Površinsko stvrdnjavanje tvch. HDTV oprema za kaljenje

Indukcijsko zagrijavanje nastaje kao rezultat postavljanja izratka blizu vodiča izmjenične električne struje, koji se naziva induktor. Pri prolasku kroz strujni induktor visoka frekvencija(TVCh) stvara se elektromagnetsko polje i, ako se u tom polju nalazi metalni proizvod, tada se u njemu pobuđuje elektromotorna sila koja uzrokuje prolazak izmjenične struje iste frekvencije kao struja induktora kroz proizvod.

Tako se inducira toplinski učinak koji uzrokuje zagrijavanje proizvoda. Toplinska snaga P, oslobođena u grijanom dijelu, bit će jednaka:

gdje je K koeficijent koji ovisi o konfiguraciji proizvoda i veličini razmaka koji nastaje između površina proizvoda i induktora; Iin - jačina struje; f je trenutna frekvencija (Hz); r - specifični električni otpor (Ohm cm); m je magnetska propusnost (G/E) čelika.

Na proces indukcijskog zagrijavanja značajno utječe fizikalni fenomen koji se naziva površinski (kožni) efekt: struja se inducira uglavnom u površinskim slojevima, a pri visokim frekvencijama gustoća struje u jezgri dijela je niska. Dubina zagrijanog sloja procjenjuje se formulom:

Povećanje frekvencije struje omogućuje vam koncentriranje značajne količine energije u malom volumenu grijanog dijela. Zbog toga se ostvaruje brzo (do 500 C/sec) grijanje.

Parametri indukcijskog grijanja

Indukcijsko grijanje karakteriziraju tri parametra: gustoća snage, trajanje grijanja i frekvencija struje. Specifična snaga je snaga pretvorena u toplinu po 1 cm2 površine zagrijanog metala (kW / cm2). Brzina zagrijavanja proizvoda ovisi o vrijednosti specifične snage: što je veća, to se zagrijavanje provodi brže.

Trajanje zagrijavanja određuje ukupnu količinu prenesene toplinske energije i, sukladno tome, postignutu temperaturu. Također je važno uzeti u obzir frekvenciju struje, jer o tome ovisi dubina stvrdnutog sloja. Frekvencija struje i dubina zagrijanog sloja su u suprotnoj ovisnosti (druga formula). Što je frekvencija veća, to je manji zagrijani volumen metala. Odabirom vrijednosti specifične snage, trajanja zagrijavanja i frekvencije struje moguće je mijenjati konačne parametre indukcijskog zagrijavanja u širokom rasponu - tvrdoću i dubinu stvrdnutog sloja tijekom stvrdnjavanja ili zagrijani volumen. tijekom zagrijavanja za štancanje.

U praksi su kontrolirani parametri grijanja električni parametri generatora struje (snaga, struja, napon) i trajanje zagrijavanja. Uz pomoć pirometara može se zabilježiti i temperatura zagrijavanja metala. Ali češće nema potrebe za stalnom regulacijom temperature, jer se odabire optimalni način grijanja, koji osigurava stalnu kvalitetu stvrdnjavanja ili zagrijavanja HDTV-a. Optimalni način stvrdnjavanja odabire se promjenom električnih parametara. Na taj način se nekoliko dijelova stvrdne. Nadalje, dijelovi se podvrgavaju laboratorijskoj analizi uz fiksiranje tvrdoće, mikrostrukture, raspodjele očvrslog sloja po dubini i ravnini. Uz podgrijavanje, u strukturi hipoeutektoidnih čelika uočava se preostali ferit; pregrijavanjem nastaje grubo-iglasti martenzit. Znakovi braka kod grijanja HDTV-a su isti kao i kada klasične tehnologije toplinska obrada.

Tijekom površinskog stvrdnjavanja visokofrekventnom strujom zagrijavanje se provodi na višu temperaturu nego kod konvencionalnog kaljenja u rasutom stanju. To je zbog dva razloga. Prvo, pri vrlo visokoj brzini zagrijavanja povećavaju se temperature kritičnih točaka na kojima se perlit pretvara u austenit, a kao drugo, ova transformacija mora biti završena u vrlo kratkom vremenu zagrijavanja i zadržavanja.

Unatoč činjenici da se zagrijavanje tijekom visokofrekventnog stvrdnjavanja provodi na višu temperaturu nego tijekom normalnog stvrdnjavanja, ne dolazi do pregrijavanja metala. To je zbog činjenice da zrno u čeliku jednostavno nema vremena za rast u vrlo kratkom vremenskom razdoblju. Istodobno, također treba napomenuti da je, u usporedbi s volumetrijskim otvrdnjavanjem, tvrdoća nakon visokofrekventnog stvrdnjavanja veća za oko 2-3 HRC jedinice. To osigurava veću otpornost na habanje i površinsku tvrdoću dijela.

Prednosti stvrdnjavanja visokofrekventnim strujama

visoke performanse procesa
jednostavnost podešavanja debljine stvrdnutog sloja
minimalno iskrivljenje
gotovo potpuni nedostatak razmjera
potpuna automatizacija cijelog procesa
mogućnost stavljanja postrojenja za kaljenje u tok strojne obrade.

