ьпч.ьч
ББК 34.651
С34
УДК 621.78.01.5
Рецензент А. С. Ковалев
Сидоренко В. Д.
С34 Применение индукционного нагрева в машинострое-
нии. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. —
231 с., ил.
В пер.: 95 к.
В книге обобщен опыт использования токов высокой частоты в машинострое-
нии; описаны оборудование и способы технологической обработки деталей в по-
точно-механизированных линиях нагрева и термообработки тракторных деталей;
даны рекомендации по использованию т. в. ч.; приведены результаты исследова-
ний и расчетов по проектированию действующего оборудования на тракторострои-
тельных предприятиях, описаны особенности его эксплуатации.
Книга предназначена для инженерно-технических работников всех отраслей
машиностроения.

ББК 34.651
6П4.51
©	Издательство,«Машиностроение», 1980 г.
Предисловие
Электротермическое оборудование широко применяется при вы-
пуске мощных тракторов «Кировец» в производственном объеди-
нении «Кировский завод». Здесь выпущено 250 000 тракторов
«Кировец», которые получили высокую оценку в нашей стране
и за рубежом.
Повышение эксплуатационного ресурса трактора (в 1980 г.
он будет доведен до 7000—8000 мото-часов) — одна из первосте-
пенных задач коллектива объединения.
В объединении успешно применяется высокоэффективная тех-
нология изготовления и термообработки многих деталей, достиг-
нуто повышение их стойкости.
Специфика крупносерийного производства тяжелых колесных
тракторов К-701 непосредственно связана с внедрением способов
термоэлектрической обработки деталей и сборочных единиц ма-
шин. Решены, например, вопросы повышения контактной проч-
ности сателлита, тепловой стойкости диска фрикциона, несущего
основную нагрузку в эксплуатации трактора, и многие другие.
Стойкость дисков трения в результате создания новой марки стали
и термообработки ее токами высокой частоты увеличилась
вдвое.
Целый ряд разработок ждет своего завершения. Автор ставил
своей задачей показать, что при большом многообразии видов и
способов нагрева одним из наиболее перспективных является
индукционный нагрев. Нагрев, например в газопламенных или
электрических печах, отличается малой скоростью нарастания
температуры деталей, длительностью процесса, большим удель-
ным расходом теплоносителя и сопутствующих вспомогательных
затрат. Нагрев в электромагнитном поле имеет много присущих
только ему особенностей и подтвердил свои преимущества на ряде
технологических процессов тракторостроения. Эти преимущества
обоснованы технико-экономическими показаниями применения
токов высокой частоты при изготовлении тяжело нагруженных
в эксплуатации деталей, изготовленных из новых и мало приме-
нявшихся ранее марок-сталей. Оборудование и способы техно-
логической обработки этих деталей в ряде случаев защищены ав-
торскими свидетельствами на изобретения и представляют собой
поточно-механизированные линии нагрева и термообработки.
Книга содержит рекомендации инженерного использования
токов высокой частоты в практике машиностроения. В ней от-
сутствуют сложные математические расчеты, которые мало при-
менимы. Результаты~исследований7играсчетов автором исполь-
зуются как бы косвенно и представлены на примере действующего
оборудования. В разработке и внедрении этого оборудования при-
нимали участие коллективы многих институтов и предприятий,
Работа является обобщением опыта многих исполнителей.
1*	3
Формирование современных взглядов на индукционный нагрев
как непременную эффективную технологическую стадию изгото-
вления деталей трактора «Кировец» заложили лауреат Ленинской
премии канд. техн, наук А. Д. Горячев, П. М. Кремнев и др.
Вне сомнения, этому способствовали тесные деловые контакты
с директором ВНИИ ТВЧ им. В. П. Вологдина В. В. Вологдиным
и сотрудниками института. Широкому внедрению индукцион-
ного нагрева в кузнечном производстве предшествовали научное
руководство и непосредственное участие в пусконаладочных ра-
ботах и отработке технологии канд. техн, наук А. Н. Шамова,
В. Г. Шевченко, В. К- Андреева и др. Весьма существенны и по-
лезны работы д-ра техн, наук Г. Ф. Головина и канд. техн, наук
А. Д. Демичева в исследовании свойств сталей и отработке техно-
логического процесса закалки т. в. ч. многих тракторных деталей.
В работах по широкому внедрению в практику индукционного
нагрева тиристорных преобразователей частоты и автоматических
схем регулирования, выполненных на полупроводниковых эле-
ментах, активное участие принимали д-р техн, наук проф. А. В.
Донской, канд. техн, наук Е. И. Беркович, Л. А. Яковлев и др.
Работы В. А.Бодажкова направлены на унификацию средств на-
грева при массовом изготовлении деталей трактора «Кировец»
и отличаются творческой индивидуальностью.
Основными показателями прогресса народного хозяйства яв-
ляются, как известно, повышение производительности труда и
улучшение качества выпускаемой продукции. Этому способствует
освоение новой техники, внедрение достижений науки в произ-
водство. Примером может служить разработка и внедрение в про-
изводство трактора К-701 и его модификаций. Созданию этой ма-
шины предшествовали организационно-технические мероприятия,
связанные с разработкой прогрессивной технологии, проведением
стендовых и опытно-промышленных испытаний, а также проекти-
рованием, изготовлением и наладкой специальных (нестандарт-
ных) станков, автоматов, поточных линий, разработкой и исполь-
зованием нового высокопроизводительного оборудования.
В данной книге излагаются особенности комплексных техно-
логических процессов изготовления тракторных деталей и сбороч-
ных единиц, в которых используется индукционный нагрев.
В этих процессах типовое оборудование, выпускаемое электротер-
мической промышленностью, в значительной степени модерни-
зировано и введено в общетехнологический процесс.
Свойства деталей трактора при их изготовлении и эксплуата-
ции, методьГвосстановления’'и’ремонта'при поломках сходны с та-
ковыми для деталей других транспортных'средств и поэтому
интересуют широкий круг специалистов.
Предложения и замечания по книге автор просит присылать
по адресу: Ленинград, 191065, ул. Дзержинского, д. 10, ЛО
изд-ва «Машиностроение».
Глава I
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА В МАШИНОСТРОЕНИИ
1. Классификация оборудования для индукционного
нагрева
Многообразие оборудования, используемого для индукционного
нагрева материалов, полуфабрикатов неготовых изделий, выпол-
ненных преимущественно на металлической основе, вызывает
необходимость ввести общее понятие «устройство для индукцион-
ного нагрева». Это устройство включает в себя комплекс соеди-
ненных в определенной последовательности функциональных эле-
ментов: источник электрической энергии; преобразователь элек-
трической энергии одного рода тока в другой; нагрузочный эле-
мент (потребитель электрической энергии); блок преобразования
электрической энергии в тепловую; технологическая приставка;
блок управления и контроля электрическим режимом технологи-
ческого процесса; блок управления и контроля технологическим
режимом процесса; сооружение и вспомогательное оборудо-
вание.
Такое определение устройства для индукционного нагрева
условно принципиально отличается от общего понятия электро-
термической установки, но наиболее полно отражает сущность
нагревательных устройств, применяемых в различных производ-
ствах среднего и тяжелого машиностроения. Составные элементы
устройства для индукционного нагрева как автономно, так и в
единстве между собой выполняют определенную, только им при-
сущую роль, поэтому целесообразно дать их краткое технологи-
ческое определение и определить назначение.
Источник электрической энергии устройства для индукцион-
ного нагрева — зависимый или независимый (автономный) блок
питания с комплексом пускорегулирующей аппаратуры, обеспе-
чивающий электрической энергией - весь технологический цикл
индукционного нагрева.
/С зависимым блокам питания следует в данном случае отнести
те, которые включены непосредственно в промышленную энерго-
сеть предприятия по высокому или низкому’напряжению постоян-
ного или переменного тока. Примером может служить питающий
трансформатор плавильной установки. К независимым блокам
питания относятся автономные источники, которые вырабатывают
электрическую энергию в период технологического цикла нагрева
независимо от промышленной энергосети предприятия. Примером
независимого блока питания служит система дизель—преобразо-
ватель, аккумуляторная батарея и т. п.
5
О> СХЕМА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИНДУКТОРОВ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ
Нагревательный индуктор
—>1	Тип электромагнитного поля			1—1	Продольное	|	Поперечное	|	Замкнутое	|
						
			—>1	Внутреннее	|	Внешнее	|	Открытое '	|
						
—*1	Исполнение индуктора		1	*1	Разъемный	|	Неразъемный	|	С магнитопроводом	|	
						
			—1	Тигельный	|	Канальный	|	Без	магннтопровода • |
				-		
—>1	Характер окружающей среды		1—1		С естественным перемешиванием	|
						
			—*1		С принудительным перемешиванием	|
						
		1	Защитная атмосфера	|	>	Окислительная	
					>	Безокислнтельная	
*					>	Нейтральная	
			>1	Атмосферный воздух	1	*1	Вакуум |	>|	Повышенное	давление
С X Е М А 2. КЛАССИФИКАЦИЯ (ИНДУКТОРОВ ПО МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
						агшч1га1ви1го1
						эпнЦэвэянод
СО О. о		I Групповая 1	| Многорядная |			
Выгрузка из индукт< 4-						->	oiqgoMHirod
						awHdoxBsoirg
						эннЦэрнш
						
		I Подетальная 1	| Одиорядиая |			
						Э1чнс1эмну
						OHHXHHJewodxMaiTG
						wairon nnhxhhjbw э
						
в индукторе						ЦОННО1ГЭВ8 gogoiruax э
						QodaKBM tfOHXHhiBBOiruai э
S м О							
О СО m							
а> S £ & о S 0) о.						91чнч[гэхем1го1	
						ai4Hdava9Ho}i	
К		| Непрерывная |				QHHHBQBdBg	
о. о м КС .						anaoMHirod	
				к со ж CQ 3 о. 0)		anndoiBaairg	
						aNHdaHHAg	
Загрузка в ии 	4		|	Разовая |		с 0) ж >. о с	*>	aHHdou uairni	
						-i ♦, эн в dap ищ	
						ЭПНХЭЗЗВ^	
—						shhxhhjb^v	
						dHHHOHTiBdpHg	
						wodoxdouoHBdx wHiaiaji э	
—	snaoMHirod
—	ai4H4iraxB>nroi
—	aiaHHBpBdBg
—	aHHdoxesaire
—	энДкивлвш
—	airtnoiXdHOBirXn
—	ai4H4ira3XdB>i
—	Э1ЧНЧ1ГЭННО1
—	sMHdaHHy
-	ai4HXHHJBWodxMaif£
—	HodaxdouoHBdx wnHuaTi Э
|	Плавильные	|	ЭННЧ1ГЭЛН1
	аннч1гвнв>1
	aiqHHOg
	каннвангп -awadau ннмоаннн •BxowodxMoire Э
	waHHBaHmawadou W14HXHHJBW э
8
Источник электрической энергии является непременной со-
ставной частью устройства для индукционного нагрева, узлы и
элементы которого входят комплектующим оборудованием в
устройство для индукционного нагрева, питающегося непосред-
ственно от энергосети. Преобразователь электрической энергии
устройства для индукционного нагрева является промежуточным
звеном между источником питания и нагрузочным элементом и
преобразует один род тока в другой, как правило, более высокой
частоты и напряжения. Преобразователь электрической энергии
может отсутствовать как составной элемент в устройстве для ин-
дукционного нагрева.
Нагрузочный элемент устройства для индукционного нагрева
представляет собой колебательный контур резонансного типа,
содержащий конденсаторы и катушки индуктивности, включен-
ные на выходе преобразователя электрической энергии и являю-
щиеся согласованной или рассогласованной нагрузкой. Основное
назначение нагрузочного элемента в устройстве для индукцион-
ного нагрева — согласовать преобразователь электрической энер-
гии одного рода тока в другой с блоком преобразования электри-
ческой энергии в тепловую.
Блок преобразования электрической энергии в тепловую со-
держит нагревательный элемент — индуктор, связанный электро-
магнитным полем с нагреваемым телом. Назначение блока пре-
образования электрической энергии в тепловую состоит в том,
чтобы энергию электромагнитного поля, запасенную в нагрузоч-
ном элементе, передать в нагреваемое тело в виде э. д. с. взаимо-
индукции и за счет электрических и магнитных потерь преобра-
зовать эту э. д. с. в теплоту. Блок преобразования электрической
энергии в тепловую является основным элементом устройства
для индукционного нагрева, обеспечивающим непрерывность
и законченность технологического цикла нагрева обрабатывае-
мого тела.
Технологическая приставка устройства для индукционного
нагрева содержит систему технологического оборудования, свя-
занную с блоком преобразования электрической энергии в тепло-
вую и с устройством в целом и обеспечивающую ведение техно-
логического процесса в определенной последовательности и за-
данном режиме. Технологическая приставка определяет назна-
чение для индукционного нагрева Охарактеризует его технологи-
ческую применяемость. Ч
Г Блок управления и контроля энергетического-'режима] устрой-
ства для индукционного нагрева содержит систему датчиков,
исполнительных органов,'контрольно-измерительных Оуправля-
ющих приборов.
Классификация оборудования определяется в основном типом
индуктора и его технологическим назначением (схема 1), а также
видом механизации (схема 2).
2. Основы применения устройств для индукционного нагрева
в производственных условиях
Электротермическое оборудование для индукционного нагрева
проектируется и выпускается электротермическими предприя-
тиями с учетом общих условий и требований к нагреву. Блочное
исполнение и рекомендуемая компоновка иногда не могут быть
использованы без изменения при внедрении какой-либо техно-
логии с предварительным нагревом.
Круг задач, которые решаются при выборе такого оборудова-
ния, определяется по двум направлениям: по степени использо-
вания производственных мощностей машиностроительное произ-
водство может быть полностью освоенным и для его расширения
или модернизации вводятся дополнительные технологические
участки, в том числе с индукционным нагревом, без остановки
основного производства. Это реконструкция «в действующем
цехе», обязывающая технолога и электротермиста прежде всего
выбрать энергоноситель (газ, электроэнергия и т. п.) и определить
степень реконструкции — устанавливать ли покупное'ъборудова-
ние без переделки или приспособить его к конкретным условиям
с какой-то долей конструктивных и технологических изме-
нений.
В другом случае машиностроительное производство может
полностью или частично создаваться вновь. В этих условиях за-
дачи технолога и электротермиста несколько отличаются и сво-
дятся к наиболее рациональному освоению «пустых» производ-
ственных площадей. В обоих случаях как проектирование,’так
и конкретное производственное внедрение начинается с техниче-
ского задания на разработку оборудования. Осуществление тех-
нологического процесса предполагает наличие близкого извест-
ного прототипа в смежной или иной отрасли производства либо
создание нового технологического процесса на более высоком
уровне.
Теория расчета индукторов и высокочастотной установки
в целом в настоящее время достаточно хорошо разработана, однако
технологи ставят всегда новые и новые задачи. Выбору оборудова-
ния и его компоновке предшествует этап технологических, энер-
гетических и технико-экономических исследований.
Повсеместное внедрение атомной энергетики, ограниченность
природных энергетических источников сырья обязывают во многом
пересмотреть устаревшие взгляды на возможность применения
электро нагрева только в ограниченных объемах. Практика пока-
зывает, что традиционно неэлектротермические процессы, такие,
как низкотемпературная сушка материалов и изделий, нагрев
заготовок под пластическую деформацию и прочие, оказываются
не только экономически целесообразным^, но в некоторых слу-
чаях и единственно возможными (при нагреве т. в. ч.). Более того,
электротермические устройства часто определяют технико-эко-
Ю
комическую целесообразность не только электронагрева, но и
всего технологического комплекса в целом.
Использование индукционного нагрева, например при резке
прутков и труб, увеличивает производительность в 10—15 раз,
снижает расход режущего инструмента и металла, а догрев прутков
между прокатными станами черновой и чистовой клетей предпо-
лагает экономию в натуральном выражении до 1 млн. руб. в год
и более для прокатного стана средней .мощности. Таким образом,
при выбранном виде энергоносителя определяют тип устройства
для индукционного нагрева и его компоновку по следующим вспо-
могательным условиям.
1.	Параметры материалов и изделий, предназначенные для
нагрева, должны включать сведения о самом материале: физиче-
ские и химические свойства, такие, как марка стали, удельное
электрическое сопротивление, магнитная проницаемость, темпе-
ратура плавления и другие, а также сведения об изделии в целом:
механическая прочность, кривизна, габаритные размеры, масса,
конфигурация и т. д.
2.	Технологический процесс нагрева должен быть обусловлен
предшествующими и последующими технологическими операциями
с указанием необходимого температурного режима и характера
нагрева, скорости нагрева и охлаждения (если это необходимо),
точности поддержания температуры самого изделия или рабочего
пространства нагревательной камеры, способа загрузки и выг-
рузки и др.
3.	Данные по производительности должны быть как по штукам,
так и в тоннах для каждого отдельного изделия (заготовки) и
для всей номенклатуры в целом; особое внимание обращается на
соответствие технических параметров нагревательного средства
техническим параметрам основного технологического оборудова-
ния, к которому оно йривязано. Например, производительность
кузнечного индукционного нагревателя не должна быть ниже про-
изводительности обслуживаемого пресса, характер загрузки и
выдачи изделий в данном случае определяется поштучно или
комплектами, а также указываются общий разовый объем загрузки
и почасовая или суточная производительность.
4.	Качественные.показатели технологического процесса вклю-
чают глубину и скорость набрева, окончательную твердость по-
верхностного слоя, максимально допустимую температуру на-
грева с допуском на отклонение, методы контроля в процессе на-
грева и после технологической обработки.
5.	Характер энергетической сети предприятия, цеха, участка
определяет такие факторы в выборе устройств для индукционного
нагрева: необходимость в дополнительных или основных понизи-
тельных подстанциях, одно- или многофазность нагревателя, раз-
мещение источников питания и преобразователей непосредственно
на технологическом участке или за его пределами, необходимость
в подводе воды, сжатого воздуха, масла и пр.
11
6.	Состав оборудования для конкретной технологии должен
обеспечивать' максимально возможное его использование с уче-
том механизации и автоматизации самого нагревательного устрой-
ства и примыкаемых к нему других технологических участков и
оборудования, например мойки, очистки, правки и др.
7.	Количественные и качественные показатели оборудования
для нагрева с учетом их резервирования, максимального исполь-
зования, рациональной стоимости должны создавать наилучшие
условия обслуживающему персоналу для достижения максималь-
ной производительности. Случаи простоя, возможных аварий
учитываются при комплектовке и расстановке вспомогательного
оборудования, обеспечивающего ремонт и эксплуатацию нагрева-
тельных средств. Так, базу по изготовлению и ремонту индукторов
следует располагать в непосредственной близости от основных
нагревательных средств, а ее обслуживающий персонал должен
быть хорошо осведомлен о принципе работы и конструкции всего
устройства для индукционного нагрева.
8.	Выбор компоновки устройства для индукционного нагрева
осуществляется в полном соответствии с правилами: устройства
и эксплуатации электрических промышленных установок; тех-
нического обслуживания электротермических устройств; техники
безопасности и пожарной безопасности, а также с действующими
правилами на данном конкретном предприятии и с учетом обеспе-
чения наилучших условий для обслуживающего персонала. К этой
группе вопросов относятся системы внешней вентиляции, дымо-
и газоудаления, теплового и электромагнитного экранирования,
транспортировки изделий и пр.
9.	Важно, чтобы выбор оборудования был согласован с техно-
логическими системами участка, здания, поэтому параллельно
выполняется проект строительной части здания, разработка про-
екта по промышленным проводкам (энерго- и водоснабжение,
канализация, кондиционирование и др.).
10.	Одним из важнейших этапов в выборе оборудования для
индукционного нагрева является организационная структура
принятого технологического процесса. В массовом производстве,
например, при закалке для определенной группы деталей может
использоваться высокопроизводительный закалочный станок, ра-
ботающий от одного мощного источника питания или группа из
нескольких однотипных закалочных станков, работающих от
автономных источников питания. Их компоновка и энергопри-
вязка, естественно, будут различны, но в обоих случаях это может
быть выполнено рационально или нерационально.
На рис. 1 показаны варианты компоновки устройства для за-
калки тракторных деталей с питанием от тиристорного преобра-
зователя частоты. Видно, что выполнение тиристорных преобра-
зователей частоты в комплекте с нагревательным блоком и зака-
лочным (технологическим) устройством, так называемое комплекс-
ное исполнение, значительно полезнее, чем блочное. Экономится
12
электроэнергия за счет снижения потерь на высокочастотных ка-
бельных трассах, снижается стоимость конструкторских, произ-
водственных и строительно-монтажных работ, улучшаются техно-
логичность процесса, а также условия наладки и ремонта всего
комплекса.
Вариант компоновки целого участка термообработки шестерен
с закалкой и отпуском на группе станков, питающихся от электро-
машинных преобразователей (рис. 2),. также дает представление
о влиянии организационной структуры технологического про-
цесса.
Закалка шестерен по впа-
дине производится на зака-
лочных станках автономно
(рис. 2, а) от типовых зака-
лочных высокочастотных
установок И32-100/8. Элек-
тромашинные преобразова-
тели загружены не пол-
ностью, так как процесс
нагрева длится 1 —1,5 с.
В паузах происходят под-
стуживание, охлаждение и
иные операции. В это время
преобразователь работает на
холостом ходу. При проек-
тировании и эксплуатации
комплексных участков воз-
никает возможность пере-
строить полностью структуру
участка термообработки, для
этого в схему типовой высо-
кочастотной установки до-
статочно внести незначи-
Рис. 1. Компоновка устройства для
закалки тракторных деталей с пита-
нием от тиристорного преобразователя
частоты: а — блочное исполнение; б —
комплексное исполнение;
1 — трансформаторная подстанция; 2 — ав-
томат пусковой; 3 — тиристорный преобра-
зователь частоты; [4 — нагревательный блок
с закалочным трансформатором: 5 — пульт
управления; 6 — закалочный станок
тельные изменения. Поставив закалочные ‘станки на последова-
тельно-параллельный режим работы от одного, преобразователя,
можно значительно освободить технологический участок от из-
лишних блоков- и целых установок.-
Участок термообработки (рис. 2, б) работает по режиму: ка-
ждые четыре станка параллельно от одного преобразователя
(один преобразователь в резерве). Особенностью данного участка
является и то, что простым изменением характера загрузки от-
пускной печи освобождается линия отпуска деталей. В зависимо-
сти от размеров рабочего окна печи шестерни подаются в первом
случае плашмя, а во втором — на ребро, благодаря чему загрузку
печи можно увеличить с четырех шестерен до восьми.
