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锻压产业中的感应加热
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:584

 编者按:本刊从今年第一期开始,以技术讲座的方式刊登由李韵豪同道撰写的《锻压产业中的感应加热》系列文章。将分别介绍感应加热的基础、感应加热的电流频率、功率、加热时间的确定及螺线管感应器等匝距及变匝距的设计和计算、整流变压器的选择和电源配置、电网谐波分析及抑制措施;以及碳钢温锻、冷切感应器的设计计算,铝坯料、铜坯料感应器的设计计算,加热感应器的设计计算,局部u形、矩形、多工位感应器的设计计算,方形、异形及变断面感应器的设计与计算等;最后还将介绍锻压工厂采用感应加热的设计要点及的正确操纵维修与治理、锻压工厂采用感应加热的经济技术分析等。本文浓缩了作者多年的、宝贵的从业经验,读者阅后可以参照相关内容和例题进行锻压工厂感应加热设备的规划和选型,对感应加热设备进行操纵、维修和治理,并可对感应器进行必要的设计、计算。敬请关注!

    一、感应加热的特点

    感应加热没有诞生前,火焰炉是锻压产业加热的惟一选择。实在,假如单纯从经济性来说,火焰炉要优于任何电加热包括感应加热设备。这是由于,从电的发生到坯料被感应加热,要经过多次的能量转换,而每次转换都伴随着损耗。以为例,从燃料燃烧获得的热能转换为机械能和电能会损耗一部分能量;电能从发电厂出来到达感应加热设备的途中,一部分电能也在升、降压变压器、高、低压传输线中转变为热能而消耗掉;剩下的电能在感应加热设备中转变成磁场能,磁场能转化为热能使坯料加热,又带来新的损耗( 见图1) 。

    但是,在锻压产业中,坯料的加热采用感应加热相对于火焰炉加热具有以下两个特点。

    1. 高的单位功率和短的透热时间

    感应加热具有高达500 ~1000k w/ m2 的单位功率( 由于坯料中可建立起高的磁通密度和一定量的有效加热层深) 和短的透热时间( 由于热发自坯料自身) 。这一特点给铸造坯料的加热带来的好处是:

    ( 1) 加热速度快,即使在空气中加热,坯料表面的氧化、脱碳也非常少。锻后的零件有公道的流线分布,它可以使坯料获得较高的疲惫性能。用火焰炉加热,其氧化皮量为3 % ~4 % ,而感应加热可控制在0. 05 % ~0. 5 % ; 感应加热在加热区没有燃料天生物,因而可以获得比较洁净的坯料,这对坯料高品质制造是一个非常有益的因素。

    ( 2) 短的加热时间有利于局部加热。加热区温度可以迅速建立,温度过渡区比较窄,既减少了电能的损耗,又利于有些局部加热工件的锻压成形。

    ( 3) 节能、节材。

    ( 4) 短的加热时间,使感应加热便于进步生产率,降低生产本钱。

    ( 5 ) 加热速度快,时间短,所获得的奥氏体晶粒细。感应加热的工件具有非常好的金相组织。

    ( 6) 设备启动快。火焰炉中有很多耐火材料,启动时吸收大量热能,即装置的热损大。不工作时,也必须维持一定的温度。

    ( 7) 加热速度快,氧化皮天生极少,使模具寿命延长( 有资料表明,仅由于氧化皮减少一项,可以使模具寿命进步30 %) 。

    2. 可重现性

    感应加热具有可重现性,即对给定的坯料规格、材质、始锻温度和节拍,感应加热所需功率基本恒定。因此,可以用节拍来确定精确的加热温度,工艺重复性好,产品品质稳定。该特点给铸造坯料的加热带来的好处是:

    (1) 由于设备紧凑,功率可调,感应加热设备可以同锻压设备组成生产线,做到同步生产。
    (2) 采用感应加热方式在特定的功率、节拍条件下可以有效地防止坯料加热温度不够或过烧,从根本上保证锻件质量。
    (3) 便于同计算机、( 如红外测温仪) 、pid 控温装置及半导体变频器( 如scr、igbt、mosfet变频器) 等组成一个闭环的温度控制系统,以实现温度的精确控制及自动化,确保产品品质稳定。
    (4) 便于锻压工厂实行现代治理体系。

    上述特点以及由此带来的环境和劳动条件极大改善、人力节省和生产占地减少等,使感应加热完全符合现代化生产的3s 标准( sure 可靠、safe 安全、saving节约) 及3c 标准( cool 低温、clean 清洁、calm安静) 。完全有理由这样说:感应加热是当今坯料铸造加热的最理想的手段,特别是对品种相对单一、批量特别大的坯料。

 

 

 

    二、感应加热的基本原理

    感应加热基于两个基本物理现象:法拉第电磁感应和焦耳效应( 见图2) 。当线圈中通过交变电流i 1 ,则线圈四周空间建立起交变磁场。处于该交变磁场中的金属坯料内产生出感应电动势e 。法拉第电磁感应定律确定:

    式中 e——感应电动势; 
         n ——感应线圈匝数;