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Proceso de enfriamiento por inducción para estrías internas de diámetro pequeño

Objetos de prueba y requisitos técnicos

  La estructura de la ranura interna se muestra en la Figura 1, el módulo de la ranura interna es m = 3 mm, el tamaño de retención térmica de la ranura interna templada es de 69.38 mm y el material es 42CrMo.

Estructura del eje estriado interior

HIGO. 1 Estructura del eje estriado interior

Requisitos técnicos: dureza de la estría 40 ~ 45HRC, profundidad de la capa endurecida > 1.2 mm.

Diseño de la bobina de inducción

(1) Selección de tubo de cobre de inducción

La eficiencia de calentamiento de la tubería de cobre cuadrada es mayor que la de la tubería de cobre redonda, por lo que se selecciona la tubería de cobre cuadrada. Dado que la frecuencia del equipo es de alrededor de 10 kHz, el espesor correspondiente de la tubería de cobre es de 1.5 mm. Teniendo en cuenta el pequeño diámetro de la estría interna, el tamaño del tubo de cobre cuadrado es de 10 mm × 12 mm × 1.5 mm. Para mejorar la eficiencia de calentamiento del inductor, la dirección circular del tubo de cobre cuadrado del inductor para la estría interna fue insertado con un cuerpo de guía magnética. El grosor se seleccionó como 0.2 mm según la frecuencia seleccionada.

(2) Diseño de orificios de rociado de agua.

Para el enfriamiento general de superficies, la densidad de rociado es de 0.01 ~ 0.015 l/cm2•s, el diámetro del orificio del líquido de rociado para escanear el enfriamiento rápido es de 2.5 mm, el espacio entre los orificios es de distribución transversal de 3 mm y el ángulo entre la línea central y el nuevo eje del orificio del líquido de pulverización es de 45°.

(3) Diseño del diámetro exterior del inductor

Cuando se calienta el orificio interior, el espacio entre el anillo efectivo y la pieza de trabajo es generalmente de 2.0 mm ~ 2.5 mm. Teniendo en cuenta el pequeño diámetro de la estría interior, el espacio está diseñado de acuerdo con 3 mm y el diámetro efectivo del anillo de la estría interior se selecciona para que sea de 68 mm. La estructura del sensor spline interno se muestra en la Figura 2.

Estructura del sensor de estrías internas

Figura 2 Estructura del sensor de estrías internas

Selección de parámetros de proceso

(1) Selección de frecuencia

El principio principal para seleccionar la frecuencia actual es el calentamiento permeable. Es decir, la profundidad de penetración de la corriente d es mayor que la profundidad de la capa endurecida Ds y se adopta el método de calentamiento por penetración. La energía térmica en la superficie de la pieza de trabajo se genera principalmente por inducción de remolinos. En comparación con el método de calentamiento por conducción de calor, este método de calentamiento ahorra energía, tiene una alta eficiencia de calentamiento y el sobrecalentamiento de la superficie de la pieza de trabajo es pequeño. Cuando la profundidad de la capa de endurecimiento es de 1.2 mm, generalmente se selecciona la frecuencia f = 10 kHz.

(2) Selección de la potencia de calefacción

Cálculo teórico de la potencia calorífica requerida, P=P0 Dh, donde P es la potencia de salida del equipo (kW), P0 es la potencia específica del equipo (kW/cm2), el coeficiente es generalmente 0.6 ~ 2.0, h es la altura del inductor, D es el diámetro de la pieza de trabajo (cm). Según la experiencia, cuando la frecuencia es de 10 kHz, el coeficiente es generalmente de 1.6 ~ 2.0 y el valor de potencia de salida requerido por el cálculo teórico es de 44 ~ 55 kW. Durante la prueba, la prueba de enfriamiento se lleva a cabo con los parámetros del proceso en la Tabla 1. Durante la prueba, la pieza de trabajo primero se deja de calentar por un período de tiempo y luego se rocía (3 ~ 5 s), y luego se escanea y se apaga hacia arriba en un cierto velocidad.

PlanificarVelocidad de movimiento (mm/min)Velocidad de rotación (r / min)Poder de calefacción(%)Tiempo(s) de fraguadoConcentración de líquido de enfriamiento (%)
1504050518
2604055318
3

60

4060318
4604070518

Tabla 1 Parámetros del proceso de enfriamiento interno de spline

Resultados experimentales y análisis.