11.	При решении организационной структуры участка с ис-
пользованием индукционных установок большую роль играет
принцип автономности технологических операций или их агрегат-
13
йоё использование. Для Машиностроительного производства, ха-
рактеризуемого массовостью, поточные линии отвечают самым
жестким требованиям. Так, в комплект трактора «Кировец» для
навесных механизмов входит 26 тарельчатых пружин. Ежегодная
Рис. 2. Групповой участок т. в. ч. закалки деталей с питанием от электрома-
шинных преобразователей: а — автономная работа преобразователей; б — по-
следовательно-параллельная работа преобразователей;
1 — трансформаторная подстанция; • 2 — блок пуска преобразователя; 3 — электро-
машинный преобразователь; 4 — блок контакторный; 5 — блок охлаждения преобра-
зователя; 6 — закалочный станок; 7 — конвейер для транспортировки деталей; 8 —
отпускная электропечь; 9 — конвейер термообработаниых деталей
программа составляет более 500 тыс. этих деталей. Тарельчатая
пружина вырубается из горячей полосы на прессе, формуется в го-
рячем виде на другом прессе, термообрабатывается, очищается
и т. д. Преимущества агрегатной технологической обработки та-
рельчатой пружины при одном и том же виде энергоносителя —
электроэнергии — показаны на рис. 3. Агрегатная обработка
машиностроительных деталей с индукционным нагревом пред-
полагает участие обслуживающего персонала на определенных опе-
рациях или полную автоматизацию заданного технологического
процесса. Автоматическая линия термообработки дисков трения
(рис. 4) трактора К-701 включает автоматическую загрузку,
нагрев перед закалкой, выравнивание температуры, охлаждение
справкой в правильном прессе. Кроме того сюда входят повторный
нагрев перед отпуском, выдержка,"охлаждение, электромагнитный
контроль качества термообработки, повторная правка и отбра-
ковка, а также автоматическая выгрузка готовых деталей. Опе-
ратор-термист в этом процессе не участвует.
14
Из приведенных примеров ясно, что выбор оборудования как
для одного агрегата, устройства, так и для всего технологического
комплекса в целом требует от проектировщика и эксплуатацион-
ника знания технико-экономических преимуществ и сущности
Рис. 3. Вырубка с формовкой и термообработкой
тарельчатой пружины трактора К-700 (техноло-
гическая планировка): а — нагрев в электро-
печах; б — нагрев в индукторе;
1 — печь электрическая камерная Н-85; 2 — пресс криво-
шипный усилием ?50 тс; 3 — пресс винтовой фрикцион-
ный усилием 160 тс; 4 — бак закалочный для масла; 5 —
печь электрическая шахтная ПН-34; 6 — полуавтомати-
ческий индукционный нагреватель; 7 — ленточный
конвейер; 8 — автомат для индукционного догрева
пружины после формовки; 9 — закалочио;моечный агре-
гат; 10 — проходная отпускная электропечь
Рис. 4. Функциональная схема автоматической линии термообработки ди-
сков трения:
1 — стол автоматической загрузки дисков; 2 — индукционный нагреватель дисков
под закалку; 3 — радиационный электронагреватель для выравнивания температуры;
4 — гидравлический пресс для правки и закалки; 5 — моечная машина; 6 — индук-
ционный нагреватель для отпуска дисков; 7‘— радиационный электронагреватель
для выдержки; 8 — гидравлическая камера охлаждения для термоотпуска; 9 — элек-
тромагнитный контрольный пост качества термообработки; 10 — пост гидравли-
ческой повторной правки; 11 — пост отбраковки дисков; 12 — стол автоматической
выгрузки дисков
того или иного технологического и электротермического устрой-
ства, а также требований, предъявляемых к нему. В этом плане
интересно рассмотреть устройство для индукционного нагрева
как потребителя электрической энергии.
Устройства для индукционного нагрева в любом технологиче-
ском процессе выступают прежде всего как потребители электри-
ческой энергии и характеризуются со стороны питающей сети
15
основными показателями: потребляемой мощностью, коэффици-
ентом мощности потребителя cos ф, к. п. д. нагревателя т], ста-
бильностью напряжения питающей энергосети At/, удельным рас-
ходом электроэнергии р на тонну нагреваемого металла. Разно-
образие нагревателей по принципам конструирования и техно-
логической принадлежности требует индивидуального подхода
к определению того или иного показателя.
Рис. 5. Темпы роста потребления электроэнергии по видам нагрева
при изготовлении трактора «Кировец»:
1 — нагрев на штамповку; 2 — закалка; 3 — резка; 4 — плавка; 5 — отпуск;
6 — нагрев иа производство инструмента; 7 — пайка
Характерной особенностью современного машиностроитель-
ного производства является постоянное увеличение потребления
электроэнергии для индукционного нагрева. На графике рис. 5
представлены темпы роста потребления электроэнергии индукци-
онными нагревателями при производстве трактора К-701.	1
Тракторное производство металлоемко и включает в себя
большой объем металлургических процессов, таких, как литье,
штамповка, термообработка и др. Все эти процессы используют
нагревательные средства, главные из которых—электротермиче-
ские. Так, доля пламенного нагрева природным газом за этот же
период уменьшилась в общем объеме примерно на 30% и по тем-
пам и абсолютному росту значительно уступает электронагреву.
1G
Использование мазута для нагрева прекратилось вообще, а пар
используется эпизодически. Анализ потребления энергии свиде-
тельствует о явной тенденции к расширению объемов использова-
ния устройств с большими установленными мощностями. Если
в начальный период наиболее энергоемкими при плавке были сред-
ства для индукционного нагрева (до 1000 кВт), то к настоящему
времени кузнечные индукционные нагреватели мощностью 1000—
1600 кВт используются повсеместно. Возросли абсолютные мощ-
ности и при термообработке от 60—1Q0 кВт до 250—500 кВт,
особенно в поточном производстве.
Устройства для индукционного нагрева, работающие не на
частоте 50 Гц, имеют преобразователь, который может представлять
для электросети двигательную(электромашинный преобразователь)
или статическую (ламповый генератор) нагрузку со сравнительно
низким коэффициентом мощности. Электромашинные преобразо-
ватели большой мощности (например, ВГВФ 1580—2500) исполь-
зуются в этом случае с приводными синхронными двигателями и
компенсируют коэффициент мощности cos ф всего завода. Характер
потребления электроэнергии из сети и на высокой частоте пред-
ставлен в табл. 1 для двух параллельно включенных машин типа
ВГВФ 1580—2500 при штамповке деталей. Количественные пока-
затели наглядно демонстрируют, как уровень освоения электро-
термического устройства в целом влияет на степень его исполь-
зования.
Таблица 1. Среднемесячное потребление электроэнергии
двумя преобразователями типа ВГВФ 1580—2500,
параллельно включенными на нагрев при штамповке
Год,	месяц	Средне- месяч- ное по- требле- ние по высокой частоте, кВт- ч	Удель- ный рас- ход элек- троэнер- гии на 1 т на- гретого металла по сети, кВт ч/т	Год, месяц		Средне- месяч- ное по- требле- ние по высокой частоте, кВт-ч	Удель- ный рас- ход элек- троэнер- гии на 1 т на- гретого металла по сети, кВт- ч/т
1968,	ИЮЛЬ	534 600	2470	1977,	ИЮЛЬ	490 000	880
1968,	август	704 100	2460	1977,	август	440 000	820
1968,	сентябрь	724 200	3080	1977,	сентябрь	326 000	690
1968,	октябрь -	845 000	2450	1977,	октябрь	645 000	980
1968,	ноябрь	842 800	2940*	1977,	ноябрь	530 000	900
1968,	декабрь	943 600	2100	1977,	декабрь	1 040 000	1270
На основании этих показателей вопросам рационального
использования источников питания необходимо уделять должное
внимание. Например, по внешней характеристике электромашин-
ного преобразователя видно, что потери в стали от магнитного
потока на холостом ходу превышают потери при нагрузке. На
графиках (рис. 6) услгтпа.ьпрпдгтппприут пр-гРрцч пр^трпчирр гтпт
на холостом ходу Для	10018, включенного
i
на нагрев шестерен «по впадине». Цикл нагрева одной впадины
в этом случае длится 1,5 с, а технологическая пауза (подстужива-
ние — охлаждение) — 4 с — время, когда преобразователь ра-
ботает на холостом ходу. При хорошо составленной циклограмме
работы станков потери на холостой ход можно свести до минимума,

о
о
и„
о
И„
Рис. 6. График потерь электроэнергии на хо-
лостом ходу преобразователя ВПЧ-100/8 при
закалке шестерни ([/хх — напряжение холостого
хода; 0я — напряжение нагрузки) •
ристорные преобразователи частоты
и термообработке. Как потребители
ства для индукционного нагрева по
о
о
полностью загрузив
преобразователь.
Таким образом, од-
ной из тенденций при-
менения индукционных
нагревателей как по-
требителей электроэнер-
гии является не только
увеличение мощности на
единицу оборудования,
но и включение этого
оборудования с наи-
большим коэффициен-
том испол'бзования во
времени.
Характерной особен-
ностью современных
устройств для индук-
ционного нагрева яв-
ляется замена электро-
машинных преобразо-
вателей частоты стати-
ческими, в частности
тиристорными преобра-
зователями частоты.
Доля тиристорных пре-
образователей частоты
для кузнечных нагрева-
телей при штамповке
деталей трактора К-701
составляет более 30%.
Значительно меньшее
применение имеют ти-
при плавке металлов
электроэнергии устрой-
потребляемой мощности
имеют следующий размерный ряд (кВт), применяемый в тракторо-
строении: 10; 25; 50; 100; 160; 200; 250; 500; 750; 800; 1000; 1600;
3200; 5000.
При наличии серийно выпускаемых источников питания от
50 до 1500 кВт меньшие разовые мощности получают включением
параллельно двух и более нагревателей на один источник, пи-
тания, а большие мощности —включением параллельно от двух
18
до Шести преобразователей на один нагреватель. Коэффициент
мощности потребителя (нагревателя) cos ср зависит, как известно,
от типа устройства для индукционного нагрева, в промышленных
условиях его численное значение колеблется в широких пределах.
Как для промышленной частоты, так и на средних и высоких ча-
стотах коэффициент мощности компенсируется установкой кон-
денсаторных батарей с настройкой на резонансную частоту по-
следовательного или параллельного .-колебательного контура.
Допускается принимать в эксплуатацию устройства для индукци-
онного нагрева с опережающим коэффициентом мощности cos ср =
= 0,85 <0,95. Коэффициент полезного-действия нагревателя ц
зависит от целого ряда факторов и имеет поэтому несколько наиме-
нований, главные из которых электрический, термический и об-
щий. Для технолога в первую очередь важен общий к. п. д. уста-
новки т]у, который определяется из выражения г]у = Д^трэт)и,
где Л/, Лэ! Ли — к- п- Д- термический, электрический и источ-
ника питания.
Термический к. п. д. характеризует устройство по тепловым
потерям в окружающее пространство. Для его увеличения исполь-
зуют футеровку нагревателей или индукторов с высокими техно-
логическими характеристиками, например на основе жароупор-
ных бетонов. В некоторых случаях используют тепловые потери
для предварительного подогрева обрабатываемого материала.
Электрический к. п. д. учитывает потери электрической энер-
гии в токопроводах, индукторах, конденсаторах и излучаемые
электромагнитным полем. Потери в индукторах, токопроводах
можно снизить за счет увеличения сечения проводника или повы-
шения коэффициента использования сечения меди, выполняя это
сечение по определенной форме.
Повышение электрического к. п. д. достигается также за счет
увеличения коэффициента связи системы индуктор—-деталь, т. е.
за счет снижения зазоров между ними или за счет выполнения
индуктора соленоидного типа бесконечной длины.
Одним из важнейших требований к современным устройствам
для индукционного нагрева является их надежность. Для обеспе-
чения надежности увеличивают зазоры между токопроводом и на-
греваемой деталью, увеличивают габаритные размеры конденса-
торных батарей, шинопроводов и т. д., что приводит к снижению
электрического к. п. д.
Необходимо отметить, что электрический к. п. д. в настоящее
время может являться вторичным по отношению к технологично-
сти устройства. К- п. д. источника питания в зависимости от типа
источника (электромашинный преобразователь частоты, ламповый
генератор, тиристорный преобразователь частоты, сетевой транс-
форматор и т. д.) изменяется в широких пределах, но нормативно
должен быть не ниже 65%. Вполне естественно, что он зависит
не только от типа источника, но и от режима его использования
(рис. 6).
19
При заданной конструкции индукционного Нагревателя и
выбранном типе источника питания задача повышения к. п. д.
устройства сводится к улучшению организационно-технических
мероприятий, направленных на снижение расхода электроэнергии
в процессе эксплуатации электротермического оборудования.
При этом значительную роль играют такие показатели, как ста-
бильность напряжения питающей сети и удельный расход элек-
троэнергии на тонну нагреваемого металла.
Машиностроительное предприятие является многоплановым
и в разное время суток резко переменным по энергопотреблению.
Механообрабатывающие цехи работают преимущественно в две
смены с перерывами на обед и пересменки. Нагревательные сред-
ства, установленные в едином технологическом потоке, например
закалочные и отпускные агрегаты, устройства для наплавки, пайки
и т. п., работают в режиме общих технологических потоков, и для
них напряжение питающей сети, остается преимущественно по-
стоянным в течение всего времени работы. Для нагревательных
средств с непрерывным технологическим процессом'или работаю-
щих периодически в три смены (литейные, кузнечные и др.) на-
пряжение питающей сети нестабильно во времени. В дневнук^смену
оно понижено, а в ночное время, обеденные перерывы и т. д., на-
оборот, повышено. Это приводит к увеличению или уменьшению
времени нагрева деталей, снижению или повышению мощности
нагрева и как результат к резкому изменению термического к. п. д.
нагревателя. В этом случае изменяется не только общий к. п. д.
установки, но может отмечаться и брак обрабатываемой продукции.
Характерно, что устройства для индукционного нагрева с источ-
никами питания, имеющими значительный момент инерции,
не чувствительны к изменениям в питающем напряжении. В то же
время безынерционнные источники питания, такие, как тиристор-
ные преобразователи частоты, резко реагируют на колебания в сети.
Качество нагрева от т. п. ч. заметно искажается при работе в днев-
ное и вечернее время; требуется разработка и установка в их
схемах специальных устройств стабилизации напряжения питаю-
щей сети.	в
Под удельным расходом электроэнергии принято понимать за-
траты электроэнергии в киловатт-часах на единицу массы, объема,
поверхности нагреваемого тела. Наиболее широко используется
в машиностроении удельный расход электроэнергии в киловатт-
часах на 1 т нагреваемого металла или на 1 шт. нагреваемого изде-
лия. В экономических расчетах в понятие «нагреваемый металл»
входит масса обработанной продукции, например штамповки,
поковки и т. п. В термическом производстве преимущественное
применение нашел удельный расход на штуку обработанной про-
дукции. В связи с тем что поштучное измерение удельных расхо-
дов условно и применимо только для конкретного материализован-
ного вида продукции (ось, полуось, вал, шестерня и т. д.), в ос-
новном при определении себестоимости й трудоемкости этой про-
20
дукции, целесообразно рассмотреть динамику удельных расходов
электроэнергии на 1 т нагреваемого металла. В зависимости от
принятой технологии при обработке металла, а также от выбранной
конструкции устройства для индукционного нагрева удельный
расход электроэнергии может изменяться в значительных преде-
лах Например, при резке штанг (прутков) с предварительным ин-
дукционным нагревом можно использовать частоту переменного
тока промышленной сети 50 Гц или среднюю частоту переменного
тока 500 Тц и более, где требуется преобразователь частоты.
К- п. д. преобразователя частоты скажется на общем удельном
расходе электроэнергии на 1 т нагреваемого металла. В то же время
использование преобразователя частоты для нагрева тех же прут-
ков под резку в зонах реза (поясковый нагрев) или всего прутка
(сплошной нагрев) даст совершенно иной результат. Решающее
влияние будет оказывать не к. п. д. преобразователя, а принятая
технология нагрева. Фактически измеренный удельный расход
электроэнергии при нагреве и изготовлении деталей трактора
К-701 дан в табл. 2. Из таблицы видно, что удельный расход элек-
троэнергии на 1 т нагреваемого металла в большей степени зави-
сит от принятой технологии и состояния электротермического
устройства и в значительно меньшей — от исходных характеристик
источника питания.
Для машиностроительных заводов, являющихся потребите-
лями электротермического оборудования, важными являются не
только техническая характеристика этого оборудования, но и усло-
вия его эксплуатации. В зависимости от условий эксплуатации
средств индукционного нагрева можно значительно уменьшить
удельный расход электроэнергии на единицу продукции и тем
самым снизить затраты на изделие в целом. Основные пути сни-
жения удельного расхода электроэнергии: повышение коэффи-
циента использования оборудования, нагрев при высоком коэффи-
циенте мощности нагрузки, сокращение времени нагрева и сни-
жение тепловых потерь. Кроме расхода электроэнергии на основ-
ной технологический процесс осуществляется, как правило, до-
полнительный расход электроэнергии на вспомогательные опе-
рации при этом процессе (затраты на работу электродвигателей,
маслоохладительных станций,' систем водоснабжения и т. п.).
Электроэнергия требуется также на вспомогательные операции
при эксплуатации электротермического устройства (режим на-
ладки оборудования и настройки на оптимальные условия,
пробные и контрольные нагревы, нагрев в период ремон-
тов и т. п.).
Задача увеличения коэффициента использования электротер-
мического оборудования — это прежде всего повышение роли ос-
новных технологических операций. Периоды переналадок и ре-
монтов должны быть сокращены До минимума, работа вспомога-
тельных систем построена на самоокупаемости энергетических
затрат, т. е. с использованием вторичного сырья путем его
21

переработки или регенерации (использование отходов после
очистки, отработанных эмульсолов, окалины и т. п.).
Коэффициент использования оборудования в целом в немень-
шей степени зависит от уровня использования его номинальной
мощности, а также от режима повторного включения нагрева.
Снижению удельного расхода электроэнергии способствует при-
ведение коэффициента мощности нагрузки к величине, близкой
к 1 так как это свидетельствует о режиме потребления оптималь-
ной мощности при высоком к. п. д. устройства.
Сокращение времени нагрева помогает добиваться снижения
тепловых потерь, повышает производительность и во многих слу-
чаях положительно сказывается на получении более качественных
показателей конечного продукта обработки. Например, увеличе-
ние скорости нагрева сателлита при закалке т. в. ч. с 2 до 1,5 с
значительно улучшает микроструктуру закаленного слоя изделия.
Способность к введению больших удельных мощностей в нагревае-
мое тело за короткое время — одно из существенных преимуществ
индукционного нагрева перед другими видами (газ, электро-
печи и пр.).
Эксплуатационный удельный расход электроэнергии можно
представить следующей зависимостью:
Рэв = Wakik^ksk^,	(1)
гДе Рэв — эксплуатационный расход электроэнергии на единицу
массы обрабатываемого металла, кВт-ч/т; Wa — теоретически
необходимые затраты электроэнергии, кВт-ч/т; G — масса од-
ного изделия, обрабатываемого с нагревом, т; kY = (тн + тхх)/т„ —
коэффициент, учитывающий режим повторного включения; тп —
фактическое время нагрева, ч; тхх — время, в течение которого
включен источник питания устройства для индукционного на-
грева на холостом ходу, ч; = Люм/Лтгр — коэффициент за-
грузки нагревателя по мощности; Рном — номинальная мощность
источника питания по сети, кВт; PHdrp— мощность нагрева-
теля, кВт; = (Ртехн + /5всп)/^,техн — коэффициент технологич-
ности устройства для индукционного нагрева; Ртехн — установлен-
ная мощность нагревателя, расходуемая на технологический на-
грев, кВт; Рвеп — установленная мощность потребителей вспомо-
гательного технологического ' оборудования (электродвигатели,
насосы и т. п.), кВт; = (Рср 4- Pn0T)/Pcv — коэффициент, учи-
тывающий тепловые потери; Рср — средний расход электроэнер-
гии на единицу продукции за единицу времени, кВт-ч; Рпот—
тепловые потери нагревателя за единицу времени, кВт-ч; k5 =
= (тф + тпр)/тф — коэффициент, учитывающий фонд рабочего вре-
мени оборудования с учетом простоя; тф — годовой фонд рабочего
времени оборудования, ч; тпр — годовой фонд времени простоя
оборудования на ППР, переналадки, ремонт и т. п., ч.
Уравнение (1) можно представить в виде
РэШ = WeGk^kskJ^,
(2)
23
где Рэш — эксплуатационный расход электроэнергии на 1 шт.
обрабатываемой продукции в год, кВт-ч/шт.
Пример. Имеем два преобразователя типа ВГВФ 1580—2500, включен-
ных параллельно на четыре индукционных нагревателя к прессам усилием
4000 тс. Потребляемая мощность преобразователя 2000 кВт, f = 2400 Гц, мощ-
ность каждого нагревателя 750 кВт. Годовая программа штамповки 22 000 т.
Температура нагрева заготовок 1250° С; теоретический расход электроэнер-
гии 380 кВт- ч/т; работа двухсменная; годовой фонд времени работы оборудова-
ния 3320 ч. В течение года один нагреватель капитально ремонтировался в тече-
ние 15 дней по 8 ч (что составило 120 ч); два нагревателя ремонтировались из-за
пробоя индуктора (время ремонта 38 ч); один нагреватель стоял две смены по 7 ч
(что составило 14 ч) из-за поломки пресса. Нагреватели выключались также на
период обеда в течение 1 ч и между сменами 0,5 ч. Переналадки для смены осна-
стки на другой типоразмер штампуемой детали производятся через каждые
14 смен в течение 2 ч. В расчетном году 241 рабочий день.
тхх = 482 ч (время на обед) + 120,5 ч (время на пересменки) + 276 ч (смена
оснастки) + 52,5 ч (ремонты) = 931 ч; тн = 3320 ч-4—931 ч = 13 280 ч —
— 931 ч = 12 349 ч; й, = (12 349 + 931)/12 349 = 1,07;
Рном = 2000 кВт-2 = 4000 кВт; РнаГр = 750 кВт-4 = 3000 кВт; fe2 =
= 4000/3000= 1,33;
Ртехн == 750 кВт; РВсп = 25 кВт (мощность привода пресса) + 17 кВт (мощ-
ность обрезного пресса) + 7 кВт (мощность механизма транспортировки дета-
лей) + 11 кВт (мощность электродвигателя системы водоохлаждения) = 60 кВт;
k3 = (750+ 60)/750= 1,08;
Т аблица 3. Расчет экономической эффективности	*
от внедрения двухручьевого индукционного нагревателя
для нагрева под штамповку тракторных деталей на прессе КГШП-6300 тс
Показатели	До вне- дрения	После внедре- НИЯ	Показатели	До вне- дрения	После в недре- ^ния
Годовой вы- пуск штамповок, т Годовой объем нагреваемого ме- талла, т Производитель- ность индукцион- ного нагревате- ля, т/ч Расход элек- троэнергии на на- грев 1 т, кВт-ч/т Стоимость 1 кВт-ч, руб. Затраты на штампы, руб./т Угар металла в окалину, % Средняя стои- мость 1 т метал- ла, руб.	4700 5550 1,7-2,0 625 0,0077 12,48 1,4 120,0	4700 5550 3,0—4,0 380 0,0077 10,2 1,0 120,0	Стоимость ин- дукционного на- гревателя, руб. Процент амор- тизационных от- числений Затраты на электроэнергию, руб. Затраты на штампы, руб. Затраты на угар	металла в окалину, руб. Затраты на амортизацию на- гревательного оборудования Суммарная се- бестоимость, руб./т	65 019 16,6 5,68 12,48 1,98 2,30 22,44	34 787 16,6 3,45 10,20 1,41 1,23 16,29
Примечание. Годовой экономический эффект 33,4 тыс. ру окупаемости капитальных затрат 1,04 года.					б.; срок
24
р,,р= 540 кВт-ч/т; Рпот = ПО кВт-ч/т; й4= (540 + 110)/540 = 1,2; k6
= (3320-1 + 931)/13 280 = 1,06.
Таким образом,
рэ0 = 380-1,07-1,33-1,08-1,2-1,06 = 750 кВт-ч/т.
Исходя из расчетной величины потребления электроэнергии на единицу
«яссы опоеделяют удельные ее затраты. При нормативной стоимости
0,0077 руб/(кВт-ч) эти затраты составят: 750-0,0077-2,5 = 14,4 руб.
Эксплуатационные затраты по электроэнергии так же, как
и удельные эксплуатационные расходы в киловатт-часах на еди-
ницу продукции, полученные расчетным путем или замеренные
фактически, мало могут сказать об экономической эффективности
индукционного нагрева для данной технологии в целом. Поэтому
только комплексное изучение всех статей, влияющих на себестои-
мость и эффективность технологического процесса, как в процессе
освоения новой техники, так и во время эксплуатации, может
дать полное представление о преимуществах того или иного вида
нагрева.
До настоящего времени технико-экономические показатели
в электротермическом производстве оцениваются условно, и пока
нет единой установленной методики определения экономической
Таблица 4. Расчет экономической эффективности
от внедрении закалки т. в. ч. муфт и шестерен трактора К-700
Показатели	До внедрения	После ' внедрения
Годовая программа (на 1972 г.—второй год внедрения), т - Средняя производительность установок, шт./ч Норма времени на термообработку одной детали, нормо-ч Установленная мощность оборудования, кВт Стоимость 1 кВт-ч, руб. Капитальные затраты (стоимость единицы оборудования), руб. Процент амортизационных отчислений Количество рабочих смен Количество рабочих в смену Тарифная часовая ставка с доплатой пре- мии, коп. Годовой фонд времени, ч Затраты на электроэнергию, руб. Затраты иа зарплату с доплатой и отчис- лениями, руб. руЗатРаты на амортизацию оборудования, Суммарная себестоимость, руб./т	45 250 12 0,083 105 для ЛАЦ; 100 для ВВС 0,0077 9157 для ЛАЦ; 1700 для ВВС 18 3 2 0—50,6 4550 0,131 0,09 0,036 0,256	54 250 60 0,0166 120 0,0077 17 000 8,4 2 1 0—50,6 3993 0,0154 0,009 0,026 0,050
Примечание. Годовой экономический эффект 10 тыс. руб.
Т а бл и ц а 5. Средняя стоимость 1 т нагребаемого металла
при изготовлении трактора К-701
Внд нагрева	Тип оборудования	[ Трудо- емкость, иормо-ч	Рас- ценка, руб.
Нагрев под резку:			
газом	Газопламенная камерная печь	0,42	5,93
т. в. ч.	Нагреватель промышлен- ной частоты	0,72	3,10
Нагрев под ковку:			
газом	Газопламенная камерная печь	5,23	2,70
т. в. ч.	Индукционный проходной нагреватель	3,87	2,45
Нагрев под штам- повку:			
газом	Газопламенная камерная печь	4,30	2,30
т. в. ч.	Индукционный нагреватель методического действия	2^8	2,00
Нагрев под термооб- работку;			Г2,20
газом	Проходные нормализацион- но-закалочные агрегаты	18,00	
т. в. ч.	Индукционный нагреватель проходной	10,00	4,12
Нагрев под термооб- работку в защитной			
среде:			
газом н электро- энергией	Безмуфельные агрегаты и электропечи	27,00	108,00
т. в. ч.	Поточные позиционные ли- нии	8,30	23,00
Нагрев под термооб- работку с повышенной			
твердостью:			
радиационный	Электропечи с защитной сре- дой	21,00	64,00
т. в. ч.	Специализированный станок	4,00	12,00
Нагрев под высадку деталей:			
радиационный	Электропечи садочного типа	5,00	7,00
т. в. ч.	Проходной индукционный нагреватель	1,45	18,50
Нагрев под штам-	Одноручьевой индукцион- ный нагреватель	0,70	5,68
повку Т. в. ч.	Двухручьевой индукцион- ный нагреватель	0,25	3,45
	Спецстанок индивидуально-	15,60	8,80
Нагрев под закалку шестерен по впадине	го пользования и электропечь садочного типа	и 21,00	и 64,00
с отпуском Т. в. ч.	Спецстанок	группового	13,40	9,90
	пользования и проходная электропечь	и 4,00	и 12,00
26
эффективности использования индукционного нагрева в народном
хозяйстве. Однако отраслевые нормативные показатели не могут
быть приняты за основу ввиду их полной разобщенности и неста-
бильности по отношению к другим производствам. Выбор опти-
мального технологического варианта термической обработки, как
и любого иного вида обработки с применением нагрева деталей,
не может быть однобоким и основываться только на объеме про-
изводства и стоимости технологического оборудования.
Методика [22 ] устанавливает единые принципы определения
экономической эффективности новой техники с целью обоснования
ее наилучших вариантов. Обоснование преимуществ индукцион-
ного нагрева перед другими видами — это прежде всего подтвер-
ждение повышенных технико-экономических показателей произ-
водства, социальных или других преимуществ, полученных на
разных стадиях внедрения: на уровне научных исследований, при
разработке новых технологических процессов, в период эксплу-
атации при совершенствовании оборудования и способов органи-
зации и управления этими процессами и оборудованием. Полу-
чение экономического эффекта, рассчитанного за определенный
период и на заданную программу, — главный критерий целесо-
образности использования в будущем предложенного или эксплу-
атируемого в настоящее время технологического процесса. Рас-
четы экономической эффективности некоторых технологических
процессов изготовления тракторных деталей с использованием
нагрева т. в. ч., выполненные по методике, принятой в ПО «Ки-
ровский завод», дают представление о составе основных произ-
водственных затрат и характере их изменения в процессе внедре-
ния мероприятия (табл. 3, 4).
Таблица 6. Средний расход топлива иа 1 т
нагреваемого металла при изготовлении трактора К-701
Вид нагрева	Тип детали	Расход электро- энергии (кВт.ч/т), газа (м3/т)
Нагрев под резку: газом т. в. ч.	- • Нагрев под ковку: газом т. в. ч. Нагрев под штамповку: газом т. в. ч. Нагрев под термообработку: газом и электроэнергией т. в. ч.	Прутки длиной 2—7 м Поковки 7—25 кг Заготовки 2—12 кг Диски трения, тарель- чатые пружины н т. п.	163 170 304 630 320 800—400 320 + 600 560
т. в. ч.	Шестерни	500—980
27
По фактическим данным, а также по результатам расчетов тех-
нико-экономической эффективности использования индукцион-
ного нагрева имеем сводные показатели средней стоимости 1 т
нагреваемого металла при изготовлении трактора К-701 (табл. 5)
и удельные расходы теплоносителя при различной технологии
(табл. 6).
3. Эксплуатационные характеристики средств
индукционного нагрева и повышение моторесурса
тракторных деталей, обработанных т. в. ч.
Опыт эксплуатации средств индукционного нагрева в различных
производствах имеет важное экономическое и техническое значе-
ние для совершенствования конструкции трактора в целом и улуч-
шения его эксплуатационных характеристик в частности. Так,
например, в технологическом процессе производства трактора
«Кировец» с использованием индукционного сквозного нагрева
изготавливается более 500 деталей, с использованием поверх-
ностного нагрева—около 100 деталей.
Качество термообработки таких деталей, как, например, ку-
лака, оси тормозной колодки, шлицевых валов, шестерен различ-
ных модулей и наименований, фланцев, дисков, вилок й др.,
всецело зависит от эксплуатационных характеристик средств на-
грева. Известно, что отступление от установленных характеристик
при нагреве металла, начиная от плавки в индукционной печи,
в процессе резки заготовок, ковки или штамповки, при механиче-
ской обработке, вплоть до последней операции —зачистки, шли-
фовки или термообработки, — приводит к браку изделия.
Качество обработки металла, качество изделий, выполненных
с применением индукционного нагрева, зависит от технического
состояния средств нагрева‘в большей степени, чем где-либо.
Значительного улучшения качественных показателей можно
добиться при творческом содружестве служб предприятия — ме-
хаников, энергетиков, конструкторов, испытателей, контроле-
ров и других в поддержании номинальных характеристик нагре-
вательных средств и доведении их до исполнителей.
На любом предприятии оценка технического состояния средств
нагрева должна выполняться комплексно и включать такие не-
пременные методы и приемы, как проведение в установленные сроки
профилактических, текущих и капитальных осмотров и ремонтов;
проведение испытания систем и узлов по высоковольтному и ча-
стотному пробою; гидравлические испытания систем водоохла-
ждения; вибрационный и электрический контроль состояния
футеровок индукторов; проведение контрольных режимов нагрева
при номинальных параметрах в условиях короткого замыкания
и холостого хода. Сюда же относятся контроль влажности изоля-
ции токонесущих частей и уровня биений вращающихся узлов,
замеры и введение в технологические карты расходов электроэнер-
28
гии, воды, воздуха, масла, сбор и анализ статистических данных
по оптимальным режимам нагрева и по вероятностным их откло-
нениям.	„
Приведем несколько типовых примеров. Срок эффективной
работы индуктора для закалки сателлита во многом определяется
материалом изоляции между нагреваемой поверхностью шестерни
и токоведущим проводом, примыкающим к нему, так как зазор
между ними порядка 0,1 мм. Опытный выбор в качестве изоляции
коллекторного миканита по сравнению с другими изоляционными
материалами увеличил срок службы индуктора более чем в 10 раз.
Были исключены прожоги на сателлит и, таким образом, повышено
его качество.
Аварийная посадка ротора электромашинного преобразователя
типа ВГВФ 1580—2500 на статор приводит к задирам железа и
обмоток, длительному простою и трудоемкому ремонту. После
ремонта с ручной или машинной шлифовкой железа задиры
устранить полностью не удается, поэтому могут возникнуть после-
ремонтные межвитковые и межобмоточные пробои, что приводит
к повторным авариям и ремонтам. Кроме того, выходное напряже-
ние генератора даже при поддержании стабильной нагрузки ко-
леблется из-за дефектов шлифовки и качественно влияет на равно-
мерность нагрева заготовок при горячей штамповке. Применение
способа обработки ротора электролитическим раствором с комби-
нированным пропусканием тока между пластинами железа пол-
ностью снимает задиры. Ремонт преобразователя быстрый и ка-
чественный, а выходное напряжение генератора стабильно. При
эксплуатации такого же или иного типа электромашинного преоб-
разователя большие неудобства создает система возбуждения гене-
ратора электромашинным усилителем. Перевод генераторов на
тиристорную систему возбуждения значительно уменьшил трудо-
затраты на ремонт вышедших элементов, исключил простои гене-
раторов по причине выхода из строя системы возбуждения (так
как она продублирована) и повысил^надежность работы всего
машинного зала. Качество нагрева и штамповки металла повы-
шено в связи с использованием безынерционного блока возбужде-
ния.
Система охлаждения элементов установки (генераторных ламп,
тиристоров, индукторов," регуляторов мощности и т. п.) оказы-
вает влияние на качество термообработки металла. Если принята
воздушная система охлаждения, наличие в атмосфере производ-
ственной пыли приводит к межэлементным пробоям и срыву гене-
рации. В это время нагрев и закалка отсутствуют. Если принята
система охлаждения водой, наличие в воде кислорода и углекислого
газа приводит к окислению внутренних токопроводящих трубок,
выполненных преимущественно из меди. Активное сечение эле-
ментарного проводника по воде снижается, появляется накипь,
влияющая и на общее электрическое сопротивление цепи. Ре-
комендуемая в этом случае промывка токопроводящих трубок
29
и анодных баков генераторных ламп раствором соляной кислоты
или дополнительная водоподготовка с использованием декарбони-
затора и дегазаторов способствует проеданию трубок. При этом
возможно попадание воды непосредственно в расплав металла при
плавке или к высокочастотному пробою при термообработке и,
как следствие, нарушение нормального режима технологического
процесса.
Для повышения эксплуатационных характеристик системы
водоохлаждения в устройствах для индукционного нагрева нашли
применение фторопластовые шланги, коррозионностойкие тепло-
обменники, промывка систем горячей водой с добавками противо-
накипных присадок.
Можно привести много других примеров повышения эксплуа-
тационных характеристик средств нагрева, влияющих на конечные
свойства нагреваемых изделий. Энергетические характеристики
индукционных нагревателей, изменяющиеся во времени, для уста-
новившихся режимов представлены в табл. 7—9, а характеристики
индуктора барабанного типа приведены ниже:
Первичная обмотка индуктора (внутренний
токопровод):
наружный диаметр, мм ..............
высота, мм.........................
число витков, шт...................
сечение токопровода, мм............
форма навивки .....................
Вторичная обмотка индуктора (внешний то-
копровод):
внутренний диаметр, мм.............
высота, мм.........................
число витков, шт...................
сечение токопровода, мм............
Включение токопроводов...................
Нагреваемое тело.........................
диаметр, мм.....................
длина, мм ......................
длина нагреваемой части, мм
Режим нагрева:
активный ток нагревателя, А
напряжение на индукторе, В
частота тока, Гц ...............
потребляемая мощность, кВт . .
емкостной коэффициент мощности
к. п. д. индуктора, %...........
темп выдачи заготовок, с ...
450
720
8
20X20
Спиральная правая
560
720
1
24
(по ширине)
Последовательное
встречное
Заготовка для штам-
повки полуоси трак-
тора К-701
53
1100
500
820
750
2400
610
0,96
67
42
7—8
количество нагреваемых заготовок,
шт................................
Улучшение энергетических и эксплуатационных характеристик
связано с повышенными требованиями к надежности деталей,
сборочных единиц (узлов) и машин. Количественные показатели
30
Таблица 7. Термический режим нагревателей под резку при температуре нагрева заготовки 800° С
Примечание			К пресс-ножницам усилием 500 тс	К пресс-ножницам усилием 800 тс	К пресс-ножницам усилием 1600 тс	Примечание. Потерн на индукторе составляют 3—4,5 кВт; нагрев прутка зонный.
е( с- = ь । ? U Ct. (- S л !_			О о ю о	38	СО 00 О	
I	Параметры нагревателя	1	Произво- дитель- ность резки, кг/ч		1250 2600	2620	2100 3200	
	Темп нагрева штанги, мин			СО	—ю	
	Мощ- ность, кВт		О 00	о о	о о 2 §5	
	Коли- чество витков индук- торов, шт.		со со	со	см см	
	Число индук- торов, 1 шт.		Ю LO *“• т—<	оо	ю ю	
1	Параметры заготовки	Мас- са, кг		С^О~ LOO	! 33,0	102,0 130,0	
	Диаметр	мм	ю-о Г"-	06	180X180 200X200	
	Длина реза		о о ю о OI	665	О ю о	
	Марка стали		45 20ХГНР	ЭХ££	40ХС 38ХС	
Таблица 8. Энергетический режим нагревателей под штамповку	% -няаонвхэЛ В U •>!			СО СО О со ю
	ign ‘Hcfeiou эганйвииЛэ			со см со чф о» СУ» — — см
	I	Потери мощности, кВт	1	Направ- ляющие и шины		
		Тол- ка- тель		— 00 см чф НО
		Конденсаторы		(0,5-12)= 6 (0,66-14) = 9,2 (0,9-27) = 24
		Индуктор		27+ 31 38 + 43 43 + 43 + 43 + 43
	1 Параметры нагревателя 1	Темп выдач и загото- вок, с		О СО о СМ СМ -Ф
		Произво- дитель- ность, кг/ч		ООО ООО Ю О ’ф
		хдм ‘чхэон Лио-до		СО Ю о СМ Ю 00 см сою
	I	Параметры заготовки	1	JM ‘воовуу		ь» ю г* См’ СО
		а & S щ 4s	мм	60 90 НО
		Дли- на		ООО см со о — см
		Марка стали		ж to X о из О<мт
31
и* 
надежности устанавливаются соответствующими государственными
стандартами и являются средством улучшения качества изделий.
Анализ, в том числе статистический, показывает, что надежность
тракторов «Кировец» растет ежегодно. Результаты контрольных
испытаний тракторов «Кировец» на машиностроительных станциях
Всесоюзного объединения «Союзсельхозтехника» показывают, что
по машинам выпуска 1974, 1975 и 1976 гг. количество отказов
(нарушение работоспособности в пересчете на один трактор)
составило соответственно 74,3; 44,4; 29,6; а коэффициент готовно-
сти (величина, показывающая, сколько процентов времени трак-
тор находился в работоспособном состоянии) был равен 0,96;
0,97; 0,98. Таким образом, количество отказов за три года снизи-
лось более чем в 2,5 раза с высоким повышением коэффициента
готовности. Это достигнуто благодаря тому, что за те же годы пе-
ресмотрено более 1100 технологических требований, внедренных
в порядке выполнения оргтехплана. Значительная часть этих
мероприятий выполнена по металлургическому производству,
и ежегодно в среднем 30—40 мероприятий были направлены на
расширение объема использования т. в. ч. Так, перевод ведущего
шлицевого вала с закалки в цементационных печах на поверхност-
ную закалку т. в. ч. за те же годы снизил выход из строя тракторов
по причине смятия шлицев с 11 шт. до одного, а из-за скола зубьев
шестерен коробки передач — с 28 тракторов до двух.
Особенно наглядно выражено влияние индукционного на-
грева при термообработке сателлита. В табл. 10 представлены экс-
плуатационные данные по разрушению зубьев сателлитов сол-
нечной и венцовой шестерен подшипников 12312К тракторов
К-700, К-700А, К-701. Эти результаты получены благодаря тому,
что при закалке обеспечено повышение твердости по впадине и
Таблица 10. Отказы веицовой передачи моста гарантийных тракторов
Отказ	Причина отказа	Год отказа				
		1973	1974	1975	1976	1977
Разрушение зубьев сателлитов солнечной и ве- нечной шестерен подшипников 12312К	Нарушение требо- ваний на термообра- ботку сателлита	1	1	—	—	3
	Нарушение правил эксплуатации	96	114	45	53	71
	Итого:	97	115	45	53	74
Общее количество реализованных тракторов на год отчета (тыс. шт.)
60 I 77 I 96 I 122 I 132
- В. Д. Сидоренко	33
рабочей поверхности зубчатой зоны сателлита на HRC 3—4.
Для стали 45ХН при равномерной твердости HRC58—59 повышена
контактная прочность, а долговечность сателлита увеличилась
на 22%. Моторесурс безаварийной работы сателлита возрос на
20%. Возрос также и моторесурс шестерен барабана в коробке
перемены передач при закалке их т. в. ч.
Трактор К-701 по сравнению с трактором К-700 при увеличении
мощности на 35% имеет прирост производительности 35%, что
достигается за счет значительного повышения тягового к. п. д.,
который равен в настоящее время 0,72. Значительное увеличение
динамических нагрузок на детали и сборочные единицы трактора
заставило пересмотреть многие устаревшие взгляды на техноло-
гию их изготовления.
Глава И
ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ
В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
4. Особенности индукционного нагрева и оборудования
Индукционный нагрев в заготовительном производстве машино- г
строительных заводов используется сравнительно не так давно,
однако уже завоевал полное признание и отличается большим
технологическим разнообразием. Заготовки для последующей хо-
лодной или горячей обработки раскраиваются от прутка или листа
без подогрева или с предварительным нагревом.
При изготовлении трактора «Кировец» с помощью индукцион-
ного нагрева нарезаются заготовки от прутка длиной от 2000 до
7000 мм или трубы диаметром 20—240 мм. Кроме того, под после-
дующую высадку болтов, гаек, вкладышей, плоских пружин,
труб и т. п. нагреваются мерные заготовки диаметром 8—300 мм,
длиной до 1200 мм, а также мерные листы толщиной 7—20 мм
и размерами до 200 X 800 мм. Нагрев под гибку труб и прутков,
вырубка специального инструмента предъявляют к оборудованию
индукционного нагрева определенные требования, специфичные
для каждой технологии.
Стандартные штанги длиной 6 м и диаметром более 40 мм на
заготовительном участке перед резкой на пресс-ножницах пред-
варительно нагреваются до 650—900° С в установке, которая в об-
щем виде (рис. 7) состоит из механизма перемещения штанги и ин-
дукторов, включаемых в цепь источника тока повышенной или
промышленной частоты. Индукторы могут быть включены через
понижающий трансформатор или непосредственно в цепь преобра-
зователя рода тока. Расстояние между индукторами определя-
ется длиной нарезаемых заготовок, чтобы происходил нагрев не
всей штанги, а отдельных участков, на которых производится рез.
Такой нагрев принято называть поясковым. Поясковый нагрев
штанг является новым экономичным методом. При поясковом
нагреве расход электроэнергии в несколько раз меньше, чем при
сплошном нагреве всей штанги-, используется примерно в два раза
меньше производственных площадей и т. п. Типовые режимы зон-
ного нагрева штанг, полученные на заводе, представлены в табл. 7.
Эксплуатация индукционных нагревателей для поискового
нагрева штанг диаметром 50—230 мм имеет ряд конструктивных
и технологических особенностей. При нагреве штанг круглого
и прямоугольного сечения в одном нагревателе, как правило, ис-
пользуется механизм перемещения типа рольганга. Ролики
рольганга для перемещения штанг разного профиля не должны
быть плоскими, а их диаметр не должен допускать опрокиды-
вание штанги прямоугольного сечения, когда диаметр ролика
2*	35
I
pal
Дл
KOI
на
20'
nef
MOI
дос
KOI
диь
за с
гик
оказывается больше длины нарезаемой заготовки. Количествоj
ликов, поддерживающих штангу в индукторах, фиксировано,^
взаимное расположение существенно влияет на возможный ищ
вал длин нарезаемых заготовок на данном нагревателе. В то'
время номенклатура заготовок под штамповку и ковку отличае
большим разнообразием, а длина заготовок, как правило, бол]
1,2 диаметра. В некоторых случаях, когда длина заготовки
велика и индуктор конструктивно установить на линии реза
возможно, штангу в процессе нагрева перемещают вперед—наг
что снижает эффективность нагревателя и приводит к сплошн!
нагреву штанги.
/'
•'<9
Рис. 7. Установка пояскового нагрева штанг перед резкой на пресс-ножниц)
Существенную роль играет кривизна штанг. Индукторы, ус)
новленные на пути движения штанги с повышенной кривизн)
ломаются под ее воздействием. С целью недопущения поломки)
гревателя штанги перед нагревом .необходимо сортировать по ве)
чине кривизны или увеличивать зазор между индуктором и 1
греваемой штангой. Эффективность нагрева при этом резко с
жается. Возможно применение щелевых индукторов, в котоп
штанги перемещаются через индуктор параллельно своей к|
визне, в таком случае зазор между индуктором и штангой ми|
мальный.	|
В зависимости от конструкции и типа нагревателя удель!
мощность, передаваемая металлу, различна. Экспериментал!
установлено, что поясковый нагрев штанги диаметром 151
230 мм нельзя осуществлять при больших удельных мощное!
(более 70—80 кВт на поясок), так как нагрев происходит нерав]
мерно по сечению и длине, и на границе горячего и холодн)
участков создаются чрезмерные внутренние напряжения. С|
могут вызвать трещины в металле, поэтому скорость нагрева 1
ясков должна выдерживаться с учетом теплопроводности метал
которая определяет время нагрева до заданной температуры цен!
36
заготовки Это время играет существенную роль при определении
возможной производительности резки, так как центр прогрева-
ется в основном за счет теплопроводности. Производительность
нагрева (кг/ч) определяется по готовому выходу нарезанных за-
готовок или предварительно по формуле
W = (nd2/4) роЗбОО-1СГ3,	(3)
где d — диаметр прутка, см; р — плотность металла, г/см3;
V — скорость перемещения прутка, см/с.
Зависимость времени нагрева коротких заготовок на средних
частотах достаточно хорошо изучена для сечений от 20 до 300 мм
[471.
В связи с тем что при поясковом нагреве на штанге имеются
холодные и горячие участки, процесс выравнивания температуры
i происходит своеобразно и за время резки штанги на пресс-нож-
I ницах дальний ее конец быстро остывает. Чтобы не снижалось
качество нарезаемых заготовок, остывший конец штанги необхо-
димо вторично подогревать. Многократный нагрев штанги с вы-
водом ее из индуктора к пресс-ножницам и обратно является трудо-
емким, и в этом случае целесообразнее осуществлять сплошной
нагрев. Границей применения пояскового и сплошного нагрева
штанг может служить следующее условие: при I > 2,5/9 целесо-
образен поясковый нагрев, при I < 2,50 — сплошной нагрев
(Z — длина нарезаемой заготовки; D—диаметр разрезаемой
штанги).
После резки штанги на пресс-ножницах заготовительного
участка и остывания заготовок последние транспортируются на
прессовый участок для штамповки деталей на прессах, на термиче-
скую или механическую обработку. Резка проката на мерные за-
готовки, используемые в дальнейшем для изготовления штампо-
вок, является в общем технологическом процессе узким местом,
определяющим производительность кузнечно-штамповочного цеха.
гВ соответствии с паспортными данными пресс-ножниц, устано-
вленных в цехе, для резки должен использоваться термически
обработанный прокат с нормируемой твердостью, обеспечивающей
высокое качество реза и минимальные нагрузки на оборудование.
Как показала практика, использование при резке горячека-
таного проката приводит.к повышенному отходу в окончательный
брак заготовок из-за трещин и сколов, при этом снижается стой-
кость ножей и срок службы пресс-ножниц. Следует учитывать то
[обстоятельство, что по условиям технологии на участке резки мо-
жет идти термообработанный и горячекатаный прокат одних и тех
же марок сталей, прокатанных на собственном стане или полу-
|ченных со стороны (внешним поставщиком). Так, например, тех-
нологией предусматривается поставка проката со стана 350 для
кругов диаметром 90—ПО мм в горячекатаном состоянии. При
резке легированных сталей под штамповку тракторных деталей
этот пруток должен поступать в высокоотпущенном состоянии
37
для обеспечения необходимых механических свойств металла при
резке. При наличии массового производства штамповок это тре-
бует дополнительной загрузки термических печей или изменения
технологии проката с обеспечением высокого отпуска, что воз-
можно только при замене печей садочного режима скоростными
проходными.
Таким образом, условия резки металла под штамповку опре-
деляют предыдущую технологическую операцию проката и его
термообработку. Расчеты и практика показывают, что замена в об-
щем объеме металла 1% горячекатаного проката легированных
сталей, идущих на изготовление трактора «Кировец», термически
обработанным прокатом дает среднюю экономию на снижении
себестоимости изготовления 1 т штамповок в сумме 16 коп. Это
достигается за счет сокращения простоев и ремонтов оборудования
пресс-ножниц, уменьшения перерасхода металла вследствие мень-
ших потерь при резке, снижения расхода оснастки, повышения
производительности участка.
Существенную роль играет индукционный нагрев при изгото-
влении крепежа. Принято считать, что большинство крепежных
деталей изготавливают из безитовой или прутковой калиброванной
стали на холодновысадочных автоматах [42 ]. В этом случае металл
при высадке претерпевает деформацию на 50—90%, что. создает
местные перенапряжения, вызывающие разрыв металла. Требу-
ется специальная конструкционная и автоматная сталь с опреде-
ленной структурой и особыми требованиями в процессе штамповки.
Нужных качеств металла достигают термообработкой, в частно-
сти отжигом по режиму, который длится несколько часов. Даже
после термообработки трудно получить заданные свойства стали
во всей партии пруткового материала ввиду неидентичности режи-
мов термообработки, и поэтому значительная часть уже изгото-
вленного крепежа идет в брак. Крепежные болты от Ml6 и более
сложно изготовить холодной высадкой, поэтому для трактора они
первоначально изготавливались на автоматно-револьверных стан-
ках. Процесс этот исключительно трудоемкий (причем до 40%
металла идет в стружку), механической обработкой занят значи-
тельный парк оборудования. Использование индукционного на-
грева заготовок с последующей горячей высадкой позволило зна-
чительно упростить технологию изготовления крепежа и высво-
бодить механообрабатывающие станки для других операций. В этом
случае практически отсутствует отход металла в стружку, а про-
изводительность изготовления крепежа увеличивается в 18—
20 раз. Технологи-механики отмечают характерную особенность
при последующей механической обработке горячевысаженных
болтов: расход режущего инструмента при нарезке резьбы и про-
чих процессах значительно ниже, чем при холоднообработанных
болтах, скорость резания выше, а количество самоостановок стан-
ков и их последующая переналадка меньше. Это объясняется тем,
что с учетом марки материала крепеж (болты, винты, шпильки)
38
hhc/te гопячей высадки охлаждается на воздухе от 1000 до 800° С
и таким образом, осуществляется самопроизвольный отжиг, сни-
жающий твердость, улучшающий ударную вязкость и другие
механические свойства металла. Такой процесс отмечается при
охлаждении крепежа в общей массе, складируемой в металличе-
ских коробах, когда процесс охлаждения происходит медленно.
При горячей высадке тарельчатых пружин с предварительным
индукционным нагревом заготовки, наоборот, возможен процесс
упрочнения высаженной пружины за счет использования остаточ-
ного тепла после штамповки с последующей закалкой пружины
в закалочной среде.
Изготовление крепежа для трактора «Кировец» с помощью ин-
дукционного нагрева осуществляется в массовом производстве —
более чем для 100 наименований; при этом применяются типо-
вое электротермическое оборудование, например ВЧИ-25/0,44,
И32-100/8, ВПЧ-100/8, специальные ^нагревательные устройства
и специальная оснастка.
Рассмотрим оборудование индукционного нагрева, применяе-
мое, в частности, при резке длинных прутков.
Представляет интерес установка для сплошного нагрева штанг
большого сечения с использованием токов промышленной частоты.
Частота 50 Гц является оптимальной для нагрева штанг диаметром
более 150 мм до 700—900° С и рассчитывается по формуле
fom = 50 302^	,	(4)
где /опт —оптимальная частота нагрева, Гц; А—-глубина про-
никновения тока в холодный металл, см; р — сопротивление ме-
талла, см; Ц — относительная магнитная проницаемость, Гс/Э.
Компоновка нагревателя может быть правого и левого испол-
нения, варианты отличаются друг от друга размещением механи-
зированного стеллажа загрузки.
Установка состоит из основных блоков механизированного
загрузочного стеллажа, собственно нагревателя, конденсаторной
батареи, пульта управления, станции ручного управления. В свою
очередь механизированный стеллаж включает бункер с наклонным
цепным конвейером, шагающий конвейер, опрокидыватель и роль-
ганг с толкателем, а-вся установка в целом встроена в одну линию
с рольгангом пресс-ножниц. Установка работает следующим об-
разом. В бункер стеллажа механизированной загрузки мостовым
краном укладываются навалом штанги со стороны склада металла.
По команде оператора на линии резки с пульта управления вклю-
чается привод шагающего конвейера, после этого все операции
по загрузке, транспортировке, нагреву и резке осуществляются
автоматически, с помощью исполнительных механизмов и датчиков
блокировки и контроля. Цикл нагрева и резки выполняется для
каждой штанги отдельно, отключение индуктора . производится
почжончании работы и в аварийных случаях. Техническая характе-
39
рйстика устройства для индукционного нагрева штанг перед
резкой на пресс-ножницах усилием 1600 т. с. приведена ниже:
Технологическая характеристика
Диаметр нагреваемых штанг, мм:
круглых ............................... 150—235
квадратных..........................(230Х	230) (140Х 140)
Длина штанг........................... 7000—2000
Производительность нагрева, т/ч.............. 10,0
Температура нагрева,	°C .............. 700—900
Мощность, потребляемая от сети, кВт . . .	1600
Электрическая характеристика
Род тока..............................Трехфазный перемен-
ный
Частота, Гц........................... 50
Напряжение, В......................... 380
Установленная мощность, кВт........... 2 000
Естественный	коэффициент мощности .	.	.	0,6—0,2
Исправленный	»	»	.	.	.	0,92
Габаритные размеры и масса нагревателя
Длина, мм...................................... 16	590
Ширина, мм .................................... 3	770 ’
Высота, мм..................................... 2	400
Масса, кг............................. 30 000
Система водоохлаждения
Расход воды, м3/ч..................... 25
Температура воды, °C:
на входе .............................. Не более 25
» выходе ........................ »	»	55
Рабочее давление воды, Па ............ 147-103
Количество растворимых в воде примесей,
г/л................................... Не более 0,2
Приведем техническую характеристику устройства для нагрева
прутков перед резкой на пресс-ножницах усилием 200 тс.
Технологическая характеристика
Производительность нагрева, т/ч .................... 2,5
Температура нагрева, °C ........................ 700—900
Скорость перемещения прутка,	мм/с............... 15—75
Мощность при нагрузке, кВт.......................... 500
Размеры обрабатываемых заготовок, мм:
диаметр....................................... 40—70
длина...................................... 2000—7000
Электрическая характеристика
Питание блоков управления от сети напряжением, В 220/380
Частота трехфазного тока, Гц.................... 50
Напряжение при нагрузке, В...................... 800
Частота переменного тока, Гц ................... 2400
40
Габаритные размеры и масса прутка
Длина (без механизированных рольгангов), мм . . .	3500
Ширина, мм.................................... 3200
Высота, мм .................................
Масса, кг ...................................... °zuu
Система водоохлаждения
Расход воды, м3/2 .	•  ......................... 12
Рабочее давление воды, Па......................294-10'1
Температура воды, °C:
на входе..............................Не более 25
» выходе..............................»	» 50
Количество растворимых в воде примесей, мг/л ...»	»	40
В установке предусмотрено включение нагревательного кон-
тура по трехфазной схеме. Индуктор выполнен из 12 секций по
четыре последовательных секции в каждой фазе. Между секци-
ями установлены стойки с укрепленной на них направляющей.
Каждая секция футерована жароупорной изоляцией. Компенсация
индуктивности осуществляется однофазными конденсаторами типа
КС-2-0,38 или КС-2-0,38 в каждой фазе. Кроме того, в каждой
фазе имеется компенсирующий дроссель для равномерной загрузки
фаз питающих трансформаторов и регулировки напряжения при
нагреве различных типоразмеров штанг.
Отличительной особенностью нагревателя для нагрева штанг
токами промышленной частоты является возможность подключе-
ния в схему колебательного контура как однофазных, так
и трехфазных сетевых конденсаторов, что упрощает электри-
ческий монтаж нагревателя и уменьшает занимаемые производ-
ственные площади. Расход трехфазных конденсаторов снижается
на 1/3. К достоинствам нагревателя следует отнести его высокую
механическую прочность, ремонтопригодность и малые тепловые
потери. Существенным недостатком является поясковый нагрев
штанги в местах сочленения смежных электрических фаз. Отсут-
ствие нагрева в местах стыка фаз вынуждает перемещать штангу
в процессе нагрева вдоль секций индукторов, что не всегда
технологически осуществимо.Так, для критической длины штанги
это приводит или к повышенному расходу ножей пресс-ножниц,
или к браку из-за недогрева и трещин при резке.
Производительность нагрева ограничена допустимой удельной
мощностью, передаваемой металлу, превышение которой приводит
к повсеместным трещинам в штанге из легированной стали до
начала резки и продольным расслоениям штанги на глубине про-
никновения тока в металл. Эта особенность проявляется на частоте
IЦ и выше.
Г
• Нестандартные нагревательные средства
Специальное нагревательное оборудование, применяемое в за-
товительном производстве, отличается большим разнообразием,
о имеет и общие характерные черты, которые учитываются
41
в первую очередь, например массовость производства. Поэтому при
резке прутков тип установок индукционного нагрева количественно
ограничен; при производстве крепежа, пружин и гибке труб он
становится разнообразнее. Общим признаком здесь является то,
что за базу принято типовое электрическое оборудование, к кото-
рому пристраивается спецоснастка.
В зависимости от спецоснастки конструкция нагревательных
средств видоизменяется. В простом виде устройство для нагрева
заготовок перед высадкой болтов состоит из нагревательного
блока, подключаемого через контактор к источнику переменного
тока средней или высокой частоты. Индуктор имеет фиксированную
панель для нагреваемой заготовки. Заготовка загружается (или
устанавливается) в индуктор и выгружается из него вручную опе-
ратором. Он же вручную производит штамповку болта на высадоч-
ном прессе. Производительность при этом невысока (2500—
5000 болтов за смену), но за счет простоты технологических опера-
ций можно штамповать болты многих наименований при незначи-
тельной перестройке оснастки. Такая технология штамповки кре-
пежа является исходной при разработке высадочных приспосо-
блений, станков и автоматов.
Более совершенным является устройство для нагрева с меха-
низмом поштучной выдачи заготовок из индуктора. Качество на-
гретых заготовок в таком устройстве выше.
С целью устранения перекосов заготовок при их движении
через индуктор несущая рама устройства делается поворотной
относительно горизонтальной оси и снабжается регулировочным
винтом. Угол наклона заготовки при выходе ее из индуктора
к высадочному прессу регулируется таким образом в необходи-
мых пределах.
При прохождении тока по индуктору возникают электромаг-
нитные силы, которые действуют на заготовки, стремясь сдвинуть
их вдоль оси и прижать к упору, т. е. втянуть (вытолкнуть) в ин-
дуктор и прижать заготовки к опорной плоскости лотка. Это ведет
к их слипанию. Электромагнитные силы изменяются с изменением
режима нагрева. Действие этих сил препятствует движению в рай-
оне индуктора: нагреваемый конец их отстает, а свободный забе-
гает вперед. Это особенно часто наблюдается в проходных индук-
торах и нарушает нормальную работу установки, создавая пере-
косы в районе индуктора, в результате чего заготовки не подаются
к толкателю. Устранить этот дефект регулировкой наклона несу-
щей рамы не удается, так как электромагнитные силы при этом
не поддаются аналитическому расчету и заранее выбрать опреде-
ленный угол наклона лотка не представляется возможным.
Для ослабления влияния электромагнитных сил иногда приме-
няют автоматическое уменьшение тока в индукторе в момент пере-
дачи нагреваемой заготовки в положение, соосное с толкателем.
Такое приспособление позволяет автоматически передавать на-
гретые заготовки от нагревателя к высадочному прессу и устра-
42
няет перекосы. Однако это устройство непригодно при работе
нескольких индукторов от одного генератора, а также при парал-
лельной работе генераторов и постов. При неправильно выбран-
ных углах наклона подающего лотка создаются неблагоприятные
условия работы толкателя ввиду повышенного давления столба
заготовок.
Устройство для индукционного нагрева заготовок, работающее
в автоматическом режиме загрузки, нагрева и выгрузки их к вы-
садочному прессу представлено на рис. 8. Диаграмма направлен-
ности электромагнитного излучения индуктора мощностью 250 кВт
к прессу усилием 1600 г/с дана на рис. 9.
Ниже показана техническая характеристика поточной линии
горячей высадки болтов:
Технологическая характеристика
Производительность высадки, шт./ч............... 900—1200
Температура нагрева конца, °C................... 1200^30
Длительность цикла нагрева и высадки одного болта, с	3—4
Длительность непрерывной работы между загрузками
барабана, ч ........................................ 1—1,5
Мощность при нагрузке, кВт...................... 25—60 .
Размеры нагреваемых заготовок, мм:
диаметр ...................................... 14—22
длина...................................... 45—80
» нагреваемой части..................... 20—60
Электрическая характеристика
Установленная мощность источника питания, кВ-А	140
Напряжение сети 50 Гц, В........................ 380X3
Частота переменного тока индуктора ................. 8000
Напряжение на индукторе, В...................... 60—90
Мощность привода бункера, кВт ....................... 1,0
»	» пресса, кВт...................... 4,5
Расход сжатого воздуха, м8/ч.......................... 2
Габаритные размеры и масса болта
Длина, мм........................................... 2835
Ширина, мм.......................................... 1610
Высота, мм ......................................... 1800
Масса, кг .......................................... 6120
' Система водсюхлаждения
Расход воды, м3/ч..................................... 5
Рабочее давление воды, Па....................... 300-103
Температура воды, °C:
на входе.........................................Не более 25
» выходе..................................»	»	65
Отсюда вфдно, что скорость свободного хода пуансона приме-
ненного пресса выше скорости заготовок. Для увеличения произ-
водительности линии индукционный нагреватель выполняют двух-
или трехручьевым, что соответствует полной загрузке пресса.
Такие поточные линии используются совместно с электрома-
шинными преобразователями и могут быть использованы при
43
Рис. 8. Установка с автоматической загрузкой и выгрузкой заготовок в ин-
дукторе:
1 — толкатель; 2 — заготовка; 3 — датчик контроля № 1; 4 — заслонка; 5 —винт;
6 — гайка; 7 — привод заслонки; 8 — датчик контроля № 2; 9 — винт регулировоч-
ный; /0 — индуктор; II — направляющие индуктора; 12 — подающий лоток
Створки Сверсй Шкаф нагревателя Секции инйуктора
Рис. 9. Диаграмма направленности электромагнитного излучения
индуктора
44
незначительной переналадке на широкую номенклатуру болтов.
Для болтов с диаметром 14 мм и менее нагрев надо осуществлять
на высоких частотах от ламповых генераторов. Принятая механи-
зация перемещения заготовок и болта оказывается трудноосущест-
вимой из-за необходимости выполнения индуктора и токопОдво-
дов, обеспечивающих незначительное электромагнитное излучение.
В этих случаях загрузчик упрощают, исключив из его состава
вибрационный лоток, при этом бункер сам становится вибрацион-
ным, сокращается число лотков и механизмов вторичной ориента-
ции, а подвижная каретка, соединяющая индуктор с прессом,
заменяется двухпозиционным манипулятором с тремя степенями
свободы. Такие линии при кажущейся простоте уступают в ма-
невренности и номенклатуре обрабатываемых деталей, а их наладка
более трудоемка и требует хорошей квалификации обслуживаю-
щего персонала. Могут быть и другие конструктивные решения,
принципиально не отличающиеся от описанных.
Устройства для индукционного нагрева и высадки болтов об-
рабатывают заготовки, как правило, круглого сечения и неболь-
шой длины, не превышающей 80—ПО мм. Их загрузочные устрой-
ства, механизмы перемещения заготовок и принципы нагрева могут
значительно отличаться от устройств для нагрева длинномерных
и плоских заготовок.
Широко распространено устройство для нагрева длинных за-
готовок, которое содержит индуктор и загрузочный механизм
с накопительной кассетой, при этом ось индуктора является про-
должением оси нижней заготовки, а дно кассеты выполнено с па-
зом для прохода упора толкателя, имеющего бесступенчатое регу-
лирование длины хода. Это устройство применимо как для круг-
лых, так и для плоских заготовок. В устройстве создается зона
нагрева на любой длине заготовки, и все же такое устройство не
может считаться универсальным.
Загрузочные механизмы, связанные или не связанные с индук-
ционным нагревателем и имеющие накопительную кассету, явля-
ются характерным признаком обработки длинномерных заготовок.
Принципиальное отличие нагревателей в поточных линиях прежде
всего заключается в выполнении накопительных кассет съемными
или несъемными и наличии межоперационных транспортеров [22,
36]. Съемные накопительные кассеты определяют непрерывность
процесса нагрева, так как кассета загружается на вспомогательном
(вне производства) участке. Основное производственное время на
замену кассеты не затрачивается. Перестройка обработки деталей
с одного типоразмера на другой не представляет затруднений,
и при этом сок^щается общий технологический цикл. Наличие
межоперационных транспортеров нарушает принцип неразрывно-
сти процесса со всеми вытекающими последствиями.
Одним из примеров совмещения съемной накопительной кас-
сеты и транспортера, расположенного непосредственно в блоке
нагревателя, может служить установка для нагрева пластин перед
45
Вырубкой тарельчатых пружин для трактора К-700 и его модифи-
каций. Упрощенная конструктивная схема такого нагревателя
представлена на рис. 10.
Нагреватель содержит индуктор с направляющими, загрузоч-
ный механизм со съемной кассетой и толкателем, причем загрузоч-
ный механизм своими опорными роликами совмещен с кассетой
и является ее дном, а самовосстанавливающиеся поворотные
упоры толкателя расположены выше опорных роликов. Между
Рис. 10. Упрощенная схема
автомата для нагрева пла-
стин под вырубку:
1 — приемный стол; 2 — ин-
дуктор; 3 — загрузочная кас-
сета; 4 — толкатель
индуктором и загрузочной кассетой установлен лоток-улавлива-
тель в виде воронки, имеющей воздушный зазор вдоль оси пере-
мещения заготовок. Направляющие индуктора изолированы от
корпуса, а нагреваемые заготовки расположены вдоль оси пере-
мещения с разрывом, исключающим электрическую связь между
направляющими индуктора и лотком-улавливателем. В предста-
вленном устройстве толкатель заготовок и ролики не связаны ме-
жду собой и не представляют единого механизма. Толкатель
соединен с траверсой, где установлены самовосстанавливающиеся
упоры, а ролики смонтированы на съемной кассете, которая выпол-
нена без дна. Это дает возможность перемещения по линии толка-
ния траверсы с самовосстанавливающимися упорами, которые
расположены выше опорных роликов.
46
В обычных термических агрегатах лотка-улавливателя нет.
Лоток-улавливатель служит также для ориентирования заготовок
при переходе их из загрузочной кассеты (или лотка-накопителя)
в индуктор и особенно эффективен при перемещении плоских тел
и деталей, толкаемых в поперечном направлении. В отличие от
однорядовой кассетной загрузки он является как бы промежуточ-
ным звеном между накопителем и индуктором и играет особую
роль. В этом случае отсутствует электрическая связь между напра-
вляющими индуктора и лотком-улавливателем через нагреваемые
заготовки не только по первичному току (току индуктора), но и по
вторичному (наведенному), который протекает за счет э. д. с.
взаимоиндукции между заготовками, направляющими и загрузоч-
ной кассетой (лотком). В широко распространенных нагреватель-
ных устройствах с загрузкой толкательного типа, когда загрузоч-
ная кассета, толкатель и заготовка расположены вдоль оси их
перемещения, невозможно расположить заготовки с разрывом.
В то же время известно, что наведенный ток возбуждает перемен-
ное магнитное поле в заготовках внутри индуктора и за его преде-
лами, в результате чего эквивалентное магнитное поле будет иска-
жено за счет собственного электромагнитного поля индуктора
в результате чего произойдет перекос заготовок при их перемеще-
нии. Очередную заготовку может заклинить, что зачастую и на-
блюдается в типовых установках.
Практика показывает, что изоляция направляющих индуктора
от металлоконструкции нагревателя благоприятно воздействует
на работу механизированной загрузки и выгрузки заготовок.
Дело в том, что наличие связи направляющей с металлоконструк-
цией нагревателя вызывает паразитные (наведенные) токи через
корпус нагревателя. Они, в свою очередь, воздействуют на пере-
мещение заготовок, вызывая их перекос и заклинивание. В данном
случае речь идет не об изоляции направляющих индуктора от
токоведущих частей, а об их изоляции от несущей металлокон-
струкции (корпуса) устройства в целом. Кроме того, такое реше-
ние предполагает взаимную электроизоляцию нагревателя и лотка-
улавливателя. В соответствии с Правилами устройства электро-
установок (ПУЭ, п. ЭГ-13-2) все они в целом должны быть зазем-
лены. Правила техники безопасности (ПТБ и ПТЭ, п. Э111-4-58)
требуют заземления и экранирования отдельных блоков, а при
наличии закалочных высокочастотных трансформаторов — зазем-
ления и тЛсоведущего провода (индуктора). Кажущееся противо-
речие в рассматриваемом, устройстве решается тем, что лоток-
улавливатель электрически изолирован не только от индуктора и
его токоведущего провода, что само собой разумеется, а также изо-
лирован и от корпуса нагревателя, т. е. от земли. Это обеспечи-
вается частичным переносом конструкции механизма загрузки,
а именно узла опорных роликов в загрузочную кассету. Такое
исполнение не противоречит ПУЭ и ПТБ (п. ЭП-13-2), так как
направляющие индуктора, которые могут оказаться под напряже-
47
нием, надежно изолированы от лотка-улавливателя с воздушным
зазором. Вполне естественно, что сам индуктор электрически изо-
лирован посредством прокладок из текстолита, эбонита, дерева,
асбеста и т. д. от всех остальных элементов металлоконструкции
в любом индукционном нагревателе заготовок.
Из этого подтвержденного предшествующей практикой опыта
напрашивается вывод, что все остальные элементы индукцион-
ных установок монтировать через изоляционные прокладки
нецелесообразно. Такой вывод не всегда оправдан.
Современные индукторы, высокочастотные закалочные транс-
форматоры и многие типы электронагревателей изолируются от
корпуса защитным жароупорным бетоном или не изолируются
вообще. В результате частых теплосмен (нагрев—охлаждение)
и повышенной влажности (охлаждение систем водой) сопротив-
ление изоляции нагрузочного контура относительно корпуса
таких нагревателей резко колеблется и искажает реактивную
и активную мощности, а также уровень и характер электрома-
гнитных наводок. С электромагнитными наводками связаны
частые отказы в работе оборудования по причине электрического
пробоя или невозможности взаимно близко расположить техно-
логически взаимодействующие узлы или механизмы. ,
В ПО «Кировский завод» проведены обследования оборудова-
ния для индукционного нагрева с точки зрения электромагнит-
ных наводок на корпус и уровня электромагнитного излучения
в пространство. При помощи карты уровня магнитных полей
и диаграммы электромагнитного фона для каждой установки
было установлено, что габаритные и конструктивные особенности
нагревателей влияют не только на уровень электромагнитных
наводок, но и на характер движения нагреваемых заготовок.
При этом обнаружено, что с уменьшением габаритных размеров
установки и увеличением числа не связанных между собой элек-
трически конструктивных узлов (изолированные блоки) электро-
магнитные наводки и их влияние на характер перемещения дета-
лей резко снижаются.
Исходя из результатов экспериментов можно утверждать,
что изоляция отдельных узлов, в частности загрузочной кассеты
от корпуса (металлоконструкции) нагревателя, вполне целесооб-
разна, дает явно выраженный технический и экономический
эффект, снижает искаженйе наведенного магнитного поля, повы-
шает надежность работы устройства.
Характер наведенного магнитного потока от электромагнит-
ного поля индуктора представлен на рис. 11, где упрощенно изо-
бражено устройство для нагрева пластин перед вырубкой тарель-
чатых пружин.
Здесь же показано влияние электромагнитного поля на харак.
тер движения заготовок (Р — фактор силы толкания заготовки
пневмотолкателем; F — вектор магнитодинамической силы, обра-
зованной электромагнитным полем индуктора; Ррез — вектор
результирующей силы).
Из рисунка следует, что асимметричное расположение меха-
низмов загрузки и выгрузки в нагревателе неблагоприятно сказы-
вается на равномерности перемещения заготовок.
Одним из практических методов определения направления
и численного значения возникающих динамических усилий в си-
Ось толкания
стеме индуктор — деталь
служит метод измерения
индуктивности анализи-
руемой системы при раз-
личных положениях ин-
дуктора и нагреваемой
детали. Измерив измене-
ние индуктивности в про-
странственной координате
данной системы, можно
определить направление
и величину этих возму-
щений. Механические уси-
лия зависят от удельной
Рис. 11. Влияние электромагнитного поля на характер движения заго-
товок
мощности и частоты взаимодействующего тока и упрощенно вы-
ражаются формулой [1 ]
' АГ = 6-104- А£=~,	(5)
t	V рр/
где АГ— давление, Па; АР— удельная мощность, Вт/см2;
р — удельное электрическое сопротивление, Ом-см; р — магнит-
ная проницаемость, Гс/Э; f — частота, Гц.
Для плоской плиты выражение механических усилий не-
сколько видоизменяется, при этом возможны случаи, когда вместо
притягивания элементов системы индуктор—деталь произойдет
их отталкивание или магнитодинамическая сила исчезнет вообще.
Такие эффекты мало привлекали исследователей, так как счита-
49
лось, что они практического значения не имеют. Более того, во
всех случаях исследования системы индуктор—деталь не учи-
тывается окружающая среда, а именно несущая систему металло-
конструкция и ее исполнительные механизмы. В условиях интен-
сивного использования нагревательных средств и больших удель-
ных мощностей, как показывает практика, эти факторы непре-
менно должны учитываться при проектировании нагревательных
средств с использованием индукционного нагрева. Очевидно,
в последующем разработчик получит от исследователей и будет
использовать в своих разработках точный фактор магнитодинами-
ческого взаимодействия системы индуктор—деталь с металло-
конструкцией нагревателя в целом и с учетом взаимодействующих
индуктивностей его отдельных узлов. До настоящего времени
такие работы проводились в основном для учета электромагнит-
ных потерь и паразитных колебаний.
Устройство для нагрева (А. с. № 602567), в какой-то степени
учитывающее эти факторы, используется в промышленном произ-
водстве и может быть применено в единой поточной линии при
обработке деталей разных типоразмеров, так как роликовый
транспортер вместе с кассетой загружается на заготовительном
участке вне связи с механизмом загрузки. Исключаются боковые
перемещения заготовок и их заклинивание в кассете. Простран-
ство, занятое, как обычно, транспортером, освобождается, что
позволяет рационально расположить другие узлы устройства:
блок конденсаторов, токопроводы индуктора, компенсационные
контакторы и т. п.
Техническая характеристика такого устройства приведена
ниже:
Технологические характеристики
Размеры нагреваемых пластин, мм:
длина...................................... 400—800
ширина............................... 120—240
толщина.............................. 7—12
Масса нагреваемой пластины, кг ............ 6—14
Температура нагрева, °C ................... 1150—30
Производительность нагрева,	шт./ч................. 120
Количество пружин, получаемых с одной пла-
стины, шт....................................... 3
Мощность, потребляемая от	сети,	кВт ....	260
Электрическая характеристика
Род тока .................................
Частота питающего тока, Гц ...............
Напряжение питающего тока, В .............
Частота электромагнитного поля индуктора, Гц
Напряжение на индукторе, В................
Система 'нагревательного контура..........
Трехфазный
переменный
50
380
8000
750
Последовательно-
параллельная
50
Габари тные размеры и масса нагревателя
Длина, Мм....................................... 1600
Ширина, мм...................................... 1200
Высота, мм ..................................... 1800
Масса, кг ...................................... 	1200
Система водоохлаждения
Расход воды, м3/ч.......................... 7,5
Температура охлаждающей воды, °C:
на входе................................... Не более 25
» выходе............................ »	»	65
Рабочее давление воды, Па.................. 1,5-105
Аналогично вырубке тарельчатых пружин основной техноло-
гический процесс можно использовать для формовки дисков тре-
ния как наиболее производительный. В каждом из этих случаев
используется пластина, при раскрое которой получаются боль-
шие отходы. При изготовлении трактора «Кировец» технологи
разработали способ изготовления дисков трения из узкой ленты
резкой ее на мерные заготовки, сваркой в месте стыка и последую-
щей формовкой с индукционным нагревом. Процесс оказался
не только высокопроизводительным, но и экономичным, так как
позволил сберечь много сотен тонн дорогостоящей фрикционной
стали. При этом металлические отходы в шихту отсутствуют
полностью, нагреву подвергается значительно меньше металла,
поэтому появляется значительная экономия электроэнергии.
Значительное место занимает индукционный нагрев при гибке
труб. Преимущественному нагреву подвергаются локальные зоны
в месте гиба с использованием типового электротермического
оборудования и простейших конструкций замкнутых или разъем-
ных одновитковых индукторов. Главные трудности при освоении
~ этих процессов падают не на нагрев, а на вспомогательные тех-
нологические операции: сушку и подогрев формовочного песка,
подачу кривой трубы для повторного нагрева и гибки, ввод много-
угольной трубы в гибочные вальцы и пр. Эти операции не связаны
непосредственно с воздействием на них электромагнитного поля,
поэтому в данной, главе не рассматриваются. Их технологические
возможности могут быть оценены в перспективе.
|При анализе способов индукционного нагрева металла в заго-
товительном производстве особенно наглядно проявляются связь
производственных участков и взаимное влияние предыдущих
и последующих технологических процессов в их непрерывности,
начиная от подготовки шихты для литья, включая литье, резку,
формовку, механическую обработку и, казалось бы, такие отда-
ленные операции, как прокатку и шлифовку. Все они в той или
иной степени зависят от условий резки, которые, в свою очередь,
вытекают из сопрягаемых операций и определяют качество тех-
нологического процесса.
51
Глава Ill
ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ
В КУЗНЕЧНОМ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
6. Нагрев заготовок при штамповке тракторных деталей
Применяемый индукционный нагрев металла под пластическую
деформацию на штамповочных и ковочных прессах и машинах
занимает в настоящее время одно из ведущих мест по сравнению
с газом, мазутом и другими видами нагрева, а его удельный объем
в электротермии также является определяющим. О масштабах
работ по внедрению индукционного нагрева в кузнечном производ-
стве свидетельствуют многие факты [11, 26].
Темпы роста объемов внедрения индукционного нагрева в куз-
нечном производстве при изготовлении трактора «Кировец» не-
сколько выше, чем по стране в целом, а по суммарной мощности
подстанций увеличились за 10 лет (1967—1977 гг.) с 1000 до
30 000 кВт.
С учетом значительного роста выпуска тракторов К-701 в по-
следующие пять лет предполагается увеличить мощности индук-
ционного нагрева кузнечных заготовок примерно в два раза. Ти-
повые энергетические режимы индукционных нагревателей прес-
сового участка для штамповки деталей трактора «Кировец» пред-
ставлены на стр. 32, а потребность нагревателей в технологической
электроэнергии т. в. ч. и т. п. ч. под кузнечно-прессовое оборудо-
вание— в табл. 11. Для упрощения в таблицы не включены пол-
ностью перечень наименований штампуемых тракторных деталей
и общее количество кузнечно-прессового и нагревательного обору-
дования. Высокий рост объемов внедрения средств индукционного
нагрева вполне объясним существенными его преимуществами.
Во-первых, это позволяет улучшить качество поковок и штамповок,
снижает окалинообразование и обезуглероживание металла, уве-
личивает стойкость штамповой оснастки; во-вторых, обеспечивает
возможность комплексной механизации и автоматизации процесса
нагрева и пластической деформации, включая безокислительный
нагрев и безоблойную штамповку. Значительное повышение
производительности при уменьшении занимаемых площадей и,
что особенно важно, коренное улучшение санитарно-гигиенических
условий для кузнецов и нагревальщиков обеспечили высокую
конкурентоспособность индукционного нагрева по сравнению
с другими источниками энергии. Успех в этом деле подкрепляется
и организационно-техническими мероприятиями. При выборе того
или иного способа нагрева кузнечных заготовок необходимо по-
ставить перед собой целый ряд вопросов и дать на них наиболее
рациональные ответы.
52
Выбору способа нагрева Предшествует ознакомление с пара-
метрами нагреваемой заготовки: маркой стали, ее химическим со-
ставом и физическими характеристиками. В первую очередь иг-
рают роль исходное состояние материала до начала нагрева, его
особые свойства, если имеются, а также требования, предъявляе-
мые к нагреву. Немаловажное значение имеет качество поверх-
ности нагреваемой заготовки, особенно наличие ржавчины, масла,
заусенцев и деформированных мест вдоль поверхности и среза.
Как и для многих технологических процессов, нагреву под штам-
повку предшествует операция резки мерных заготовок и, следова-
тельно, способ деления прутка, в частности резка или ломка,
угол плоскости деления относительно оси и пр. влияют на каче-
ство нагрева и штамповки.
При пластической деформации исходные размеры всей заготов-
ки и нагреваемой части определяют технологию: допуски для этих
размеров по габаритным размерам и кривизне, а также номенкла-
тура обрабатываемых изделий, особенно форма огибающей поверх-
ности заготовки, подсказывают механизацию погрузочно-разгру-
зочных и транспортных операций. Начальная и конечная темпера-
туры нагреваемой заготовки на входе и выходе индуктора должны
быть уточнены условиями пространственного изменения температу-
ры по сечению и вдоль заготовки с учетом термообрабатываемости
металла. Максимально допустимые отклонения температуры
в конце нагрева в аксиальном и радиальном направлениях могут
дополняться требованиями к скорости ее нарастания по определен-
ному закону и иными требованиями, предъявляемыми к измерению
и регистрации, непрерывному или дискретному регулированию.
Производительность оборудования по данной технологии опре-
деляется поштучно и по массе за определенный нормативный про-
межуток времени (смена, час, минута, секунда). С учетом годового
объема и сменности оборудования, а также максимального исполь-
зования производительность нагревателя и его вспомогательных
агрегатов не должна быть ниже производительности основного
кузнечно-штамповочного оборудования. Совместная работа си-
стемы нагреватель —формовочная машина предполагает на-
личие связи между формовочной машиной и нагревателем не
только по технологическим, признакам, но и по такому важному
компоненту, как способ передачи нагретой заготовки от нагрева-
| теля к формовочной машине.
Помимо ручной межагрегатной передачи нагретой заготовки
степень механизации и автоматизации формовочной машины влияет
на уровень механизации и автоматизации нагревательного устрой-
ства, предполагая их взаимную управляемость и регулирование
(темпа, последовательности операций и т. п.). В данном случае
возникает необходимость автоматизированного межоперационного
управления машинами разного технологического класса, такое
требование ранее к нагревателям не предъявлялось. Здесь может
возникнуть потребность совместной работы одного нагревателя
53
на несколько формовочных машин или, наоборот, с возможностью
образования единого конструктивного блока, например формовоч-
ного автоматического пресса с встроенным в штамповые вставки
нагревательным индуктором. Непосредственное влияние на выбор
конструкции оказывают наличие защитной атмосферы или взрыво-
опасной среды, транспортабельность, взаимозаменяемость узлов.
Например, индукционный безокислительный нагрев заготовок
в среде защитного газа определяет способ их загрузки из накопи-
тельного бункера, а принятая конструкция механизма переме-
щения в индукторе —возможность или отсутствие таковой встро-
ить принятый тип накопительного загрузчика с имеющимся транс-
портером самого индуктора. Таким образом, помимо чисто тех-
нологических вопросов нагрева и формовки металла необходимо
решать вопросы агрегатирования технологического процесса
с определенной степенью его автоматизации и механизации.
Для индукционного нагрева в машиностроении помимо выбора
схем, напряжений, частот, мощностей и других электротермиче-
ских категорий необходим выбор систем комплексного технологи-
ческого агрегатирования и управления этими системами с учетом
предшествующей технологии. Рассмотрим, как решаются эти
вопросы непосредственно при пластической деформации трактор-
ных деталей.
Нагрев под штамповку деталей трактора К-701 предусмотрен
для заготовок с широкой номенклатурой марок нагреваемых ста-
лей (от углеродистой до конструкционной высоколегированной)
с диаметром заготовок 20—220 мм и длиной 50 — 6000 мм. Типовая
номенклатура штамповок трактора К-701 в полном объеме содер-
жит более 100 наименований деталей, ио все же является статич-
ной, так как отражает существующий уровень технологии на дан-
ном производственном этапе.
Если программа производства определяет количественные по-
казатели штамповки, то изменения в технологии производства —
переход от производства трактора К-700 к его модификации
К-701 — привели к качественному изменению, т. е. к изменению
как марок сталей, так и габаритных размеров заготовок штампуе-
мых деталей. Эти качественные изменения необходимо учитывать
при первоначальном выборе оборудования индукционного нагрева
с возможностью его быстрой переналадки на другой типоразмер.
При отработке нагрева типовой номенклатуры штамповок
с заданной программой выпуска, т. е. с запланированной произво-
дительностью нагревателя, должно выполняться техническое тре-
бование, а именно соответствие производительности основного и
вспомогательного оборудования.
Выбор типа нагревателя может быть неоднозначным. Нагрева-
тель, связанный с определенной программой выпуска изделий, огра-
ничен номенклатурой обрабатываемых деталей^ а нагреватель,
связанный с определенным типом формовочной машины, ограни-
чен массовой производительностью машины. Ориентировка только
54
на один из этих критериев нежелательна. В первом случае выбран-
ный тип нагревателя обеспечивает условия выполнения заданной
программы выпуска по номенклатуре, но недостаточен по уста-
новленной мощности при видоизменении номенклатуры в связи
с изменением к. п. д. системы индуктор—деталь и изменением
ритма штамповки. По этой же причине нагреватель с заданной
производительностью нагрева металла по тоннажу оказывается
малопригодным при изменении номенклатуры штамповок. Установ-
ленная мощность нагревателя в данном случае окажется даже
недоиспользованной.
Согласовать эти два противоречивых требования можно только
с учетом коэффициента металлоемкости штамповки и коэффициента
возможно-допустимого видоизменения номенклатуры штампуемых
деталей. В этом случае требуется уточнить установленную мощ-
ность нагревателя и необходимую для выполнения программу
выпуска с учетом достигнутой на данном технологическом процессе
удельной мощности, расходуемой на единицу готовой продукции.
Требования высокой производительности индукционных нагре-
вателей и необходимость обеспечения достаточной унификации
оборудования при плотно нагруженных производственных пло-
щадях определили для трактора К-700 выбор мощности нагревате-
лей на определенную годовую программу. Такой выбор нагрева-
телей, сделанный по тоннажу без учета изменения номенклатуры
деталей, является ограниченным и не отвечает динамике произ-
водства. Представляется возможным при выборе параметров ин-
дукционного нагревателя пользоваться формулой, учитывающей
динамику кузнечного производства,
P=kMk„NPy,	(6)
где Р —мощность индукционного нагревателя, кВт; kw = 1,3-4-
= 1,55 —коэффициент металлоемкости штамповки, учитывающий
массу заготовки и готовой детали; k„ = 1,1 = 1,32 —коэффициент
видоизменения номенклатуры изделий; М—расчетная произво-
дительность нагревателя, требуемая для выполнения программы
по номенклатуре штамповок, т/ч; Ру —удельный расход электро-
энергии на нагрев 1 т металла по сети, кВт-ч/т.
В данной формуле при выборе коэффициентов К, и следует
руководствоваться величинами обратного порядка, т. е. для k№ =
= 1,3 принимается оптимальной kK = 1,32. Формула получена
из статистических многолетних наблюдений. Она отвечает усло-
виям увеличения программы штамповок и изменения номенклатуры
и позволяет произвести расчет мощностей при переходе с серий-
ного производства тракторов К-700 на более мощный трактор К-701.
Фактические данные для индукционных нагревателей, связанных
с тем же прессовым оборудованием, что и для К-700, согласуются
с расчетными данными. Более того, при резком изменении про-
граммы серийного производства удалось дополнительно загрузить
нагреватели на штамповку 34 наименований деталей.
55
Выбор частоты электромагнитного поля индуктора для сквоз-
ного нагрева. Экономичность работы установки индукционного
нагрева зависит от многих факторов, в том числе от частоты пере-
менного тока индуктора.
Если для поверхностного нагрева частота определяет глубину
нагретого слоя, его профиль и скорость нагрева, то для кузнечного
нагрева, когда необходим сквозной равномерный нагрев всей за-
готовки, на первый план выдвигаются теплопроводность металла
и геометрические соотношения глубины проникновения тока в ме-
талл и размеров заготовок. Длительность нагрева металла до тем-
пературы пластической деформации зависит о основном от мощ-
ности нагревателя, сечения заготовки и частоты электромагнит-
ного поля [47 ]. Для нагрева заготовок любого сечения существует
оптимальная частота тока, при которой скорость нагрева с учетом
глубины проникновения тока в металл и его теплопроводности
наибольшая.
Влияние частоты переменного тока определяется из уравнений:
ЛР = 2-10-4/д/^Д;	(7)
ДР= 1,2-10-4Нд|/рй7,	(8)
где ДР —количество теплоты, выделяющееся на 1 см2 поверхнос'ги
металла, кВт/см2; /д —сила тока, приходящаяся на полосу ме-
талла шириной 1 см, А/см; 7/д —магнитная составляющая на-
пряженности поля, А/м.
В этих уравнениях выражение [ рр принято называть коэф-
фициентом поглощения мощности. Он характеризует материал,
в котором распространяется волна.
Для немагнитных материалов, у которых р = 1 (медь,
у-железо, сталь, нагретая до температуры 800° С и выше, и др.),
мощность можно вычислить в зависимости от интенсивности маг-
нитного поля и частоты, принимая р, измеренное для заданной
температуры.
На ферромагнитные материалы значительное воздействие ока-
зывает явление гистерезиса, при котором образуются дополни-
тельные потери в металле вследствие сильного изменения р от
интенсивности магнитного потока. Потери на гистерезис зависят
не только от состава материала, но и от других физических фак-
торов, и учесть их аналитически сложно.
Для каждой конкретной точки температурного состояния ме-
талла можно предположить, что р и р —установившиеся вели-
чины, тогда уравнения (7) и (8) можно условно упростить:
ДР=£[/Д	(9)
где k = 1,2-10-4 Дд [/рр.	**
Таким образом, количество теплоты, выделяющееся в металле
за счет электромагнитного поля, зависит от интенсивности магнит-
ного поля, физического состояния металла и прямо пропорцио-
56
нально корню квадратному из частоты переменного тока. Это выра-
жение не учитывает конструктивных особенностей индуктора и
глубины проникновения магнитного потока в металл, однако до-
статочно для оценки выбранной частоты тока при кузнечном на-
греве с технологической точки зрения.
В Советском Союзе для индукционного нагрева в кузнечном
производстве преимущественно используется шкала частот 50,
500, 1000, 2500 и 8000 Гц. Более высокие частоты в кузнечном
нагреве применяются в основном для заготовок диаметром менее
16 мм. По имеющейся номенклатуре тракторных деталей каждая
из этих частот могла бы быть использована для той или иной куз-
нечной заготовки. Однако для полной выделяющейся теплоты в ме-
талле частота 50 Гц в 7—12 раз менее эффективна остальной шкалы
частот и используется для заготовок диаметром более 180 мм.
Частота 8000 Гц не является оптимальной для основной номенкла-
туры кузнечных заготовок по глубине проникновения тока в ме-
талл. Кроме того, для крупногабаритных деталей в серийном
производстве требуются большие мощности, тогда как мощные
источники питания с частотой 8000 Гц отсутствуют.
Почти для всей номенклатуры тракторных деталей пригодны
частоты 1000 и 2500 Гц, которые по эффективности отличаются
всего на 10%. Учитывая более благоприятные условия передачи
энергии в системе индуктор—деталь при частоте 2500 Гц, ее при-
няли основной в кузнечном производстве при выпуске трактора
«Кировец». Наличие единой частоты переменного тока на всех
нагревателях имеет ценные эксплуатационные преимущества.
Обслуживание таких нагревателей становится унифицированным
по индукторам, конденсаторам, измерительной аппаратуре; парк
запасных элементов и узлов сокращается, источники питания ста-
новятся едиными и занимают значительно меньшие производствен-
ные площади; уменьшаются удельные капитальные затраты и экс-
плуатационные расходы на тонну штамповок (поковок).
Частота 2500 Гц, единая для всех нагревателей, удобна в экс-
плуатационных условиях, так как упрощает обслуживание, обес-
печивает взаимозаменяемость оборудования, но является критич-
ной для наименьшего и наибольшего диаметров заготовок, исполь-
зуемых при нагреве. Для мощных горизонтально-ковочных машин
и прессов, где обрабатываются детали большого диаметра, требуется
низкая частота, а для вальцераскатных и малых машин —более
высокая. Казалось бы, целесообразно перейти на частоту 50 Гц
для обслуживания машины, например, ГКМ-2000 или ГКМ-1250.
Капитальные затраты на 1 кВт мощности в установках, работаю-
щих на токах промышленной частоты, ниже затрат при т. в. ч.,
они просты в обслуживании, но имеют свои недостатки. Создание
и эксплуатация установок на т. п. ч. для нагрева металла под
кузнечную обработку требуют строительства дополнительных
трансформаторных подстанций, установки коммутирующего элек-
трооборудования на большие токи, применения крупногабарит-
57
ных металлоемких индукторов с многослойными обмотками и пр.
Такие нагреватели эффективны при нагреве металла до темпера-
туры 800° С и не оправданы при догреве до более высоких тем-
ператур. В некоторых случаях рекомендуют комбинированный
нагрев т. в. ч. —т. п. ч. В таких условиях нагрев заготовок до
точки Кюри ведут на промышленной частоте, а выше — на средней
частоте. Опытная эксплуатация установки с комбинированной
частотой 50—2500 Гц для штамповки деталей трактора К-700
от прутка диаметром 220 мм оказалась неэффективной.
В результате взаимного влияния катушек индуктора, частых
межвитковых пробоев изоляции и трудностей при обслуживании
эта установка была заменена одночастотной в 2500 Гц. Однако это
нельзя принимать как рекомендацию к отказу в использовании
комбинированных частот в кузнечном нагреве. Практика показала,
что крупное кузнечное производство не может быть ориентиро-
вано на индукционный нагрев только одной частоты тока. Тяже-
лые прессы усилием 4000 тс и более обрабатывают заготовки диа-
метром 90—150 мм. Здесь хорошо зарекомендовали себя индук-
ционные нагреватели частотой 1000 Гц. В настоящее время по ре-
комендациям ВНИИ ТВЧ предложена новая шкала частот пере-
менного тока для нагрева заготовок под пластическую деформа-
цию: 1000, 4000, 10 000, 22 000 Гц. Следует предположить, «fro
в дальнейшем парк электротермического оборудования, обслужи-
вающий нагрев тракторных заготовок под пластическую дефор-
мацию, постепенно будет оснащен установками с частотой 4000 Гц.
Это даст возможность иметь источники питания к кузнечным на-
гревателям с частотой 4000 Гц, доступной для нагрева основной
номенклатуры тракторных деталей, полученных с помощью пла-
стической деформации. Источников переменного тока частотой
4000 Гц и выше, удовлетворяющих по мощности кузнечные нагре-
ватели, нет, и это сдерживает широкое освоение нового спектра
частот.
Особенности индукционного нагрева в кузнечных цехах. Куз-
нечное производство является неотъемлемой составной частью
среднего и тяжелого машиностроения, но в отличие от чисто
машиностроительных электротермических процессов имеет свои
особенности. Как было показано выше, индукционный нагрев
в кузнечном производстве, во-первых, является крупнотоннаж-
ным и, во-вторых, плотно нагруженным по мощности. Для этого
требуется разместить большое количество нагревательных средств
непосредственно у ковочно-штамповочных машин, связать их
с источниками питания и объединить цепями управления и систе-
мами вспомогательного технологического оборудования (водо-
и маслоснабжения, сжатого воздуха и пр.).
Большое количество типоразмеров индукционных нагрева-
телей, разработанных рядом проектных организаций, к сожале-
нию, не используется в широких масштабах при производстве
трактора «Кировец» по двум основным причинам.
58
1. Эти нагреватели имеют ручную поштучную загрузку заго-
товок в индуктор и поэтому неприемлемы для нагрева тяжелых
заготовок. К тому же, их выпуск ограничен из-за слабых производ-
ственных мощностей заводов электротермического оборудования,
поэтому приобретение их сопряжено с большими трудностями.
2. Индукционные нагреватели, имеющие в своем составе на-
копители, механизмы загрузки и выгрузки заготовок, т. е. пол-
ностью механизированные или автоматизированные, являются
редкостью и электротермическими заводами не выпускаются вооб-
ще. Этот недостаток в крупносерийном машиностроительном про-
изводстве вынуждает современные производственные машинострои-
тельные объединения самостоятельно или с помощью тех же про-
ектных институтов разрабатывать и изготавливать оборудование
по своей технологии. Так поступают многие предприятия и ПО
«Кировский завод» в том числе.
Компонуя нагреватели непосредственно у ковочно-штамповоч-
ного оборудования, все блоки можно расположить с учетом кон-
кретной технологии пластической деформации, используя достиг-
нутый в кузнечном цехе уровень механизации.
Технические решения могут быть разнообразны и отличаться
принятым типом индуктора или способом перемещения заготовок.
Как правило, по своей принадлежности нагреватели индивидуаль-
ны и предназначены для определенного ковочно-штамповочного
оборудования. Более сложная ситуация складывается при исполь-
зовании источников питания.
Известны способы индивидуального и централизованного пи-
тания индукционных кузнечных нагревателей высокочастотной
энергией. Оба эти способа имеют свои преимущества и недостатки.
При постоянной по номенклатуре программе и высоком коэф-
фициенте использования машинного времени индивидуальный.спо-
соб питания, когда каждый нагреватель питается от своего преобра-
зователя, является более предпочтительным. Для такого способа
характерно использование типового электротермического обору-
дования, условия эксплуатации и переналадки благоприятные.
В кузнечных цехах с разнообразной номенклатурой заготовок
и наличием большого количества нагревателей применяется цен-
трализованное питание. Этот способ имеет два решения. В первом
случае несколько генераторов подключены к общим шинам, от
которых одним шинопроводом осуществляется питание каждого
нагревателя своим отрезком фидера или шинопровода, включенным
как бы в среднюю точку, т. е. в окончание магистрального шино-
провода. Такую систему питания принято называть радиальной.
Во втором случае генераторы нагружены на общий выход, к ко-
торому нагреватели подключены каждый своим фидером. В связи
с разработкой коаксиального токопровода типа КВСП внимания
заслуживает система питания с индивидуальными фидерами на
каждый нагреватель. В настоящее время мощности нагревателей
значительно возросли, а практика показала, что параллельное
59
включение более четырех отрезков фидеров КВСП приводит к их
неустойчивой работе и самовозгоранию даже при допустимых
токовых нагрузках.
В дополнение к особенностям централизованного питания на-
гревателей, изложенным в источниках [11, 32], следует отметить,
что в кузнечном цехе при штамповке тракторных деталей группа
из шести генераторов мощностью 1500 кВт каждый, включенных
по системе централизованного питания, имеет общий возбудитель
на тиристорах, разработанный ВНИИ ТВЧ. Тиристорный возбу-
дитель типа РВТ-80, установленный взамен электромашинных воз-
будителей, значительно улучшил стабилизацию выходного на-
пряжения на шинопроводе и облегчил режим работы преобразова-
телей в условиях резко переменной нагрузки. К примеру, в зави-
симости от технологической ситуации периодически включается
и отключается без определенной закономерности более 20 нагрева-
телей мощностью от 200 до 1000 кВт. Ранее это часто приводило
к отключению машинного зала при перегрузках и вследствие этого
к браку по штамповкам.
Кроме того, условия согласования нагрузки и источников пи-
тания в кузнечном производстве могут быть выполнены для цен-
трализованного и индивидуального питания с помощью коаксиаль-
ных фидеров, выполненных из отрезков медных труб, соединенных
не сваркой, а с помощью фланцев оригинальной конструкции.
Обеспечивается любое пространственное положение фидера и
исключаются наводки на окружающие металлоконструкции и
трубопроводы. Передача высокочастотной энергии при силе тока
2000 А и более становится обычным явлением. Из-за ряда имею-
щихся трудностей, в том числе по передаче высокочастотной энер-
гии, загрузке генераторов и большой мощности потребителей,
первоначально существовало мнение, что для мощных кузнечных
цехов с индукционным нагревом неприменимо индивидуальное
питание нагревателей. Поэтому все крупные кузнечные цеха с ин-
дукционным нагревом строились с централизованным питанием.
Разработка электромашинных преобразователей частоты вер-
тикального исполнения, а также внедрение в кузнечное производ-
ство изготовления деталей для трактора «Кировец» в 1971 г. мощ-
ных тиристорных преобразователей частоты типа ТПЧ-3, ТПЧ-800
и др. изменили это мнение. Индивидуальное питание нагревателей
с мощностью в блоке 800—1600 кВт стало неотъемлемой составной
частью кузнечного цеха. Тиристорные преобразователи частоты
мощностью 800 кВт, частотой 1000 Гц, используемые в качестве
источника питания кузнечного нагревателя, расположены не-
посредственно у блока нагревателя.
С целью экономии производственных площадей технологам
удалось разместить преобразователи со всей вявдной коммутирую-
щей аппаратурой между опорными колоннами пролетного строе-
ния цеха (рис. 12), причем в несколько ярусов, что позволило
эффективно вписать их в общую пространственную структуру
60
(без значительных дополнительных затрат на строительство спе-
циального машинного зала).
Способность двух и более тиристорных преобразователей ра-
ботать на общую нагрузку в значительной степени расширяет воз-
можности их использования по наращиванию суммарной мощ-
ности блока. Отсутствие режима холостого хода, мобильность и
Рис. 12. Расположение тиристорных преобразователей в межко-
лонном пространстве кузнечного цеха
ремонтоспособность, высокий к. п. д. и неприхотливые требования
к фундаментам, зданиям и пр. ставят тиристорные преобразова-
тели частоты в условия достаточной конкурентоспособности по
сравнению с электромашинными преобразователями, включая
вертикальное исполнение.
7.	Нагреватели под пластическую деформацию
Установки кузнечного индукционного нагрева различаются между
собой по типу принятой конструкции индуктора и способу пере-
мещения заготовок, т. е. по принятой механизации. Технологи-
чески кузнечные заготовки можно привести в основном к двум
видам: мерные, требующие общего сквозного нагрева, и прутки,
требующие сквозного зонного или концевого нагрева. В зависи-
мости от этого выбирается определенный тип индуктора. Для
нагрева, например, мерных круглых заготовок из множества ти-
пов индукторов, таких, как щелевые, овальные, цилиндрические,
в тракторном производстве наибольшее применение получили ин-
дукторы соленоидного типа.
61
В кузнечных нагревателях методического действия индукторы
выполнены многосекционными по методу ускоренного нагрева,
причем все секции в индукторе одинаковы. В данном случае ин-
дукционный нагреватель с ж магнитно-связанными индукторами
можно рассматривать как , пассивный линейный 2п-полюсник
с п автономно питаемыми индукторами. В индукторах магнитная
связь зависит главным образом от магнитных потоков рассеяния
каждой секции индуктора. Она может быть определена опытным
путем по численному значению наведенной э. д. с. на разомкнутой
секции индуктора при подаче напряжения на другую секцию, что
соответствует опыту холостого хода. Опытным путем можно
определить входное сопротивление и сопротивление связи каждого
из индукторов при коротком замыкании остальных секций.
Особенности метода ускоренного нагрева, низкие эксплуата-
ционные качества нагревателей и низкий к. п. д. индукторов при-
водят к неравномерному нагреву заготовок по сечению и к недо-
статочной производительности нагревателей.
Неравномерность температуры нагрева заготовок по сечению,
допускаемая технологией штамповки тракторных деталей, состав-
ляет ±30° при номинальной температуре'1200° С. Перегрев заго-
товок вызывает их оплавление и выход из строя индуктора. При
недогреве заготовки происходит незаполнение штампа и выход
из строя пресса. В обоих случаях повышается брак штамповок.
Предварительно выполненный расчет индукторов и разработка
новой конструкции позволили уточнить методику графического
определения параметров индуктора [35].
Как известно, температура по сечению заготовки при ускорен-
ном индукционном нагреве зависит, главным образом, от тепло-
проводности нагреваемого металла, в то время как на поверхности
заготовки заданной температуры можно достигнуть значительно
быстрее, повышая удельную мощность, передаваемую металлу.
Степень прогрева заготовки б, характеризующаяся отношением
толщины прогретого слоя к радиусу тела, представлена для раз-
ных диаметров графиком ее зависимости от удельной мощности Р,
передаваемой в металл (рис. 13). Из графика видно, что с увеличе-
нием удельной мощности в первой стадии нагрева степень про-
грева заготовки по сечению ухудшается. Время необходимое
для первой стадии нагрева заготовки, т. е. время доведения тем-
пературы на поверхности заготовки до ковочной,’в зависимости
от степени прогрева по диаметру можно определить по графику,
приведенному на рис. 14. Время т2, необходимое для второй ста-
дии нагрева заготовки, т. е. время выравнивания температуры по
сечению заготовки, в зависимости от степени прогрева опреде-
ляем по графику, показанному на рис. 15.
Полное время нагрева заготовок является Суммарным време-
нем первой и второй стадий нагрева. Это время определяет темп
выдачи нагретых заготовок из индуктора с заданным перепадом
температуры по сечению.
62
Распределение температуры по длине заготовки удовлетвори-
тельно при условии кратности темпа выдачи нагретых заготовок
из индуктора в первой стадии. Следовательно, длина первой сек-
ции индуктора, определяющая время первой стадии нагрева, за-
Рис. 13. Зависимость сте-
пени прогрева заготовки 6
при методическом ускорен-
ном нагреве от вносимой
мощности
Рис. 14. Зависимость вре-
мени первой стадии уско-
ренного нагрева от сте-
пени прогрева заготовки
Рис. 15. Зависимость вре-
мени второй стадии уско-
ренного нагрева от сте-
пени прогрева заготовки
Рис. 16. Зависимость длины
первой . секции индуктора от
темпа выдачи нагретых загото-
вок
висит от длины”заготовок и влияет на качество штамповки. Зная
программу штамповки по номенклатуре и тоннажу, можно опре-
делить необходимую длину первой секции индуктора. Эта длина Нг
в зависимости от размера заготовки и темпа выдачи тк представлена
на рис. 16. На графике заштрихованные зоны включают интервал
длин заготовок от 1,2 до 2 диаметров (верхняя граница зон принята
для длины, равной 2D).
63
По обычному численному электрическому расчету индуктора
ускоренного нагрева число секций, их длина, а также количество
витков и шаг намотки в секциях различны. Это затрудняет взаимо-
заменяемость секций и их использование.
Графическое определение параметров индуктора с достаточной
для практики точностью позволяет принимать в конструкции
индуктора однотипные секции с равными размерами. Путем дроб-
ления индуктора на секции с одинаковой длиной и равным числом
витков удалось добиться взаимозаменяемости на нагревателях с раз-
ными индукторами. В этом случае секции соединяются между
собой параллельно или последовательно в зависимости от того,
какая мощность передается в нагреваемую заготовку. Число сек-
ций определяет степень прогрева заготовок, схема включения —
производительность нагревателей, конструкция секций —
к. п. д. индуктора. Замена одной секции другой качественно
не влияет на процесс нагрева и осуществляется достаточно
быстро.
Разработаны индукторы на основе жароупорного бетона, ко-
торый является теплоизоляцией и одновременно конструкцион-
ной (несущей) частью индуктора (рис. 17). Состав жароупорного
бетона для термо- и электроизоляционных покрытий индукторов
имеет много преимуществ по сравнению с применявшимся до на-
стоящего времени: в нем нет вредных для здоровья примесей, он
технологически просто наносится на индуктор и состоит из вторич-
ных материалов, используемых в металлургическом производстве.
При наличии достаточно высоких физико-механических свойств,
таких, как прочность на сжатие (190—220 кгс/см2), прочность на
разрыв (более 30 кгс/см2), огнеупорность (1600° С) и др., качества
бетона в процессе работы не претерпевают значительных изме-
нений, футеровка индуктора механически не разрушается, отсут-
ствуют оседание и существенное уплотнение материала, нет выго-
рания составляющих элементов. Стойкость индуктора значительно
повышена; он не требует ухода и ремонта и эксплуатируется в те-
чение года и более без замены.
Постоянство температуры на поверхности заготовки при на-
греве в индукторе обеспечивается балансом мощностей: потребляе-
мой нагревателем, передаваемой в металл и излучаемой с различ-
ными видами потерь.
Ускоренный методический нагрев имеет недостатки: при пере-
грузке нагревателя происходят быстрый перегрев металла, его рас-
плавление и выход из строя индуктора или части конденсаторов.
Выход из строя индуктора в результате высокочастотного пробоя
между витками возможен также не только за счет расплавления,
но и в параллельном нагревательном контуре при отсутствии за-
готовок в индукторе. Тем не менее, независимо от схемы включе-
ния нагревательного контура при выбранной схеме индуктора
с изотермическим нагревом можно отметить определенные только
ему присущие явления.
64
Нарастание температуры при обычном нагреве идет с поверх-
ности заготовки, причем температура сердцевины может значи-
тельно отставать от поверхности (на 200—400° С), а среднее время
нагрева колеблется, например, для заготовки 0 70—110 мм
в пределах 600—900 с. Установлено опытным путем, что при уско-
ренном нагреве заготовки передней подвески автомобил я «Москвич»,
штампуемой на кузнечном оборудовании, температура поверхности
заготовки достигает 1200° С за первые 36 с при мощности индук-
тора 240 кВт, а средний прирост температуры по всему сечению
3 В. Д. Сидоренко	65
составляет +5° С/с. За последующие 16 с средняя температура
сердцевины достигает 1260° С, а средний рост температуры сни-
жается до 3,72° С/с.
В ряде случаев отмечается превышение температуры сердце-
вины (по контрольным зачеканенным термопарам) над темпера-
турой поверхности на 20—40° С, общее время нагрева одной заго-
товки до ковочной температуры 1200 ± 30° С составляет 200 —
240 с. Температура равномерна по длине и сечению заготовки.
Выравнивание температуры по сечению заготовки снижает
значение тока нагрузки главного двигателя пресса, например
КГШП-4000, на 50% и обеспечивает его нормальную работу.
В этом случае (при равномерном нагреве) не требуется перегрева
хотя бы до допустимых пределов поверхности заготовки, тем са-
мым не требуется перегрузки по напряжению на конденсаторе.
Рабочее напряжение на конденсаторах нагрузочного контура за-
ведомо поддерживается в пределах или ниже нормы, поэтому нет
излишних выходов из строя конденсаторов по причине пробоя.
Из-за этого же улучшаются условия работы индуктора, так как
снижаются выходы его из строя по причине пробоя и расплавле-
ния. В конечном итоге при таком режиме работы повышается на-
дежность нагревателя, отпадает необходимость в дежурстве элект-
рика-электротермиста, повышается коэффициент использования
оборудования.
На современном этапе развития индукционного нагрева проект-
ные и конструкторские работы по определению оптимального типа
индуктора для кузнечных заготовок можно выполнять в заводских
условиях. При выборе соответствующей механизации этих ин-
дукторов встречаются трудности.
Установки для кузнечного методического нагрева мерных за-
готовок по способу передвижения в индукторе соленоидного типа
на практике делятся на следующие основные виды:
1)	с толкателем пневматическим, гидравлическим или механи-
ческим, когда заготовки проталкиваются «столбом» последователь-
но, одна за другой, дискретно;
2)	с роликовым приводом, когда заготовки продвигаются в ин-
дукторе непрерывно за счет обжатия между приводными или вто-
ричными роликами;
3)	с механическим приводом типа «шаг», когда заготовки про-
двигаются по циклу подъем—продвижение вперед—опускание
с возвратом шагающего механизма в исходное положение;
4)	с механическим приводом типа бесконечной цепи Галля,
входящей в индуктор с заготовками.
