Induksjon krympefitting - Induction shrink fitting

Induksjons krympefitting refererer til bruk av induksjonsvarmerteknologi for å forvarme metallkomponenter mellom 150 ° C (302 ° F) og 300 ° C (572 ° F) og dermed få dem til å ekspandere og tillate innsetting eller fjerning av en annen komponent . Vanligvis brukes det lavere temperaturområdet på metaller som aluminium, og høyere temperaturer brukes på metaller som lav/middels karbonstål . Prosessen unngår endring av mekaniske egenskaper samtidig som komponenter tillates bearbeidet. Metaller ekspanderer vanligvis som svar på oppvarming og kontrakt ved kjøling; denne dimensjonelle responsen på temperaturendring uttrykkes som en termisk ekspansjonskoeffisient .

Prosess

Induksjonsoppvarming er en kontaktfri oppvarmingsprosess som bruker prinsippet om elektromagnetismeinduksjon for å produsere varme i et arbeidsstykke. I dette tilfellet brukes termisk ekspansjon i en mekanisk applikasjon for å passe deler over hverandre, f.eks. Kan en bøsning monteres over en aksel ved å gjøre dens indre diameter litt mindre enn akselens diameter, og deretter varme den til den passer over akselen , og la den avkjøle etter at den har blitt presset over akselen, og dermed oppnå en 'krympeform'. Ved å plassere et ledende materiale i et sterkt vekslende magnetfelt kan elektrisk strøm strømme inn i metallet og derved skape varme på grunn av I 2 R -tapene i materialet. Den genererte strømmen flyter hovedsakelig i overflatelaget. Dybden på dette laget bestemmes av frekvensen til det vekslende feltet og materialets permeabilitet . Induksjonsovner for krympefitting faller inn i to brede kategorier:

Nettfrekvensenheter som bruker jernkjerner

Nettfrekvensenheten, ofte referert til som en lagervarmer, bruker standard transformatorprinsipper for driften. En intern vikling er viklet rundt en laminert kjerne som ligner på en vanlig netttransformator. Kjernen føres deretter gjennom arbeidsstykket, og når primærspolen får strøm, dannes en magnetisk strømning rundt kjernen. Arbeidsstykket fungerer som en kortslutningssekundær av transformatoren som er opprettet, og på grunn av induksjonslovene flyter en strøm i arbeidsstykket og varme genereres. Kjernen er normalt hengslet eller klemt på en eller annen måte for å tillate lasting eller lossing, som vanligvis er en manuell operasjon. For å dekke variasjoner i deldiameter vil de fleste enhetene ha ledige kjerner tilgjengelig som bidrar til å optimalisere ytelsen. Når delen er oppvarmet til riktig temperatur, kan monteringen foregå enten for hånd eller i den aktuelle jiggen eller maskinpressen .

Strømforbruk

Lagervarmere varierer vanligvis fra 1 kVA til 25 kVA og brukes til å varme deler fra 1 til 650 kg (2,2 til 1,433,0 lb), avhengig av applikasjonen. Kraften som kreves er en funksjon av vekten, måltemperaturen og syklustiden for å hjelpe til med å velge mange produsenter som publiserer grafer og diagrammer.

Industrier og applikasjoner

  • Jernbane - girkasser, hjul, girkasser
  • Maskinverktøy - dreiebenkgirkasser, møller
  • Stålverk - rullelager, rullehalsringer
  • Kraftproduksjon - forskjellige generatorkomponenter

På grunn av behovet for å sette inn en kjerne og også for å være effektiv, må kjernen være relativt nær hullet til delen som skal varmes opp, det er mange anvendelser der ovennevnte tilnærming til lagervarmer ikke er mulig.

Solid state MF- og RF -varmeovner

I de tilfellene der driftskompleksitet negerer bruken av en kjernefrekvent tilnærming, kan standard RF- eller MF -induksjonsvarmer brukes. Denne typen enhet bruker svinger av kobberrør viklet inn i en elektromagnetisk spole . Det er ingen kjerner nødvendig. Spolen må bare omgi eller settes inn i delen som skal varmes opp, noe som gjør prosessen automatisert. En annen fordel er muligheten til ikke bare å krympe passende deler, men også fjerne dem.

RF- og MF -varmeapparatene som brukes for krymping av induksjon, varierer i effekt fra noen få kilowatt til mange megawatt, og kan avhenge av komponentens geometri/diameter/tverrsnitt i frekvens fra 1 kHz til 200 kHz, selv om de fleste applikasjonene bruker området mellom 1 kHz og 100 kHz.

