RU107159U1 - INDUCTION HEATING DEVICE FOR SURFACE-STRENGTHENING PART PARTS - Google Patents

Abstract

Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей, содержащее индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный в виде инструмента с возможностью установки его на револьверной головке металлорежущего станка с системой управления, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, отличающееся тем, что оно снабжено задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики. An induction heating device for surface hardening processing of parts, comprising an inductor with a set of transformer iron profile plates, an inductor attachment and base mechanism made in the form of a tool with the possibility of installing it on a turret of a metal cutting machine with a control system, a transformer, a high-frequency current generator with a capacitor unit and a switch, characterized in that it is equipped with a part heating time adjuster connected via an amplifier to the control system the machine and the generator of high-frequency currents, and an inductor is mounted on the inductor, in the case of which reinforcing rollers are mounted with the possibility of rotation around their axes.

Description

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для поверхностно-упрочняющей обработки цилиндрических деталей с одновременным нагревом обрабатываемой поверхности до требуемой температуры.The inventive utility model relates to mechanical engineering and can be used for surface hardening processing of cylindrical parts while heating the surface to the desired temperature.

Известно устройство сопутствующего местного нагрева кольцевых сварных стыков (см. авторское свидетельство №1691007, 5 В23К 13/00, бюл. №42, 1991 г.), содержащее датчики температуры зоны и скорости перемещения стыка, нагреватель с его источником питания, сварочный автомат, микропроцессорный вычислительный блок, первый выход которого соединен с блоком регистрации данных, второй выход - с входом управления сварочного автомата, первый вход - с датчиком температуры, второй вход - с датчиком скорости перемещения, а с целью улучшения качества сварки путем повышения точности поддержания теплового режима процесса оно снабжено нагревателями с их источниками питания, измерителями мощности нагревателей, а также каналами, включающими последовательно соединенные регулятор напряжения, измеритель напряжения источника питания, переключатель режима работы, коммутатор и датчик мощности сварочного автомата, причем каждый канал через последовательно соединенные переключатель режима работы и коммутатор подключен к соответствующему нагревателю, а третий вход микропроцессорного вычислительного блока соединен с измерителями напряжения источника питания, четвертый вход - с датчиком мощности сварочного автомата, пятый вход - с измерителями мощности нагревателей, а третий выход - с управляющим входом коммутатора, пятый выход - с управляющими входами регуляторов напряжения.A device for concomitant local heating of ring welded joints (see copyright certificate No. 1691007, 5 V23K 13/00, bull. No. 42, 1991), containing sensors of the temperature of the zone and speed of movement of the joint, a heater with its power source, welding machine, microprocessor-based computing unit, the first output of which is connected to the data recording unit, the second output - with the control input of the welding machine, the first input - with a temperature sensor, the second input - with a speed sensor, and in order to improve the quality of welding by To increase the accuracy of maintaining the thermal regime of the process, it is equipped with heaters with their power sources, power meters of the heaters, as well as channels including a voltage regulator, a voltage meter, a mode switch, a switch and a welding machine power sensor, each channel being connected in series the mode switch and the switch is connected to the corresponding heater, and the third input of the microprocessor computing eye coupled with calipers power supply voltage, the fourth input - a power sensor welding machine, the fifth input - with power meters of heaters, and the third output - to the control input of the switch, the fifth output - to the control inputs of the voltage regulators.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками полезной модели: наличие сопутствующего местного нагрева, нагреватель с его источником питания, коммутатор, регулятор напряжения.Signs of an analogue that coincide with the essential features of a utility model: the presence of concomitant local heating, a heater with its power source, a switch, a voltage regulator.

Причины, препятствующие поставленной задаче: неприемлемо для поверхностно-упрочняющей обработки, так как нагрев производится непосредственно от сварочного аппарата; сложное в настройке на заданный режим нагрева в связи с использованием нескольких регуляторов напряжения.Reasons that impede the task: unacceptable for surface hardening treatment, since the heating is carried out directly from the welding machine; difficult to configure for a given heating mode due to the use of several voltage regulators.