Наряду с механизмами, осуществляющими продвижение мер-
ных заготовок в индукторе и подачу их на рабочий стол пресса,
одно из важнейших мест занимают накопители и механизмы подачи
заготовок в индуктор. Механизации и автоматмаации процессов
загрузки кузнечных заготовок большое внимание уделяется как
у нас в стране, так и за рубежом. Имеется целый ряд надежно
66
работающих линий и устройств по накоплению заготовок и за-
грузке индукторов, но их количество и, главным образом, каче-
ство обслуживания значительно ниже потребностей производства.
Хорошо зарекомендовал себя механизированный загрузчик
ЭНИКмаша с бункерным накопителем, приспособленный к ин-
дукционному нагревателю (рис. 18) для штамповки тракторных
деталей среднего сечения 20 —80 мм. Его преимущество в том, что
он практически встраивается в нагреватель с любой механизацией
Рис. 18. Индукционный нагреватель с бункерным накопите-
лем
перемещения заготовок в индукторе. Такие загрузчики работают
совместно с механизмами типа «шаг», толкательными, роликовыми
и др. Для деталей большого сечения они непригодны. Заготовки
диаметром 90—150 мм загружаются в индукционный нагреватель
с помощью магнитной руки или вибробункером (рис. 19).
Нагрев концевой и зонный заготовок под высадку и ковку имеет
свои особенности. Особое место в этом ряду занимает нагрев длин-
номерных тяжелых заготовок типа штанг и прутков. Во-первых,
технология нагрева и обработки таких заготовок предполагает
обязательное наличие.какой-либо механизации, во-вторых, отпа-
дает возможность широкого использования цилиндрических ин-
дукторов и, в-третьих, нагрев концов штанг почти всегда связан
с наличием неравномерной температуры по длине штанги. Штанги,
прутки, мерные заготовки длиной 400—1200 мм могут нагреваться
в индукторах с продольным, поперечным и смешанным магнитным
полем. При высоком темпе ковки (высадки) в индукторе может на-
ходиться одновременно несколько заготовок — в этом случае ис-
пользуются щелевые индукторы. Щелевые индукторы как одна из
наиболее распространенных конструктивных форм нагревателя
успешно применяются при высадке нескольких деталей от одного
3*	67
прутка, в том числе от одного нагрева или от двух и более нагре-
вов, выполненных поочередно. Конец прутка после высадки имеет
остаточную теплоту, за счет которой температура его снижается
до 400 —750° С и оказывается различной и неравномерной по длине
и очередности поковок.
Рис. 19. Индукционный нагреватель с вибробуикерным за-
грузчиком
Каждый последующий догрев прутка происходит при темпера-
туре, отличающейся от предыдущего уровня. Устойчивость ре-
жима при повторных нагревах сильно влияет на износ штамповых
вставок и часто приводит к браку по поковкам. В некоторых слу-
Рис. 20. Устройство для нагрева заготовок с барабанной выгрузкой:
1 — вал; 2 — подшипник; 3 — барабан сменный; 4 — втулка смеииая; 5 — ко-
лесо* храповое; 6 — нагреваемая деталь; 7 — индуктор; 8 — лоток
чаях применяют двухчастотный нагрев: до температуры магнитных
превращений используют частоту 50 Гц, а далее — более высокую
частоту. Такой нагрев ограниченно эффективен и широкого при-
менения не получил. Наиболее устойчивым режимом нагрева яв-
ляется многопозиционный нагрев прутков в щелевых индукторах
68
с загрузчиками барабанного типа [32]. Такие нагреватели на-
дежны в работе, но имеют низкий к. п. д. за счет дополнительных
электрических потерь в обратных (неактивных) токопроводах ин-
дуктора. Обработка деталей с предотвращением их подстывания
на выходе возможна только в установке барабанного типа (рис. 20),
представленной схематично. Рассмотрим конкретные нагреватели
применительно к поточному производству.
8.	Станки и поточные линии для нагрева металла
перед пластической деформацией
Нагреватели для кузнечного нагрева делятся прежде всего по типо-
размерам нагреваемых заготовок и заданной производительности
нагрева, поэтому в своей основе всегда состыкованы с определен-
ным типом ковочно-штамповочного оборудования. В зависимости
от этого рассмотрим технические характеристики и достигнутый
уровень механизации и автоматизации средств нагрева.
Для тракторного производства используется прессовое обору-
дование, имеющее усилие падающих частей или на главном при-
водном валу 1000—6300 тс, и ковочное оборудование усилием 200—•
2000 тс. Для прессов типа КГШП-1000 усилием 1000 тс наибольшее
применение нашли индукционные нагреватели, разработанные
ВНИИ ТВЧ и модернизированные на заводе.
Индукционный нагреватель (рис. 21) представляет собой на-
гревательный блок с механизмами загрузки, перемещения и вы-
грузки заготовок, смонтированными непосредственно на его ме-
таллоконструкции. В верхней части нагревательного блока уста-
новлен секционный индуктор, под которым расположены в два
ряда конденсаторы нагревательного контура. Доступ к конденса-
торам и индуктору осуществляется через боковые двери, замена
вышедших из строя конденсаторов и смена индуктора на другой
типоразмер не представляют затруднений. Ошиновка контура вы-
полнена между индуктором и выводами конденсаторов сквозными
водоохлаждаемыми шинами, связанными с токоподводящим ка-
белем. Заготовки в индукторе расположены между подвижными и
неподвижными направляющими, за счет смещения которых про-
исходит перемещение заготовок по циклу шагового толкате-
ля подъем—движение , вперед —опускание—движение назад-—
подъем. Такой шаговый толкатель с регулируемым шагом от экс-
центрического привода впервые применен в отечественной электро-
термии для нагрева тракторных деталей и имеет целый ряд преи-
муществ, особенно по сравнению с обычным пневмотолкателем.
Этот механизм дает возможность перемещать в индукторе заго-
товки с заусенцами и косым срезом, устраняет зацепление послед-
них с витками или изоляцией и в случае необходимости позволяет
полностью выгрузить холодные или горячие заготовки. С помощью
такого механизма перемещаются заготовки с переменным профи-
лем по длине и сечению, что исключено в других загрузчиках.
69
Рис. 21. Установка для индукционного нагрева с шаговым перемещением заготовок в индукторе
70
Механизм перемещения типа «шаг» хорошо стыкуется с разными
типами загручиков, т. е. полностью обеспечивает механизирован-
ный процесс. Наряду с этим шаговый механизм перемещения заго-
товок требует дополнительного расхода электроэнергии, потреб-
ляемой реечным толкателем и направляющими, выполненными
из жароупорных водоохлаждаемых трубок. С повышением диа-
метра нагреваемых заготовок конструктивные размеры направляю-
щих и толкателя увеличиваются и растут потери электроэнергии
на них.
Кроме того, водоохлаждаемые направляющие реечного тол-
кателя доставляют неудобства при монтаже, а заготовки на выходе
подстывают в течение одного темпа выдачи нагретой заготовки.
Следовательно, требуются дополнительные меры, устраняющие
подстуживание заготовок, при этом удельный расход электроэнер-
гии не снижается, а может расти. Все же простота обслуживания
такого механизма, снижение простоев на переналадку и ремонт,
повышение стойкости индукторов и подвижных деталей компенси-
руют некоторый перерасход электроэнергии на тонну нагревае-
мого металла. Эти механизмы показали свою жизнестойкость.
Наклонный транспортер имеет обратный лоток, в основании
которого перемещается лента с пальцеобразными захватами; выни-
мая из бункера по одной заготовке, транспортер укладывает их
на направляющие индуктора. Загрузчик работает достаточно
устойчиво при выполнении некоторого ряда конструктивных
условий: на участке подъема заготовок загрузчик должен иметь
отсекатель, сбрасывающий плохо ориентированные заготовки из
лотка обратно в бункер; на участке спуска заготовок необходимо
устанавливать прижимное устройство, предотвращающее кувыр-
кание заготовок, и счетчик накопленных на спуске заготовок с ав-
томатической остановкой транспортера для предотвращения за-
грузки индуктора «навалом».
_ Бункерный накопитель имеет в своем основании лопаточный
вибратор, работающий от общего привода загрузчика и предназна-
ченный для устранения зависаний и заклинивания заготовок в бун-
кере. Такой накопитель способен работать только при небольшой
загрузке деталей (на 15—-20 мин непрерывной работы) и ограничен-
ной их номенклатуре. .В целом индукционный нагреватель вполне
работоспособен и может быть-использован в массовом производ-
стве при незначительных колебаниях номенклатуры нагреваемых
заготовок. Дополнительно в состав индукционного нагревателя
входят шкаф управления и автотрансформаторный шкаф. В шкафу
управления сосредоточены пускорегулирующая аппаратура для
управления процессом нагрева и механизмами, а также контрольно-
измерительные приборы и органы регулирования мощностью на-
грева и темпом выдачи заготовок. В автотрансформаторном
шкафу расположены панель ввода силового высокочастотного
фидера, ручной высоковольтный разъединитель, электромехани-
ческий высокочастотный контактор, высокочастотный автотранс-
71
форматор, блок системы водоохлаждения и коммутации. Силовая
электрическая схема индукционного нагревателя является ти-
повой почти для всех кузнечных нагревателей.
Техническая характеристика индукционного нагревателя для
пресса усилием 1000 тс дана в табл. 11. Рассматриваемый тип ин-
дукционного нагревателя легко трансформируется при незначи-
тельной модернизации его узлов и вполне пригоден для прессов
усилием 1600 тс. В этом-случае (см. рис. 21) бункерный накопи-
тель, по форме напоминающий усеченную пирамиду, видоизме-
няется в усеченную трапецию. Сквозной цепной транспортер —
механизм загрузки с зонами подъема и спуска заготовок —заме-
няется на тех же двух участках автономными транспортерами:
на подъеме — шиберным вертикальным для захвата заготовок
из бункера; на спуске —ленточным роликовым для передачи за-
готовок на направляющие индуктора. Наклонная часть лотка ме-
ханизма загрузки прежнего вида может быть оставлена без изме-
нения, при этом отсутствует заклинивание в нем заготовок. Га-
баритные размеры перемещаемых заготовок в том же типоразмере
нагревателя расширяются примерно в 2,5—3 раза; процесс на-
грева более успешно автоматизируется за счет стабильной пере-
дачи заготовок в межоперационном цикле. Такой загрузчик встраи-
вается, как показано ранее, в механизмы перемещения заготовок
в индукторы толкательного и роликового типа и становится при-
годным для широкой номенклатуры прессового оборудования.
Таблица 11. Техническая характеристика индукционных нагревателей
для штамповки тракторных деталей
Кузнечное оборудование		Диаметр заготовок, мм	Индукционный нагреватель			
			Производитель- ность, т/ч		Мощность, кВт	
Тип	Уси- лие (тс)		К-700	К-701	К-700	К-701
Пресс КГШП	1000	18—30	0,4	0,6	200	300
» КГШП	1600	22—60	0,7	1,2	300	500
» КГШП	2500	40—90	1,0	2,0	500	750
» КГШП	4000	70—120	1,2	2,2—3,5	600	800—1600
» КГШП	6300	100—150	2,0	4,0	800	1600
ГКМ-2000	2000	60—240	1,2	1,6	600	800
ГКМ-1250	1250	40—180	0,6	0,8	300	400
ГКМ-1200	1200	45—160	0,6	0,8	300	400
ГКМ-800	800	30—100	0,4	0,6	200	300
ГКМ-3"	350	20—60	0,4	0,4	200	200
ГКМ-2"	286	14—40	0,2	0,4	150	200
		Итого:	8,7	14,6	4150	6250
Индукционный нагреватель «с прессу КГШП-2500 усилием
2500 тс состоит из блока нагревателя, конденсаторного блока, бло-
72
ков трансформаторного и управления. Все блоки расположены
отдельно, нагревательный блок имеет механизированные загрузку
заготовок, их перемещение и выгрузку (рис. 22). Нагревательный
блок устанавливается непосредственно у пресса, остальные блоки
могут быть расположены как совместно, так и в непосредственной
близости в радиусе 10—15 м от нагревательного блока, и испол-
нены в напольном, подвальном или антресольном варианте. В за-
висимее™ от мощности нагревателя может быть несколько конден-
Рис. 22. Индукционный нагреватель с роликовым транспортером
саторных блоков. В настоящем нагревателе конденсаторы не
встроены совместно с индуктором, а смонтированы в три этажа
в индивидуальном конденсаторном блоке. Шкаф блока конденса-
торов сварной, каркасный, с боковыми двухсторонними дверями;
дополнительно к конденсаторам в нем размещены высокочастотные
контакторы для автоматической подстройки нагревательного кон-
тура. В систему водоохлаждения конденсаторов введены датчики
температуры воды на каждой ветви слива, контролирующие ве-
личину тепловых потерь и автоматическую защиту конденсаторов
в случае их перегрева.
В отличие от предыдущего типа нагревателя для расширения
пределов регулирования мощности при нагрузке в шкаф автотранс-
форматора дополнительно установлены последовательный трансфор-
73
матор и высокочастотный дроссель. Все указанные элементы с маг-
нитными сердечниками, а силовая ошинковка шкафа позволяет
подключать к фидеру несколько конденсаторных блоков.
В блоке управления кроме основных элементов имеется аппара-
тура контроля температуры заготовок и температуры секций ин-
дуктора с датчиками, установленными в непосредственных зонах
контроля. Наличие в трансформаторном шкафу высокочастотного
трансформатора и дросселя, а в шкафу управления регулятора
напряжения дает возможность регулировать мощность, отдавае-
мую индуктором в заготовки, непосредственно в процессе нагрева
или при перестройке на другую деталь.
В состав нагревательного блока кроме корпуса и индуктора
со всеми сопутствующими ему узлами входят проталкивающие ро-
лики, проводки, направляющие, загрузочное устройство и затал-
киватель, которые в основном и определяют механизацию нагре-
вателя. Проталкивающие ролики предназначены для проталки-
вания заготовок через индуктор. Они установлены на входе ин-
дуктора, при выходе из него, а также между секциями. Ролики
состоят из нижнего и верхнего корпусов, в которых смонтированы
шпиндель, коническая пара для передачи вращения, подшипники
качения и две щеки. Верхний корпус с роликом выполнен подвиж-
ным для возможности прижима его к проталкиваемой заготовке
с помощью пружины. Как и должно быть, все детали роликов вы-
полнены из немагнитной стали, что снижает электромагнитные
наводки и уменьшает тепловые потери. Поверхность роликов, не-
посредственно соприкасающаяся с нагреваемыми заготовками,
изолирована дисками из микалекса с целью уменьшения электро-
эрозии. Надо отметить, что выбор микалекса в качестве электро-
эрозионного изолятора не является оптимальным, так как под
действием тепловых ударов и протечек воды он разрушается.
Ролики вращаются от электродвигателя с переменной частотой
вращения, регулируемой плавно, с передачей вращения через
червячный редуктор и трансмиссионный вал. Механизм передачи
вращения расположен внутри корпуса нагревателя, а трансмис-
сионный вал связан со шпинделями роликов вращения с помощью
цепной передачи для каждой пары роликов отдельно.
Передача выполнена таким образом, что ролики, установленные
на выходе индуктора, имеют более высокую скорость вращения
по сравнению с предыдущими, выхватывают нагретую заготовку
из индуктора и в более быстром темпе подают к прессу. Это пре-
дотвращает ее преждевременное остывание.
Механизм перемещения заготовок надежен в работе, но имеет
повышенный износ самих роликов.*Ёозникают протечки в системе
водоохлаждения роликов за счет выгорания уплотнительных про-
кладок, что является нежелательным в эксплуатационных усло-
виях с высокой интенсивностью использования нагревательного
оборудования. Снижение тепловых потерь между секциями ин-
дуктора в нагревателях такого типа достигается установкой в зоне
74
расположения проталкивающих роликов специальных проводок.
Проводки представляют собой две разрезанные трубы, закреплен-
ные через теплоизоляцию на корпусе нагревателя. На этих про-
водках лежат направляющие из нержавеющих труб, пэ которым
осуществляется перемещение заготовок. Проводка обеспечивает
подвод и слив охлаждающей воды в направляющие и служит одно-
временно их опорой и крепежом через закладные штыри.
Рис. 23. Двухручьевой индукционный нагреватель к прессам усилием 4000
6300 тс
Надо отметить, что проводки увеличивают расход электроэнер-
гии за счет электромагнитных наводок, так как находятся непо-
средственно в зонах-.наиболее плотного электромагнитного поля
от секций индуктора. Иа вход "индуктора заготовки поступают из
загрузочного устройства через заталкиватель. Загрузочное устрой-
ство (рис. 23) представляет собой наклонный лоток, установлен-
ный одним концом на шарнирной опоре, а другим — загрузочной
площадкой —связан с заталкивателем. Между заталкивателем
и накопительной площадкой, на которую заготовки укладываются
вручную или каким-либо механизмом в один или несколько рядов,
установлен перепускатель-отсекатель. Он представляет собой ба-
лансирную заслонку, которая при помощи пневмотолкателя пере-
пускает из накопительного лотка в заталкиватель одну или целый
ряд заготовок, а все остальные отсекает подвижными упорами.
75
Срабатывание балансирной заслонки происходит от датчиков
в зависимости от того, имеются или отсутствуют заготовки на входе
индуктора. С наклонного лотка через перепускатель заготовки
попадают на заталкиватель, расположенный соосно с основными
роликами механизма перемещения заготовок в индукторе. Заталки-
ватель — это непрерывно вращающаяся бесконечная цепь с приз-
мами — звеньями, на которые падают заготовки. Количество одно-
временно находящихся на заталкивателе заготовок зависит от
длины индуктора и общего напора столба заготовок, так как их
усилие определяет способность вталкивания заготовок в первую
пару проталкивающих роликов. Чтобы обеспечить непрерывность
«столба» передвигающихся заготовок, скорость цепи заталкивателя
должна быть выше линейной скорости проталкивающих роликов.
Кстати, вращение цепи заталкивателя осуществляется от ролика,
установленного перед индуктором, с помощью цепной передачи
и звездочки. Механизмы передачи заталкивания и проталкивания
работают устойчиво как автономно, так и совокупно. Недостат-
ками являются наличие проскальзывания заготовок на транспор-
терах и повышенный механический износ призм цепи затал-
кивателя.
Принятая силовая схема высокочастотной цепи типовая для
кузнечных нагревателей, и имеется возможность регулирования
режима нагрева в пределах от 0,65(7 н до 1,6{7Н, что является
исключительно положительным фактором. Нагреватели данного
типа включаются в цепь централизованного и индивидуального
питания от машинных или иных преобразователей частоты без
дополнительной переукомплектации покупными электротехниче-
скими элементами.
Техническая характеристика кузнечного нагревателя к прес-
сам усилием 2500 тс представлена в табл. 11. По установленной
мощности и номенклатуре нагреваемых заготовок данный тип
нагревателя так же, как и предыдущий, может быть использован
применительно к прессам типа КГШП-4000. Номенклатура нагре-
ваемых заготовок к прессам усилием 4000 тс обеспечивается выбо-
ром более мощных секций индуктора и реактивной мощностью
конденсаторной батареи; что же касается механизации, то она мо-
жет быть иной.
Заготовки для таких мощных прессов имеют значительную
массу, и их ручная укладка на загрузочный лоток из грузового
короба представляет физические трудности. В таких случаях оп-
равдали себя магнитные манипуляторы и вибробункеры. С их
помощью удается обеспечивать непрерывную работу нагревателей
производительностью более 2 т/ч. Прессы усилием 4000 тс, и осо-
бенно 6300 тс, имеют более высокую производительность штам-
повки.
При использовании описанной выше механизации происходит
чрезмерный износ трущихся механических частей и их эксплуата-
ция становится невозможной. Хорошо зарекомендовали себя на-
76
грейатели (рис. 23) при эксплуатации совместно с прессами уси-
лием 4000 и 6300 тс. Они представляют собой комбинацию типовых
узлов загрузки, выгрузки и перемещения заготовок в двухручье-
вом индукторе. Бункерный загрузчик вибрационного типа подает
заготовки на наклонный лоток с перепускателем-отсекателем.
Для их концентрации с вибробункера перед подачей на загрузчик
наклонный лоток имеет две накопительные площадки. Площадки
и их лотки могут выполняться вертикально друг над другом или
рядом и соосно, причем наклонный лоток продлен до оси загруз-
чика только своего ручья. Таким образом, первоначальная заг-
грузка заготовок с вибробункера происходит с наклонных лотков,
расположенных сбоку от оси продвижения нагреваемых заготовок.
Такая конструкция не требует перепуска заготовки с лотка в этот
или иной ручей, так как наклонный лоток автоматически подает
заготовку только в свой индуктор.
Известна установка, в которой наклонные лотки отсутствуют,
а между ручьями расположено перепускное устройство, поочередно
передающее заготовку из виброзагрузчика в тот или иной ручей.
Ручьи могут иметь в своем составе автономный индуктор, в кото-
ром токоведущая спираль охватывает только один столб нагревае-
мых заготовок, или общий индуктор на два ручья, в котором токо-
ведущая спираль охватывает сразу оба столба нагреваемых заго-
товок. В зависимости от этого механизмы загрузки таких нагрева-
телей различны.
Одноручьевой загрузчик выполнен в виде лотка и соосно располо-
женного с ним пневмотолкателя, причем индукторы, загрузочные
лотки и пневмотолкатели обоих ручьев расположены рядом и ра-
ботают поочередно. Пневмотолкатели сблокированы с перегрузчи-
ком-отсекателем таким образом, что заталкивание очередной за-
готовки в индуктор с одновременным проталкиванием всего столба
заготовок и выталкиванием нагретой заготовки в одном ручье
отстает ровно на темп штамповки из другого ручья.
Загрузчик с двухручьевым объединенным индуктором выполнен
в виде двух параллельно работающих бесконечных цепей с приз-
мами-звеньями, на которые подают заготовки с перегрузчика. Одна
из цепей загрузчика может быть удлинена при расположении лот-
ков-накопителей в одной плоскости по оси загрузки. Это требова-
ние необходимо выполнять при одностороннем расположении
лотков-накопителей, оно необязательно при их зеркальном испол-
нении. Для этого же типа нагревателя проводка заготовок в ин-
дукторе осуществляется двухпарным исполнением проталкиваю-
щих роликов по паре на каждый ручей. В таком случае устанавли-
вают от трех и более пар (на входе, выходе и между секциями ин-
дукторов).
По надежности оба типа нагревателей практически равноценны,
но имеют особенности, с которыми нельзя не считаться. Работо-
способность механизмов и деталей в таких нагревателях оцени-
вается довольно точными временными и цикличными параметрами;
77
более серьезного Внимания заслуживают технологические раз-
личия.
В нагревателе с ручьями, совмещенными в одном индукторе,
нагретые заготовки попарно выпадают из индуктора и транспорте-
ром подаются к зеркалу пресса. Кузнец может обрабатывать толь-
ко одну заготовку, в это время другая, находясь у штампа, осты-
вает. Цепные и роликовые транспортеры в зависимости от гео-
метрических размеров, усилий прижатия к заготовкам, степени
натяжения цепи проталкивают заготовки в каждом ручье неравно-
мерно, поэтому время нахождения каждой заготовки в индукторе,
а следовательно, их температура на выходе из индуктора и на зер-
кале штампа может быть разной, а темп подачи — неравномерным.