Generelt sett er det best å bruke den laveste praktiske frekvensen og den lave effekttettheten når du foretar krympemontasje, da dette generelt vil gi jevnere fordelt varme. Unntaket fra denne regelen er ved bruk av varme for å fjerne deler fra sjakter. I disse tilfellene er det ofte best å sjokkere komponenten med rask varme, dette har også fordelen av å forkorte tidssyklusen og forhindre oppbygging av varme i akselen, noe som kan føre til problemer med at begge deler ekspanderer.

For å velge riktig effekt er det nødvendig å først beregne den termiske energien som kreves for å heve materialet til ønsket temperatur på den tildelte tiden. Dette kan gjøres ved å bruke varmeinnholdet i materialet som er normalt uttrykt i kW timer per tonn, vekten av metallet som skal bearbeides og tidssyklusen. Når dette er fastslått må andre faktorer som utstrålte tap fra komponenten, spoletap og andre systemtap tas med i betraktningen. Tradisjonelt innebar denne prosessen lange og komplekse beregninger i forbindelse med en blanding av praktisk erfaring og empirisk formel. Moderne teknikker bruker endelige elementanalyser og andre datastøtte produksjonsteknikker , men som med alle slike metoder er det fortsatt nødvendig med grundig arbeidskunnskap om induksjonsoppvarmingsprosessen. Når du bestemmer deg for den riktige tilnærmingen, er det ofte nødvendig å vurdere arbeidsstykkets totale størrelse og varmeledningsevne og dets ekspansjonskarakteristikker for å sikre at nok bløtleggingstid får en jevn varme gjennom komponenten.

Utgangsfrekvens

Siden krympefitting krever en jevn oppvarming av komponenten som skal utvides, er det best å prøve å bruke den laveste praktiske frekvensen når man nærmer seg oppvarming for krympefitting. Igjen kan unntaket fra denne regelen være når du fjerner deler fra sjakter.

Industrier og applikasjoner

Det er et stort antall bransjer og applikasjoner som drar fordel av induksjonskrymping eller fjerning ved bruk av solid state RF- og MF -varmeovner. I praksis kan metodikken som benyttes variere fra en enkel manuell tilnærming der en operatør monterer eller demonterer delene til helautomatiske pneumatiske og hydrauliske pressarrangementer.

  • Automotive starter ringer på svinghjul
  • Tannhjul til veivaksler
  • Motorstatorer inn i motorlegemer
  • Motoraksler i statorer
  • Fjernelse og ny montering av en gassturbin impeller
  • Fjerning og montering av hule bolter i elektriske generatorer
  • Montering av rullelager med høy presisjon
  • Krympemontering av 2-takts veivaksler for skipsmotorer

Fordeler ulemper

Fordeler:

  • Prosessstyrbarhet - I motsetning til en tradisjonell elektrisk eller gassovn krever induksjonssystemet ingen forvarmesyklus eller kontrollert nedstengning. Varmen er tilgjengelig på forespørsel. I tillegg til fordelene med rask tilgjengelighet ved nedbrytning i produksjonen, kan strømmen slås av og dermed spare energi.
  • Energieffektivitet - På grunn av at varmen som genereres i komponenten, er energioverføringen ekstremt effektiv. Induksjonsvarmeren varmer bare delen, ikke atmosfæren rundt den.
  • Prosesskonsistens - Induksjonsoppvarmingsprosessen produserer ekstremt jevn konsistent varme, noe som ofte gjør at mindre varme kan brukes til en gitt prosess.
  • Ingen åpen ild - Dette gjør at induksjonsoppvarming kan brukes i en lang rekke applikasjoner i flyktige miljøer, spesielt i petrokjemiske applikasjoner.

Den største ulempen med denne prosessen er at den generelt er begrenset til komponenter som har en sylindrisk form.

Se også

Referanser

Merknader

Bibliografi

  • Davies, John; Simpson, Peter (1979), Induction Heating Handbook , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8.
  • Rapoport, Edgar; Pleshivtseva, Yulia (2006), Optimal kontroll av induksjonsoppvarmingsprosesser , CRC Press, ISBN 0-8493-3754-2.
  • Rudnev, Valery; Kjærlig, Don; Cook, Raymond; Black, Micah (2002), Handbook of Induction Heating , CRC Press, ISBN 0-8247-0848-2.

Eksterne linker