Najčešće se površinsko visokofrekventno kaljenje primjenjuje na dijelove izrađene od ugljičnog čelika s udjelom od 0,4-0,5% C. Ovi čelici nakon kaljenja imaju površinsku tvrdoću HRC 55-60. Kod većeg udjela ugljika postoji opasnost od pucanja uslijed naglog hlađenja. Uz ugljik se koriste i niskolegirani krom, krom-nikl, krom-silicij i drugi čelici.

Oprema za izvođenje indukcijskog kaljenja (HDTV)

Indukcijsko stvrdnjavanje zahtijeva posebne tehnološke opreme, koji uključuje tri glavne komponente: izvor napajanja - generator struje visoke frekvencije, induktor i uređaj za pokretne dijelove u stroju.

Generator visokofrekventne struje je električni stroj koji se razlikuje po fizičkim principima generiranja električne struje u njima.

Elektronički uređaji koji rade na principu vakuumskih cijevi koje istosmjernu struju pretvaraju u izmjeničnu struju povećane frekvencije – cijevni generatori.
Elektrostrojevi koji rade na principu induciranja električne struje u vodiču, koji se kreće u magnetskom polju, pretvarajući trofaznu struju industrijske frekvencije u izmjeničnu struju povećane frekvencije - strojni generatori.
Poluvodički uređaji koji rade na principu tiristorskih uređaja koji pretvaraju istosmjernu struju u izmjeničnu struju povećane frekvencije - tiristorski pretvarači (statički generatori).

Generatori svih vrsta razlikuju se po frekvenciji i snazi generirane struje

Vrste generatora Snaga, kW Frekvencija, kHz Učinkovitost

Svjetiljka 10 - 160 70 - 400 0,5 - 0,7

Stroj 50 - 2500 2,5 - 10 0,7 - 0,8

Tiristor 160 - 800 1 - 4 0,90 - 0,95

Površinsko stvrdnjavanje malih dijelova (igle, kontakti, vrhovi opruga) provodi se pomoću mikroindukcijskih generatora. Frekvencija koju stvaraju doseže 50 MHz, vrijeme zagrijavanja za stvrdnjavanje je 0,01-0,001 s.

HDTV metode stvrdnjavanja

Prema učinku zagrijavanja razlikuju se indukcijsko kontinuirano-sekventno kaljenje i istovremeno stvrdnjavanje.

Kontinuirano uzastopno stvrdnjavanje koristi se za duge dijelove stalnog presjeka (osovine, osovine, ravne površine dugih proizvoda). Zagrijani dio pomiče se u induktoru. Presjek dijela, koji se nalazi u određenom trenutku u zoni utjecaja induktora, zagrijava se do temperature stvrdnjavanja. Na izlazu iz induktora, sekcija ulazi u zonu hlađenja raspršivača. Nedostatak ove metode grijanja je niska produktivnost procesa. Za povećanje debljine zalijepljenog sloja potrebno je povećati trajanje zagrijavanja smanjenjem brzine kretanja dijela u induktoru. Istovremeno stvrdnjavanje podrazumijeva istovremeno zagrijavanje cijele otvrdnute površine.

Učinak samokaljenja nakon stvrdnjavanja

Nakon što je zagrijavanje završeno, površina se hladi tušem ili strujom vode izravno u induktoru ili u zasebnom rashladnom uređaju. Takvo hlađenje omogućuje stvrdnjavanje bilo koje konfiguracije. Doziranjem hlađenja i promjenom njegovog trajanja moguće je ostvariti učinak samokaljenja čelika. Ovaj učinak sastoji se u uklanjanju topline nakupljene tijekom zagrijavanja u jezgri dijela na površinu. Drugim riječima, kada se površinski sloj ohladi i podvrgne martenzitnoj transformaciji, određena količina toplinske energije još uvijek je pohranjena u podzemnom sloju, čija temperatura može doseći nisku temperaturu otpuštanja. Nakon što hlađenje prestane, ta će se energija prenijeti na površinu zbog temperaturne razlike. Dakle, nema potrebe za dodatnim postupcima kaljenja čelika.

Projektiranje i izrada induktora za HDTV kaljenje

Induktor je izrađen od bakrenih cijevi kroz koje tijekom procesa zagrijavanja prolazi voda. Time se sprječava pregrijavanje i izgaranje induktora tijekom rada. Izrađuju se i induktori koji su kompatibilni s uređajem za otvrdnjavanje - raspršivačem: na unutarnjoj površini takvih induktora nalaze se rupe kroz koje rashladna tekućina ulazi u zagrijani dio.

Za ravnomjerno zagrijavanje potrebno je induktor izraditi na način da je udaljenost od induktora do svih točaka na površini proizvoda jednaka. Obično je ova udaljenost 1,5-3 mm. Prilikom stvrdnjavanja proizvoda jednostavnog oblika ovaj se uvjet lako ispunjava. Za jednolično otvrdnjavanje, dio se mora pomicati i (ili) okretati u induktoru. To se postiže korištenjem posebnih uređaja - centara ili stolova za otvrdnjavanje.

Razvoj dizajna induktora uključuje, prije svega, definiciju njegovog oblika. Istodobno se odbijaju od oblika i dimenzija stvrdnutog proizvoda i načina stvrdnjavanja. Osim toga, u proizvodnji induktora uzima se u obzir priroda pomicanja dijela u odnosu na induktor. Također se uzima u obzir ekonomičnost i performanse grijanja.

Hlađenje dijelova može se koristiti u tri verzije: prskanje vodom, protok vode, uranjanje dijela u medij za gašenje. Hlađenje tuša može se provoditi i u induktorima raspršivača iu posebnim komorama za stvrdnjavanje. Protočno hlađenje omogućuje stvaranje nadtlaka reda veličine 1 atm, što pridonosi ravnomjernijem hlađenju dijela. Da bi se osiguralo intenzivno i ravnomjerno hlađenje, potrebno je da se voda po ohlađenoj površini kreće brzinom od 5-30 m/sec.

Čvrstoća elemenata u posebno je kritična čelične konstrukcije uvelike ovisi o stanju čvorova. Važnu ulogu igra površina dijelova. Da bi se dobila potrebna tvrdoća, otpornost ili viskoznost, provode se postupci toplinske obrade. Ojačati površinu dijelova raznim metodama. Jedna od njih je stvrdnjavanje visokofrekventnim strujama, odnosno HDTV. Spada u najčešću i vrlo produktivnu metodu tijekom velike proizvodnje raznih konstrukcijskih elemenata.

Takva toplinska obrada primjenjuje se i na cijele dijelove i na njihove pojedinačne dijelove. U ovom slučaju, cilj je postići određene razine snage, čime se povećava životni vijek i performanse.

Tehnologija se koristi za jačanje jedinica tehnološke opreme i transporta, kao i za kaljenje raznih alata.

Bit tehnologije

HDTV otvrdnjavanje je poboljšanje karakteristika čvrstoće dijela zbog sposobnosti električne struje (s promjenjivom amplitudom) da prodire u površinu dijela, izlažući ga toplini. Dubina prodiranja uslijed magnetskog polja može biti različita. Istovremeno s površinskim zagrijavanjem i otvrdnjavanjem, jezgra čvora se možda uopće ne zagrijava ili samo malo povećava temperaturu. Površinski sloj obratka čini potrebnu debljinu, dovoljnu za prolaz električne struje. Ovaj sloj predstavlja dubinu prodora električne struje.

Eksperimenti su to dokazali povećanje frekvencije struje doprinosi smanjenju dubine prodiranja. Ova činjenica otvara mogućnosti za regulaciju i proizvodnju dijelova s minimalnim kaljenim slojem.

HDTV toplinska obrada provodi se u posebnim instalacijama - generatorima, multiplikatorima, frekventnim pretvaračima, koji omogućuju podešavanje u potrebnom rasponu. Osim frekvencijskih karakteristika, na konačno stvrdnjavanje utječu i dimenzije i oblik dijela, materijal izrade i upotrijebljena prigušnica.

Također je otkriven sljedeći obrazac - što je proizvod manji i što je njegov oblik jednostavniji, to bolje ide proces stvrdnjavanja. Time se također smanjuje ukupna potrošnja energije instalacije.

bakreni induktor. Na unutarnjoj površini često postoje dodatne rupe dizajnirane za dovod vode tijekom hlađenja. U ovom slučaju, proces je popraćen primarnim grijanjem i naknadnim hlađenjem bez napajanja strujom. Konfiguracije induktora su različite. Odabrani uređaj izravno ovisi o izratku koji se obrađuje. Neki uređaji nemaju rupe. U takvoj situaciji, dio se hladi u posebnom spremniku za otvrdnjavanje.

Glavni zahtjev za proces HD kaljenja je održavanje konstantnog razmaka između induktora i obratka. Uz održavanje navedenog intervala, kvaliteta stvrdnjavanja postaje najviša.

Jačanje se može izvesti na jedan od načina:

Neprekidni niz: dio je nepomičan, a induktor se kreće duž svoje osi.
Istovremeno: proizvod se kreće, a induktor je obrnuto.
Uzastopno: obrada različitih dijelova jedan po jedan.

Značajke indukcijske instalacije

Instalacija za HDTV kaljenje je visokofrekventni generator zajedno sa induktorom. Radni komad se nalazi i u samom induktoru i pored njega. To je zavojnica na koju je namotana bakrena cijev.

Izmjenična električna struja pri prolasku kroz induktor stvara elektromagnetno polje koje prodire kroz radni komad. Izaziva razvoj vrtložnih struja (Foucaultovih struja), koje prelaze u strukturu dijela i povećavaju njegovu temperaturu.

Glavna značajka tehnologije– prodor vrtložne struje u površinsku strukturu metala.

Povećanje frekvencije otvara mogućnost koncentriranja topline na malom području dijela. To povećava brzinu porasta temperature i može doseći i do 100 - 200 stupnjeva/sek. Stupanj tvrdoće se povećava na 4 jedinice, što je isključeno tijekom masovnog stvrdnjavanja.

Indukcijsko grijanje - karakteristike

Stupanj indukcijskog zagrijavanja ovisi o tri parametra - specifičnoj snazi, vremenu zagrijavanja, frekvenciji električne struje. Snaga određuje vrijeme utrošeno na zagrijavanje dijela. Sukladno tome, uz veću vrijednost vremena, troši se manje vremena.

Vrijeme zagrijavanja karakterizira ukupna količina utrošene topline i razvijena temperatura. Frekvencija, kao što je gore spomenuto, određuje dubinu prodiranja struja i formirani otvrdljivi sloj. Ove karakteristike su obrnuto povezane. Kako se frekvencija povećava, volumenska masa zagrijanog metala se smanjuje.

Upravo ova 3 parametra omogućuju regulaciju stupnja tvrdoće i dubine sloja, kao i volumena zagrijavanja, u širokom rasponu.

Praksa pokazuje da se kontroliraju karakteristike generatorskog agregata (vrijednosti napona, snage i struje), kao i vrijeme zagrijavanja. Stupanj zagrijavanja dijela može se kontrolirati pomoću pirometra. Međutim, općenito, kontinuirana kontrola temperature nije potrebna, kao postoje optimalni HDTV načini grijanja koji osiguravaju stabilnu kvalitetu. Odgovarajući način rada odabire se uzimajući u obzir promijenjene električne karakteristike.

Nakon stvrdnjavanja, proizvod se šalje u laboratorij na analizu. Proučava se tvrdoća, struktura, dubina i ravnina raspoređenog očvrslog sloja.

HDTV za površinsko stvrdnjavanje popraćeno puno vrućine u usporedbi s konvencionalnim postupkom. To se objašnjava kako slijedi. Prije svega, visoka stopa porasta temperature doprinosi povećanju kritičnih točaka. Drugo, potrebno je kratkoročno kako bi se osigurao završetak transformacije perlita u austenit.

Visokofrekventno stvrdnjavanje, u usporedbi s konvencionalnim postupkom, popraćeno je većim zagrijavanjem. Međutim, metal se ne pregrije. To se objašnjava činjenicom da zrnati elementi u čeličnoj konstrukciji nemaju vremena za rast u minimalnom vremenu. Osim toga, masovno stvrdnjavanje ima nižu čvrstoću do 2-3 jedinice. Nakon stvrdnjavanja HFC-om, dio ima veću otpornost na habanje i tvrdoću.

Kako se bira temperatura?

Usklađenost s tehnologijom mora biti popraćena ispravnim izborom temperaturnog raspona. Uglavnom, sve će ovisiti o metalu koji se obrađuje.

Čelik je podijeljen u nekoliko vrsta:

Hipoeutektoid - sadržaj ugljika do 0,8%;
Hipereutektoidno - više od 0,8%.

Hipoeutektoidni čelik zagrijava se na vrijednost nešto veću od potrebne za pretvaranje perlita i ferita u austenit. Raspon od 800 do 850 stupnjeva. Nakon toga, detalj velika brzina hladi se. Nakon brzog hlađenja, austenit se pretvara u martenzit koji ima veliku tvrdoću i čvrstoću. Kratkim vremenom držanja dobiva se finozrnati austenit, kao i fino iglasti martenzit. Čelik dobiva visoku tvrdoću i malu lomljivost.

Hipereutektoidni čelik se manje zagrijava. Raspon od 750 do 800 stupnjeva. U tom slučaju se izvodi nepotpuno stvrdnjavanje. To se objašnjava činjenicom da takva temperatura omogućuje očuvanje u strukturi određenog volumena cementita, koji ima veću tvrdoću u usporedbi s martenzitom. Pri brzom hlađenju austenit prelazi u martenzit. Cementit je očuvan malim inkluzijama. Zona također zadržava potpuno otopljeni ugljik, koji se pretvorio u čvrsti karbid.

Prednosti tehnologije

Kontrola načina rada;
Zamjena legiranog čelika ugljičnim čelikom;
Jedinstveni proces zagrijavanja proizvoda;
Mogućnost da se cijeli dio ne zagrije do kraja. Smanjena potrošnja energije;
Visoka rezultujuća čvrstoća obrađenog obratka;
Nema procesa oksidacije, ugljik se ne sagorijeva;
Nema mikropukotina;
Nema iskrivljenih točaka;
Zagrijavanje i stvrdnjavanje pojedinih dijelova proizvoda;
Smanjenje vremena provedenog na postupku;
Implementacija u proizvodnji dijelova za visokofrekventne instalacije u proizvodnim linijama.

Nedostaci

Glavni nedostatak tehnologije koja se razmatra je značajan trošak instalacije. Iz tog razloga je svrsishodnost primjene opravdana samo u velikoj proizvodnji i isključuje mogućnost da sami radite posao kod kuće.

Saznajte više o radu i principu rada instalacije na predstavljenim videozapisima.

Mnogi kritični dijelovi djeluju na habanje i istovremeno su izloženi udarna opterećenja. Takvi dijelovi moraju imati visoku površinsku tvrdoću, dobru otpornost na habanje i istovremeno ne biti lomljivi, tj. ne pokvariti se pod udarom.

Visoka površinska tvrdoća dijelova uz zadržavanje žilave i jake jezgre postiže se površinskim otvrdnjavanjem.

Od suvremenih metoda površinskog stvrdnjavanja, u strojarstvu se najviše koriste sljedeće: stvrdnjavanje kada se zagrije visokofrekventne struje (TVCh); stvrdnjavanje plamenom i stvrdnjavanje u elektrolitu.

Izbor jedne ili druge metode površinskog stvrdnjavanja određen je tehnološkom i ekonomskom izvedivosti.

Stvrdnjavanje pri zagrijavanju visokofrekventnim strujama. Ova metoda je jedna od najučinkovitijih metoda površinskog kaljenja metala. Otkriće ove metode i razvoj njezinih tehnoloških temelja pripada talentiranom ruskom znanstveniku V. P. Vologdinu.

Visokofrekventno grijanje temelji se na sljedećem fenomenu. Kada izmjenična električna struja visoke frekvencije prolazi kroz bakreni induktor, oko potonjeg nastaje magnetsko polje koje prodire u čelični dio koji se nalazi u induktoru i inducira Foucaultove vrtložne struje u njemu. Ove struje uzrokuju zagrijavanje metala.

značajka grijanja HDTV je da vrtložne struje inducirane u čeliku nisu ravnomjerno raspoređene po presjeku dijela, već se potiskuju na površinu. Neravnomjerna raspodjela vrtložnih struja dovodi do njenog neravnomjernog zagrijavanja: površinski slojevi se vrlo brzo zagrijavaju do visokih temperatura, a jezgra se ili uopće ne zagrijava ili se lagano zagrijava zbog toplinske vodljivosti čelika. Debljina sloja kroz koji prolazi struja naziva se dubina prodiranja i označava se slovom δ.

Debljina sloja uglavnom ovisi o frekvenciji izmjenične struje, otpornosti metala i magnetskoj propusnosti. Ova ovisnost određena je formulom

δ \u003d 5,03-10 4 korijen od (ρ / μν) mm,

gdje je ρ električna otpornost, ohm mm 2 /m;

μ, - magnetska permeabilnost, gs/e;

v - frekvencija, Hz.

Iz formule se vidi da se s povećanjem frekvencije dubina prodora indukcijskih struja smanjuje. Struja visoke frekvencije za indukcijsko zagrijavanje dijelova dobiva se iz generatora.

Prilikom odabira frekvencije struje, osim zagrijanog sloja, potrebno je uzeti u obzir oblik i dimenzije dijela kako bi se postiglo visokokvalitetno površinsko stvrdnjavanje i ekonomična upotreba električna energija visokofrekventne instalacije.

Bakreni induktori su od velike važnosti za visokokvalitetno zagrijavanje dijelova.

Najčešći induktori s unutarnje strane imaju sustav malih rupa kroz koje se dovodi rashladna voda. Takav induktor je i uređaj za grijanje i hlađenje. Čim se dio koji se nalazi u induktoru zagrije na zadanu temperaturu, struja će se automatski isključiti i voda će teći iz otvora induktora i raspršivačem hladiti površinu dijela (vodeni tuš).

Dijelovi se također mogu zagrijavati u induktorima koji nemaju uređaje za gušenje. U takvim induktorima, dijelovi se nakon zagrijavanja bacaju u spremnik za otvrdnjavanje.

Kaljenje HDTV-a uglavnom se provodi simultanim i kontinuirano-sekvencijskim metodama. Kod simultane metode, kaljeni dio rotira unutar fiksnog induktora čija je širina jednaka očvrslom presjeku. Kada istekne postavljeno vrijeme grijanja, vremenski relej prekida struju iz generatora, a drugi relej, povezan s prvim, uključuje dovod vode, koji u malim, ali jakim mlazovima izbija iz otvora induktora i hladi dio. .

Kod metode kontinuiranog niza dio je nepomičan, a induktor se pomiče duž njega. U ovom slučaju, uzastopno zagrijavanje očvrslog dijela dijela, nakon čega dio pada pod mlaz vode uređaja za tuširanje koji se nalazi na određenoj udaljenosti od induktora.

Plosnati dijelovi su kaljeni u petljastim i cik-cak induktorima, a zupčanici s malim modulom istovremeno se kaljuju u prstenastim induktorima. Makrostruktura kaljenog sloja finomodulnog zupčanika automobila od čelika razreda PPZ-55 (čelik niske kaljivosti). Mikrostruktura očvrslog sloja je fino iglasti martenzit.

Tvrdoća površinskog sloja dijelova otvrdnutih zagrijavanjem visokofrekventnom strujom dobiva se za 3-4 jedinice HRC veća od tvrdoće konvencionalnog masivnog kaljenja.

Kako bi se povećala čvrstoća jezgre, dijelovi se poboljšavaju ili normaliziraju prije stvrdnjavanja.

Korištenje HDTV grijanja za površinsko kaljenje dijelova strojeva i alata omogućuje drastično smanjenje trajanja procesa toplinske obrade. Osim toga, ova metoda omogućuje izradu mehaniziranih i automatiziranih jedinica za kaljenje dijelova, koje se ugrađuju u opći tok obradbenih radionica. Kao rezultat toga, nema potrebe za transportom dijelova u posebne termalne trgovine te je osiguran ritmičan rad proizvodnih i montažnih linija.

Stvrdnjavanje površine plamenom. Ova metoda se sastoji u zagrijavanju površine čeličnih dijelova oksi-acetilenskim plamenom na temperaturu koja je 50-60 °C viša od gornje kritične točke A C 3 , nakon čega slijedi brzo hlađenje vodenim tušem.

Bit procesa stvrdnjavanja plamenom je da se toplina koju plinski plamen dovodi iz plamenika u otvrdnuti dio koncentrira na njegovoj površini i znatno premašuje količinu topline raspoređene u dubinu metala. Kao rezultat takvog temperaturnog polja, površina dijela najprije se brzo zagrijava do temperature stvrdnjavanja, zatim se ohladi, a jezgra dijela praktički ostaje neotvrdnuta i ne mijenja svoju strukturu i tvrdoću nakon hlađenja.

Kaljenje plamenom koristi se za kaljenje i povećanje otpornosti na habanje velikih i teških čeličnih dijelova kao što su radilice mehaničkih preša, zupčanici velikog modula, zubi kašike bagera itd. Osim čeličnih dijelova, dijelovi od sivog i perlitnog lijeva su podvrgnuti stvrdnjavanju plamenom, na primjer vodilice ležajeva strojeva za rezanje metala.

Stvrdnjavanje plamenom podijeljeno je u četiri vrste:

a) sekvencijalno, kada se plamenik za stvrdnjavanje s rashladnom tekućinom kreće duž površine fiksnog dijela koji se obrađuje;

b) stvrdnjavanje rotacijom, pri čemu plamenik s rashladnom tekućinom ostaje nepomičan, a dio koji se stvrdnjava rotira;

c) uzastopno s rotacijom dijela, kada se dio neprekidno okreće i uz njega se kreće plamenik za otvrdnjavanje s rashladnom tekućinom;

d) lokalni, u kojem se fiksni dio zagrijava na zadanu temperaturu gašenja pomoću fiksnog plamenika, nakon čega se hladi mlazom vode.

Metoda stvrdnjavanja plamenom valjka koji se rotira određenom brzinom dok plamenik ostaje nepomičan. Temperatura grijanja kontrolira se miliskopom.

Ovisno o namjeni dijela, dubina očvrslog sloja obično se uzima jednakom 2,5-4,5 mm.

Glavni čimbenici koji utječu na dubinu kaljenja i strukturu kaljenog čelika su: brzina kretanja plamenika za kaljenje u odnosu na kaljeni dio ili dio u odnosu na plamenik; protok plina i temperatura plamena.

Izbor strojeva za kaljenje ovisi o obliku dijelova, načinu kaljenja i potrebnom broju dijelova. Ako trebate očvrsnuti dijelove različitih oblika i veličina iu malim količinama, onda je svrsishodnije koristiti univerzalne strojeve za kaljenje. U tvornicama se obično koriste posebne instalacije i tokarilice.

Za stvrdnjavanje koriste se dvije vrste plamenika: modularni s modulom od M10 do M30 i višeplamenski sa zamjenjivim vrhovima širine plamena od 25 do 85 mm. Konstruktivno su plamenici raspoređeni na način da su otvori za plinski plamen i rashladnu vodu raspoređeni u jednom redu, paralelno. Voda se dovodi do plamenika iz vodovodne mreže i istovremeno služi za kaljenje dijelova i hlađenje usnika.

Kao zapaljivi plinovi koriste se acetilen i kisik.

Nakon stvrdnjavanja plamenom, mikrostruktura u različitim zonama dijela je različita. Stvrdnuti sloj dobiva visoku tvrdoću i ostaje čist, bez tragova oksidacije i razugljičenja.

Prijelaz strukture s površine dijela na jezgru odvija se glatko, što je od velike važnosti za povećanje operativne stabilnosti dijelova i potpuno eliminira štetne pojave - pucanje i raslojavanje očvrslih metalnih slojeva.

Tvrdoća se mijenja prema strukturi stvrdnutog sloja. Na površini dijela, to je jednako 56-57 HRC, a zatim spušten na tvrdoću koju je dio imao prije površinskog otvrdnjavanja. Za pružanje Visoka kvaliteta stvrdnjavanja, dobivanja ujednačene tvrdoće i povećane čvrstoće jezgre, lijevani i kovani dijelovi se žare ili normaliziraju u skladu s uobičajenim uvjetima prije stvrdnjavanja plamenom.

Površina zakamenac u elektrolitu. Bit ovog fenomena je da ako se kroz elektrolit propušta stalna električna struja, tada se na katodi formira tanak sloj koji se sastoji od najmanjih vodikovih mjehurića. Zbog slabe električne vodljivosti vodika, otpor prolasku električne struje se jako povećava i katoda (dio) se zagrijava na visoku temperaturu, nakon čega se stvrdne. Kao elektrolit obično se koristi 5-10% vodena otopina sode pepela.

Proces stvrdnjavanja je jednostavan i sastoji se u sljedećem. Dio koji se stvrdnjava spušta se u elektrolit i spaja na negativni pol DC generatora napona 200-220 v a gustoća 3-4 a / cm 2, uslijed čega postaje katoda. Ovisno o tome koji je dio dijela podvrgnut površinskom otvrdnjavanju, dio se uranja do određene dubine. Dio se zagrijava za nekoliko sekundi, a struja se gasi. Rashladni medij je isti elektrolit. Dakle, kupka s elektrolitom služi i kao peć za grijanje i kao spremnik za gašenje.

Postrojenje za kaljenje za grijanje t. h. sastoji se od generatora t. h.,

silazni transformator, kondenzatorske baterije, induktor, alatni stroj (ponekad se alatni stroj zamjenjuje uređajem za pogon dijela ili induktora) i pomoćna servisna oprema (vremenski relej, relej za kontrolu dovoda tekućine za gašenje, signal, blokada i upravljački uređaji).

U instalacijama koje se razmatraju, takve t.v.h. generatori na srednjim frekvencijama (500-10000 Hz) strojni generatori, a u novije vrijeme statički pretvarači tiristorskog tipa; kod visokih frekvencija (60 000 Hz i više) cijevnih generatora. Obećavajući tip generatora su ionski pretvarači, takozvani ekscitronski generatori. Svode gubitke energije na minimum.

Na sl. Slika 5 prikazuje dijagram instalacije sa strojnim generatorom. Osim generatora motora 2 i motor 3 s uzbudnikom 1 jedinica sadrži opadajući transformator 4, kondenzatorske banke 6 i induktor 5. Transformator snižava napon na siguran (30-50 V) i istovremeno povećava jačinu struje za 25-30 puta, dovodeći je do 5000-8000 A.

Slika 5 Slika 6

Tablica 1. Vrste i izvedbe induktora

Na sl. Na slici 6 prikazan je primjer stvrdnjavanja s induktorom s više zavoja. Stvrdnjavanje se provodi na sljedeći način:

Dio je smješten unutar fiksne induktorice. Pokretanjem HDTV aparata, dio se počinje rotirati oko svoje osi i istovremeno zagrijavati, zatim se tekućina (voda) napaja uz pomoć automatiziranog upravljanja i hladi. Cijeli proces traje od 30-45 sekundi.

HDTV kaljenje je vrsta toplinske obrade metala, uslijed koje se tvrdoća značajno povećava i materijal gubi duktilnost. Razlika između HDTV kaljenja i ostalih metoda kaljenja je u tome što se grijanje provodi pomoću posebnih HDTV instalacija koje djeluju na dio namijenjen za kaljenje visokofrekventnim strujama. HDTV kaljenje ima mnoge prednosti, od kojih je glavna potpuna kontrola grijanja. Korištenje ovih kompleksa za stvrdnjavanje može značajno poboljšati kvalitetu proizvoda, budući da se proces kaljenja provodi u potpuno automatskom načinu rada, rad operatera sastoji se samo od pričvršćivanja osovine i uključivanja ciklusa stroja.

5.1. Prednosti kompleksa za indukcijsko stvrdnjavanje (indukcijske instalacije grijanja):

HDTV stvrdnjavanje može se izvesti s točnošću od 0,1 mm

Osiguravajući ravnomjerno zagrijavanje, indukcijsko stvrdnjavanje omogućuje idealnu raspodjelu tvrdoće duž cijele duljine osovine

Visoka tvrdoća HDTV stvrdnjavanja postiže se korištenjem posebnih induktora s kanalima za vodu, koji hlade osovinu odmah nakon zagrijavanja.

HDTV oprema za kaljenje (peći za kaljenje) odabrana je ili proizvedena u strogom skladu s tehničkim specifikacijama.

6. Uklanjanje kamenca u strojevima za pjeskarenje

U strojevima za pjeskarenje kamenac se s dijelova uklanja mlazom sačme od lijevanog željeza ili čelika. Mlaz se stvara komprimiranim zrakom s tlakom od 0,3-0,5 MPa (pneumatsko pjeskarenje) ili brzorotirajućim lopaticama (mehaničko čišćenje sačmari).

