Совершенствование производственного процесса: станок ТВЧ для прочных швов!

Описание метода закалки ТВЧ

Нагрев токами ВЧ основан на явлении, при котором вследствие прохождения переменного высокочастотного тока по индуктору (спиральный элемент, выполненный из медных трубок) вокруг него формируется магнитное поле, создающее в металлической детали вихревые токи, которые и вызывают нагрев закаливаемого изделия. Находясь исключительно на поверхности детали, они позволяют нагреть ее на определенную регулируемую глубину.

vihri_tok_450.jpgЗакалка ТВЧ металлических поверхностей имеет отличие от стандартной полной закалки, которое заключается в повышенной температуре нагрева. Это объясняется двумя факторами. Первый из них – при высокой скорости нагрева (когда перлит переходит в аустенит) уровень температуры критических точек повышается. А второй – чем быстрее проходит переход температур, тем быстрее совершается превращение металлической поверхности, ведь оно должно произойти за минимальное время.

Стоит сказать, несмотря на то, что при использовании высокочастотной закалки вызывается нагрев больше обычного, перегрева металла не случается. Такое явление объясняется тем, что зерно в стальной детали не успевает увеличиться, благодаря минимальному времени высокочастотного нагрева. К тому же, из-за того, что уровень нагрева выше и охлаждение интенсивнее, твердость заготовки после ее закалки ТВЧ вырастает приблизительно на 2-3 HRC. А это гарантирует высочайшую прочность и надежность поверхности детали.

Вместе с тем, есть дополнительный немаловажный фактор, который обеспечивает повышение износостойкости деталей при эксплуатации. Благодаря созданию мартенситной структуры, на верхней части детали образовываются сжимающие напряжения. Действие таких напряжений проявляется в высшей мере при небольшой глубине закаленного слоя.

Применяемые для закалки ТВЧ установки, материалы и вспомогательные средства

Полностью автоматический комплекс высокочастотной закалки включает в себя закалочный станок и ТВЧ установки (крепежные системы механического типа, узлы поворота детали вокруг своей оси, движения индуктора по направлению заготовки, насосов, подающих и откачивающих жидкость или газ для охлаждения, электромагнитных клапанов переключения рабочих жидкостей или газов (вода/эмульсия/газ)).

ТВЧ станок позволяет перемещать индуктор по всей высоте заготовки, а также вращать заготовку на разных уровнях скорости, регулировать выходной ток на индукторе, а это дает возможность выбрать правильный режим процесса закалки и получить равномерно твердую поверхность заготовки.

Принципиальная схема индукционной установки ТВЧ для самостоятельной сборки была приведена в предыдущей статье.

ystanovka_tvch.jpgИндукционную высокочастотную закалку можно охарактеризовать двумя основными параметрами: степенью твердости и глубиной закалки поверхности. Технические параметры выпускаемых на производстве индукционных установок определяются мощностью и частотой работы. Для создания закаленного слоя применяют индукционные нагревающие устройства мощностью 40-300 кВА при показателях частоты в 20-40 килогерц либо 40-70 килогерц. Если необходимо провести закалку слоев, которые находятся глубже, стоит применять показатели частот от 6 до 20 килогерц.

Диапазон частот выбирается, исходя из номенклатуры марок стали, а также уровня глубины закаленной поверхности изделия. Существует огромный ассортимент комплектаций индукционных установок, что помогает выбрать рациональный вариант для конкретного технологического процесса.

Технические параметры автоматических станков для закалки определяются габаритными размерами используемых деталей для закалки по высоте (от 50 до 250 сантиметров), по диаметру (от 1 до 50 сантиметров) и массе (до 0,5 т, до 1т, до 2т). Комплексы для закалки, высота которых составляет 1500 мм и больше, оснащены электронно-механической системой зажима детали с определенным усилием.

Технология закалки ТВЧ

Для деталей или поверхностей плоской формы маленького диаметра используется высокочастотная закалка стационарного типа. Для успешной работы расположение нагревателя и детали не меняется.

При применении непрерывно-последовательной ТВЧ закалки, которая чаще всего используется при обработке плоских или цилиндрообразных  деталей и поверхностей, одна из составляющих системы должна перемещаться. В таком случае либо нагревающее устройство перемещается по направлению к детали, либо деталь движется под нагревающим аппаратом.

Для нагрева исключительно цилиндрообразных деталей небольшого размера, прокручивающихся единожды, применяют непрерывно-последовательную высокочастотную закалку тангенциального типа.

zakalka_zubez.jpg

Структура металла зубца шестерни, после закалки ТВЧ методом

После совершения высокочастотна нагрева изделия совершают его низкий отпуск при температуре 160—200°С. Это позволяет увеличить износостойкость поверхности изделия. Отпуски совершаются в электропечах. Еще один вариант – совершение самоотпуска. Для этого необходимо чуть раньше отключить устройство, подающее воду, что способствует неполному охлаждению. Деталь сохраняет высокую температуру, которая нагревает закаленный слой до температуры низкого отпуска.

