ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВТУЛОК
SLEEVE INNER SURFACE INDUCTION HEATER

Изобретение относится к технике индукционного нагрева и может найти применение в устройствах для термической обработки внутренних цилиндрических поверхностей металлических изделий, в частности внутренней поверхности втулок.
Известен индуктор [1. А.с. №875650, МКИ Н05В 6/38] для нагрева поверхности отверстий большого диаметра (больше 50 мм), выполненный в виде цилиндрической катушки из водоохлаждаемого токопровода, на оси которой размещен один из токопроводов, соединяющих катушку с источником высокочастотного тока.
Недостатком известного индуктора [1] является трудность реализации для нагрева поверхности отверстий небольшого диаметра (меньше 50 мм).
Известен стержневой индуктор для индукционного нагрева внутренней поверхности втулки с отверстием небольшого диаметра [2. Слухоцкий А.Е. Индукторы. - Л.: Машиностроение, 1989, с.30]. Стержневой индуктор выполнен в виде охлаждаемой водой медной трубки, соединенной через разъемные зажимы шинами с понижающим трансформатором и размещенной с зазором внутри отверстия нагреваемой втулки. В известном стержневом индукторе индуктирующая часть медной трубки имеет продолжение. Участок медной трубки, являющийся продолжением индуктирующей части, имеет отверстия для выхода воды и во время нагрева находится вне нагреваемой втулки. Во время нагрева вода охлаждает индуктирующую часть медной трубки и выливается через отверстия в сливную ванну. Когда нагрев оканчивается, зажимы размыкаются, трубка перемещается на длину индуктирующей части и в нагретое отверстие входит участок трубки с отверстиями для выпуска воды. Вода, выливаясь из отверстий, закаливает нагретую поверхность.
Стержневой индуктор [2] взят в качестве прототипа заявляемого устройства.
Недостатком стержневого индуктора [2] является неравномерность нагрева внутренней поверхности втулки, обусловленная тем, что вследствие кольцевого эффекта наибольший нагрев происходит со стороны втулки, обращенной к трансформатору. Поэтому, если требуется равномерный нагрев втулки, то ей необходимо сообщить быстрое вращение. Необходимость одновременного индукционного нагрева и вращения втулки существенно усложняет конструкцию технологического оборудования для нагрева втулки.
Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева внутренней поверхности втулки путем ослабления в зоне нагрева проявлений кольцевого эффекта.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый индукционный нагреватель внутренней поверхности втулок, содержащий стержневой индуктор, выполненный в виде охлаждаемой водой электропроводной трубки, соединенной через разъемные зажимы шинами с источником высокочастотного тока и размещенной с зазором внутри отверстия нагреваемой втулки, снабжен съемным электропроводным стаканом с электропроводными крышками, установленным соосно трубке стержневого индуктора и охватывающим с зазором нагреваемую втулку, причем одна из крышек выполнена за одно целое со стаканом, а другая имеет с ним разъемный гальванический контакт, и одна из крышек замкнута накоротко на трубку стержневого индуктора, а другая имеет вокруг нее кольцевую щель.
На чертеже показан в упрощенном виде предлагаемый индукционный нагреватель внутренней поверхности втулок.
Цифрами на чертеже обозначены: 1 - электропроводная трубка стержневого индуктора, 2 - электропроводный стакан, 3-1, 3-2 - электропроводные крышки, 4 - кольцевая щель, 5-1, 5-2 - разъемные зажимы (источник высокочастотного тока на чертеже не показан), 6 - нагреваемая втулка.
В предлагаемом индукционном нагревателе внутренней поверхности втулок соосно трубке 1 стержневого индуктора установлен электропроводный стакан 2 с электропроводными крышками 3-1 и 3-2, охватывающий с зазором нагреваемую втулку 6. Одна из крышек (3-2) выполнена за одно целое со стаканом 2, а другая (3-1) имеет со стаканом 2 разъемный гальванический контакт. С одного конца стакана 2 крышка 3-1 замкнута накоротко, например пайкой, на трубку 1, а с другого конца стакана 2 между крышкой 3-2 и трубкой 1 имеется кольцевая щель 4 для подвода высокочастотного тока к индуктирующему участку трубки 1. Смену нагреваемой втулки в предлагаемом нагревателе обеспечивают разъемные зажимы 5-1, 5-2 для подвода высокочастотного тока к трубке 1.
