Hay dos formas de calentamiento por inducción de enfriamiento de alta frecuencia: la primera es calentamiento y enfriamiento simultáneos, es decir, la superficie de la pieza de trabajo que debe enfriarse se calienta al mismo tiempo, seguido de un enfriamiento brusco; El segundo es el enfriamiento secuencial, es decir, mediante el calentamiento por inducción de una pequeña parte de la superficie de la pieza de trabajo, mientras que la pieza de trabajo se mueve de arriba a abajo para que la superficie se caliente y se enfríe sucesivamente.
En la producción de piezas de múltiples variedades y lotes pequeños, es posible que diferentes materiales necesiten usar diferentes medios de enfriamiento, por lo que se adopta principalmente el método de enfriamiento simultáneo. Si las piezas con grandes superficies de enfriamiento están limitadas por la potencia del equipo y otros factores, se considera el calentamiento continuo para el enfriamiento.
1. Enfriamiento superficial de alta frecuencia del orificio interior de la pieza de trabajo de acero inoxidable martensítico
(1) Dificultades de procesamiento
El enfriamiento superficial de alta frecuencia del orificio interior de la pieza de trabajo de acero inoxidable martensítico adopta la forma de calentamiento simultáneo, la dificultad de procesamiento radica en el enfriamiento del material de acero inoxidable y la superficie del orificio interno.
En el proceso de calentamiento por inducción de alta frecuencia, cuando la temperatura excede el punto de desmagnetización del material (la temperatura del punto de desmagnetización del hierro y el acero es generalmente de 700 ~ 800 ℃), la capacidad de inducción electromagnética del material disminuye y la velocidad de calentamiento cae varias veces, dificultando el calentamiento adicional. Y la temperatura del tratamiento térmico del acero inoxidable es alta, está por encima de 1000 ℃, el calentamiento a la temperatura de enfriamiento del material es más difícil. Por otro lado, debido a su alta temperatura de tratamiento térmico, cerca del punto de fusión del material, aunque se reduce la velocidad de calentamiento por encima de la pérdida del punto magnético, la velocidad de calentamiento sigue siendo más rápida que el tratamiento térmico convencional y difícil de control, existe el riesgo de que se sobrecaliente la superficie y se derritan las piezas.
El efecto anular es uno de los tres efectos principales del calentamiento por inducción y también es la razón de la dificultad del calentamiento del orificio interior. Cuando la bobina de inducción calienta la pieza de trabajo, la corriente que pasa a través de la bobina de inducción se concentra en la superficie interna de la bobina de inducción. Al calentar la superficie exterior de la pieza de trabajo, la superficie interior de la bobina de inducción debe estar en relación con la superficie exterior de la pieza de trabajo, lo que favorece el calentamiento de la pieza de trabajo, mientras que al calentar la superficie del orificio interior de la pieza de trabajo, la dirección es justo opuesta, lo que reducirá significativamente la eficiencia eléctrica del inductor y no favorece el calentamiento de la pieza de trabajo. Además, cuando se lleva a cabo el enfriamiento por inducción del orificio interno, la superficie de calentamiento está dentro de la pieza de trabajo, por lo que no es fácil para el operador observar directamente desde el exterior, lo que aumenta la dificultad de la operación hasta cierto punto.
El cojinete esférico de algunos productos requiere un enfriamiento esférico de sf28 mm, el material es acero inoxidable martensita 20Cr13, la dureza de enfriamiento requiere 35 ~ 45HRC. Además de las dificultades de calentamiento anteriores, la superficie de calentamiento de la pieza de trabajo es esférica en lugar de pasar directamente por el orificio interno. lo que inevitablemente hará que aumente el espacio entre el sensor y la superficie de calentamiento de la pieza de trabajo, lo que reducirá aún más la eficiencia eléctrica. Para superar el efecto adverso del efecto anular en el calentamiento de la pieza de trabajo, la conductividad magnética se establece en el inductor para cambiar la distribución del campo magnético y obligar a que la dirección del flujo eléctrico esté cerca de la distribución de la superficie de la pieza de trabajo a calentar. , para mejorar el efecto de calentamiento. Sin embargo, el orificio interior de la pieza de trabajo es pequeño, por lo que se elimina la distancia de separación entre el sensor y la pieza de trabajo y el tamaño del sensor mismo. El diámetro interior del sensor es inferior a 13 mm, por lo que no puede equiparse con un cuerpo conductor magnético. El enfriamiento por inducción de la pieza de trabajo solo se puede realizar optimizando los parámetros del proceso y mejorando el proceso de curación para maximizar la capacidad del equipo.
(2) Esquema del proceso de enfriamiento
El esquema del proceso de enfriamiento incluye el tiempo de calentamiento, la temperatura de enfriamiento y el medio de enfriamiento.
Mucha gente piensa que el endurecimiento por inducción de alta frecuencia pertenece al calentamiento instantáneo, que puede alcanzar la temperatura de enfriamiento en solo unos segundos. Este entendimiento refleja la situación general, pero no es integral. En algunos casos, la velocidad de calentamiento será más lenta y, en algunos casos especiales, la reducción de la salida de voltaje y otros medios para disminuir la velocidad de calentamiento de las piezas pueden satisfacer las necesidades de alguna pieza de trabajo especial o requisitos técnicos especiales. Para la pieza de trabajo, debido a la existencia de muchos factores adversos, el calentamiento rápido no es realista, teniendo en cuenta la necesidad de un cambio de temperatura visual y evitar el sobrecalentamiento o incluso el fenómeno de fusión de la superficie, para garantizar la calidad del enfriamiento, debe basarse en un calentamiento más lento Velocidad. Si la velocidad de calentamiento es demasiado lenta, se perderán las ventajas del enfriamiento superficial y la capa de endurecimiento será demasiado grande debido a la conducción del calor. La práctica muestra que es más adecuado controlar el tiempo de calentamiento de la pieza de trabajo dentro de 2.5 ~ 3 min.
La temperatura de enfriamiento de la pieza de trabajo debe determinarse de acuerdo con el tipo de acero, la estructura original y la velocidad de calentamiento en la zona de cambio de fase. Bajo ciertas condiciones del tipo de acero y la estructura original, la temperatura de enfriamiento está determinada principalmente por la velocidad de calentamiento. Cuanto más rápida sea la velocidad de calentamiento, mayor será la temperatura de enfriamiento. La velocidad de calentamiento de enfriamiento rápido de alta frecuencia es mucho más alta que la del tratamiento térmico convencional, por lo que la temperatura de enfriamiento rápido de alta frecuencia es generalmente más alta que la del tratamiento térmico convencional. Existen muchas dificultades para calentar los cojinetes esféricos debido a varias razones, y la temperatura de enfriamiento no debe ser demasiado alta. Cuanto mayor sea la temperatura de enfriamiento, más difícil será lograrlo, lo que también es una de las razones para elegir una velocidad de calentamiento más lenta. Aunque se elige la velocidad de calentamiento más lenta, sigue siendo un calentamiento rápido. Teniendo en cuenta la velocidad de calentamiento más lenta significa que el tiempo de austenización es más largo que el tiempo de calentamiento rápido. Después del análisis exhaustivo de muchos factores, la temperatura de enfriamiento debe ser igual o ligeramente superior a la del tratamiento térmico convencional.
Acero inoxidable martensítico buena templabilidad, el tamaño de la pieza de trabajo no es muy grande, el enfriamiento por aire se puede apagar por completo. El grosor efectivo del cojinete esférico es inferior a 10 mm y la superficie está templada. En teoría, se debe seleccionar enfriamiento rápido por aire. Al mismo tiempo, teniendo en cuenta la situación especial de elegir una temperatura de enfriamiento baja, para garantizar el efecto de enfriamiento de la pieza de trabajo y cumplir con los requisitos de dureza, el enfriamiento por enfriamiento con aire inevitablemente tiene ciertos factores inciertos, por lo que se convierte en una opción inevitable para elegir el medio de enfriamiento con una velocidad de enfriamiento más rápida para compensar los posibles defectos de baja temperatura de enfriamiento. La velocidad de enfriamiento del aceite es obviamente mejor que la del enfriamiento por aire, y es un poco más lenta entre todos los tipos de medios de enfriamiento. El efecto de enfriamiento se puede lograr remojando el aceite inmediatamente después de calentar la pieza de trabajo a la temperatura de enfriamiento. La velocidad de enfriamiento más lenta puede cumplir con los requisitos técnicos de manera estable y efectiva sin grietas ni otros defectos.
