Ինդուկցիոն ջերմամշակման կիրառման հնարավորություններ

  Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի կիրառումը ջերմային մշակման մեջ տարածված է եղել: Այնուամենայնիվ, ինդուկցիոն ջերմային մշակման ներկայիս իրավիճակը ցույց է տալիս, որ զարգացման համար շատ տեղ կարող է լինել:

  Ավտոմոբիլային և ավիացիոն արդյունաբերություններում արդյունավետության և շրջակա միջավայրի պաշտպանության պահանջարկը, ինդուկցիոն էներգիայի մատակարարման նորարարությունը և ինդուկցիոն ջերմամշակման գործընթացի սիմուլյացիայի առաջընթացը բոլորն էլ նպաստում են ինդուկցիոն ջերմամշակման տեխնոլոգիայի զարգացմանը, որը պատրաստվում է մտնել «ոսկե շրջան»: Տարիք".

Արդյունավետություն և բնապահպանական առավելություններ.

  Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի հիմնարար բնութագրերը այն գրավիչ են դարձնում ջերմամշակման արդյունաբերության համար շրջակա միջավայրի իրազեկման և ցածր ծախսերի հետապնդման դարաշրջանում: Ինդուկցիոն ջեռուցումը ջեռուցման ուղղակի մեթոդ է, որի դեպքում ջերմությունը ստեղծվում է ջեռուցվող բաղադրիչում, այլ ոչ թե շրջակա միջավայրից բաղադրիչին փոխանցվում: Քանի որ ինդուկցիոն ջեռուցումն առաջացնում է ջերմություն մակերևույթի վրա և դրա տակ, այն ոչ միայն արագ է, այլև սովորաբար շատ արդյունավետ:

  Ինդուկցիոն ջերմամշակման գործընթացի էլեկտրամագնիսական արդյունավետությունը հաճախ շատ բարձր է: Ֆեռոմագնիսական նյութերի ինդուկցիոն կարծրացման համար, ինչպիսիք են ածխածնային պողպատը և մարտենզիտ չժանգոտվող պողպատը, այս արդյունավետությունը սովորաբար 70-80% միջակայքում է (և նույնիսկ ավելի մոտ 90% նման նյութերի կոփման դեպքում): Ինդուկցիոն կարծրացումը նույնպես չի ներառում քիմիական նյութերի մասերի տարածում: Հետևաբար, ինդուկցիոն կարծրացումն ընդհանուր առմամբ համարվում է «ավելի մաքուր» մեթոդ՝ համեմատած ջերմաքիմիական մեթոդների հետ, ինչպիսիք են կարբյուրացումը և ազոտավորումը:

Նորարարություն ինդուկցիոն էներգիայի մատակարարման մեջ.

  1950-ականներին և 1960-ականներին տրանզիստորացված բարձր հաճախականությամբ էներգիայի աղբյուրների զարգացումը մեծապես փոխեց ինդուկցիոն ջերմային մշակման դեմքը: 1990-ականների վերջին և 20-րդ դարի սկզբին համաժամանակյա երկհաճախական սնուցման աղբյուրների հայտնվելը զգալիորեն բարելավեց կարծրացում առաջացնելու ունակությունը, հատկապես փոքր և միջին շարժակների համար: Վերջին տարիներին, ինդուկցիոն հզորության դանդաղ զարգացումից մոտ 20 տարի հետո, ի հայտ եկավ հեղափոխական տեխնոլոգիա՝ ինվերտոր, որն իրականում կարող է ակնթարթորեն մոդուլացնել աշխատանքային հաճախականությունը:

  Ինդուկցիոն ջեռուցման դեպքում կիրառվող էլեկտրամագնիսական դաշտի հաճախականությունը (այսինքն՝ ինդուկցիոն կծիկով անցնող փոփոխական հոսանքի հաճախականությունը) ազդում է ջեռուցվող բաղադրիչում ջերմային էներգիայի առաջացման խորության վրա։ Այն խորությունը, որով փոփոխական հոսանք աշխատող հաղորդիչը առաջացնում է ջերմության մեծ մասը (մոտ 86%), սովորաբար կոչվում է ներթափանցման խորություն: Ներթափանցման խորությունը (δ) կախված է հաղորդիչի դիմադրողականությունից (ρ), թափանցելիությունից (μ) և կիրառվող մագնիսական դաշտի հաճախականությունից (F), և կարող է մոտավորվել հետևյալ կերպ.

