индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты

Формула изобретения

Индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты, содержащий полый кольцевой индуктирующий токопровод с зазором между торцами и жесткие токоподводящие шины, расположенные в плоскости токопровода на его концах, отличающийся тем, что он снабжен съемными магнитопроводами, установленными на трубчатом токопроводе с пазовым разделением торцов с возможностью поворота вокруг трубчатого токопровода для переориентации на нагреваемые поверхности различной формы, а токоподводящие шины расположены со стороны центра токопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к термообработке деталей, и может быть использовано для изготовления одновитковых индукторов, служащих для концентрации переменного электромагнитного поля в поверхностных слоях металлических изделий, подвергающихся нагреву под закалку.

Известен индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты, содержащий полый кольцевой индуктирующий токопровод с зазором между торцами и жесткие токоподводящие шины, расположенные в плоскости токопровода на его концах. Индуктор снабжен съемным магнитопроводом, жестко установленным на токопроводе с зазором между торцами, а токоподводящие шины расположены с внешней стороны токопровода [см. патент СССР 1779265, МКИ С 21 D 1/42].

Недостатками индуктора для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты являются, во-первых, невысокое качество обработки поверхностей, а именно закалки, поскольку закалка поверхности является результатом последовательной закалки ее составляющих участков, что вынуждено осуществляется из-за использования только той части индуктирующего токопровода, которая снабжена магнитопроводом; во-вторых, отсутствие возможности обработки поверхности полости углублений из-за того, что индуктирующий токопровод не снабжен съемными магнитопроводами, которые можно было бы рабочей стороной переориентировать на обработку поверхности полости, а токоподводящие шины, расположенные с внешней стороны индуктирующего токопровода, препятствуют введению индуктора в полость; в-третьих, низкий коэффициент полезного действия, поскольку для индукции магнитного поля используется только малая часть индуктирующего токопровода; в-четвертых, малая производительность при обработке поверхностей из-за невозможности максимально близко к поверхности расположить весь периметр индуктирующего токопровода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявляемому изобретению является индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты, содержащий полый кольцевой индуктирующий токопровод с зазором между торцами и жесткие токоподводящие шины, расположенные в плоскости токопровода на его концах. Концы трубчатого токопровода соединены между собой внахлест, а торцы токопровода выполнены с фигурной поверхностью. Токоподводящие шины расположены с внешней стороны токопровода [см. авт. св. СССР 1803435, МПК 5 С 21 D 1/10].

Недостатками индуктора для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты являются, во-первых, невысокое качество обработки поверхностей, а именно закалки плоской поверхности и полости, поскольку отсутствуют ориентированные на закаливаемые плоскости магнитопроводы; во-вторых, ограничение доступа к закаливаемым плоским поверхностям и полости из-за токоподводящих шин, расположенных с внешней стороны индуктирующего токопровода; в-третьих, низкий коэффициент полезного действия при обработке плоских поверхностей и поверхностей полости, поскольку при использовании магнитного поля во внешней области токопровода необходимы концентраторы магнитного поля, коими могли бы служить магнитопроводы; в-четвертых, малая производительность при обработке плоских поверхностей и поверхности полости из-за слабого магнитного поля во внешней области индуктирующего токопровода и отсутствие возможности максимально близко к поверхности расположить весь периметр индуктирующего токопровода.

Предлагаемым изобретением решается задача, во-первых, повышения качества обработки путем увеличения нагрева поверхности, во-вторых, облегчение доступа к закаливаемым поверхностям, в-третьих, значительного увеличения коэффициента полезного действия, в-четвертых, увеличения производительности.

Для достижения указанного результата индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты, содержащий полый кольцевой индуктирующий токопровод с зазором между торцами и жесткие токоподводящие шины, расположенные в плоскости токопровода на его концах, снабжен съемными магнитопроводами, установленными на трубчатом токопроводе с пазовым разделением торцов с возможностью поворота вокруг трубчатого токопровода для переориентации на нагреваемые поверхности различной формы, а токоподводящие шины расположены со стороны центра токопровода.

Повышение качества обработки в индукторе для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты обеспечено тем, что индуктор снабжен съемными магнитопроводами, установленными на трубчатом токопроводе с пазовым разделением торцов, с возможностью поворота магнитопроводов вокруг трубчатого токопровода, а токоподводящие шины расположены со стороны центра токопровода. Съемные магнитопроводы концентрируют магнитное поле во внешней области кольцевого индуктирующего токопровода и направляют сильное магнитное поле на подверженную нагреву под закалку поверхность, следовательно, обеспечивают высокую температуру этой поверхности. Повышение качества обработки получено по причине большей, чем в прототипе, однородности и симметрии магнитного поля во внешней области индуктирующего токопровода по всему периметру витка индуктирующего токопровода из-за сочетания пазового разделения торцов индуктирующего токопровода с образованием зазора и расположения токоподводящих шин со стороны центра токопровода.

Облегчен доступ к закаливаемым поверхностям, потому что стала возможной обработка поверхности внутри полости детали и плоских поверхностей, поскольку токоподводящие шины расположены со стороны центра токопровода.

Значительное увеличение коэффициента полезного действия получено из-за использования всего периметра индуктирующего токопровода для обработки и плоских поверхностей изделий и поверхностей внутри полости, поскольку обеспечивается возможность поворота магнитопроводов вокруг трубчатого токопровода. Ориентированные в плоскости индуктирующего токопровода магнитопроводы позволяют нагревать поверхность полости. Ориентированные перпендикулярно плоскости индуктирующего токопровода магнитнопроводы позволяют нагревать плоскую поверхность.

Увеличение производительности получено из-за использования всего периметра индуктирующего токопровода для обработки поверхностей изделий, тогда как в прототипе использовалась только часть периметра индуктирующего токопровода.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид индуктора для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты, на фиг. 2 - его вид сверху, на фиг. 3 - пазовое разделение торцов.

Индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты содержит полый кольцевой индуктирующий токопровод 1 со сложным зазором 2 между торцами 3, 4 и жесткие токоподводящие шины 5, 6, 7, 8. На индуктирующем токопроводе 1 установлены съемные магнитопроводы 9 с возможностью поворота вокруг трубчатого токопровода 1 для переориентации на нагреваемые поверхности различной формы. Концы 10, 11 индуктирующего токопровода 1 имеют пазовое разделение торцов 3, 4 с образованием зазора 2. Токоподводящие шины 5, 6, 7, 8 расположены со стороны центра токопровода 1. Индуктирующий токопровод 1 выполнен в виде одновитковой кольцеобразной и круглой трубки из сверхпроводящего материала. В индуктирующем токопроводе 1 имеется полость 12 между торцами 3 и 4. Образованный торцами 3 и 4 индуктирующего токопровода 1 зазор 2 служит для пазового разделения торцов 3, 4 друг от друга по току. Токоподводящие шины 5, 6, 7, 8 изготовлены из трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость. Токоподводящие шины 5, 6, 7, 8 присоединяются к концам 10 и 11 индуктирующего токопровода 1 по линиям раздела торцов 3 и 4 со сложным зазором 2. Присоединение токоподводящих шин 5, 6, 7, 8 к концам 10, 11 токопровода 1 обеспечивает протекание электрического тока по полному витку индуктирующего токопровода 1. Пазовое разделение торцов 3 и 4 у концов 10, 11 индуктирующего токопровода 1 и расположение токоподводящих шин 5, 6, 7, 8 со стороны центра токопровода 1 обеспечивают однородное распределение магнитного поля по всей окружности токопровода 1. Охлаждение токопровода 1 осуществляется подводимым по токоподводящим шинам 5, 6, 7, 8 и далее циркулирующим вдоль полости 12 охлаждающим агентом.

Предлагаемый индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты работает следующим образом.

Для формирования магнитного поля электрический ток пропускается по витку индуктирующего токопровода 1. Разность потенциалов подается на концы 10, 11 индуктирующего токопровода 1. При пропускании переменного электрического тока через токопровод 1 вокруг токопровода 1 возникает магнитное поле, напряженность которого изменяется по величине и по направлению в пространстве. Напряженность магнитного поля наибольшая внутри витка токопровода 1, а снаружи витка напряженность магнитного поля является наибольшей вблизи токопровода 1 и убывает по мере удаления от токопровода 1. С помощью магнитопроводов 9 магнитное поле концентрируется во внешней области токопровода 1 вблизи токопровода 1, что позволяет увеличить температуру нагрева и глубину нагрева поверхности под закалку. Локальная температура нагрева и глубина нагрева поверхности зависят также от профиля магнитного поля в области разделения торцов 3, 4 у концов 10, 11 токопровода 1. Профиль магнитного поля в области разделения торцов 3, 4, в свою очередь, зависит от формы токопровода 1 и конструкции концов 10 и 11. Пазовое разделение торцов 3 и 4 у концов 10, 11 токопровода 1 обеспечивает протекание переменного электрического тока по полному витку токопровода 1 и формирование однородного магнитного поля вокруг токопровода 1. Результирующее распределение индукции по радиусу индуктирующего токопровода таково, что получают снаружи витка токопровода 1 магнитное поле и зону нагрева. Магнитное поле во внешней области витка токопровода 1 осуществляет нагрев поверхности под закалку.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известными техническими решениями в этой области повышает качество обработки, поскольку в индукторе для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты индуктирующий токопровод снабжен съемными магнитопроводами и также по причине большей однородности и симметрии магнитного поля по всему периметру витка индуктирующего токопровода из-за пазового разделения торцов индуктирующего токопровода с образованием зазора и расположения токоподводящих шин внутри витка токопровода. Значительное увеличение коэффициента полезного действия и производительности получено из-за использования всего периметра токопровода для нагрева поверхностей изделий под закалку. Индуктор для нагрева поверхностей изделий токами высокой частоты удобен для нагрева поверхности полости и плоских поверхностей.