Проектирование индукционной установки для поверхностной закалки стальных валов в целях упрочнения машиностроительных изделий

Введение 8
Глава 1 Классификация индукционных установок 10
Глава 2 Технология индукционной закалки стальных изделий 13
Глава 3 Физические свойства индукционного нагрева 18
3.1 Физическая сущность индукционного нагрева 19
3.2 Явления, влияющие на распределение плотности тока в проводниках при индукционном нагреве 21
Глава 4 Модернизация индукционной установки для закалки стали 26
Глава 5 Математическое моделирование процесса закалки валов в индукционной установке 28
5.1 Тепловой расчет установки 28
5.2 Электрический расчет 29
5.3 Расчет охлаждения индуктора 35
Глава 6 Моделирование процесса закалки стальных валов в индукционной установке в программной среде Comsol Multiphysics 38
6.1 Математическое моделирование электродинамики и теплопроводности 38
6.2 Электромагнитная задача 40
6.3 Задача теплопроводности 41
6.4 Применение Comsol Multiphysics для моделирования электротехнологического процесса закалки стали в индукционной установке 44
6.5 Результаты моделирования электродинамического и теплового процессов 51
Глава 7 Безопасность эксплуатации электрической индукционной установки для закалки 53
Патентный поиск 62
6.1 Отчет о поиске патентов 62
Заключение 64
Список использованной литературы 65

Весь текст будет доступен после покупки

В современном промышленном производстве достаточно часто используется индукционный нагрев и закалка изделий, что обусловлено техническими преимуществами этого вида электротермического нагрева по сравнению с другими способами. Индукционный нагрев, широко применяется в различных отраслях промышленности и обладает массой таких преимуществ как: обеспечение высокой производительности, экономичность, автоматизация производства, улучшение условий труда, повышение качества нагреваемых заготовок, возможность достижения высокой температуры в нагреваемом материале, вплоть до температуры плавления, а также равномерное распределение температуры в объеме материала электрической энергии.
Индукционная закалка – наиболее экономичный и технически совер-шенный способ для поверхностного упрочнения и повышения твёрдости разнообразных деталей станков, машин и конструкций. Целью индукционной поверхностной закалки является получение высокой твердости поверхностного слоя при сохранении вязкой середины детали. Чтобы добиться такого упрочнения, производят быстрый нагрев детали на заданную глубину током, индуцированным поверхностным слоем металла с последующим охлаждением.
Поверхностное упрочнение разнообразных деталей очень распростра-нено. Поэтому появилась необходимость иметь большое разнообразие зака-лочных станков, установок и приспособлений. На многих заводах такие установки полностью автоматизированы, и нагрев деталей током высокой частоты введён в производственный поток.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ИНДУКЦИОННЫХ УСТАНОВОК
По своему назначению индукционные установки подразделяются на миксеры, плавильные печи и нагревательные установки. В зависимости от способа загрузки и вида работ различают периодического и непрерывного действия. Последние могут быть интегрированы в поточные и автоматиче-ские технологические линии. В частности, поверхностная индукционная за-калка заменяет дорогостоящие операции поверхностной закалки, такие как науглероживание, азотирование и т. д.
Индукционные фонемы — это индукционные установки, предназна-ченные для нагрева металлов и сплавов выше их температуры плавления и перегрева металла до температуры литья. К ним относятся электрические печи для плавки черных металлов и для плавки цветных металлов и сплавов. Миксеры используются как для нагрева жидкого металла до температуры разливки, так и для выравнивания его состава и поддержания его температуры.
Под индукционными нагревательными установками подразумеваются установки для нагрева деталей до температуры термической обработки или горячей деформации металла, т. е. ниже температуры плавления металла. Это — индукционные установки непрерывного нагрева для горячей деформации металлических деталей и установки для термической обработки (поверхностная закалка, отпуск и др.). По частоте тока источника питания индукционные установки делятся на печи и нагревательные установки низкой (промышленной) частоты (50 Гц), печи и нагревательные установки средней частоты (150—10000 Гц), печи и нагревательные установки высокой частоты (50—1000 кГц) и установки диэлектрического нагрева — установки сверхвысокой частоты (5—5000 МГц). По герметичности конструкции индукционные печи и нагревательные установки могут выполняться открытыми (работающими при атмосферном давлении воздуха), и закрытыми (вакуумные и вакуумно-компрессионные), то есть работающими или с разрежением воздуха внутри плавильного пространства, или с по¬вышенным давлением при заполнении рабочего пространства ней¬тральным газом (азотом, аргоном, водородом). Закрытые установки могут быть выполнены как вакуумно-компрессионные. По режиму работы различают печи и установки периодического действия (загрузка, плавка и разлив идут поочередно), полунепрерывного действия (загрузка, плавка и разлив идут с перекрытием одного времени другим), а также печи и установки непрерывного действий (загрузка и разлив идут одновременно). Наиболее рентабельными являются печи непрерывного действия, где индуктор включен в течение всего рабочего времени и загрузка печи или миксера происходит одновременно с разливом металла или вытягиванием слитка [1].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Крежевский, Ю. С. Электротехнологические установки: учебное пособие // Ульяновск : УлГТУ, 2016. — 83 c.
2. Константинов, В. М. Анализ процесса взаимодействия переменного электромагнитного поля с диффузионно-легированными стальными и чугунными порошками / В. М. Константинов, В. Г. Дашкевич, В. Г. Щербаков. — Минск : Белорусский национальный технический университет, 2016. — 141
3. Плешивцева Ю. Э., Попов А. В., Попова М. А., Деревянов М. Ю. Оптимальное проектирование индуктора для поверхностной закалки цилиндрических заготовок на основе численной двумерной модели // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2019. № 1. С. 40–50. DOI: 10.24143/2072-9502-2019-1-40-50. Слухоцкий, А. Е. Установки индукционного нагрева: учеб. пособие для вузов / А. Е. Слухоцкий [и др.]. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 328 с.
4. Брюер, В. Приемы моделирования индукционных печей в Comsol [Электронный ресурс] / В. Брюер // Comsol INC. – 2017.
5. Калганова, С. Г. Численное моделирование электротехнологиче-ских процессов с применением программного пакета Comsol Multiphysics / С. Г. [и др.] // Вопросы электротехнологии.- 2017. -№ 2(15). – С. 34-42.
6. Коста, Б. Анализ индуктивности при различных конфигурациях катушки [Электронный ресурс] / Б. Коста // Comsol INC. – 2016.
7. Паулюс, Б. Моделирование свободной конвекции в пакете Comsol Multiphysics [Электронный ресурс] / Б. Паулюс // Comsol INC. – 2017
8. Патент RU 180719 U1. Индукционное устройство для термообработки изделий с их вращением / Фомин Александр Александрович// заявлено 2017115438, 02.05.2017; опубл. 21.06.2018 Бюл. №18.
9. Долин, П.А. Справочник по технике безопасности / П.А. Долин. - 6-ое изд.- М.: Энергоатомиздат, 1985. - 824 с.
10. Занько, Н. Г. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов/ Н. Г. Занько, К. Р. Малаян, О. Н. Русак. – СПб.: Лань, 2008 - 672 с.
11. Охрана труда: учебник для студентов вузов / Б.А. Князевский [и др] ; под ред. Б.А. Князевский- 2-е изд. - М.: Высш. школа, 1982. – 275 с.
12. Кнорринг, Г.Н. Справочная книга для проектирования электриче-ского освещения / Г.Н. Кнорринг под ред. Г.Н. Кнорринг - Л.: Энергия, 1976. – 205 с.
13. Охрана труда в машиностроение: учебник для машиностроитель-ных вузов / Е.Я. Юдин [и др].; под ред. Е.Я. Юдин.- М.: Машиностроение, 1983. - 575 с.
14. Патент RU 2295579 C1,. Устройство для индукционно-термического оксидирования малогабаритных титановых изделий / Баранов В. С., Лашкевич О.Е., Тарарук Д. С., Бакка Д. С.// заявлено 2010153701/2, 27.12.2010; опубл. 20.10.2016 Бюл. №29.

Весь текст будет доступен после покупки