2 Схемы

Катушка создает высокочастотное магнитное поле, и в металлическом предмете в середине катушки возникают вихревые токи, которые будут его разогревать. Даже маленькие катушки раскачивают ток около 100 A, поэтому параллельно с катушкой, подключена резонансная емкость, которая компенсирует ее индукционный характер. Схема катушка-конденсатор должна работать на их резонансной частоте.

ТВЧ катушка самодельная

Основные системы индукционных закалочных установок

Независимо от конфигурации и типа обработки, каждая установка для ТВЧ закалки оснащается рядом основных систем:

• источник питания, в небольших установках совмещается в одном корпусе с преобразователем частоты;
• индуктор, часто совмещаемый со спреером, подающим на заготовку закалочный состав (воду, масло и прочие);
• охлаждение индуктора, тиристоров, трансформатора и других нагревающихся элементов.
• блок управления и прочие вспомогательные системы (механизмы вращения, перемещения деталей или индуктора, датчики температуры, автоматика и прочие).

Крупные установки чаще проектируются с источником питания, преобразователем, блоком управления и системой теплообмена в собственных корпусах. Система охлаждения таких установок с непрерывным рабочим циклом часто строится на базе градирен.

В случае с небольшими установками, используемым для объемного закаливания мелких деталей, все системы могут размещаться в едином корпусе (одноблочные установки). Источник питания и преобразователь частоты могут быть помещены в один шкаф, вместе с управляющим оборудованием (двублочные установки).

Проектируя установку для индукционной закалки токами высокой частоты, инженеры выбирают одно из наиболее подходящих типовых решений или приспосабливают его к требованиям технического задания.

В любом случае каждая установка проектируется на основе ключевых систем, параметры которых соответствуют условиям ее работы.

Источник питания/преобразователь частоты

Частота или диапазон частот тока, подаваемого на индуктор — основной параметр источника питания индукционной закалочной установки. Это один из основных параметров, определяющих глубину проникновения тока и, следовательно, толщину закаливаемого слоя.

Оптимальные схемы источников питания выбираются в зависимости от требований к процессу обработки и другим параметрам. Существует несколько типов ключевых элементов, которые используются в зависимости от условий работы будущей установки.

Кроме того, источник питания для установок индукционной закалки токами высокой частоты состоит из нескольких блоков, которые в небольших установках объединены в одном корпусе, а в масштабных — могут быть собраны в собственных корпусах:

• конвертер или выпрямитель, преобразующий переменный ток промышленной частоты в постоянный (может оснащаться элементами для регулирования мощности или напряжения);
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с одной фазой и требуемыми параметрами;
• блок согласования, который, на основе данных автоматики или пульта управления, приводит ток, подаваемый на индуктор, к требуемым параметрам.

Большинство источников питания современных индукционных закалочных установок собираются по мостовой или полумостовой схеме. Оптимальная конфигурация выбирается в соответствии с требуемыми рабочими параметрами установки.

Проектируемый источники питания снабжаются системами защиты от перегрузок, охлаждением и прочими элементами, необходимыми для безопасной и стабильной работы установки.

Индуктор

Индуктор — основной функциональный элемент установки. Чаще всего изготавливается из круглой или профильной медной трубы. Это оптимальная конфигурация для подачи охлаждающей жидкости. В процессе закалки индуктор нагревается за счет сопротивления и тепла, излучаемого деталью.

Параметры магнитного поля, наводимого индукторами из труб круглого и квадратного сечения, практически не отличаются на небольших и средних установках.

Одна установка для закалки ТВЧ может комплектоваться несколькими типами индукторов для обработки валов, зубчатых колес и других изделий. Необходимый индуктор можно изготовить самостоятельно, но для этого понадобится правильно рассчитать количество его витков.

Выбор материала, меди, обусловлен его высокой проводимостью. В ряде специальных случаев могут применяться индукторы из серебра или его сплавов.

Конфигурация индуктора зависит от типа обработки:

• наружных поверхностей цилиндрических изделий;
• внутренних поверхностей цилиндрических изделий;
• наружных и внутренних поверхностей деталей сложной формы (конических, с переменным сечением и прочих);
• плоских поверхностей.

Различные конструкции индукторов обусловлены требованиями к процессу обработки. Для равномерного нагрева расстояние между индуктором и нагреваемым объектом должно быть одинаковым во всех точках Нагрев деталей различной формы в одном и том же индукторе недопустим.