Դեպքի ուսումնասիրություն. Սկանավորման կարծրացում

  Սկանավորման կարծրացումը փոփոխական հաճախականության սնուցման հասուն կիրառություն է: Հաճախականությունը փոխելու ունակությունը իդեալական լուծում է տալիս սկանավորված մասի երկարությամբ տարբեր ձևերի կարծրացման պահանջները բավարարելու համար:

  Նկար 1-ը ցույց է տալիս միջին ածխածնային պողպատի (SAE 4140) լիսեռի սկանավորման կարծրացման գործընթացը՝ ապահովելով համապատասխան դեպքի ուսումնասիրություն: Այս սնամեջ լիսեռը ներկայացնում է բազմաթիվ ժամանակակից ավտոմոբիլային մասեր: Դրա ծայրը եզրի տեսքով է։ Լիսեռի մարմնի տրամագիծը զգալիորեն տարբերվում է, և անցումային մասի վերևում և ներքևում տրամագիծը համապատասխանաբար կազմում է մոտ 45 մմ և 50 մմ:

  Նկար 1. Սկանավորել կարծրացման գործընթացը միջին ածխածնային պողպատի (SAE 4140) լիսեռի համար

  5 մմ տրամագծով այս փոփոխությունը շատ մեծ է կարծրացնող շերտի պահանջվող խորության համեմատ, ինչը դժվարացնում է էլեկտրամագնիսական դաշտը և տաքացումը վերահսկելը: Տրամագծի անցումների ներքին անկյուններում դժվար է առաջացնել բավարար ջերմություն, որը փոխանցվում է հարաբերականորեն մեծ քանակությամբ շրջակա նյութին: 0.5 մմ ակոսների առկայությունը արդյունավետորեն բարելավում է կծիկի և բաղադրամասերի միջև տեղական զուգավորումը, բայց գործընթացի համար լրացուցիչ մարտահրավերներ է ստեղծում: Բացի այդ, արտաքին անկյունը հակված է գերտաքացման, քանի որ այն դուրս է գալիս դեպի դուրս և մտնում է մագնիսական դաշտի գծի շրջան մեկ պտույտի կծիկի շուրջ:

  Եթե ​​նման բաղադրիչի կարծրացման համար օգտագործվում է մեկ հաճախականություն, ապա, հավանաբար, կընտրվի 30 կՀց՝ մոտավորապես 2 մմ արդյունավետ կարծրացման խորություն ապահովելու համար: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում, գործընթացը լավ կարծրացման է հասնում բաղադրիչի երկարության մեծ մասում, սակայն տրամագծի անցման հետ կապված խնդիրներ կան:

  Նկար 2. Գործընթացը լավ կարծրացման է հասել բաղադրիչի երկարության մեծ մասում, սակայն տրամագծի անցման հետ կապված խնդիրներ են առաջացել:

  Անբավարար ավստենիտիզացիայի (այսինքն՝ տաքացման) պատճառով ակոսներում առաջանում է շատ փոքր քանակությամբ մարտենսիտ: Այս հատվածում կծիկի հզորության ավելացումը և/կամ արդյունավետ ջեռուցման ժամանակի երկարացումը տրամաբանական ուղղումներ են թվում: Այնուամենայնիվ, դա էլ ավելի կբարձրացնի գագաթնակետային ջերմաստիճանը հարակից արտաքին անկյունում: Եթե ​​այս ջերմաստիճանն արդեն 1,060°C (1,940°F) մակարդակի վրա է, հետագա աճը կարող է հանգեցնել անցանկալի (և, հնարավոր է, անընդունելի) տեղական հացահատիկի տեղափոխմանը:

  Քանի որ ներքին և արտաքին անկյան միջև հեռավորությունը ընդամենը 3 միլիմետր է, ներքին անկյան տակ ջերմաստիճանը բարձրացնելն առանց արտաքին անկյան ջերմաստիճանի բարձրացման անհնարին խնդիր է թվում: Այնուամենայնիվ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, դա հաջողությամբ արվում է՝ փոխելով հաճախականությունը, երբ ջեռուցվում է տրամագծի անցումը, որտեղ կծիկը հասնում է:

  Նկար 3. Փոխելով հաճախականությունը տրամագծի անցումային մասը տաքացնելիս, հաջողությամբ բարձրացվեց ջերմաստիճանը ներքին անկյունում՝ առանց արտաքին անկյունի:

  Ինվերտորի ելքային հաճախականությունը 30 կՀց-ից մինչև 10 կՀց նվազեցնելը մեծացնում է բաղադրիչի ներթափանցման խորությունը մոտ 1.7 անգամ, նվազեցնում է էլեկտրամագնիսական հարևանության ազդեցությունը ներքին անկյունում և նվազեցնում է արտաքին անկյունում գերտաքացման վտանգը: Հաճախականության այս փոփոխությունը արդյունավետորեն մեծացրեց մակերևույթի կարծրացնող շերտի խորությունը բացվածքում և նվազեցրեց հարակից ուսի առավելագույն ջերմաստիճանը գրեթե 40°C-ով:

  Այս համեմատաբար պարզ դեպքի ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս փոփոխական հաճախականության սկանավորման կարծրացման համակարգերի կարևոր որակական առավելությունը: Հաճախականությունը կարգավորելու ունակությունը լրացուցիչ առավելություններ է տալիս, եթե բաղադրիչը պահանջում է կարծրացնող շերտի տարբեր խորություններ երկարությամբ: Բացի այդ, թեև այս հոդվածի շրջանակներից դուրս է, IFP տեխնոլոգիան առաջարկում է զանգվածային և ճկունության առավելություններ բազմաթիվ այլ ծրագրերի համար, ներառյալ հորիզոնական շարունակական կարծրացում, պտտվող կարծրացում (փոխանցումների և պտուտակների համար), խառնվածքի և սթրեսից ազատվելու համար:

Մոդելավորում սարքավորումների և գործընթացների նախագծման մեջ.

  Ինդուկցիոն ջերմամշակման համակարգերի նախագծման մեջ համակարգչային մոդելավորման օգտագործումը կարող է բարելավել արտադրանքի որակը, կրճատել նախագծման ժամանակը, նվազեցնել արտադրության ծախսերը և արագացնել գործընթացի զարգացումը: Այնուամենայնիվ, այս առավելությունները հեշտությամբ կարող են ջնջվել մինչև այն ժամանակ, ինչ պահանջվում է հուսալի մոդելներ մշակելու և ցանկալի արդյունքները հաշվարկելու համար:

  Որոշ կիրառություններում, հատկապես նրանք, որոնք պահանջում են եռաչափ մոդելավորում, մոդելավորման միջոցով օգտակար տեղեկատվություն ստանալու համար պահանջվող ժամանակը պարզապես անընդունելի է: Բարեբախտաբար, սիմուլյացիոն ծրագրաշարի աճող հզորությունը և համակարգչային տեխնիկայի գնի նվազումը այս խոչընդոտն ավելի ու ավելի փոքր են դարձնում:

Դեպքի ուսումնասիրություն՝ մեկանգամյա կարծրացում.

  Միանգամյա կարծրացման գործընթացում ինդուկցիոն կծիկ, որը կարող է առաջացնել ինչպես շրջագծային, այնպես էլ երկայնական հոսանքներ, օգտագործվում է կարծրվող ամբողջ բաղադրիչը տաքացնելու համար (Նկար 4): Մասերը պտտվում են տաքացման և մարման գործընթացում, որպեսզի նպաստեն ամբողջ մարմնի միատեսակ կարծրացմանը: Միանգամյա կարծրացման գործընթացը ողջամիտ ժամանակում հուսալիորեն նմանակելու ունակությունը կարևոր է ինդուկցիոն ջերմամշակման սարքավորումներ արտադրողների և օգտագործողների համար, քանի որ.

  ՆԿԱՐ. 4. Միանգամյա կարծրացման գործընթացում օգտագործվում են ինդուկցիոն պարույրներ, որոնք առաջացնում են ինչպես շրջագծային, այնպես էլ երկայնական հոսանքներ՝ բաղադրիչներն ամբողջությամբ տաքացնելու համար:

• Միանգամյա կարծրացումը շատ տարածված ինդուկցիոն ջերմամշակման գործընթաց է:

• Միանգամյա օգտագործման ինդուկցիոն պարույրների դիզայնը շատ ավելի քիչ ինտուիտիվ է, քան ինդուկցիոն կարծրացնող այլ պարույրների մեծ մասը:

• Կարծրացման բուժման ազդեցությունը հիմնականում կախված է կծիկի ձևից, այլ ոչ թե գործընթացի պարամետրերից (ի տարբերություն սկանավորման կարծրացման):

• Կծիկները կարող են թանկ արժենալ, հատկապես հաշվի առնելով, որ փորձարկման և սխալի նախագծումը հաճախ պահանջում է կրկնակի վերանայումներ:

• Միանգամյա օգտագործման ինդուկցիոն պարույրները սովորաբար ունեն հզորության բարձր խտություն և, հետևաբար, հակված են վաղաժամ վնասմանը:

  Ցավոք, միանգամյա կարծրացման գործընթացի ֆիզիկական բնութագրերը պահանջում են եռաչափ էլեկտրամագնիսական ջեռուցման մոդելավորման կիրառում, իսկ եռաչափ վերջավոր տարրերի մոդելներ ստեղծելու և ճշգրիտ արդյունքները հաշվարկելու համար պահանջվող ժամանակը զգալի խոչընդոտ է եղել: Հետևաբար, արդյունաբերության մեջ ինդուկցիոն կարծրացման գործընթացի միանգամյա մոդելավորումը դեռ շատ հազվադեպ է:

  Այնուամենայնիվ, ինչպես ցույց է տալիս Նկար 5-ը, սա փոխվում է: Ծրագրային ապահովման աճող հզորությունը, զուգորդված հաշվողական ռեսուրսների ծախսերի նվազման հետ, ավելի ու ավելի իրագործելի է դարձնում բարդ սիմուլյացիաները, որոնք պահանջում են մեծ քանակությամբ ռեսուրսներ: Ինդուկցիոն ջերմամշակման սարքավորումների արտադրողներն ու օգտագործողները օգուտներ են քաղում:

  Գծապատկեր 5. Ծրագրաշարի աճող հնարավորությունները և հաշվողական ռեսուրսների ծախսերի նվազումը գնալով ավելի իրագործելի են դարձնում բարդ մոդելավորումները, որոնք պահանջում են մեծ քանակությամբ ռեսուրսներ: