Спосіб керування індукційним розпресовуванням деталей

Спосіб керування індукційним розпресовуванням однотипних циліндричних деталей, який 3 струму синусоїдальної форми, що протікає в індукторі, згідно винаходу, попередньо визначають і задають максимальне значення частоти слідування імпульсів струму, температуру зовнішньої поверхні деталі (втулки), що нагрівають, далі здійснюють нагрівання деталі до заданого значення температури її зовнішньої поверхні при незмінній частоті слідування імпульсів струму, рівній заданому максимальному значенню, потім частоту слідування імпульсів струму знижують, стабілізуючи температуру зовнішньої поверхні деталі на заданому рівні аж до завершення процесу розпресовування. На Фіг.1 наведена схема пристрою індукційного розпресовування, що реалізує запропонований спосіб керування. На Фіг.2 - різнополярні імпульси струму синусоїдальної форми. На Фіг.3 - залежність Δtт(d) (Δtт - визначена різниця температур, d - діаметр валу). На Фіг.4 - залежність частоти f слідування імпульсів струму від часу t. Пристрій (Фіг.1), що реалізує запропонований спосіб керування, складається із циліндричної тонкостінної втулки 1, посадженої посадкою з натягом на вал 2. Втулка 1 і вал 2 (пара) виконані з однорідних електропровідних матеріалів. Знімний індуктор 3, виконаний у вигляді соленоїда, у внутрішній порожнині якого розташована втулка 1, з'єднаний із джерелом живлення, що формує імпульси струму синусоїдальної форми. Джерело живлення 4 з'єднано із задатчиком частоти f слідування імпульсів струму, що протікає в індукторі 3. Пірометр 6 контролює температуру зовнішньої поверхні втулки 1. Для розпресовування циліндричної пари деталей (втулки 1 - валу 2) джерело живлення 4 підключають до індуктора 3, пропускаючи по його обмотці різнополярні імпульси струму синусоїдальної форми (Фіг.2). Під дією електрорушійної сили (ЕРС), що наводиться у поверхневому шарі втулки 1, протікає змінний струм, який призводить до нагрівання втулки 1. За рахунок теплопровідності матеріалу втулки 1 відбувається нагрівання її внутрішніх шарів і на межі з'єднання втулки 1 з валом 2 створюється різниця температур Δtт=t1-t2, де t1 температура внутрішньої поверхні втулки 1, t2 температура поверхні валу 2. Розпресовування деталей, що полягає у ліквідації натягу посадки і створенні зазору, необхідного для безперешкодного зняття втулки 1 з валу 2, відбувається в момент часу, коли значення Δt досягає необхідного для цієї операції рівня Δtт. Тобто, у момент розпресовування Δt=Δtт. Час розпресовування деталей Тр, обумовлений періодом між моментом підключення джерела живлення 4 до індуктора 3 і моментом розпресовування, залежить від режиму індукційного нагрівання з'єднаних деталей. Змінюючи температурний режим нагрівання шляхом зміни параметрів імпульсів струму джерела живлення 4, можна впливати на тривалість Тр, зменшуючи її значення. У випадку розпресовування однотипних деталей характер такого впливу запропоновано визначати при виконанні першого розпресовування. Це дозволяє тиражувати (відтворювати) отриманий 92547 4 вплив при виконанні наступних операцій розпресовування деталей. Виходячи з відомої для використовуваного джерела живлення 4 залежності потужності Ρ нагрівання від частоти f слідування імпульсів струму за допомогою задатчика 5 визначають і задають максимальне значення частоти fм, що забезпечує максимальну потужність Рм нагрівання втулки 1. Значення Рм повинне перевершувати мінімальне значення потужності Рн нагрівання втулки 1, при якій забезпечується розпресовування деталей. Пропонується витримувати відношення Рм/Рн=1,5÷2. Потім задають температуру зовнішньої поверхні втулки tв, при якій забезпечується розпресовування деталей: tв=Δtт+К·tc, (1) де К - коефіцієнт пропорційності; tc - температура зовнішнього середовища. У більшості випадків втулки 1, посаджені на вал 2, виконуються тонкостінними, тому в момент розпресовування дотримується tB≈t1. Значення t2 пов'язане з початковою температурою вала tc співвідношенням t2=К·tc. (2) Коефіцієнт К характеризує ступінь нагрівання поверхні валу 2 у момент розпресовування К=1,5÷3. При розрахунку tв по формулі (1) приймають максимальне значення К=3. Це забезпечує рівень tв рівний або трохи перевищуючий необхідне для розпресовування значення цього параметра, що гарантує успішне виконання операції. Значення Δtт при розпресовуванні сталевих виробів одержують виходячи із залежності, наведеної на Фіг.3 (d - діаметр валу 2, - температурний коефіцієнт лінійного розширення з'єднаних деталей: для вуглецевих сталей у діапазоні температур від 20°С до 200°С середнє значення =(11,8÷2,66)·10-6град1 , легованих =(11,2÷17,5)·10-6град-1) [Випанасенко Н.С. Визначення питомої поверхневої потужності індукційного нагрівання з'єднань деталей, виконаних посадкою з натягом. Вісник Приазовського державного технічного університету, вип. №18, Ч.2, 2008. - с.131-137]. Після визначення значення tв нагрівання втулки 1 виконують із незмінною заданою частотою fм аж до досягнення поточним значенням температури зовнішньої поверхні втулки 1 заданого рівня tв. Контроль за досягнутим рівнем температури поверхні втулки 1 здійснюють за допомогою пірометра 6. Для цього доцільно використовувати пристрій для безконтактного вимірювання температури. У процесі наступного нагрівання втулки 1 аж до моменту розпресовування деталей частоту слідування імпульсів струму f знижують, стабілізуючи температуру зовнішньої поверхні втулки 1 на досягнутому заданому рівні tв. Це досягається зміною частоти f слідування імпульсів струму за допомогою задатчика 5, що можна здійснювати у ручному режимі. Зниження частоти f призводить до зниження потужності нагрівання втулки 1, що перешкоджає подальшому підвищенню температури на її поверхні. При розпресовуванні деталей встановлюють характер залежності частоти f проходження імпу 5 льсів струму індуктора 3 від часу t на часовому інтервалі розпресовуванні деталей Тр (Фіг.4). Для цього в процесі нагрівання втулки 1 реєструють час Тз роботи джерела живлення 4 з незмінним максимальним значенням частоти fм, а також значення частоти f на часовому інтервалі Тр-Т3. На інтервалі Тр-Тз характер зміни частоти f може бути різним (наприклад, криві 6, 7 і лінійна залежність 8). Для практичного відтворення при наступних розпресовуваннях залежності f(t) на цьому інтервалі найбільш простим у технічному виконанні варіантом є реалізація лінійної залежності 8. Тому криві 6 або 7 доцільно апроксимувати лінійною залежністю 8, що не призводить до істотної зміни режиму нагрівання. Встановлений характер залежності f(t) на часовому інтервалі 0÷Тр (Фіг.4) відтворюють за допомогою задатчика 5 частоти f слідування імпульсів струму при кожному наступному розпресовуванні однотипних деталей. Для цього задатчик 5 програмують на відтворення залежності f(t) в автоматичному режимі при кожному підключенні джерела живлення 4 до індуктора 3 з метою виконання чергового розпресовування деталей. При цьому контроль температури зовнішньої поверхні втулки 1 не здійснюють, покладаючись на ідентичність температурних режимів нагрівання. Позитивний ефект від використання запропонованого способу керування розпресовуванням деталей полягає в наступному. Реалізація режиму нагрівання з максимальною частотою fм слідуван 92547 6 ня імпульсів струму й потужністю Рм в інтервалі часу 0÷Тз сприяє форсованому нагріванню поверхні втулки 1 до температури tв. Це сприяє збільшенню теплового потоку, спрямованого до межі з'єднання втулки 1 з валом 2. Внаслідок цього різниця температур Δtт, яка необхідна для розпресовування деталей, досягається за більш короткий проміжок часу, тобто значення Тр зменшується. Зменшення часу Тр сприяє зниженню витрат енергії на виконання цієї операції. Обмеження температури нагрівання зовнішньої поверхні втулки 1 на рівні tв, що здійснюється шляхом зменшення частоти f слідування імпульсів струму, виключає перегрів поверхні втулки 1 і, як наслідок, знижує витрати енергії на виконання операції розпресовування. Встановлення характеру залежності f(t) та її відтворення в автоматичному режимі при кожному наступному розпресовуванні однотипних деталей дозволяє спростити процедуру керування процесом нагрівання, виключаючи операції контролю температури зовнішньої поверхні втулки 1 і зміни частоти f слідування імпульсів струму, здійснюваної задатчиком 5 у ручному режимі, що виконуються при першому розпресовуванні. Використання запропонованого способу керування розпресовуванням циліндричних деталей у лабораторних умовах свідчить про те, що час розпресовування Тр зменшується до 50% у порівнянні з режимом нагрівання з постійним значенням потужності Рн. Спостерігається також зниження до 40% витрат енергії на розпресовування. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 92547 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601