КПД индукторов сравнительно низок. До 40% подаваемой на них энергии рассеивается в пространстве или расходуется на нежелательные магнитные явления. Для повышения коэффициента полезного действия индукторы установок закалки ТВЧ защищают магнитопроводами, которые концентрируют рассеиваемую энергию.

Индукторы требуемой конфигурации для закалки определенных деталей могут поставляться вместе с установкой сразу или быть изготовлены отдельно, в любой момент после ее ввода в эксплуатацию.

Управление

Модули управления современными закалочными установками ТВЧ строятся на основе микроконтроллеров или логических элементов. Диапазон функций, расположение органов управления и другие аспекты выполняются в соответствии с типовым проектом или техническим заданием заказчика.

В модуль управления поступают сигналы со всех датчиков. В нем же располагаются элементы управления всеми системами:

• питанием;
• охлаждением;
• подвижными элементами (индуктор, центры и прочие).

Таким образом модуль управления не только задает параметры работы всех исполнительных элементов, включая задающий генератор, но и анализирует их состояние.

Современные модули управления могут оснащаться блоками для соединения с интернетом для дистанционной диагностики, записи и хранения отчетов и других требуемых функций.

Охлаждение и вспомогательные системы

Исправно работающая система охлаждения соответствующей производительности необходима для нормальной работы любой установки. Ее конфигурация определяется нагрузкой на агрегат, бюджетом, параметрами производственного помещения и множеством других аспектов. Конфигурации варьируются между емкостью с насосом и градирней с теплообменным шкафом.

Кроме основных систем установки для закалки токами высокой частоты оснащаются дополнительными: управлением приводами центров, системами самодиагностики и защиты, а также многими другими.

Специалисты ТермолитПЛЮС разработают установку для индукционной закалки токами высокой частоты, которая будет полностью соответствовать режимам работы и прочим поставленным условиям.

Преимущество индукционных нагревательных установок

Заготовки, разогреваемые в установках от «Термолит» могут быть круглого, квадратного (прямоугольного) и нестандартного сечения. Их диаметр в случае округлого сечения может быть от 5 мм до 400 мм. Если сечение заготовки прямоугольное, она может иметь размеры 300 мм на 300 мм в разрезе.

Индукционный нагреватель для ковки — это более эффективное решение, чем газовые, мазутные и муфельные аналоги. Предприятия, использующие индукционное нагревательное оборудование отличаются высоким качеством продукции, максимальной производительностью и минимумом затрат на энергоносители. Индукционный нагрев, соответственно, позволяет снизить себестоимость продукции, сэкономить производственное время и уменьшить пагубное влияние на экологическую обстановку.

Нагревательное оборудование, в основе работы которого индукционный нагрев, не имеет такого побочного эффекта, как образование на заготовках окалины и обезуглероженного слоя. Поэтому качество конечной продукции заметно выше, чем у той, которая была обработана с использованием других методов нагрева. Температура нагрева может регулироваться с помощью преобразователя частоты, что позволяет напрямую влиять на глубину прогрева.

Основные преимущества индукционного нагрева:

• значительная экономия энергии, за счет прямого индукционного нагрева;
• точная регулировка и контроль температуры нагрева заготовки;
• равномерный нагрев с минимальной разницы температур по сечению и длине;
• автоматизация процесса, исключающий влияние человеческого фактора;
• высокая производительность и эффективность нагревательной установки;
• возможность удаленного управления несколькими установками одним оператором;
• низкое образование окалины и отсутствие физического контакта с заготовкой;
• высокая экологичность и минимальное воздействие на персонал и окружающую среду;
• возможность нагрева только определенной части заготовки;
• контроль системы охлаждения установки, времени нагрева, а также мощности;
• возможная интеграция нагревательной установки в производственные линии;
• малые энергетические потери за счет компактности конструкции;
• экономия занимаемого места в производственном помещении;
• высокий КПД нагревательной установки.

Кроме того, приобретя подобные агрегаты себе на производство, Вы значительно улучшите условия труда работников Вашего предприятия.Главное преимущество нагревателей данного вида — это индукционный нагрев, проникающий вглубь заготовки. Из него и вытекают основные преимущества.

Преимущества установок индукционного нагрева ТВЧ

• Элементная база выполнена на MOSFET транзисторах и транзисторных IGBT модулях;
• Обладают высокой надежностью и экономичностью;
• Лучшее соотношение цены и качества на Российском рынке;
• Быстрый нагрев на глубину до 1 см , высокое и однородное качество;
• Работа в непрерывном режиме, КПД не менее 95%;
• Функция цифровой регулировки частоты и мощности;
• Малые габариты и вес, что позволяет использовать их на ограниченных площадях;
• Прост в эксплуатации, подготовка к работе занимает несколько минут;
• Безопасен, напряжение на индукторе 36 вольт;
• Возможность регулировки мощности и времени нагрева;
• Экономичен, экономия эл/э и воды на 60% по сравнению с ламповыми генераторами.

Наше оборудование в работе

Многолетняя и стабильная работа нашего оборудования — лучший показатель качества и надежности.

100% Гарантия

ООО «СибЛитКом» тщательно отбирает производителей литейного оборудования, предлагая Вам не только лучшее сооотношение цены и качества, но и высокий уровень гарантийного обслуживания и стабильности.

Высокая надежность

Безупречная работа плавильных печей, формовочных линий подтвержается отсутствием негативных отзывов и рекламаций по нашему оборудованию!

Что такое ТВЧ

Закалка токами высокой частоты

Обычные люди часто не подозревают, что такое закалка ТВЧ. Методика упрощает процесс, снижая себестоимость при максимальной эффективности. Несколько миллиметров по всей поверхности металла под воздействием высокочастотных токов быстро прогревается до заданных температур. После этого деталь охлаждается, приобретая нужную прочность. Индукционная обработка материала упрощает процесс, делая выпуск деталей рентабельным. Сварка ТВЧ соединяет детали в монолитную конструкцию, выдерживающую огромное давление. Шов останется идеальным при многолетней эксплуатации

Методы

Компания возьмется за изготовление одно единицы или солидной партии. Мы одинаково уважаем интересы солидных компаний или частников. Цена предлагаемой услуги определяется индивидуально. Узнать о стоимости, сроках, обслуживании можно по телефону или заполнив формуляр заказа на сайте. Закалка металла током высокой частоты производится тремя методами.

• Одновременным. Обрабатываемое изделие полностью помещается в индуктор, где одновременно прогревается по всей поверхности. Выдержав нужное время, нагрев отключается. Камера быстро наполняется холодной водой.
• Последовательным. При этом закалка токами высокой частоты выполняется на небольших участках. Элемент подвергается нагреву, делая его максимально устойчивым механическим нагрузкам, давлению, ударам. Методика снижает себестоимость технологического процесса, упрощая работу.
• Непрерывно последовательным. Таким образом, делается ТВЧ закалка больших валов. Индуктор двигается вдоль изделия, прогревая поверхность. За ним передвигается система охлаждения. Последовательность прогрева помогает качественно обрабатывать детали разных размеров и форм.

. Какие виды закаливания мы применяем

В Москве мы пользуемся репутацией надежных проверенных партнеров, способных быстро справляться с различным объемом заказов не завышая себестоимость.

Используемое оборудование

ТВЧ закалка

Современные роботизированные комплексы гарантируют высокое качество обработки металла ТВЧ. Производственные линии способны выполнять заказы максимально быстро независимо от их величины. Кроме закалки мы производим ТВЧ сварку труб разного диаметра. Обрабатывающая линия состоит из:

СПРАВОЧНОЕ

Глубина проникновения тока в деталь в зависимости от частоты (Гц)

Глубина проникновения тока, мм,

Аустенитная сталь (немагнитная)

Сравнительная диаграмма зависимости глубины проникновения тока в деталь от частоты (для стали)

Рекомендуемые размеры детали и индуктора в зависимости от частоты тока (ориентировочно)

Рекомендуемые частоты для нагрева под закалку на заданную глубину

Глубина закаленного слоя, мм

Частота тока, кГц

Температуры основных процессов металлообработки некоторых материалов и энергия, требуемая для их индукционного нагрева

источник: Westinqhouse Electric corp., «Aron Age» vol.224, #35

Установки индукционного нагрева

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:

1. повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
2. применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

1. Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).
2. Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являютcя фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.
3. При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.
4. При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать
а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.
Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания — заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается — это может привести к «разносу» генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).