(3) Efecto real
Después de templar el rodamiento esférico de acuerdo con el esquema anterior, la dureza esférica es superior a 45HRC. Después de templar a 480 °C, la dureza sigue estando por encima de 40HRC, y la distribución de la dureza de cada pieza de trabajo y varias partes de la pieza de trabajo es uniforme y estable, lo que indica que la pieza de trabajo cumple completamente con los requisitos de enfriamiento. El templado exitoso de la pieza de trabajo proporciona una referencia útil para el templado superficial de la pieza de trabajo de acero inoxidable y el orificio interior que es difícil de calentar.
2. Enfriamiento superficial de alta frecuencia de una capa de enfriamiento profundo de piezas de gran tamaño
(1) Dificultades de procesamiento
El enfriamiento de alta frecuencia de esta pieza de trabajo también adopta el método de calentamiento simultáneo. La dificultad del mecanizado radica en la limitación de la potencia del equipo y la frecuencia de corriente.
El enfriamiento de alta frecuencia es un calentamiento rápido de poco tiempo, que debe calentarse a una temperatura muy alta en un tiempo muy corto y necesita suficiente potencia de calentamiento como base. Cuanto mayor sea la superficie que necesita calentar la pieza de trabajo, mayor será la potencia requerida. Cuando la superficie calentada alcance un cierto grado, será difícil realizar un calentamiento simultáneo debido a la limitación de potencia del equipo.
Cuando la pieza de trabajo se calienta por inducción, la profundidad de penetración actual está determinada por la frecuencia actual. Este principio hace que la frecuencia de la corriente se convierta en el factor principal para determinar la profundidad de la capa de endurecimiento. La frecuencia actual del equipo de enfriamiento de alta frecuencia generalmente es fija, como la frecuencia actual del equipo de alta frecuencia es de 200 ~ 300 kHz, la profundidad de penetración térmica correspondiente es de 0.9 ~ 1.1 mm, lo que limita la profundización adicional de la profundidad de la capa de endurecimiento.
El pasador de tracción de un producto es una parte clave del producto y el material es acero estructural de aleación 40Cr. Se requiere que la superficie circular exterior de F 89 mm se enfríe con alta frecuencia, la dureza de enfriamiento debe ser de 50 ~ 60HRC y la profundidad de la capa de endurecimiento es de 2.5 ~ 4.5 mm. La pieza de trabajo tiene un gran tamaño de la superficie de enfriamiento, lo que requiere una gran potencia para el calentamiento. Además, el problema con mayor influencia en el calentamiento es que la parte de templado es la parte ranurada de la pieza de trabajo, y la producción del inductor también es una gran dificultad. Como la producción de sensores por un método convencional, a saber, el diámetro interior del sensor es ligeramente mayor que el diámetro de la superficie de enfriamiento, los sensores deben ser producción en el sitio, muy problemático, y el enfriamiento de la pieza tiene que dañar el sensor en cada superficie de la pieza de trabajo. el enfriamiento de alta frecuencia debe hacer un sensor correspondiente, también existe la producción de cada error del sensor; Si el diámetro interior del inductor es más grande que el diámetro de la sección adyacente, es decir, más de 111 mm, entonces la distancia entre el inductor y la parte de enfriamiento aumenta en 11 mm y la eficiencia del calentamiento por inducción se reducirá significativamente. En cuanto a la capa de endurecimiento, el rango de profundidad de 2.5 a 4.5 mm es de 2.5 a 4.5 veces la profundidad normal de penetración del calor. Para mejorar la profundidad de la capa de endurecimiento, se puede usar apropiadamente el principio de conducción de calor, es decir, se puede usar la característica de conducción de calor desde la superficie hacia el centro para aumentar el grosor de la capa de calentamiento. Sin embargo, el método que se basa únicamente en la conducción de calor requiere una gran diferencia de temperatura desde la superficie hacia el interior. Cuando la profundidad requerida de la capa de endurecimiento alcanza la temperatura de enfriamiento, la temperatura de la superficie ya es demasiado alta, lo que resulta en un sobrecalentamiento del tejido superficial, sobrequemado y otros defectos.
(2) Esquema del proceso de enfriamiento
Para finalizar el enfriamiento de la pieza de trabajo, se fabrica un inductor especial, se fortalece el control del proceso y se adopta el método de calentamiento intermitente.
Muchas características, combinadas con la forma de producción del pasador de tracción, cambian los sensores tradicionales, harán un semicírculo para los sensores y superarán el sensor tradicional para el enfriamiento de alta frecuencia de las dificultades anteriores, la pieza de trabajo puede ser tan pequeña como la distancia posible entre los sensores y la superficie de calentamiento , y puede hacer que la pieza de trabajo se enfríe fácilmente con sensores. En la operación específica, la pieza de trabajo tiene una rotación concéntrica en relación con el inductor para lograr el efecto especial de calentar el semicírculo en un instante y calentar todas las superficies endurecidas en su conjunto (ver Figura 3).
