感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)器的設(shè)計(jì)原則
2020-01-03 李芝明
（大江信達(dá)車輛股份有限公司）
感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)器是利用渦流原理來(lái)完成零件表面淬火、強(qiáng)化表面的關(guān)鍵加熱元件。進(jìn)行表面加熱零件的種類很多，形狀差異很大，因此感應(yīng)器的設(shè)計(jì)形態(tài)各異，一般對(duì)感應(yīng)器的尺寸主要考慮感應(yīng)圈的直徑、高度、截面形狀、冷卻水路以及噴水孔等，其設(shè)計(jì)思路如下。
1.感應(yīng)器的直徑
感應(yīng)器的形狀是根據(jù)加熱零件的表面輪廓來(lái)確定的，要求感應(yīng)圈與零件之間必須有一定的間隙，而且各處均勻一致。
對(duì)外圓加熱時(shí)，感應(yīng)器的內(nèi)徑D內(nèi)=D0+2a；對(duì)內(nèi)孔加熱時(shí)，感應(yīng)器的外徑D外=D0-2a。其中D0為工件的外圓直徑或內(nèi)孔直徑，a為二者之間的間隙。對(duì)軸類零件取1.5～3.5mm，齒輪零件取1.5～4.5mm，內(nèi)孔零件取1～2mm。如進(jìn)行中頻加熱淬火，則間隙略微有所不同，一般軸類零件為2.5～3mm，內(nèi)孔為2～3mm。
2.感應(yīng)器的高度
感應(yīng)器的高度主要根據(jù)加熱設(shè)備的功率P0設(shè)、工件的直徑D和所確定的比功率P設(shè)來(lái)確定：
?。?）對(duì)于短軸類零件一次加熱，為防止尖角過(guò)熱，感應(yīng)圈的高度應(yīng)小于零件的高度。
?。?）長(zhǎng)軸類零件一次加熱局部冷卻時(shí)，感應(yīng)圈的高度為需要淬火區(qū)長(zhǎng)度的1.05～1.2倍。
?。?）單匝感應(yīng)圈高度太高時(shí)，工件表面的加熱不均勻，中間溫度比兩邊的溫度高出許多，頻率愈高則愈明顯，故多采用雙匝或多匝感應(yīng)圈來(lái)代替。
3.感應(yīng)圈的截面形狀
感應(yīng)圈的截面形狀較多，如圓形、正方形、矩形、板型（外焊冷卻水管）等，當(dāng)淬火面積相同時(shí)，彎制成矩形截面感應(yīng)圈最省料，而且透熱層均勻，圓形截面最差，但易于彎制。選用的材料多為黃銅管或紫銅管，高頻感應(yīng)圈壁厚為0.5mm，中頻感應(yīng)圈為1.5mm。
4.冷卻水路與噴水孔
考慮到因渦流損耗而發(fā)熱，故各組成部分需要通水冷卻，對(duì)于銅管可直接通水冷卻，銅板制造部分可做成夾層或外焊銅管組成冷卻水路；高頻連續(xù)或同時(shí)加熱采用自噴冷卻時(shí)，感應(yīng)圈的噴水孔的直徑多為0.8～1.0mm，中頻加熱為1～2mm；連續(xù)加熱淬火感應(yīng)圈噴水孔的角度為35°～45°，孔距為3～5mm。同時(shí)加熱淬火噴水孔應(yīng)交錯(cuò)排列，孔距布置均勻，一般噴水孔的總面積應(yīng)小于進(jìn)水管的面積，以確保噴水的壓力和進(jìn)水壓力符合要求。
需要注意的是為解決內(nèi)孔加熱的環(huán)形效應(yīng)，可在感應(yīng)圈上卡上鐵氧（高頻淬火）或硅鋼（中頻淬火）片，制成門字形導(dǎo)磁體，驅(qū)使電流沿導(dǎo)磁體的缺口（感應(yīng)圈的外層）流過(guò)。為防止不應(yīng)硬化的部分被加熱，可采用鋼環(huán)或軟磁材料制成磁短路環(huán)屏蔽。另外感應(yīng)加熱時(shí)，對(duì)于感應(yīng)圈靠近尖角部分的間隙應(yīng)適當(dāng)加大，以防局部過(guò)熱。
本文刊登于《金屬加工（熱加工）》雜志
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