После совершения закалки также применяется электроотпуск, при котором нагрев осуществляется при помощи ВЧ установки. Для достижения желаемого результата нагрев производится с более низкой скоростью и более глубоко, чем при поверхностной закалке. Необходимый режим нагрева можно определить методом подбора.

Для улучшения механических параметров сердцевины и общего показателя износостойкости заготовки нужно провести нормализацию и объемную закалку с высоким отпуском непосредственно перед поверхностной закалкой ТВЧ.

Параметры индукционного нагрева

  1. Удельная мощность;
  2. Время нагрева;
  3. Частота электрического тока.

С помощью этих трех параметров меняется твердость, глубина и нагрев. Чем выше мощность, тем меньше времени уходит на нагрев изделия. Последнее можно охарактеризовать также общим количеством затраченного тепла и температурой. Мы уже уточнили, что частота тока определяет глубину его попадания в поверхность слоя. Увеличение частоты тока снижает массу нагретого материала.

Как только процесс закаливания ТВЧ завершен, деталь отправляется в лабораторию для дальнейшей проверки, в ходе которой исследуют твердость, структуру, глубину и плоскость слоя.

Так, при проведении закаливания поверхности, используют больший нагрев, чем обычно. Высокая скорость повышения температуры влечет увеличение числа критических точек. Высокочастотное закаливание проходит с высоким нагреванием.

Температура ТВЧ

Выбор температуры обработки зависит от стали, она бывает доэвтектоидная (углерод до 0,8%), либо заэвтектоидная (углерод более 0,8%). В первом случае материал нагревается чуть больше необходимого значения, после чего быстро охлаждается за счет диапазона преобразования перлита и феррит в аустенит от 800 до 850 градусов. Заэвтектоидная сталь нагревается в диапазоне от 750 до 800 градусов, из-за этого закалка неполная.

Как происходит закалка ТВЧ?

Все начинается со специальной установки (высокочастотный генератор с индуктором), с помощью которой можно регулировать частоту тока в нужном диапазоне. Индуктор установки медный, по форме представляет собой катушку. Внутри него есть медная трубка и отверстия, через которые проходит вода для охлаждения уже без подачи тока. Принцип работы установки прост: электроток проходит через индуктор, в результате чего создается электромагнитное поле. Оно попадает в заготовку и влечет развитие вихревых токов. Далее эти токи проходят в поверхность детали и происходит нагрев.

Существуют различные модели индукторов. При выборе устройства нужно обращать внимание на заготовку, которую предстоит обработать. Но самое важное в процессе закалки ТВЧ — сохранять расстояние между индуктором и самим изделием. Это влияет на качество термообработки ина итоговый результат, конечно же.

Кроме того, на результат термообработки ТВЧ влияют:

  1. Габариты и форма детали;
  2. Материал;
  3. Используемый индуктор.

Эффективней и экономичнее всего проводить закаливание меньших деталей, обладающих простой формой.

 

Применение установок ТВЧ

На практике все вышеперечисленные свойства используются следующим образом:

  • Альбомы для марок и монет
  • Коврики под компьютерные мышки
  • Упаковки для одежды и постельного белья
  • Упаковка типа блистер
  • Сваривание ленточных транспортёров, приваривание ограничителей и пальцев цепи конвейера
  • Сваривание автомобильных брезентовых покрытий-тент
  • Сваривание палаток
  • Сваривание маркиз
  • Сваривание плавательных басcейнов
  • Сваривание различных надувных игрушек
  • Тиснение в материалах фирменных знаков, а также различных обьёмных узоров и форм
  • Сваривание различных элементов обивки в автомобилях, приваривание элементов для усиления обивки
  • Сваривание сидений в детских креслах
  • Сваривание коробок из твёрдой и полутвёрдой ПВХ
  • Упаковка из мягкой и полутвёрдой плёнки ПВХ для игрушек, инструментов и т. д. много различной упаковки в зависимости от желания клиента
  • Уплотнение швов в защитной одежде
  • Сваривание обивки на велосипедных сиденьях
  • Сваривание и обрезание подкладок, например, для завтрака
  • Сваривание различных светящихся элементов разных форм
  • Сварка тентов, заградительных бонов для защиты от разливов нефти, спортинвентаря, надувной мебели и т.д. изготавливаемых из пленки ПВХ, а также из тканей с двухсторонним нанесением слоев ПВХ.

Это не полный перечень возможного применения установок ТВЧ. Можно сваривать все, что производится из ПВХ или материалов, содержащих свыше 30% ПВХ.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий