Wie wählt man Induktionsheizgeräte in der Schmiedeproduktion aus?

  In fast allen Bereichen des Maschinenbaus ist das Schmieden, insbesondere das Gesenkschmieden und das Präzisionsschmieden, ein wichtiges Warmumformverfahren. Die geschmiedeten Rohlinge werden seit vielen Jahren in verschiedenen Flammenöfen erhitzt. In den 1950er bis 1960er Jahren dehnte sich die Induktionserwärmungstechnologie vom Schmelzen und der Wärmebehandlung auf das Schmieden aus und brachte revolutionäre Veränderungen in die Schmiedeindustrie. Die Schmiedeinduktionserwärmung ist eine der Hauptanwendungen von Induktions-Diathermieöfen. Das Induktions-Diathermiegerät wird hauptsächlich zum Erhitzen von thermoplastischen Metallverarbeitungen (Schmieden, Strangpressen, Walzen usw.) und zur gesamten Wärmebehandlung verschiedener Profile verwendet. Ihr Design und ihre Herstellung sind im Wesentlichen gleich, aber sie haben ihre eigenen Eigenschaften nur aufgrund unterschiedlicher Materialien und physikalischer Parameter und unterschiedlicher Erhitzungsprozessanforderungen.

  Aufgrund der unterschiedlichen Prozessanforderungen weist der Schmiedeinduktionsofen (Diathermieofen) auch eine Vielzahl von Formen und die meisten nicht standardmäßigen Produkte auf. Der Erwärmungsanteil fester zylindrischer Chargen, insbesondere Stahl, ist am größten, daher stehen die Beispiele im Mittelpunkt der Diskussion.

INDUKTIONSSCHMIEDEGERÄTE

Schmieden wird im Allgemeinen nach Induktionsheizöfen klassifiziert

(1) In Bezug auf den Heizmodus kann er in drei Typen unterteilt werden: periodisch, sequentiell und kontinuierlich:

Periodische Formel. Legen Sie jeweils eine Charge in den Ofen. Legen Sie nach dem Erhitzen eine weitere Kälteladung ein.

Sequentiell. Es befinden sich mehrere Chargen gleichzeitig im Ofen. Wenn eine neue Charge zum Einlassende geschickt wird, wird am Auslassende eine heiße Charge gegeben, die die Temperaturanforderung erfüllt, und das Erhitzen wird in einer bestimmten Schlagfolge durchgeführt.

Kontinuierlich. Die Charge durchläuft den Ofen mit konstanter Geschwindigkeit, um den Heizbedarf zu decken.

(2) Je nach Beschickungsmaterial kann es in nichtmagnetische Materialerwärmung und magnetische Materialerwärmung unterteilt werden:

(1) Erhitzen von nichtmagnetischen Materialien, wie Erhitzen vor der Extrusion von Aluminium, Erhitzen vor dem Schmieden von Kupfer und Induktionserhitzen von Stahl nach dem Erhitzen durch einen Brennstoffofen auf über den Curie-Punkt usw.

(2) magnetische Materialerwärmung, hauptsächlich für Eisen, Nickel, Legierungsmaterial auf Kobaltbasis, die Temperatur des Stahls im Curie-Punkt unterhalb der Erwärmung ist üblich, wie z. B. das blaue spröde Stanzen von Stahl, Oberflächen-Antioxidationsbehandlung, Induktion Glühen (niedrige Temperatur) und Anlassen von Materialien und Maschinenteilen.

Der gesamte Erwärmungsprozess von magnetisch zu nicht magnetisch bezieht sich hauptsächlich auf die Erwärmung von Stahl von normaler Temperatur auf Schmiedetemperatur oder Abschrecktemperatur, den Niedertemperaturabschnitt, der durch einen Hochleistungsofenabschnitt erhitzt wird, und den Niedertemperaturabschnitt, der durch Stahl im erhitzt wird Zweifrequenzerwärmung (der relativ niederfrequente Abschnitt unterhalb des Curie-Punkts) usw.

(3) Die Form der Ladung kann in zylindrische, rechteckige, hohle, plattenförmige, streifenförmige, profilierte und andere Strukturen und Formen unterteilt werden.

(4) Die Ofenstruktur kann in einen vertikalen Ofen und einen horizontalen Ofen unterteilt werden, wobei der vertikale Ofen meistens zum Erhitzen großer schwerer Beschickungen verwendet wird, im Allgemeinen für den Zyklustyp.

(5) Es kann in Hochfrequenz-, Zwischenfrequenz- und Netzfrequenzerwärmung von der Stromquelle unterteilt werden. Derzeit ist die Zwischenfrequenzerwärmung in der Überzahl. Aufgrund der Entwicklung der Stromversorgung wurde das Frequenzband erhöht, um die Rationalität des Heizens zu verbessern, jetzt begann die Verwendung von Zweifrequenz- und Dreifrequenz-Leistungsheizungen populär zu werden.

(6) Der Heizmodus kann in herkömmliches Heizen (Spule mit gleicher Windung) und schnelles Heizen (Spule mit variabler Windung) unterteilt werden.

Hauptvorteile des Induktionsschmiedeofens gegenüber dem Flammenofen

(1) Energie sparen. Allgemeiner Induktionsheizofen mit einem Gesamtwirkungsgrad (Stahl) von mehr als 60%, lokale Erwärmung, verglichen mit anderen Arten von Ofenheizeffekten, wird deutlicher. Beispielsweise wurde in den 1980er Jahren eine größere Kurbelwelle in einer bestimmten Fabrik geschmiedet, der ursprüngliche Ölofen wurde wiederholt zum Ofen zum Gesamtheizen geschickt, und dann wurde der Induktionsdithermofen zum lokalen Erhitzen jedes Schmiedeabschnitts und der Energie verwendet Der Verbrauch wurde um das 20- bis 30-fache reduziert.

(2) Die hergestellten Produkte sind von guter Qualität und einheitlich. Die Induktionserwärmung ist aufgrund ihrer schnellen Erwärmungsrate, feinen Körnung und leichten Oxidation und Entkohlung von guter Qualität. Aufgrund der leicht zu erreichenden Mechanisierung und Automatisierung der Produktion ist die Produktleistung konsistent und die Wiederholbarkeit gut. Ein offensichtliches Beispiel ist, dass im 20. Jahrhundert ein Arsenal in China eine Hochgeschwindigkeits-Präzisionsschmiedeausrüstung aus einem fortgeschrittenen Land in Europa importierte und die andere Partei vorschlug, dass gleichzeitig ein Induktions-Diathermieofen ausgerüstet werden sollte, damit das fertig ist Produkte konnten auf einmal geschmiedet werden. Aufgrund der ungewohnten Technik hielten es unsere Mitarbeiter für sehr einfach, den Ofen auf über 1000 Grad aufzuheizen. Um die begrenzten Devisen zu sparen, weigerten sie sich. Nach ihrer Rückkehr nach Hause rüsteten sie sich mit einem Flammenofen aus. Ergebnisse Da die Erwärmungszeit zu lang ist, brennt die Oxidation schlecht, nach dem Schmieden müssen nicht nur Schleifen und eine andere Bearbeitung durchlaufen, sondern auch das Beizen fortgesetzt werden. Die Menge an reserviertem Material, die Bearbeitungsstunden und die Produktionskosten wurden erhöht. Die Kapazität der fortschrittlichen Schmiedemaschine beträgt weniger als 20%. Erst später erkannten wir den Schlüssel zum Problem und entwickelten den entsprechenden Induktionsheizofen, mit dem wir es gut lösen konnten.

(3) Geringe Verarbeitungsmenge an Materialien, Einsparung von Rohstoffen; Eine gute Heizleistung kann die Lebensdauer der Form verbessern.

(4) hohes Maß an Mechanisierung und Automatisierungsausrüstung, kleines Volumen, weniger Stellfläche, so einfach auf dem Fließband und der automatischen Linie.

(5) Saubere Energie, gute Arbeitsbedingungen, grundsätzlich keine hohen Temperaturen und wenig Umweltverschmutzung.

(6) Schneller Start und Stopp, einfach zu bedienen und zu warten.

Nach vorläufigen Statistiken einiger Unternehmen kann die Induktionsheizung etwa 70% der gesamten Produktionszeit einsparen, die Oxidschicht beträgt 1/2 bis 1/4 des Flammenofens, die Lebensdauer des Gesenks kann beim Gesenkschmieden um 20% verlängert werden , und die Metalleinsparung beträgt 10% ~ 15%.

Richtige Auswahl und Konstruktion, Herstellung von hochwertigen Induktionsschmiedeöfen

Diese muss natürlich zunächst die Produktions- und Prozessanforderungen des Kunden erfüllen. Hauptsächlich ist die Produktivität, ihre Hauptsache wird durch die Leistung der Stromversorgung mit variabler Frequenz bestimmt, dann die Energieeinsparung, sie hängt von der Stromversorgungsfrequenz und der Rationalität des Sensordesigns ab, die Hauptsache ist die Heiztemperatur auf der Prozessanforderung, Temperaturverteilung usw., auf Impedanzanpassung mit der Leistung des Sensordesigns und der Mechanisierungs- und Automatisierungsebene verlassen möchten, je nach Benutzeranforderungen in Absprache; Die zweite ist eine gute Produktqualität; Fortgeschrittene technische und wirtschaftliche Indikatoren der Ausrüstung, wie z. B. niedriger Energieverbrauch, Materialeinsparung, niedrige Betriebskosten, gute Arbeitsbedingungen usw.; Hohe Zuverlässigkeit der Ausrüstung; Einfach zu bedienen und zu warten, sicherer und zuverlässiger Betrieb.

Der Hauptnachteil der Induktionsschmiedemaschinen ist die schlechte Allgemeingültigkeit. Bei stark variierender Größe und Spezifikation der Belastung sollten mehrere Sensoren in Gruppen ausgelegt werden. Daher ist es notwendig, repräsentative Sorten für den Heizofen mit mehreren Spezifikationen als Hauptgrundlage für Design und Produktakzeptanz vorzuschlagen.

(1) Ob die Heizfrequenz angemessen ist oder nicht, hängt direkt mit dem elektrischen Wirkungsgrad und der Verarbeitungsqualität des Heizgeräts zusammen. Die Auswahl der Netzfrequenz berücksichtigt hauptsächlich zwei Faktoren.

Erstens, um den elektrischen Wirkungsgrad sicherzustellen, und zweitens, um die Temperaturgleichmäßigkeit des Querschnitts zu verbessern.

Es ist ersichtlich, dass eine weitere Verringerung der Frequenz die Heizschicht nicht vertieft, aber den elektrischen Wirkungsgrad beeinflusst. Die weitere Vergleichmäßigung hängt nur von der Wärmeleitung der Ladung selbst ab. 0.4R2 ist also die maximale Erwärmungstiefe bei dieser Frequenz.

Innerhalb dieses Bereichs sollten die Frequenzen am oberen Ende ausgewählt werden. Natürlich sollte auch je nach spezifischer Situation flexibel sein, z. B. wenn die Heizrate langsamer ist (kleine Einheitsleistung), eine höhere Frequenz gewählt werden kann, Wärmeübertragung, um das Fehlen einer flachen Heizschicht, die hohe Wärmeleitfähigkeit auszugleichen des Materials kann auch eine höhere Frequenz wählen usw. Wenn es die wirtschaftliche Investition des Benutzers zulässt, wird für den größeren Diathermieofen empfohlen, eine vernünftigere Doppelfrequenz- oder Dreifrequenzheizung in der Technologie zu übernehmen, nämlich unterteilt in Niedertemperatur Abschnitt (magnetisch, Niederfrequenz), Hochtemperaturabschnitt (nicht magnetisch, Hochfrequenz) sogar Temperaturabschnitt (oder nicht).

(2) Bestimmen Sie die Schätzung der durchschnittlichen Heizleistung des Leistungskapazitätsinduktors. Nehmen Sie im Allgemeinen die Potenz Py > Pg und versuchen Sie, den in der Standardreihe angegebenen Wert zu verwenden. Im Falle des periodischen Erhitzens von magnetischen Materialien sollte die Leistungskapazität erhöht werden, um Py≈ (1.5-1.7) Pg und im Falle des periodischen Erhitzens von nichtmagnetischen Materialien Py≈ zu machen, wenn es keine automatische Steuerfunktion gibt (1.05~1.10) Pg. Auf diese Weise kennen wir die Leistung und Frequenz des Netzteils, wir können die spezifischen Bedingungen und Anforderungen des Benutzers und des Herstellers kombinieren, um das Netzteil sinnvoll auszuwählen.

(3) Die Bestimmung der Größe des Induktors der Kernkomponenten des Heizofens, um die Geometriegröße des Induktors herauszufinden, können Sie die Größe des Ofens grob abschätzen. Ermitteln Sie zunächst die Induktionsspulenlänge A1. Schmieden Sie Heizöfen (einschließlich aller Diathermieöfen), hoffen Sie natürlich, dass das Temperaturdelta T des Herztisches umso besser ist, je kleiner es ist. Die Mindestheizzeit tK wird zur Sicherstellung △T benötigt, um die Gesamtlänge der Spule a1 (kontinuierlich) bzw. die Anzahl der Ofenchargen n (sequentiell) bzw. die Nummer der Ofentische N (periodisch) zu ermitteln.

Natürlich bevorzugt der Diathermieofen eine kleinere Kerntemperaturdifferenz, aber aus der obigen Diskussion ist bekannt, dass, obwohl die Induktionsheizung selbsterhitzend ist, ihre effektive Heizschicht nur 0.4 ≤ 0.4 r2 beträgt und der Rest immer noch gleichmäßig sein muss. Temperatur durch Wärmeübertragung mit elektrischem Wirkungsgrad d. Der richtige Wert des Spuleninnendurchmessers gewährleistet die Effizienz und Zuverlässigkeit des Ofens. Zu großer Durchmesser, erhöhter magnetischer Streufluss, verringert den elektrischen Wirkungsgrad; Und wenn Sie zu klein werden, wird die Auskleidung zu dünn, verringert nicht nur die thermische Effizienz, sondern wirkt sich auch auf die Auskleidungsfestigkeit aus, da ein zu kleiner Abstand den Betrieb der Last behindert. Grundsätzlich gibt es einen optimalen Wert von D1/D2.

Aus der obigen Diskussion ist ersichtlich, dass der elektrische Wirkungsgrad mit zwei Faktoren zusammenhängt: der relativen Frequenz m2 und dem Luftspalt zwischen Spule und Ladung, dh ihrem Durchmesserverhältnis D1/D2. Der elektrische Wirkungsgrad steigt mit dem schnellen Anstieg an Häufigkeit. Nach dem Wendepunkt wird die Anstiegsgeschwindigkeit langsam und nähert sich allmählich dem Grenzwert. Was den Luftspalt betrifft, gilt natürlich, je kleiner der Luftspalt ist, desto besser ist die elektromagnetische Kopplung, desto geringer ist der Magnetflussverlust und desto höher ist der elektrische Wirkungsgrad. Wenn D1/D2 von 1 auf 2 ansteigt, sinkt der elektrische Wirkungsgrad von etwa 95 % auf 76 %.

(4) Durch die Kombination der beiden obigen Punkte kann seine Gesamteffizienz qualitativ eine Kurve machen.

Der Schnittpunkt der beiden Kurven ist der optimale Punkt für die Auswahl von Feuerfest- und Wärmedämmstoffen. Für die Stahlschmiedeheizung des Hauptheizobjekts wird aus der umfassenden Betrachtung des elektrothermischen Wirkungsgrads vorgeschlagen, D1/D2 = 1.4 ~ 1.8 zu nehmen, aber D1/D2 ≈ 1.2 ~ 2.0 ist auch akzeptabel. Wenn der Durchmesser groß ist, ist der Wert etwas klein; wenn der Durchmesser klein ist, ist der Wert etwas größer. Wenn D2 zu dick oder zu dünn ist, kann es diesen Bereich überschreiten. Die endgültige Bestimmung von D1 sollte auf Praktikabilität basieren, und die folgenden Faktoren sollten berücksichtigt werden

D1, D2 = + Delta D1.1 + Delta D1.2 + Delta D1.3 + Delta D1.4 + Delta D1.5

Wobei △D1.1 — der Spalt (mm), der erforderlich ist, damit die Charge im Ofen läuft;

D1.2 — Dicke der feuerfesten Auskleidung (mm);

D1.3 — Dicke der Isolierschicht der Ofenauskleidung (mm);

D1.4 – Wärmeausdehnungsgröße der Ladung (mm);

D1.5 — Bearbeitungstoleranz (mm).

Aus den obigen Schätzungen kennen wir die Leistung und Frequenz der für die Stromversorgung erforderlichen Geräte, haben die Leistung ausgewählt, wir kennen die Größe der Induktionsspule, unter Berücksichtigung ihrer Arbeitshöhe ist die Installationsmethode angegeben und das Gehäuse- und Rahmenmaterial ist die Grundlage Idee des Ofenkörpers, Wasserkühlwasser kann aus Tabelle 1 der Gesamtwirkungsgrad des Ofens und des Energieverbrauchs, die das Wärmewasser abführen müssen, entnommen werden, somit kann auch eine vorläufige Schätzung durchgeführt werden.

Einige der bestehenden großen Hersteller von Induktionserwärmungsanlagen in China sind in der Lage, je nach den Prozessanforderungen des Benutzers unterschiedliche technische Niveaus der mechanischen und elektrischen Anpassungsanforderungen bereitzustellen. Gemäß den mit dem Benutzer vereinbarten Mechanisierungs- und Automatisierungsanforderungen kann die Verbindung mit der Hauptmaschine, die Mechanisierung der eigenen Beschickung und Automatisierung des Betriebssystems einen technisch und wirtschaftlich sinnvollen Plan sowie eine durchdachte Konstruktion und Produktion vorlegen von preiswerten, langlebigen Produkten.

Ein paar zusätzliche Kommentare

(1) die Hauptformel der rechteckigen Querschnittsladung zuerst, Frequenzauswahlformel, die zweite, Leistungsschätzung, dritte, um die kürzeste Erwärmungszeit △T.Kohlenstoffstahl von Raumtemperaturerwärmung auf 1200 ~ 1300 ℃ sicherzustellen, die vierte, die Bestimmung der Spulengröße. Höhe des Spulenhohlraums D1. Wenn der rechteckige Rohling (b2/D2 > 1) erhitzt wird, hat die Höhe der Zufuhröffnung wenig Einfluss auf den elektrischen Wirkungsgrad, also D1/D2 = 1.25 ~ 3.0. Wenn die Ladung groß und die Heiztemperatur niedrig ist, nehmen Sie einen kleinen Wert. Andererseits nimmt es einen größeren Wert an. Natürlich auch über praktische Anordnung wollen und einfach verbinden können. Die anderen Punkte sind die gleichen wie bei der zylindrischen Ladung. Linienspulen-Hohlraumbreite B1

Wenn b2/D2 kleiner oder gleich 5 ist, ist b1 gleich B2 plus (d1-D2).

Wenn b2/D2 > 5, b1=b2+(1.05 ~ 1.15)(d1-d2)

(2) Die Hauptformel der Rohrheizung, sogenanntes Rohr, bezieht sich im Allgemeinen auf das Verhältnis von Außendurchmesser und Wandstärke, nämlich D2/ D2 > 5 und D2/ △2. Zuerst die Frequenzauswahlformel K2≈ F (D2p/ A2), kann die entsprechende Kurve herangezogen und der Wert K2≈0.8 ~ 0.9 vorübergehend zur Abschätzung angenommen werden. Es gibt einen optimalen Frequenzwert für die Rohrerwärmung: Zweitens, die Leistungsschätzung, andere Elemente können als zylindrische Ofenladungserwärmung bezeichnet werden.

(3) Zweifrequenzerwärmung Mit der Entwicklung und Verbesserung der Halbleiter-Frequenzumwandlungsstromversorgung und der Popularität von elektrischer Energie, entsprechend dem Unterschied der Induktionserwärmung für magnetische und nichtmagnetische Materialien, die Einführung der Zweifrequenz-Stromversorgung für die Segmentierung Das Erhitzen von Stahlteilen von Raumtemperatur auf Schmiedetemperatur ist populär geworden. Vor dem Magnetpunkt wurde eine Niederfrequenzstromversorgung verwendet, und nach dem Curiepunkt wurde eine relativ hochfrequente Erwärmung verwendet. Ihr Hauptvorteil ist: Strom sparen. Aufgrund der vernünftigen Netzfrequenzkonfiguration kann die Leistung im Allgemeinen voll genutzt werden kann 15% ~ 20% Strom sparen. (2) um Zeit zu sparen. Bei der Einfrequenzerwärmung richtet sich die Frequenzauswahl nach dem heißen Zustand. Für den kalten Zustand ist die Frequenz zu hoch, die Heizschicht ist flach und die abgegebene Einheitsleistung ist relativ klein, was die Heizgeschwindigkeit verringert und die Heizzeit verlängert. Es erhöht den Energieverbrauch und verringert die Produktivität. (3) Gute Produktqualität. Da die Heizzeit verkürzt wird, wird der Energieverbrauch reduziert und die Oxidation reduziert. In der Zwischenzeit stellt die angemessene Frequenz auch den niedrigen Temperaturunterschied sicher, sodass eine gute Heizqualität erzielt werden kann.

(4) Schnelles Erhitzen (Erhitzen mit variabler Windung) Dies ist der Grund dafür, dass die Wärmeübertragung zum Zentrum schnell ist, wenn der Temperaturunterschied groß ist, und die Heizzeit verkürzt wird, wenn der gleiche Temperaturunterschied garantiert ist.

Als x-Koordinate kann für die periodische Erwärmung die Erwärmungszeit und für die kontinuierliche und sequentielle Erwärmung die Länge der Induktionsspule angesehen werden. Wenn die blanke Oberfläche auf die Endtemperatur ansteigt, macht sie tatsächlich 10 % bis 30 % der gesamten Erwärmungszeit (oder 10 % bis 30 % der Gesamtlänge am Sensoreinlass) aus, was die Erwärmungsgeschwindigkeit erhöhen kann und verkürzen die durchschnittliche temperatur zeit. Diese Erwärmungsspezifikation ist als (Schlag-)Schnellerwärmung bekannt.

(5) Gesamtenergieheizung Aufgrund der unterschiedlichen Energieverhältnisse in den verschiedenen Regionen sollte bei Bedarf eine Zweienergie-Komplettheizung in Erwägung gezogen werden. Erdgas ist beispielsweise in einer bestimmten Region reichlich vorhanden und günstig. Kann in 700 ~ 800 ℃ unten mit Gasofenheizung in Betracht ziehen, nachdem der Schnellinduktionsheizofen betreten wurde. Auf diese Weise kann es nicht nur billige Luftquellen nutzen, wenn die Oxidation im Niedertemperatur-Heizabschnitt leicht ist, sondern auch eine hochwertige schnelle Induktionserwärmung in den Hochtemperaturbereichen übernehmen. Es ist sowohl wirtschaftlich als auch technologisch sinnvoll. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Konstruktion und Produktion von Induktionserwärmungsanlagen mit hoher Qualität, niedrigem Preis und wirtschaftlicher Haltbarkeit auf den örtlichen Gegebenheiten basieren und die technologischen Anforderungen vollständig berücksichtigen sollten.

Obwohl das Problem sehr klein ist, wird es am Ende oft von einigen Leuten ignoriert, was zu großen Fehlern führt. Das heißt, wenn Sie die vorhandene Formel zur Berechnung verwenden, achten Sie darauf, dass die physikalische Größe in der Formel den integralen Mittelwert des Heiztemperatursegments verwendet, die Einheit in der Formel sollte klar sein, in der richtigen Einheit einsetzen. Neben dem Wiedererwärmungsofen zum Schmieden gelten diese Informationen auch für andere Arten von Induktions-Diathermieöfen.