Lo anterior ha sido descrito, el material de acero en el calentamiento a cierta temperatura perderá magnéticamente, la velocidad de calentamiento disminuirá varias veces. En el proceso de calentamiento real, cuando hay una capa delgada en la superficie que excede el punto de pérdida magnética, la intensidad de la corriente de Foucault en la unión interna adyacente a la capa delgada aumentará repentinamente y se convertirá en la parte con la velocidad de calentamiento más rápida, lo que resultará en el fenómeno de que la velocidad de calentamiento de la superficie de alta temperatura disminuye y la temperatura en la unión se acelera y luego se mueve hacia adentro. Este fenómeno es beneficioso para aumentar la profundidad de la capa de endurecimiento, pero la tasa de calentamiento de la superficie en el área de alta temperatura es mucho más rápida que las partes dentro del límite, el sobrecalentamiento de la superficie, la tendencia a la sobrecombustión sigue siendo muy grave. En este punto, la necesidad de averiguar el voltaje, la velocidad de calentamiento y otros parámetros de la configuración óptima, control estricto del proceso de calentamiento, bajo la premisa de garantizar la calidad en la medida de lo posible para aumentar la profundidad de la capa de endurecimiento.
El pasador de tracción requiere que la profundidad de la capa de endurecimiento sea grande, y aún falta el control de parámetros simples para cumplir con los requisitos técnicos por completo, por lo que se deben adoptar otras técnicas. Calentamiento intermitente, es decir, cuando no se alcanza la temperatura de enfriamiento, la parada temporal del calentamiento, de modo que la superficie de la pieza de trabajo conduce el calor más hacia adentro y luego comienza a calentarse nuevamente. Esto es equivalente a aumentar el tiempo de conducción de calor, reduciendo la superficie al gradiente de temperatura interna, repetido varias veces, la temperatura de la superficie no será demasiado alta y causará sobrecalentamiento, sobrecalentamiento. Para lograr una temperatura de enfriamiento más uniforme dentro de 2.5 ~ 4.5 mm desde la superficie hacia adentro.
(3) Efecto real
Después de tomar medidas como mejorar el diseño del sensor, optimizar los parámetros del proceso, calentar intermitentemente, etc., la dureza de la superficie del pasador de tracción después del enfriamiento de alta frecuencia puede ser estable a aproximadamente 55 HRC, la profundidad de la capa de endurecimiento es más de 3 mm, el uso de enfriamiento de alta frecuencia para cumplir con los requisitos de la profundidad de la capa de endurecimiento adecuada para el enfriamiento de frecuencia intermedia. Debido a la mejora del inductor, la pieza de trabajo se puede apagar continuamente una por una, lo que mejora efectivamente la eficiencia de trabajo.
3. Asuntos que requieren atención
Para garantizar la calidad del procesamiento, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
(1) El mantenimiento del equipo es extremadamente importante. La distancia entre el inductor de alta frecuencia y la pieza de trabajo debe ser lo más pequeña posible para reducir su pérdida de energía y asegurar la demanda de energía para el calentamiento simultáneo al máximo.
(2) La forma más común del inductor es hacer una espiral con un codo de tubo de cobre rojo. Al diseñar y fabricar un inductor de este tipo, se debe usar el tubo de cobre rojo con un diámetro mayor en la medida de lo posible y se debe reducir el número de vueltas para reducir la reactancia inductiva y garantizar la eficiencia del calentamiento.
4. Conclusión
El enfriamiento por calentamiento por inducción de alta frecuencia es un proceso complicado, que pertenece a la categoría de tratamiento térmico especial en el tratamiento térmico, pero es más difícil realizar un calentamiento simultáneo. En operaciones específicas, debe considerar la potencia del equipo, la frecuencia de trabajo, los sensores y los parámetros de tratamiento térmico, la transformación de la organización, el medio de enfriamiento y factores materiales como la forma de enfriamiento, para lograr el mejor ajuste de estos factores, maximizar el potencial del equipo, en la medida de lo posible para satisfacer muchas variedades, necesidades de enfriamiento de piezas de trabajo de lotes pequeños al mismo tiempo.
