造,以便达到更高的产量和效率。然而,缺乏有目标的计划以及没有试验设备能够对感应装备报废进行评价并说明理由,妨碍了感应装备在改进结构与延长使用寿命方面的研制。这些装备具体使用与结构优化工作条件的分析,由于没有足够的科学依据和受到计算手段的限制,主要是采用试错法来进行。

 

经过这样的起步阶段以后,在工业区和其他装备的制造技术取得了长足的进步;这一发展过程的演变大致也与加工设备相似。主要机床,如车床、铣床、加工中心等,都由设备生产商制造,而工具则由其他公司供应。但是,不同用途的感应装备各有独到之处,要求相应地从多方面因素进行分析,包括机械装置(达到要求可靠性的自动化装置)以及对电磁工艺的审核,目的是保证达到工艺的要求与足够的使用寿命。感应装备的研制要求深入了解感应加热方法本身、加热采用的过程以及热处理有关的金属学知识。在当今竞争条件下,这些公司还必须对高生产率自动化生产中的技术经济问题有足够的了解。这些要求对实现感应加热与柔性生产单元的一体化特别重要。在保证质量的前提下,最主要的任务就是达到最高的生产率,因为这是使投入资本获得高回报所必不可少的。

 

1.要求有新的态度

现代工业向感应加热提出越来越新的要求,而且有一些已经超出了现有设备生产商的可能,他们之中许多人仍然在按以经验主义试测法为基础的陈旧方式在工作。如果要提供完整的服务周期,设备生产商应该具有设计与制造装备的生产和技术两大资源。对设备生产商来说,拥有商业热处理的现代化认证中心就是必不可少的优势。感应设备的生产商也应明白,技术问题的解决需要基于充分的科学依据,这包括对机械、物理、电磁与冶金过程以及计算机资源的深入理解,以便进行分析并进而采取最佳的188金宝搏官网注册账号的解决方案。这是一项复杂的任务,首先是因为这些课题的多样性。不能指望一个万能的模型来满足“即插即用”状态里的所有要求。每个任务都要求专门的处理方法,包括对质量、公差、生产率以及保证最低零件生产费用的经济指标,还要考虑到感应装备的维修服务和使用寿命。

 

2.模拟

现有的计算机程序都是以各种方法如有限元法(fem)、有限差别法(fdm)、边界元法(bem)为基础的,但是这些方法发展得还不够,不足以解决感应加热的所有复杂任务,考虑到某些过程之间的相互联系,一般来说,这些任务需要解决3d的问题。此外,没有能够满足需要的材料性能数据库,而这样的数据库对于模拟感应加热系统来说又是必不可少的。没有开发好的详尽数据库,就不可能得到精确的模拟结果。认识到适合的数据库对模拟的必要性,美国冶金、加工和感应领域的代表与国家制造科学中心(national center for manufacturing sciences, ncms, 设在密执安州安纳伯市)建立了合作关系,开发钢在感应加热时组织转变定量评定方法。这项工作的成果是制定了astm国际标准a1033-04《标准操作规程的定量测量和亚共析碳钢和低合金相变的报告》(见)。

 

这个项目仅仅是建立各种钢号性能数据库并使其能方便地用于各类计算机程序巨大任务的开始。当前,从事模拟的专家应该具有特殊的经验,能够描述感应系统与材料性能并将其应用于所使用的计算机程序。此外,公司还要花费许多力量与资金去定期检验模拟的结果,以便建立对向用户提供的方案正确性的信心。

 

感应淬火相应数据库具有特殊的意义。人们早就知道,感应淬火的特点,即快速加热与冷却,使我们有可能获得粒度较细的金相组织和较高的力学性能。这种知识基于实践经验,为了更好地利用这一重要现象,必须进行进一步的研究。在奥克.里杰的国家实验室工作的盖里.柳德卡博士指出:“在过程模拟时,如果最终目的是预示显微组织、残留应力、最终制件形状与力学性能变化的演变,必须要有两个互相联系的数据库,即(1)相变动力学数据库和(2)随显微组织、温度以及外部应力而变化的力学性能数据库”。

 

我们可以补充的是:为了正确预示加热(温度)的演变过程,还必须有随材料温度与初始状态而变化的各种材料的热学、磁学与电学性能的数据库。

 

模拟允许进行具体应用的交互分析,选择感应器结构、频率、加热时间与功率的最佳组合。在不用很大花费的情况下,模拟就可以快速查看许多试验途径的特征因素所产生的影响。

 

然而,从现状看,模拟并不能提供关于加工件所有参数的确切消息,必须进行几次试验性的加工,以便确认是否达到了用户的要求。特别是这关系到感应器的使用寿命。模拟可以提供有关感应器所试验的热载荷与力学载荷的信息,这对于预示其工作的可靠性来说是非常重要的,但是现在还没有预言其使用寿命的可能。

 

3.感应器的制造

淬火感应器应该保证要求的加热质量与可以接受的使用寿命。决定使用寿命的主要因素是其对流经其导体的电流所产生热量的散热能力。

 

因此,尺寸、形状与水冷槽的位置非常重要。与采用管状导体来制作感应器相比,用大铜块通过机械加工来制作感应器就会给予设计者以更大的自由来达到最佳化。

 

简单的,例如用于长零件连续加热的单匝或两匝感应器,经常是用圆形或异型的铜管制成(见图1)。它们的使用寿命通常都比较长,而且可以保证所要求的生产率和加热的质量。对轧辊、轴类以及其他带旋转的零件进行同时加热时,感应器的工作条件相当繁重。朝向制件时,其带电表面就要比加热表面小得多,相应来说,感应器表面比功率就会高得多(见图2)。(编者注:这类感应器的功率达到750kw)。为了保证这类感应器工作的可靠性,必须利用传热以及湍流度可控的由铜向水的散热系数最新计算方法,预先采取强制冷却措施。从传统的一般散热转变为“核(局部)沸腾”方式可以预防局部过热并且提高导热性。

图1 双工位扫描淬火

(冷却由安装在感应器周围的喷液器来实现)

图2 旋转轴的同时淬火;喷液器由玻璃钢制成

图3所示为同时加热用的感应器,它是由实心铜坯在数控机床上加工而成。这样的感应器精度高、刚性好、电流通过的钎焊接点少。敞开的水冷槽以后焊上盖子,但是电流不流经这些钎焊接点。在某些轴承类部件、底盘零件等淬火时,加热层的形状以及与此相应的淬火质量对感应器与其装置的制造质量对于制件来说,都是至关重要的。新感应器的调整可能要花几个小时进行多次试验性的加热,对加热质量进行金相研究。感应器制作的高精度可保证其更换时加热的稳定性。为了控制感应器零件的尺寸,使用专门的高精度仪器(见图4)。

图3 制造过程中的单发式感应器

图4 感应器零件尺寸的检查

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