Технологический процесс нагрева внутренней поверхности втулки с применением предлагаемого индукционного нагревателя выполняют в следующей последовательности.
В исходном состоянии генератор высокочастотного тока и система подачи охлаждающей воды выключены. Трубка 1 со стороны крышки 3-1 соединена через разъемный зажим 5-1 с источником высокочастотного тока. Разъемный зажим 5-2 отсоединен от трубки 1, освобождая ее для установки втулки под нагрев. Стакан 2 снят с крышки 3-1.
Подлежащую нагреву втулку 6 надевают на трубку 1 и устанавливают на крышку 3-1. Стакан 2 устанавливают на крышку 3-1. Разъемный зажим 5-2 соединяют с трубкой 1. Включают систему подачи охлаждающей воды в трубку 1. Включают генератор высокочастотного тока и производят нагрев втулки. По достижению заданной температуры нагрева втулки генератор высокочастотного тока выключают. Выключают систему подачи охлаждающей воды. Отсоединяют разъемный зажим 5-2 от трубки 1. Снимают стакан 2 с крышки 3-1. Снимают нагретую втулку 6 с трубки 1. Далее технологический процесс нагрева повторяют для следующей втулки.
Возможность промышленного применения предлагаемого индукционного нагревателя подтверждена лабораторными испытаниями действующего макета индукционного нагревателя внутренней поверхности втулок при нагреве стальной втулки длиной 80 мм, с наружным диаметром 58 мм и диаметром отверстия 15 мм.
Макет предлагаемого индукционного нагревателя внутренней поверхности втулок содержит стержневой индуктор, выполненный в виде охлаждаемой водой электропроводной трубки с наружным диаметром 12 мм, соединенной через разъемные зажимы с источником высокочастотного тока. В качестве источника высокочастотного (44 кГц) тока взят выпускаемый предприятием генератор «Гном-25М2» мощностью 25 кВт. На трубке стержневого индуктора размещена нагреваемая втулка. Съемный электропроводный стакан с электропроводными крышками изготовлен из листовой меди толщиной 2 мм, установлен соосно трубке стержневого индуктора и охватывает с зазором 8 мм нагреваемую втулку. Одна из крышек выполнена за одно целое со стаканом (пропаяна по наружному периметру), а другая имеет с ним разъемный гальванический контакт и замкнута накоротко (пайкой) на трубку стержневого индуктора. Отверстие в крышке, выполненной за одно целое со стаканом, и трубка образуют кольцевую щель, обеспечивающую прохождение высокочастотного тока по трубке стержневого индуктора. Нагреваемая втулка изолирована от поверхности нагревателя сверху и сбоку воздушными зазорами, снизу - диэлектрической шайбой, от трубки стержневого индуктора - слоем термостойкого диэлектрика толщиной 1 мм. Длительность нагрева внутренней поверхности втулки до температуры закаливания - 25 секунд.
Испытания макета предлагаемого нагревателя показали, что без стакана втулка нагревается неравномерно: более интенсивный нагрев происходит со стороны втулки, обращенной к трансформатору источника высокочастотного тока. При нагреве со стаканом происходит равномерный нагрев втулки.
Таким образом, в предлагаемом индукционном нагревателе электропроводный стакан с крышками устраняет влияние кольцевого эффекта на угловую равномерность нагрева поверхности втулки. Устранение влияния кольцевого эффекта обеспечивает равномерный нагрев всей поверхности втулки. Причем из-за высокой плотности магнитного поля вблизи трубки стержневого индуктора преимущественно нагревается внутренняя часть поверхности втулки.
Введение в состав индукционного нагревателя съемного электропроводного стакана с электропроводными крышками позволяет, в отличие от прототипа, получить равномерный нагрев втулки без ее вращения, что, в свою очередь, позволяет существенно упростить конструкцию технологического оборудования для индукционного нагрева втулки, исключив из состава оборудования механизмы привода вращения втулки.