Системы индукционного нагрева

Установка индукционного нагрева ТВЧ для закалки шестерни

В статье представлена новая установка индукционного нагрева ТВЧ для закалки шестерни. Показан магнитный концентратор индуктора с шаблоном зуба индукционного нагрева преобразователя «ПЕТРА».

Дарья Мамаева

darya.mamaeva.95@mail.ru

Юрий Зинин Юрий Ройзман Введение

НКВП «ПЕТРА» (рис. 1), представитель уфимской школы силовой электроники, — компания с двадцатилетней историей, имеющая многолетний опыт внедрения своей продукции на предприятиях машиностроения, атомной, химической, нефтяной промышленностей России. Это коллектив разработчиков, конструкторов, наладчиков. Производственные площади предприятия НКВП «ПЕТРА» расположены в Уфе.

Сегодня предприятие выполняет разработку и производство преобразователей частоты. Это позволяет эффективно использовать новые технологии.

Преобразователи повышенной частоты, разработанные НКВП «ПЕТРА», — это наиболее ответственная и технически сложная часть индукционной установки.

НКВП «ПЕТРА» постоянно совершенствует преобразователи для индукционного нагрева ТВЧ [1].

Предприятием разработаны компактные и эффективные установки индукционного нагрева типа «ПЕТРА». Товарный знак «ПЕТРА» зарегистрирован в Государственном реестре и защищен свидетельством Роспатента № 105331 [2].

Установка для закалки крупномодульной шестерни

Малогабаритные установки индукционного нагрева ТВЧ «ПЕТРА» используются во многих отраслях промышленности для осуществления эффективных технологических процессов электротермической обработки изделий.

Индукционные установки служат для закалки крупномодульных шестерен.

Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) осуществляется для поверхностной термической обработки, позволяющей повысить твердость поверхности детали. Она применяется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей. Индукционная закалка ТВЧ является экономичным и технологичным способом упрочнения. Она дает возможность закалить как всю поверхность детали, так и отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку изделия.

В машиностроении принято малое зубчатое колесо называть шестерней, а большое иногда именуют колесом. Важнейшие параметры зубчатых колес — модуль, высота зуба, шаг, число зубьев, диаметр окружности выступов. На рис. 2 представлена закалочная установка для индукционного нагрева ТВЧ.

Индукционная установка с шестерней включает в себя: • преобразователь типа «ПЕТРА-0132»; • трансформатор выходной; • систему охлаждения; • выносной пульт управления.

Широкие функциональные и сервисные возможности установки показывают цифровая система управления и удобный пульт управления, блок силовых печных конденсаторов установки, выходной

www.powere.ru

трансформатор ВЧ и индуктор для охлаждения технической воды от градирни.

Установка индукционная для ТВЧ-закалки крупномодульных шестерен (зубчатых колес) обеспечивает автоматическую термообработку рабочей поверхности шестерни методом «впадина за впадиной». Установка применяется для индукционной поверхностной закалки модуля от 8 мм и выше [3–6].

На индукционной установке обрабатываются зубчатые колеса, получаемая глубина закаленного слоя составляет примерно 1,6 мм. ТВЧ с концентратором осуществляется поверхностная закалка зуба, сердцевина зуба остается «сырой» [2].

Закалка косозубой шестерни

Установка автоматизирована для закалки токами высокой частоты шестерни большого модуля (m = 8 и более). Питание установки производится от транзисторного преобразователя частоты «ПЕТРА-0132» мощностью 160 кВт, частотой 8 кГц. Охлаждение установки и закаливаемой детали производится собственной двухконтурной системой охлаждения. Автоматизированная установка ТВЧ показана на рис. 3.

Установка обеспечивает автоматизированную закалку шестерни после ее установки на закалочный стол. Время закалки одной впадины для шестерни высотой 110 мм составляет 11 с при заданной глубине закаленного слоя 3–4 мм. Время цикла для одной впадины около 40 с. Все технологические параметры вводятся технологом с сенсорной панели управления и активируются оператором из памяти микропроцессора. В автоматическом режиме шестерня обрабатывается около 1 ч, операция выполняется с помощью модуля 10, имеющего диаметр 1000 мм.

Процесс термообработки крупномодульной косозубой шестерни производится по впадине методом «впадина за впадиной».

Шестерня (зубчатое колесо) устанавливается на поворотный стол закалочного механизма, обрабатываемая впадина ориентируется относительно индуктора, и индуктор вводится во впадину. В процессе закалки индуктор, одновременно со спреером (душем), перемещается вдоль впадины. При этом последовательно производится нагрев зоны поверхности детали под индуктором и охлаждение ее в спреере при выходе из-под индуктора.

Цикл закалки производится автоматически. Мощность индуктора и скорость перемещения индуктора относительно шестерни заранее устанавливаются технологами цеха, на этапе отработки технологии.

По завершении обработки индуктор выводится из впадины и производится поворот шестерни на один шаг. Затем цикл термообработки повторяется.

Магнитный концентратор индуктора с шаблоном зуба

Обеспечивается равномерный закаленный слой поверхности зуба и впадины, сердцевина

www.powere.ru

Рис. 2. Закалочная установка индукционного нагрева ТВЧ

зуба остается «сырой». Высокая повторяемость качества закаленного слоя достигается за счет автоматизации процесса и стабилизации тока индуктора.

Автокомпенсация изменения зазора «детальиндуктор» осуществляется током индуктора.

Одновитковый индуктор обладает большой механической прочностью, он настроен на небольшое действующее напряжение 20–50 В и обеспечивает протекание большого тока высокой частоты 3–5 кА. Согласующий трансформатор подключается через индукторы с индуктивностью 0,2–1,8 мкГн.

Одновитковый индуктор разогревает металл зуба колеса «настилом» высокочастотного тока, нагретый слой металла выходит из зоны нагрева, интенсивно охлаждается спреером, при этом сохраняет пластичность в глубине зуба, а поверхность зуба приобретает требуемую прочность [7, 8].

Для закалки зубчатых колес большого диаметра используется метод поверхностной закалки зуба путем перемещения индуктора во впадине между рабочими поверхностями двух соседних зубьев. Индуктор нагревается ТВЧ, а затем от спреера снизу вверх перемещается вдоль зуба колеса.

Автоматизация процесса и стабилизация тока индуктора обеспечивают повторяемость качества закаленного слоя колеса. Широкие

функциональные и сервисные возможности установки поддерживает цифровая система управления.

Установка зубчатого колеса больших габаритов и массы, вращение колеса, его подъем и снятие выполняются тельфером.

На рис. 4 показан магнитный концентратор индуктора с шаблоном зуба.

Индуктор изолирован от питающей сети установки и заземлен с магнитным концентратором, выделяет номинальную мощность в индукторе зуба колеса.

Эффективная работа подтверждает надежность электротермической установки.

Литература

1. Научно-конструкторское предприятие

«Петра» www.nkvp-petra.ru. 2. Зинин Ю. М., Ветошкин А. В., Ройзман Ю. П.

Патент № 2215361 «Мостовой инвертор».

Государственный реестр изобретений РФ. 3. Зинин Ю., Мамаева Д. Установка электротермическая с полупроводниковым преобразователем повышенной частоты ППЧ160-2.4 // Силовая электроника. 2017. № 2. 4. Мамаева Д., Зинин Ю., Ройзман Ю.

Разработка транзисторного преобразователя частоты «ПЕТРА-0132» для вакуумных установок индукционного нагрева // Силовая электроника. 2018. № 1. 5. Зинин Ю., Ройзман Ю., Кашлаков С.,

Мамаева Д. Индукционная установка

«ПЕТРА-501» для нагрева ТВЧ в кольцевом индукторе для закалки шестерен // Силовая электроника. 2019. № 1.

Рис. 4. Магнитный концентратор

6. Мамаева Д., Зинин Ю., Ройзман Ю.,

Куземский В. Транзисторный преобразователь частоты типа «ПЕТРА-0141» мощностью 250–800 кВт индукционных плавильных установок типа ИСТ для теплообменной станции «ПЕТРА-0395» // Силовая электроника. 2018. № 2. 7. Зинин Ю., Ройзман Ю., Кашлаков С.,

Мамаева Д. Преобразователь частоты типа «ПЕТРА-0133» для индукционного нагрева со встроенной теплообменной станцией //

Силовая электроника. 2019. № 5. 8. Мамаева Д., Зинин Ю., Ройзман Ю.

Преобразователь частоты со встроенной теплообменной станцией тип «ПЕТРА-0133» и разработка малогабаритных закалочных трансформаторов ТВЧ // Силовая электроника. 2018. № 3.

Компания Traco Electronic начала производство TEA — бюджетного семейства 1Вт DC/DCпреобразователей

Компания Traco Electronic объявила о выпуске бюджетного семейства DC/DC-преобразователей TEA. Семейство представлено тремя типами изолированных DC/DC-преобразователей без стабилизации выходного напряжения. Устройства семейства мощностью 1 Вт выполнены в корпусах SIP и разработаны для приложений, требующих недорогих, но очень качественных и надежных решений. При проектировании преобразователей семейства TEA инженеры Traco Electronic в первую очередь сфокусировали внимание на простом, но эффективном решении, для производства которого требуется минимальное количество компонентов, малые трудозатраты, а также полная автоматизация производственного процесса, что позволило без потерь в качестве максимально уменьшить себестоимость продукта. Широкий диапазон рабочих температур –40…+85 °C без снижения номинальных характеристик и наличие электрической изоляции вход/выход 1500 или 4000 В напряжения постоянного тока позволяют использовать семейство TEA в самом широком спектре приложений во многих областях техники. Доступность этих DC/DC-преобразователей в разных корпусах еще более расширяет спектр их применения и делает преобразователи семейства TEA отличным выбором для любых приложений, где цена и занимаемое пространство являются критически важными факторами. Семейство изолированных DC/DC-преобразователей TEA оптимально для крупных проектов преимущественно систем распределенного питания технологии PoL (питание в нагрузку), требующих простого, надежного и одновременно недорогого изолированного DC/DC-преобразователя малой мощности. Основные характеристики и преимущества: • мощность: 1 Вт; • высокое качество при низкой стоимости; • электрическая прочность изоляции ввод/вывод: 1500 или 4000 В (зависит от серии); • диапазон рабочих температур: –40…+85 °C с ухудшением характеристик не более 5%; • максимальная рабочая температура среды: +95 °C (корпуса: +105 °C); • выходная емкость: до 1000 мкФ; • входной фильтр: внутренний конденсатор; • емкость по изоляции: 30 пФ; • минимальная нагрузка: не требуется; • рекомендован входной предохранитель на 500 мА; • гарантия от изготовителя: 3 года. www.tracopower.com