Закаливаемую поверхность

Для поверхностной закалки используются установки, состоящие из технологического устройства (закалочного станка), источника питания, линии передачи, управляющей и контрольно-измерительной аппаратуры. Система водяного охлаждения обеспечивает охлаждение элементов высокочастотный схемы (индуктора, трансформатора, конденсаторов, источника) и закаливаемой поверхности.

Одновременная закалка заключается в одновременном нагреве всей закаливаемой поверхности детали или отдельного ее участка до закалочной температуры и затем— одновременном охлаждении нагретой поверхности охлаждающей жидкостью. Обычно охлаждающую воду подают через отверстия в активном витке ( 3.26, а, б) индуктора после выдержки времени нагрева, в течение которой происходит разогрев поверхности детали. При использовании масла в качестве охлаждающей среды деталь после нагрева сбрасывают в масляный бак.

Для закалки деталей прямоугольного или квадратного сечений витки индуктора обычно выполняют по форме детали; при нагреве плоских поверхностей витки индуктора сгибают в плоскую спираль по кругу или прямоугольнику ( 3.29,а, б). Часто индукторы выполняют одновитковыми с шириной активной части индуктора, равной ширине закаливаемой зоны. При больших длинах закаливаемой поверхности могут применяться многовитковые индукторы с последующим охлаждением детали в специальном охладительном устройстве.

Недостатком спреиерного устройства является плохое использование закалочной жидкости. Жидкость, ударив в поверхность детали, сливается в поток, скользящий вдоль поверхности в зазоре между деталью и индуктором, и быстро уходит вниз. Опыт показывает, что несмотря на наличие очень горячих брызг, температура жидкости (в среднем за цикл) повышается всего на несколько градусов. Этим объясняется большой расход жидкости, подаваемой в спрейер. По интенсивности [8] различают душевое охлаждение водой с удельным расходом 0,12 л/с-см2, приходящимся на 1 см2 закаливаемой поверхности, как «очень сильное», с расходом 0,05 л/с• см2 — «сильное», с расходом 0,015 л/с-см2 — «слабое». Расход жидкости и время охлаждения уточняют опытным путем, стараясь, чтобы время охлаждения детали было несколько меньшим, чем время нагрева, и самоотпуск прошел надлежащим образом. Охлаждение может быть продолжено при необходимости в дополнительном устройстве. Практически нет надобности вести охлаждение с максимальной интенсивностью. Как только температура закаливаемой поверхности приблизится к температуре закалочной жидкости, подачу жидкости в спрейерное устройство можно уменьшить.

Сближение зоны нагрева и зоны охлаждения на закаливаемой поверхности позволило создать так называемый процесс закалки при непрерывно-последовательном нагреве. Процесс заключается в том, что индуктор с током и конструктивно

объединенный с ним спрейер с заданной скоростью перемещаются вдоль закаливаемой поверхности, зона нагрева и зона охлаждения следуют друг за другом ( 11). Мощность, подводимая к индуктору от высокочастотного генератора, выбирается для данной скорости движения такой, чтобы каждый элемент нагретой поверхности, выходя из-под индуктора в зону охлаждения, был нагрет до требуемой температуры закалки.

поверхности 850 °С была достигнута па 16-й секунде нагрева (с произвольного начала отсчета времени). Ход изменения температуры от времени, начиная с 400—500 °С и выше, подобен соответствующей зависимости при одновременном нагреве. По графику ( 12, а) следует, что под находящую кромку индуктирующего провода элемент закаливаемой поверхности подходит уже подогретым — до 250 °С (на 9-й секунде отсчета). Заметный, хотя и медленный нагрев начался примерно на расстоянии от кромки индуктирующего провода, по крайней мере равном десяти зазорам между индуктором и деталью. Если мысленно спрямить кривую подъема температуры поверхности, как это показано штриховой линией, то по точке пересечения аппроксимирующей штриховой линии с осью абсцисс (~ на 7-й секунде принятого отсчета времени), можно оценить время нагрева в активной зоне tH « 9 с. По эскизному расположению активного провода и спрейеров относительно кривой нагрева поверхности ( 12,6) в выбранном масштабе времени и длины следует, что процесс нагрева продолжается до момента попадания под первый ряд водяных струй душевого устройства, т. е. на протяжении, равном двум зазорам между индуктирующим проводом и деталью. Впереди индуктора, на некотором расстоянии от находящего среза индуктирующего провода (~1,5—2 зазора), следует условно учесть дополнительное уширение активной зоны

Повторные исследования (по полной или частичной программе) проводятся лишь для дополнительной корректировки и подтверждения режима. Первая закалка производится по режиму, заданному на основе приближенных расчетов, исходя также из возможностей имеющегося оборудования. Металловедческое исследование фиксирует конечный результат и не показывает динамики процесса. При закалке деталей сложной формы поэтому прибегают к записи изменения температуры отдельных участков закаливаемой поверхности с помощью осциллографа и привариваемых термопар. Полезна бывает киносъемка нагрева поверхности на цветную пленку.

Отдельное душевое устройство можно устанавливать на различных расстояниях от индуктирующего провода. Тем самым можно подбирать необходимый для структурных превращений в материале и для получения требуемой глубины закаленного слоя интервал между окончанием нагрева и началом охлаждения элемента поверхности. Струи охлаждающей жидкости после удара об охлаждаемую поверхность частично отбрасываются (или стекают под действием силы тяжести) в зону нагрева. Это приводит к появлению на закаливаемой поверхности мягких пятен. Чтобы исключить это явление, угол а между осью закаливаемой детали и осью отверстия, через которое подается охлаждающая жидкость, не должен быть больше 45° (см..рис, 8-4). При увеличении этого угла струи воды ударяют в нагреваемую поверхность ближе к индуктирующему проводу и начинают охлаждать ее, когда она еще нагревается индуктированным током. При этом снижается термический к. п. д. нагрева. При

С увеличением угла а струи закалочной жидкости падают ближе к индуктору, в связи с чем сокращается время перехода закаливаемой поверхности из зоны нагрева в зону охлаждения. При некотором угле а начинается интенсивный отсос тепла из зоны нагрева, снижающий к. п. д. устройства. При угле падения больше 45° наблюдается попадание в зону нагрева струй, отраженных от поверхности детали, вследствие чего появляются мягкие пятна на

Краны на входе и выходе позволяют варьировать напор воды у входа в индуктор и в индуктирующем проводе и таким образом регулировать общее поступление воды в индуктор, а также и расход ее для охлаждения закаливаемой поверхности. В этом случае сечение трубки для подачи охлаждающей жидкости должно быть в два раза больше, чем в первом случае. Однако перегорание индуктирующего провода менее вероятно. Иногда для повышения надежности охлаждения индуктирующего провода и остальных элементов индуктора предусматривается раздельная система подачи закалочной жидкости и охлаждающей воды ( 8-5). Охлаждающая вода подается из отдельной замкнутой системы, заполненной чистой дистиллированной водой. В этом случае закалочная жидкость может подаваться через некоторое время после начала нагрева, например в случае, когда закалка цилиндра начинается от торца буртика.

Одновременный способ используется, когда мощность генератора достаточна для нагрева всей детали или ее части, подлежащей закалке. При одновременном способе, меняя зазор h и ширину индуктирующего провода или применяя магнитопроводы, можно добиться требуемого распределения температуры даже при закалке тел сложной формы, таких как кулачки распределительных валов, конические детали и т. п. Ширина индуктирующего провода при нагреве всей детали или отдельного ее элемента берется примерно равной ширине нагреваемой зоны. Если нагревается участок детали, то ширина провода аг берется на 10—20% большей ширины участка, что позволяет компенсировать теплоотвод в соседние зоны и ослабление магнитного поля у краев индуктора. Индукторы для одновременного нагрева обычно не имеют постоянного охлаждения индуктирующего провода. Тепло, выделяющееся в индукторе во время нагрева, аккумулируется медью индуктирующего провода, толщина которого выбирается из условия нагрева до температуры не свыше 250 °С. Это требование обычно выполняется, если принять dl = (2,5ч-4,0) хк при средних частотах и d^ = 5^-6 мм при частотах радиодиапазона. Накопленное тепло уносится закалочной водой, подаваемой на закаливаемую поверхность через отверстия в индукторе. Время охлаждения обычно превышает время нагрева.

На 3.27,а, б показаны внешние виды индукторов для одновременной и непрерывно-последовательной закалки (в нижней части индуктирующего витка высверлены отверстия под углом 45° к оси индуктора для подачи охлаждающей воды на закаливаемую поверхность). Для получения равномерного закаленного слоя рекомендуется применять вращение детали.

спрейерное охлаждение осуществляется подачей закалочной жидкости на нагретую поверхность через отверстия в активном проводе. Отверстия диаметром 2—3 мм (чтобы не слишком быстро зарастали отложениями и засорялись в процессе работы) сверлятся с шагом ~10 мм. Если поверхность детали неподвижна относительно спрейера, то в местах попадания струй поверхность быстро охлаждается, а охлаждение рядом расположенных участков замедлено. Поэтому в поверхностном слое детали против отверстий спрейера обнаруживаются скопления мелких микротрещин, муар, удаляемые при чистовом шлифовании. Засорение какого-либо отверстия может быть причиной образования мягкого пятна. Вращение цилиндрической детали во время охлаждения ликвидирует этот недостаток спреиерного устройства. Для деталей, которые вращать нельзя, рекомендуется дырчато-щелевой спрейер, отличающийся тем, что на поверхности спрейера, обращенной к закаливаемой детали, прорезаются щели шириной 0,5—1 мм и глубиной 2—3 мм, в которые выходят отверстия 0 2,5—3 мм. Струи закалочной жидкости, выходящие из отверстий, обжимаются в щели и сливаются в непрерывное «лезвие» потока жидкости. Щели отстоят друг от друга на расстоянии не более 5—7 мм. Микротрещины отсутствуют, если даже какое-либо из отверстий засоряется, поступление жидкости вдоль щели выравнивается за счет соседних струй. Назначение отверстий в дырчато-щелевом спрейере — придать направление падению струи на закаливаемую поверхность. Для охлаждения внутренней цилиндрической поверхности целесообразно отверстия сверлить под некоторым углом. Касательная составляющая скорости струй создает внутри детали вращающийся поток; центробежная сила прижимает жидкость к охлаждаемой поверхности. При охлаждении наружной цилиндрической поверхности вращение потока жидкости отжимает ее от закалочной поверхности, как и паровая рубашка.

Простейший индуктор для одновременной закалки наружной цилиндрической поверхности при средних частотах тока представлен на 19. В индукторе различают индуктирующий провод / с наружным кожухом для распределения закалочной жидкости, напаянным на массивное медное кольцо, с разрезом и рядом отверстий для выбрызгивания жидкости на закаливаемую поверхность. В месте разреза кольца с кожухом приварены токоподводящие шины 2 с массивными контактными колодками 3 для подсоединения к выводам питающего средне-частотного трансформатора.

верстия, в индуктирующем проводе поступает на закаливаемую поверхность. Таким образом, закалочная жидкость охлаждает не только обрабатываемую деталь, но и элементы индуктора.

Можно при закалке круглых деталей оси отверстия для подачи охлаждающей жидкости расположить не в плоскости, проходящей через ось закаливаемой детали, а под некоторым углом р к ней так, чтобы струи жидкости после удара о закаливаемую поверхность скользили по касательной к ней. При этом достигается большая равномерность охлаждения в том случае, когда деталь не вращается.

В первом случае вода по шлангам подается сразу в оба штуцера. Она проходит по трубкам, охлаждает токоподводящие шины и индуктирующий провод и далее поступает на закаливаемую поверхность. При этом в некоторой точке индуктирующего провода, находящейся около его середины, скорость охлаждающей жидкости почти равна нулю. Если индуктирующий провод изготовлен из тонкостенной трубки, возможно его перегорание. В производственной практике такие случаи часто встречаются.

Во втором случае охлаждающая вода подается в индуктор через кран по шлангу, проходит по трубкам, охлаждающим одну контактную колодку и одну токоподводящую шину, затем проходит через индуктирующий провод, откуда частично вытекает на закаливаемую поверхность. После этого оставшаяся вода идет по трубкам, охлаждающим вторую токоподводящую шину и контактную

операция сверления мелких отверстий. Для того чтобы угол падения струй был одинаковым, отверстия приходится сверлить в специальных приспособлениях. Если углы разные, из-за неравномерности охлаждения также возможно появление мягких полос. Поэтому иногда для непрерывно-последовательной закалки используют индуктор, показанный на 8-6, в котором полость для подвода охлаждающей воды изготовлена в изолированной накладке 5 (из стеклотекстолита, эбонита). Вода для постоянного охлаждения подается в полость 3; закалочная жидкость через полость 2 и щель / попадает на закаливаемую поверхность. Размер щели может быть подобран путем смены прокладок 4. В случае засорения полости и щели накладка 5 отвертывается и проводится необходимая прочистка. Так как детали, образующие щель для прохода закалочной жидкости, обрабатываются на токарном станке, угол падения жидкости по^ всей окружности индуктора оказывается одинаковым с высокой степенью точности.

При нагреве плоскости для закалки одновременным способом индуктирующий провод должен покрывать всю закаливаемую поверхность. Применение петлевого индуктора с магнито-проводом целесообразно, если закалке подлежат две параллельные полосы, удаленные друг от друга на некоторое расстояние. Над каждой из этих полос располагается одна из ветвей, образующих петлю индуктирующего провода.

На 8-10 показана конструкция индуктора для последовательной закалки плоскости шириной 160 мм. Индуктирующий провод состоит из двух прямоугольных трубок, длина которых несколько больше ширины закаливаемой плоскости. По трубке 4 непрерывно течет вода, охлаждающая индуктирующий провод; трубка 5 снабжена отверстиями и служит для подачи воды на закаливаемую поверхность. Токоподводящие шины 2 проходят над индуктирующим проводом и соединяются с ним посредством прива-