Установка индукционного нагрева ТВЧ для закалки шестерни

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.

Рис. 1. Общий вид предприятия и товарный знак «ПЕТРА»

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.

Рис. 2. Закалочная установка 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 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, 4, 5, 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.

Рис. 3. Автоматизированная установка ТВЧ

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

Автокомпенсация изменения зазора «деталь-индуктор» 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.

Рис. 4. Магнитный концентратор

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

Эффективная работа подтверждает надежность электротермической установки.