1. Existen problemas en el diseño de la estructura spline interna

Usando la ranura interna del sensor diseñado para apagar, al ajustar los sensores de presión de rociado, se encuentra una solución que los parámetros del proceso de apagado por calor, bajo la premisa de garantizar la presión de rociado, el líquido de enfriamiento no puede descargarse a tiempo, influye en el efecto de calentamiento de la ranura, Para resolver este problema, en la parte inferior de la estría interna, el tamaño del orificio aumentó de 20 mm a 30 mm después de mejorar la estructura, lo que garantiza que el líquido de extinción se pueda descartar a tiempo.

2. Resultados de la prueba

Una vez que se mejora la estructura de ranuras internas, los cuatro esquemas anteriores se utilizan para calentar y apagar, y los resultados se muestran en la Tabla 2.

PlanificarPotencia (kW)Dureza después del enfriamiento (HRC)Tamaño después del enfriamiento (mm)Deformación (mm)
140Temperatura de calentamiento baja
24835 40 ~
36045 50 ~69.22-0.16
475

Tabla 2 Parámetros del proceso de enfriamiento interno de spline

3. Resultado y análisis

(1) Se adoptó el esquema 1 para la prueba. Cuando la potencia de calefacción se ajustó al 50 %, la salida real fue de 40 kW. Debido a la baja potencia durante el calentamiento por inducción, la temperatura de calentamiento no pudo alcanzar la temperatura requerida por el enfriamiento.

(2) Se adoptó el Plan II para la prueba. Cuando la potencia de calefacción se ajustó al 55 %, la salida real fue de 48 kW. La temperatura de calentamiento por inducción visual fue de aproximadamente 800 ℃. La razón principal de la dureza de enfriamiento insuficiente es que la temperatura de calentamiento de la ranura interna es baja. Aunque la potencia de calentamiento alcanza la potencia teórica calculada, la potencia de calentamiento real requerida por la ranura interna es mayor que la del orificio interno porque el área de la superficie de calentamiento de la ranura interna es mayor.

(3) Se adoptó el Esquema 3 para la prueba. Cuando la potencia de calefacción se ajustó al 60 %, la salida real fue de 60 kW. La temperatura de calentamiento por inducción visual fue de aproximadamente 870 ℃. Para la ranura en esta estructura, debido a que la pared es delgada, la deformación es grande durante el enfriamiento. Para garantizar que el tamaño cumpla con los requisitos de estirado después del enfriamiento, se recomienda aumentar el tamaño del espacio entre las varillas a 0.2 mm en los procesos posteriores.

(4) Se adoptó el Plan 4 para la prueba. Cuando la potencia de calefacción se ajustó al 70 %, la salida real fue de 75 kW. Debido a la alta potencia de calentamiento, la estría interna no pudo pasar el agua de refrigeración en 5 segundos cuando se detuvo el calentamiento, lo que provocó que el sensor se quemara.

Conclusión

(1) En cuanto al diseño de la estructura de estrías internas, para garantizar que el líquido de extinción de enfriamiento se pueda eliminar de manera oportuna durante el calentamiento, el tamaño del orificio del proceso del líquido de extinción debe diseñarse de acuerdo con la cantidad de líquido de extinción descargado. por el inductor estriado de calentamiento. En general, se recomienda que el tamaño del orificio del proceso supere los 30 mm.

(2) En el cálculo teórico de la potencia necesaria para el calentamiento, la potencia necesaria para el enfriamiento interno de la estría es aproximadamente un 10 % mayor que el cálculo teórico. En la selección de parámetros tecnológicos, primero se debe seleccionar una potencia más pequeña para la prueba y luego aumentar gradualmente hasta la potencia requerida, para evitar la situación de quemar el inductor causada por la selección de una potencia de calentamiento demasiado alta.

(3) La deformación de enfriamiento inducida por la ranura interna es relativamente compleja y está relacionada con la estructura de la pieza de trabajo de calentamiento (el grosor de la pared de la parte de enfriamiento), la estructura del sensor y los parámetros del proceso de calentamiento, etc. Cuando se apaga cada pieza de trabajo, el análisis específico debe realizarse de acuerdo con la pieza de trabajo específica, y solo se puede determinar un margen de mecanizado razonable después de múltiples pruebas de enfriamiento.

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