Na pneumatsko pjeskarenje u instalacijama se mogu koristiti i sačmarski i kvarcni pijesak. Međutim, u potonjem slučaju nastaje velika količina prašine, koja doseže do 5-10% mase očišćenih dijelova. Ulazeći u pluća servisnog osoblja, kvarcna prašina uzrokuje profesionalnu bolest - silikozu. Stoga se ova metoda koristi u iznimnim slučajevima. Pri pjeskarenju tlak komprimiranog zraka trebao bi biti 0,5-0,6 MPa. Sirova sačma se proizvodi izlivanjem tekućeg željeza u vodu uz prskanje mlaza lijevanog željeza komprimiranim zrakom, nakon čega slijedi sortiranje na sita. Sačma mora imati strukturu od bijelog lijevanog željeza tvrdoće 500 HB, njegove dimenzije su u rasponu od 0,5-2 mm. Potrošnja sačme od lijevanog željeza je samo 0,05-0,1% mase dijelova. Pri čišćenju sačmom dobiva se čišća površina dijela, postiže se veća produktivnost aparata i osiguravaju bolji uvjeti rada nego kod čišćenja pijeskom. Za zaštitu okoliša od prašine, strojevi za pjeskarenje opremljeni su zatvorenim kućištima s poboljšanom ispušnom ventilacijom. Prema sanitarnim standardima, najveća dopuštena koncentracija prašine ne smije prelaziti 2 mg/m3. Prijevoz sačme u modernim postrojenjima potpuno je mehaniziran.

Glavni dio pneumatske instalacije je stroj za pjeskarenje, koji može biti prisilno i gravitacijski. Najjednostavniji jednokomorni stroj za injekcijsko pjeskarenje (slika 7) je cilindar 4, na vrhu ima lijevak za pucnje, hermetički zatvoren poklopcem 5. Na dnu cilindra završava lijevak, otvor iz kojeg vodi u komoru za miješanje 2. Pucanje se dovodi rotacijskim ventilom 3. Komprimirani zrak se dovodi u komoru za miješanje kroz ventil 1, koji hvata metak i transportira ga kroz fleksibilno crijevo 7 i mlaznicu 6 o detaljima. Sačma je pod pritiskom komprimiranog zraka do istjecanja iz mlaznice, što povećava učinkovitost abrazivnog mlaza. U aparatu opisane jednokomorne izvedbe, komprimirani zrak se mora privremeno isključiti kada se nadopuni sačmom.

Visokofrekventna struja se stvara u instalaciji zahvaljujući induktoru i omogućuje zagrijavanje proizvoda smještenog u neposrednoj blizini induktora. Indukcijski stroj idealan je za kaljenje metalnih proizvoda. Upravo u HDTV instalaciji možete jasno programirati: željenu dubinu prodora topline, vrijeme stvrdnjavanja, temperaturu grijanja i proces hlađenja.

Prvi put je za kaljenje korištena indukcijska oprema nakon prijedloga V.P. Volodin 1923. godine. Nakon dugih ispitivanja i ispitivanja visokofrekventnog grijanja, koristi se za kaljenje čelika od 1935. godine. HDTV jedinice za kaljenje daleko su najproduktivnija metoda toplinske obrade metalnih proizvoda.

Zašto je indukcija bolja za kaljenje

Visokofrekventno kaljenje metalnih dijelova provodi se kako bi se povećala otpornost gornjeg sloja proizvoda na mehanička oštećenja, dok središte obratka ima povećanu viskoznost. Važno je napomenuti da jezgra proizvoda tijekom visokofrekventnog stvrdnjavanja ostaje potpuno nepromijenjena.
Indukcijska instalacija ima mnoge vrlo važne prednosti u usporedbi s alternativnim vrstama grijanja: ako ranije HDTV instalacije bili su glomazniji i nezgodniji, ali sada je ovaj nedostatak ispravljen, a oprema je postala univerzalna za toplinsku obradu metalnih proizvoda.

Prednosti indukcijske opreme

Jedan od nedostataka stroja za indukcijsko kaljenje je nemogućnost obrade nekih proizvoda koji imaju složen oblik.

Vrste stvrdnjavanja metala

Postoji nekoliko vrsta kaljenja metala. Za neke proizvode dovoljno je zagrijati metal i odmah ga ohladiti, dok ga je za druge potrebno držati na određenoj temperaturi.
Postoje sljedeće vrste stvrdnjavanja:

Stacionarno otvrdnjavanje: koristi se u pravilu za dijelove koji imaju malu ravnu površinu. Položaj obratka i induktora pri korištenju ove metode kaljenja ostaje nepromijenjen.
Kontinuirano-sekvencijalno stvrdnjavanje: koristi se za kaljenje cilindričnih ili ravnih proizvoda. Uz kontinuirano sekvencijalno stvrdnjavanje, dio se može pomicati ispod induktora ili zadržava svoj položaj nepromijenjen.
Tangencijalno stvrdnjavanje obratka: izvrsno za obradu malih dijelova koji imaju cilindrični oblik. Tangencijalno kontinuirano-sekventno stvrdnjavanje pomiče proizvod jednom tijekom cijelog procesa toplinske obrade.
HDTV jedinica za kaljenje je oprema koja može kvalitetno očvrsnuti proizvod i istovremeno štedi proizvodne resurse.