Известно устройство для индукционного нагрева (см. авторское свидетельство №1779265, С21D 1/42, бюл. №44, 1992 г.), содержащее станину, размещенные на ней трансформатор, механизм индукторов, механизм передачи индукторов от магазина к трансформатору и генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов, а с целью расширения номенклатуры обрабатываемых изделий и повышения производительности путем сокращения времени на замену индукторов магазин индукторов выполнен в виде диска с приводом его вращения, причем механизм передачи индуктора, его базирования и фиксации выполнен в виде Г-образной механической руки с приводом ее поворота в вертикальной плоскости, при этом трансформатор закреплен на конце руки, а механизм фиксации индуктора выполнен в виде запястья руки в форме одноплечевого рычага с вилкой, шарнирно соединенного с рукой.A device for induction heating is known (see copyright certificate No. 1799265, C21D 1/42, bull. No. 44, 1992) containing a frame, a transformer placed on it, a mechanism of inductors, a mechanism for transferring inductors from the store to the transformer and a high current generator frequency with a block of capacitors, and in order to expand the range of processed products and increase productivity by reducing the time to replace inductors, the inductors store is made in the form of a disk with a drive for its rotation, and the transfer mechanism of the inductor, its base The fixing and fixing is made in the form of a L-shaped mechanical arm with a drive for its rotation in the vertical plane, while the transformer is mounted on the end of the arm, and the locking mechanism of the inductor is made in the form of a wrist in the form of a single-arm lever with a fork pivotally connected to the arm.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: содержит трансформатор, механизм присоединения и фиксации индуктора, механизм базирования индуктора, трансформатор и генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов.Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed utility model: it contains a transformer, an inductor attachment and fixing mechanism, an inductor-based mechanism, a transformer and a high-frequency current generator with a block of capacitors.

Причины, препятствующие поставленной задаче: сложное по конструкции, невысокая эффективность при нагреве материала непосредственно перед механической обработкой детали, невозможность совмещения индукционного нагрева и поверхностно-упрочняющей обработки детали.Reasons that impede the task: complex in design, low efficiency when heating the material immediately before machining the part, the inability to combine induction heating and surface hardening of the part.

За прототип принято устройство индукционного нагрева для обработки поверхности резанием (см. патент РФ №2245927, С21D 1/42, В23В 1/00, бюл. №4, 2005 г.), содержащее индуктор, механизм присоединения и базирования индуктора, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, причем индуктор снабжен набором профильных пластин из трансформаторного железа и имеет защитный кожух, а механизм присоединения и базирования индуктора выполнен в виде инструмента с возможностью установки на металлорежущем станке.The prototype is an induction heating device for surface treatment by cutting (see RF patent No. 2245927, C21D 1/42, B23B 1/00, bull. No. 4, 2005), containing an inductor, a mechanism for connecting and basing the inductor, a transformer, a generator high-frequency currents with a block of capacitors and a switch, the inductor provided with a set of profile plates made of transformer iron and has a protective casing, and the mechanism for connecting and basing the inductor is made in the form of a tool with the possibility of installation on a metal cutting machine.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный в виде инструмента с возможностью установки на металлорежущем станке, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор.Signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed utility model: an inductor with a set of profile plates made of transformer iron, an attachment and basing mechanism of the inductor made in the form of a tool with the possibility of installation on a metal cutting machine, a transformer, a high-frequency current generator with a capacitor block and a switch.

Признаки, препятствующие поставленной задаче: невозможность использования для поверхностно-упрочняющей обработки деталей из-за отсутствия механизма обкатки, отсутствие механизма выдержки индукционного нагрева.Signs that impede the task: the inability to use parts for surface hardening due to the lack of a break-in mechanism, the absence of an induction heating holding mechanism.

Задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности устройства индукционного нагрева за счет изменения конструкции с целью использования для поверхностно-упрочняющей обработки деталей.The objective of the proposed utility model is to increase the efficiency of the induction heating device by changing the design in order to use it for surface hardening of parts.

Технический результат заключается в том, что устройство снабжено системой управления станка и задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики.The technical result consists in the fact that the device is equipped with a machine control system and a part heating time adjuster connected via an amplifier to the machine control system and a high-frequency current generator, and an obturator is mounted on the inductor, in the case of which reinforcing rollers are mounted to rotate around their axes.

Для достижения технического результата предлагается устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей, содержащее индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный с возможностью установки его на револьверной головке металлорежущего станка, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, отличающееся тем, что оно снабжено системой управления станка и задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики.To achieve a technical result, an induction heating device for surface hardening processing of parts is proposed, comprising an inductor with a set of profile plates made of transformer iron, an attachment and base mechanism for the inductor made with the possibility of installing it on the turret of a metal cutting machine, a transformer, a high-frequency current generator with a block capacitors and a switch, characterized in that it is equipped with a machine control system and a setpoint for heating the part under connected through an amplifier to the machine control system and the high-frequency current generator, and an obkatnik is mounted on the inductor, in the case of which reinforcing rollers are mounted with the possibility of rotation around their axes.

На Фиг.1 представлен общий вид устройства, смонтированного на токарно-винторезном станке, а на Фиг.2 - схема электрическая принципиальная для индукционного нагрева обрабатываемой детали.Figure 1 presents a General view of the device mounted on a turning screw cutting machine, and Figure 2 is a schematic electrical diagram for the induction heating of the workpiece.

Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей содержит индуктор 1, трансформатор 2, генератор токов высокой частоты 3 с блоком конденсаторов 4, смонтированный на револьверной головке 5 механизм присоединения и базирования индуктора 6, на котором закреплен обкатник 7, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики 8, коммутатор 9, задатчик времени 10, подсоединенный к генератору токов высокой частоты 3 и усилителю 11, который подсоединен к системе управления станком 12, обеспечивающей заданную скорость вращения Уд детали 13, установленной в шпинделе станка 14, и продольную подачу 5у револьверной головке 5. При этом обкатник 7 получает вращение со скоростью Гц, обеспечивая равномерность износа упрочняющих роликов 8 и минимальный разброс микротвердости обработанной поверхности детали.An induction heating device for surface hardening processing of parts comprises an inductor 1, a transformer 2, a high-frequency current generator 3 with a capacitor block 4, an induction mechanism 6 mounted and mounted on a turret 5, on which an inductor 6 is mounted, in which the housing is mounted with the possibility rotations around their axes, reinforcing rollers 8, switch 9, time dial 10, connected to a high-frequency current generator 3 and an amplifier 11, which is connected to a machine control system m 12, providing a given rotation speed Ud of the part 13 installed in the spindle of the machine 14, and a longitudinal feed 5 to the turret 5. In this case, the runner 7 receives rotation at a speed of Hz, ensuring uniform wear of the reinforcing rollers 8 and a minimum spread of microhardness of the machined surface of the part.

Устройство работает следующим образом. Индуктор 1 с помощью механизма присоединения и закрепления 6 устанавливается в револьверной головке 5 на позиции одного из инструментов. Револьверная головка фиксируется в положении, при котором возможна поверхностно-упрочняющая обработка при помощи обкатника 7, а обрабатываемая деталь 13 закрепляется в шпинделе 14 токарного станка. С помощью задатчика времени 10 устанавливается требуемое время индукционного нагрева материала поверхности детали 13. Используя систему управления станком 12, устанавливают заданную скорость вращения детали Уд и продольную подачу Su револьверной головки 5, а поперечным перемещением револьверной головки 5 создают требуемое усилие обкатки. При включении станка происходит одновременный индукционный нагрев детали до температуры, определенной задатчиком времени 10, и поверхностное упрочнение ее роликами 8 обкатника 7. Таким образом, в результате регулирования времени индукционного нагрева материала поверхности обрабатываемой детали и установки в револьверной головке обкатника становится возможным поверхностно-упрочняющая обработка деталей из различных конструкционных материалов с минимальными энергетическими затратами, минимальным временем обработки и высокими показателями качества поверхностного слоя.The device operates as follows. The inductor 1 using the attachment and fixing mechanism 6 is installed in the turret 5 at the position of one of the tools. The turret is fixed in a position in which surface hardening is possible using the runner 7, and the workpiece 13 is fixed in the spindle 14 of the lathe. Using the time dial 10, the required time of induction heating of the material of the surface of the part 13 is set. Using the control system of the machine 12, the desired speed of rotation of the part Ud and the longitudinal feed Su of the turret 5 are set, and by the transverse movement of the turret 5 create the required break-in force. When the machine is turned on, the induction heating of the part occurs to the temperature determined by the time setter 10 and surface hardening by the rollers 8 of the runner 7. Thus, as a result of the regulation of the time of induction heating of the material of the surface of the workpiece and installation in the turret revolving head, surface hardening becomes possible parts from various structural materials with minimum energy costs, minimum processing time and high displays quality of the surface layer.

Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей было смонтировано на токарном станке мод 1А620. Обработке подвергались валики из стали 20ХН2МА, имеющие диаметр 30 мм и длину обрабатываемой поверхности 120 мм. Были приняты следующие режимы поверхностно-упрочняющей обработки: скорость вращения детали V_∂=0,25 м/с, продольная подача револьверной головки S_u=0,2 мм/об., усилие обкатки Р=350 Н, время индукционного нагрева t=1 с при частоте тока силой 12А 16кГц, что соответствовало температуре нагрева материала в зоне откатки 400°С. Были получены следующие показатели обработки: основное время обработки - 0,45 мин., общие затраты электроэнергии - 1,8 кВт, средняя шероховатость обработанной поверхности детали - R_a=0,80 мкм, средняя микротвердость материала поверхностного слоя - 290 МПа, разброс микротвердости материала поверхностного слоя - 30 МПа.An induction heating device for surface hardening of parts was mounted on a lathe mode 1A620. Rollers made of steel 20XH2MA, having a diameter of 30 mm and a surface length of 120 mm, were subjected to processing. The following modes of surface hardening were adopted: the rotation speed of the part V _∂ = 0.25 m / s, the longitudinal feed of the turret S _u = 0.2 mm / rev, the break-in force P = 350 N, the induction heating time t = 1 s at a current frequency of 12A 16kHz, which corresponded to the heating temperature of the material in the rollback zone of 400 ° C. The following processing indicators were obtained: the main processing time is 0.45 min., The total energy consumption is 1.8 kW, the average roughness of the treated surface of the part is R _a = 0.80 μm, the average microhardness of the surface layer material is 290 MPa, the microhardness spread surface layer material - 30 MPa.

Для сравнения на этом же станке была проведена поверхностно-упрочняющая обработка выше указанных валиков из стали 20ХН2МА с использованием обычной схемы обкатки и рекомендуемых режимов (см., например, Папшев Д.Д. «Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием», М.: Машиностроение, 1978, 152 с.). Были получены следующие показатели обработки: основное время обработки - 1,35 мин., общие затраты электроэнергии - 2,4 кВт, средняя шероховатость обработанной поверхности детали - R_a=1,25 мкм, средняя микротвердость материала поверхностного слоя - 290 МПа, разброс микротвердости материала поверхностного слоя - 50 МПа.For comparison, the surface hardening treatment of the above mentioned rolls made of steel 20XH2MA was carried out on the same machine using the usual break-in circuit and recommended modes (see, for example, D. Papshev, “Finishing-hardening treatment by surface plastic deformation”, M .: Engineering, 1978, 152 p.). The following processing indicators were obtained: the main processing time is 1.35 min., The total energy consumption is 2.4 kW, the average roughness of the treated surface of the part is R _a = 1.25 μm, the average microhardness of the surface layer material is 290 MPa, the microhardness spread surface layer material - 50 MPa.

Таким образом, практическое использование в машиностроении предлагаемого устройства индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей позволяет в 3 раза повысить производительность обкатки, на 25% снизить энергозатраты, в 1,5 раза уменьшить шероховатость обработанной поверхности и почти в 1,7 раза уменьшить разброс микротвердости материала поверхностного слоя, существенно повысив износостойкость детали.Thus, the practical use in mechanical engineering of the proposed induction heating device for surface hardening of parts makes it possible to increase the run-in productivity by 3 times, reduce energy costs by 25%, reduce the surface roughness by 1.5 times and reduce the microhardness spread by almost 1.7 times material of the surface layer, significantly increasing the wear resistance of the part.

Claims (1)

Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей, содержащее индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный в виде инструмента с возможностью установки его на револьверной головке металлорежущего станка с системой управления, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, отличающееся тем, что оно снабжено задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики.

An induction heating device for surface hardening processing of parts, containing an inductor with a set of transformer iron profile plates, an inductor attachment and base mechanism made in the form of a tool with the possibility of installing it on a turret of a metal cutting machine with a control system, a transformer, a high-frequency current generator with a capacitor unit and a switch, characterized in that it is equipped with a part heating time adjuster connected via an amplifier to the control system the machine and the generator of high-frequency currents, and an inductor is mounted on the inductor, in the case of which reinforcing rollers are mounted with the possibility of rotation around their axes.