Это в какой-то степени отражается на качестве штамповки и на
величине износа штамповых вставок пресса.
Наличие межсекционных зазоров для роликов и проводок
также оказывает влияние на равномерность нагрева заготовок по
их сечению и длине. Выход из строя одной из секций или непо-
ладки в одном из механизированных ручьев приводят к остановке
всей технологической линии и длительным простоям.
Для штамповки деталей сложного профиля в многопозицион-
ных штампах иногда не требуется высокого темпа нагрева, поэтому
второй ручей оказывается помехой, а не выгодой в производитель-
ности, но так как без второго ручья работать практически не-
возможно, нагревательный контур настроен на загрузку двух
ручьев. В многоручьевых нагревателях с раздельными индукторами
помимо высокой производительности можно добиться и повышения
надежности. Выход из строя одного из индукторов или поломка
механизма хотя и снижает производительность нагревателя,
но в ряде случаев оставшийся ручей обеспечивает выполнение
программы. Некоторое увеличение активных потерь в индукторе
за счет увеличения общей длины токопровода по сравнению с объ-
единенным индуктором компенсируется уменьшением теплоизлу-
чения, так как секции индукторов сплошные, меньше щелей, весь
столб заготовок закрыт жароупорным бетоном.
Измерения баланса мощностей в том и другом индукторе пока-
зывают, что к. п. д. индукторов находятся в пределах 67—73%,
причем в автономных индукторах многоручьевого нагревателя
к. п. д. на 2—3% выше, чем в объединенных. Техническая характе-
ристика многоручьевых индукционных нагревателей к прессам
КГШП-4000 и КГШП-6300 представлена в табл. 11.
Анализ работы кузнечных индукционных нагревателей методи-
ческого нагрева показывает, что по техническим параметрам и
способам механизации они могут быть использованы для методи-
ческого нагрева мерных заготовок к ковочным молотам любого
класса и к ковочным машинам. В отличие от обычного нагрева та-
кие нагреватели, в том числе и многоручьевые, используются для
периодического концевого и зонного нагрева при обработке заго-
товок на горизонтально-ковочных машинах. Механизация пере-
78
мещения заготовок остается прежней, а индуктор укорачивается
или удлиняется в зависимости от необходимой зоны нагрева.
Индукционные нагреватели для нагрева зон мерных прутков
перед ковкой их на горизонтально-ковочных машинах преиму-
щественно индивидуальны. Для производства деталей трактора
«Кировец» применяются горизонтально-ковочные машины усилием
2оо__2000 тс. На них обрабатываются заготовки диаметром 20 —
320 мм и длиной 300 —6000 мм. Зона нагрева колеблется в преде-
лах 40—1200 мм. В этих условиях имеется также возможность
использовать разные типы нагревателей. Преимущественное рас-
пространение получили двухручьевые нагреватели с индукторами
соленоидного типа и щелевые проходные индукторы.
Для концевого нагрева заготовок перед высадкой на горизон-
тально-ковочных машинах типа ГКМ-2" и ГКМ-3" с усилием 260 —
320 тс помимо ранее описанных используется двухручьевой нагре-
ватель с позиционным попеременным нагревом концов заготовок
в одном из параллельно включенных индукторов. В последнем
заготовки из загрузчика бункерного или кассетного типа посту-
пают на осевой горизонтальный лоток, откуда манипулятором
толкательного типа в ориентированном положении подаются на
лоток одного из двух основных ручьев (нагревательных ручь-
ев может быть и более двух) — на тот, индуктор которого
свободен.
Ручьевым толкателем заготовка подается на определенную дли-
ну — происходит ее зонный (концевой) нагрев. В этот момент про-
исходит подготовка загрузки другого ручья. После определенного
времени нагрева толкатель включенного ручья заталкивает очеред-
ную заготовку, выталкивая нагретую на транспортер ковочной
машины. Контроль наличия заготовок на разных стадиях нагрева
осуществляется позиционными датчиками: нагрев, загрузка и
выгрузка заготовок полностью механизированы и автоматизиро-
ваны. Наиболее удобным в этом случае является накопитель за-
готовок с кассетной загрузкой. Накопитель с кассетной загрузкой
применяется для заготовок с длиной более трех диаметров, он
широко распространен в нагревателях к горизонтально-ковочным
машинам усилием 800 и 1200 тс. Для таких машин характерна
обработка заготовок удлиненной формы (более 1000 мм), поэтому
даже с использованием, накопителей кассетной загрузки последую-
щая механизация и тип индукторов изменяются.
Примером может служить индукционный нагреватель для на-
грева заготовок к высадке цельноштампованного штока на гори-
зонтально-ковочной машине ГКМ-1250 усилием 1250 тс (рис. 24).
Этот нагреватель представляет собой совокупность плоских щеле-
вых индукторов спирального типа с полной механизацией пере-
мещения заготовок, начиная от загрузки и кончая готовой деталью.
Прутки длиной 1200 мм укладываются в связке на рамный стеллаж
нагревателя мостовым краном. За счет некоторого уклона рамного
стедлажа в сторону загрузчика после развязки^пакета заготовки
79
россыпью (навалом) скатываются к опорной стойке механизирован-
ного кассетного загрузчика.
Кассетный загрузчик имеет вертикальную опорную раму,
вокруг которой вращается цепной транспортер с захватами. Ско-
рость и длительность цепного транспортера ограничены количе-
ством заготовок, одновременно находящихся в индукторе, в дан-
ном случае при наличии восьми заготовок транспортер останавли-
вается от датчика, при меньшем количестве он работает постоянно.
Рис. 24. Щелевой индукционный нагреватель с автоматизированным на-
гревом концов заготовок
Преодолев верхнюю часть опорной рамы, заготовка с захватов
при их опрокидывании скатывается через приемную щель на транс-
портер, расположенный непосредственно в индукторе. Он выполнен
в виде цепного транспортера, звеньями которого являются удли-
ненные уголки с выступами по форме нагреваемой заготовки. Транс-
портер имеет пульсирующий ритм движения, поэтому каждая па-
дающая с загрузчика заготовка оказывается в ячейке транспортера,
при этом пропусков в загрузке не бывает, так как механизмы сбло-
кированы.
На кассетном загрузчике всегда имеется в запасе некоторый
ряд ориентированных и подготовленных к загрузке заготовок.
Уложенные на цепном транспортере заготовки проходят вдоль
группы секционных индукторов, расположенных с двух сторон
80
от верхней части транспортной ленты, и нагреваются в их электро-
магнитном поле. Размеры секций индукторов отвечают требованиям
нагрева заготовки на заданную длину — 600 мм, а их количество
определяет мощность всей группы и принятый темп толкания, т. е.
темп высадки.
На выходе из индуктора установлен приемный стол (лоток)
для нагретых заготовок или захватный механизм барабанного
типа. Как со стола, так и с захватного механизма нагретые заго-
товки с помощью электромеханического манипулятора подаются
в горизонтально-ковочную машину с четырьмя ручьями и автомати-
зированным переходом между ними. Готовая деталь укладывается
тем же манипулятором в накопительный короб, стоящий рядом.
Отличие между приемным лотком и захватным механизмом бара-
банного типа заключается в том, что на стол могут поступать на-
гретые заготовки только одного типоразмера, тогда как барабан
принимает более семи наименований по подготовленной номенкла-
туре. Кроме того, барабан ориентирует для манипулятора заго-
товки массой 30—45 кг, тогда как на лотке все переходные опера-
ции манипулятора выполняются вручную. К тому же, барабан сни-
жает тепловые потери и исключает перекосы заготовок при выходе
их из индуктора.
Для упрощения конструкции нагревателя и удобства пользо-
вания и замены секций индукторов блок конденсаторов вынесен
за пределы механизации, а индуктор выполнен из двух независи-
мых секционных групп. Нижняя группа секций установлена на
бетонном основании и имеет надежную опору, верхняя группа
секций подвешена на Г-образной опоре, а их теплоизоляция имеет
легковесное наполнение. Нагреватель имеет хорошие энергети-
ческие показатели, надежную механизацию и широкие возмож-
ности регулировки. Темп нагрева и мощность нагревателя регули-
руются не только для одной заготовки, но и для целого ряда заго-
товок за счет установки в блок конденсаторов регулируемых ти-
ристорных контакторов. В остальном принципиальная электриче-
ская схема нагревательного контура не имеет особенностей, за
исключением того, что секции индуктора помимо параллельно-
последовательного включения имеют контрфазные токи.
Техническая характеристика индукционного нагревателя для
горизонтально-ковочнои машину усилием 1250 тс представлена
в табл. 11.
Все перечисленные типы нагревателей нашли широкое приме-
нение в практике кузнечного нагрева. Для безопасности обслужи-
вания они имеют следующие виды блокировок и электрической
защиты. В схемах управления нагревателями предусмотрена элек-
тромеханическая блокировка дверей в шкафу автотрансформатора,
нагревательном, конденсаторном или ином блоке конечными вы-
ключателями, выключающая нагрев при их открывании. О нали-
чии напряжения сети, включении нагрева или приводов механиз-
мов по каждому блоку имеется световая сигнализация.
81
Защита цепей управления исполнительных механизмов потоку
короткого замыкания осуществляется плавкими вставками пре-
дохранителей, а защита силовых цепей и цепей управления повы-
шенной мощности от коротких замыканий — установочными авто-
матами с тепловыми или иными вставками. Предусмотрена за-
щита нагревателя от
оплавления заготовок
в случае остановки по
какой-либо непреду-
смотренной	причине
привода, замедления
продвижения заготовок
через индуктор, их за-
клинивания или по иной
причине.
Одним из важных
факторов контроля с
Рис. 25. Индукционный нагреватель для зонного или сплошного на-
грева с Механизированным вертикальным перемещением штаиг (прут-
ков): а — вид сбоку; б — поперечное сечение
использованием защитных элементов является контроль наличия
(отсутствия) воды в системе водоохлаждения, температуры воды
на сливе из водоохлаждаемых элементов (токопроводы, ошиновка,
конденсаторы) и контроль температуры самих нагреваемых заго-
товок.
Вне зависимости от количества существующих типоразмеров
индукторов и механизмов нагревателей, а также вне зависимости
82
От их электро- и помехозащищенности в Настоящее время идет ин-
тенсивная работа по их совершенствованию и расширению пре-
делов использования.
Существует, например, механизированный индукционный на-
греватель для зонного или сплошного нагрева заготовок, вопло-
тивший в себе преимущества щелевого индуктора и прямоходных
механизмов перемещения заготовок (рис. 25). В этом устройстве
обеспечивается продольное, поперечное или вращательное дви-
жение перемещаемого тела (металлического прутка) с одновремен-
ным его нагревом на любой длине. Имеются и другие устройства,
которые могут быть использованы в комплекте и с ковочными мо-
лотами.
9.	Индукционный нагрев металлов
в инструментальном производстве
В инструментальном производстве широко применяется индук-
ционный нагрев, но следует признать, что по сравнению с метал-
лургическим или термическим производством его удельный вес
незначителен. Это отчасти объясняется тем, что данное производ-
ство в общей системе машиностроения служит вспомогательным за-
дачам. Кроме того, изготовление технологического и режущего
инструмента, кондукторов, приспособлений и т. п. хотя и носит
массовый характер, но не может быть энергоемким ввиду незначи-
тельной массы деталей и узлов.
Однако инструментальное производство является ответствен-
ным звеном в машиностроении. Достаточно отметить, что для се-
рийного производства тракторов (только для технологического
процесса) применяется более 7 тыс. наименований всевозможного
инструмента и оснастки.
Высокочастотная пайка, наплавка, сварка, изготовление с на-
гревом т. в. ч. узлов трубопроводов непосредственно для трактора
или иного агрегата являются массовым производством. Наиболее
распространенной является высокочастотная пайка — одна из
разновидностей способа неразъемного соединения двух или более
металлических частей между собой с помощью их нагрева и за-
ливки расплавленным -третьим металлом, имеющим температуру
плавления ниже, чем температура плавления соединяемых частей
[6]. Наличие припоя как легкоплавкого металла по сравнению
с основным отличает пайку от других видов неразъемных соедине-
ний, в том числе и сварку.
В цехах тракторного производства используется более 5 тыс.
наименований режущего инструмента. Инструмент в основном
собственного изготовления и требует особого внимания.
К технологическим особенностям режущего инструмента, влия-
ющим на его последующую обработку, относится прежде всего
изменение марок быстрорежущих инструментальных сталей.
При этом необходимо своевременно изменить технологический
83
Процесс обработки и термообработки самого инструмента, изучить
эксплуатационные условия, в которых он будет работать. Напри-
мер, определение оптимальных режимов резания для марок ста-
лей Р6МЗ и Р18 сокращает расход инструмента в тракторном про-
изводстве в два раза. В зависимости от этого определяется про-
грамма инструментального производства, тесно связанного с из-
готовлением трактора.
Наиболее раннее и массовое применение получила в инструмен-
тальном производстве напайка режущего инструмента твердо-
сплавными пластинами. Твердосплавные пластины напаиваются
с использованием индукционного нагрева для более 250 наимено-
ваний резцов. Такую пайку принято называть твердой, когда тем-
пература плавления припоя выше 450° С, а в некоторых случаях
верхний температурный предел достигает 1900—2050° С, например
для молибденовольфрамовых припоев.
Мягкая пайка с температурой плавления припоя до 400° С
также имеет применение в массовом тракторном производстве.
В некоторых случаях высокочастотная пайка позволяет получать
значительные преимущества перед сваркой. Пайка труб, в том чис-
ле гидросистем трактора, напайка штуцеров, фланцев и т. п.,
когда к ней предъявляются повышенные требования не только по
механическим свойствам, но и по герметичности изделий, более
экономична, чем сварка, так как трудоемкость пайки значительно
ниже, а качественные показатели паяного шва выше, отходы в брак
резко снижаются.
Практика показывает, что высокочастотной напайке твердо-
сплавных пластин резцов можно отдать предпочтение перед свар-
кой при хорошо отработанной технологии введения припоя.
Вне зависимости от состава припоя, который является опреде-
ляющим при различных режимах пайки, он должен обладать осо-
быми физическими свойствами: быть более легкоплавким по отно-
шению к основному металлу, жидкотекучим с целью более каче-
ственного заполнения паяного шва и иметь способность создавать
монолитное соединение с материалом нагреваемых деталей. Этими
качествами в полной мере не всегда обладает даже хороший при-
пой, поэтому он, как правило, применяется совместно с флюсом.
Флюс как присадочный материал расплавляется несколько раньше
пайки, смачивает ее зону, очищает от загрязнений и окислов и за-
щищает от образования новых окислов, особенно при пайке на
воздухе. Под слоем флюса процесс соединения металлических
частей происходит более активно, физически и химически взаимо-
действуя со всеми компонентами.
Иногда используют смесь припоя и флюса, для этого припой
размельчают до порошкообразного состояния. Известна, например,
паяльная смесь для напайки твердого сплава, которая содержит
порошкообразный припой, флюс и порошок термостойкого инерт-
ного материала. Цель введения в паяльную смесь порошка инерт-
ного материала — повышение паяного соединения путем сниже-
84
ния остаточного термического напряжения в твердом спЛайе И
соединяемом шве.
В качестве термостойкого инертного материала берут неметал-
лическое вещество, такое, как слюда, асбест, графит, каолин,
кварц, карбид титана или окись алюминия. Соотношение компо-
нентов в паяльной смеси может быть взято в следующей пропор-
ции: порошкообразного припоя 60—70%, флюса 20—24%, термо-
стойкого инертного неметаллического материала 8—20%. В зави-
симости от состава и припоя различают несколько видов высоко-
частотной пайки: по роду окружающей среды — пайка на
воздухе, в атмосфере защитного газа и пайка в вакууме, по
способу внесения припоя и флюса — ручная и с механизиро-
ванной подачей припоя и флюса до начала нагрева или в про-
цессе его.
Способы индукционного нагрева под пайку и конструкции ин-
дукторов к настоящему времени разнообразны и могут быть клас-
сифицированы самостоятельно. Некоторые из них представляют
несомненный интерес. В отличие от электровакуумной и электрон-
ной промышленности, где детали и сборочные единицы требуют
высокой чистоты и где пайку на воздухе применяют редко, в трак-
торостроении это повседневная технология. Как правило, в этом
случае можно соединять марки сталей и чугунов, высокопрочные
сплавы и чистые металлы, а также их комбинации по довольно про-
стой общепринятой технологии [1].
Например, в индуктор кольцевого типа, предварительно отклю-
ченный от источника питания, соединяемые детали вносятся с по-
мощью специального приспособления или на обычной подставке.
Затем в месте паяного шва (канавки) укладываются припой в виде
прутка или ленты и флюс. Включается нагрев, и происходит пайка
деталей. Для более равномерного заполнения шва припой при
расплавлении разравнивают специальным или ручным приспособ-
лением. Такая технология не позволяет получить плотного шва,
способного сохранять высокий вакуум, но достаточна для пайки
труб в гидросистемах трактора.
В процессе пайки стальных тонкостенных деталей типа труб
теплота при индукционном нагреве выделяется непосредственно
в обрабатываемых зонах,-в припое.и флюсе. Припой всегда должен
расплавляться раньше спаиваемых участков, поэтому длитель-
ность пайки зависит в основном от времени расплавления припоя.
Необходимо помнить, что припой мало нагреть до температуры
плавления, требуется какая-то доля энергии на компенсацию
расхода ее на скрытую теплоту плавления припоя. Количество при-
поя, недостаточно плотная подгонка его к поверхностям пайки,
малые размеры играют немаловажную роль при определении ка-
чества пайки. Исследования показали [18], что оптимальное коли-
чество припоя можно определить по формуле
G = klhap,	(10)
85
где G — масса припоя на одну пайку, г; k = 1,3-г-1,6 — коэффи-
циент, учитывающий качество подгонки соединяемых изделий;
I — длина зоны спая вдоль периметра, см; h — высота зоны спая,
см; а — зазор между изделиями, см; р — плотность припоя, г/см3.
Дозировка количества припоя осуществляется вручную или
автоматическим дозатором. От способа стыковки спаиваемых де-
талей зависит не только расход припоя, но и плотность шва.
Характерные типы сопрягаемых зон пайки при индукционном
нагреве [18] полых изделий применяются и в настоящее время.
Нагрев некоторых узлов несложного профиля осуществляется
в кольцевых одновитковых индукторах. В более сложных соеди-
нениях сопрягаемые детали или их окончания располагаются
в разных пространственных плоскостях, поэтому их пайка в та-
ких индукторах невозможна. Сложные узлы паяют по частям,
иногда в разъемных индукторах, что увеличивает трудоемкость.
Пайка узла за один прием в нескольких местах выполняется
в многоместном индукторе. Он изготовлен из медной заготовки
фрезерованием одновитковых ячеек, расположенных в заданной
плоскости относительно нагреваемого узла и последовательно
связанных водоохлаждаемой ошиновкой.
Трубные узлы, подлежащие пайке, предварительно устанавли-
ваются вручную в ячейки (индуктора) многоместного индуктора
с помощью установочного стенда, затем нагреваются под пайку.
Несмотря на наличие многих подготовительных ручных операций,
в этом процессе трудоемкость снижается по сравнению с газопла-
менной сваркой в несколько раз, а качество шва получается выше
и требуется меньше контрольных операций на проверку герметич-
ности и прочности соединений. Характерно, что, как и при лю-
бом другом высокочастотном нагреве, во время пайки проявляется
эффект близости. Он может привести к неравномерному нагреву,
что устраняется магнитными концентраторами.
Большие трудности испытывают технологи при соединении
труб большого диаметра (40—400 мм), особенно в местах изгиба.
Традиционные конструкции индукторов здесь малопригодны, так
как диаметр и угол изгиба постоянно меняются, а соединение торца
должно производиться с непременным предварительным нагревом
некоторого участка вдоль длины трубы. Такие требования предъ-
являются особенно к медно-цинковым и титановым сплавам.
Для осуществления непрерывно-последовательного нагрева
трубопровода на прямо- и криволинейных участках используется
индукционный нагреватель, выполненный многовитковым. Он
содержит электроизолированную трубчатую спираль, установлен-
ную на трубопроводе с заданным зазором. Эта спираль снабжена
теплостойкими механическими продольными связями в виде гиб-
ких тяг из стеклоткани, соединенных с витками индуктора в диа-
метрально противоположных точках взаимно перпендикулярных
плоскостей. Перед автоматической сваркой шестерен барабана
коробки перемены передач трактора К-701 по технологии требуется
86
предварительный нагрев шестерен до 180—200° С. Нагрев для
такой температуры наиболее благоприятен в электропечах. Сварка
производится в многопозиционных автоматах под слоем флюса
и в защитной атмосфере. Задержки между сварочными операциями
в течение одной минуты снижают температуру барабана на 20—
30° С, что качественно ухудшает последующую прочность шва.
Барабаны разрушаются. Исключить подстывание шестерен можно
догревом их в установке для индукционного нагрева металла.
Индукционная нагревательная установка (см. рис. 51) включает
индуктор, тепловой компенсатор, механизм загрузки и толкатель-
ный механизм выгрузки. С целью компенсации тепловых потерь
с торцовой поверхности заготовок индуктор снабжен дополнитель-
ной обмоткой, тепловой компенсатор расположен в его зоне над
торцовой поверхностью заготовки, а толкательный механизм вы-
грузки установлен перпендикулярно к механизму загрузки между
индуктором и дополнительной обмоткой.
Индуктор равномерно нагревает детали и исключает их под-
стуживание при выходе из индуктора и равномерном входе под
сварочную головку первого поста. При сварке шестерни с корпусом
барабана требуется наложить два сварочных шва на двух постах.
Именно на этой позиции возможно повторное подстуживание, когда
шестерня выходит из индуктора и находится в сборе с барабаном
в сборочной кассете. Для этого случая можно использовать двух-
позиционный индуктор проходного типа, где витки токопровода
разделены на две секции, из которых первая по ходу движения
шестерни является основной для нагрева ее до заданной темпера-
туры — не более 220° С, а вторая — томильная, поддерживающая
температуру барабана в сборе не ниже 180° С.
В инструментальном производстве наряду с технологическими
процессами сварки, пайки или предварительного нагрева отдель-
ных деталей или сборочных единиц трактора изготовление инстру-
мента_ играет самостоятельную роль. Напайка твердосплавных
пластин резцов, используемых при изготовлении трактора К-701,
полностью переведена на нагрев т. в. ч., поэтому газовые горелки
в поточном производстве не используются, несмотря на наличие
сложных профилей оправок и корпусов многорезцового инстру-
мента.
10.	Плавка чугуна и стали
Одним из средств улучшения процесса плавки металла является
применение индукционного нагрева в сочетании с другими интен-
сификаторами. Проведенные в ПО «Кировский завод» опыты пока-
зали, что применение кислорода в период расплавления кислой
электроплавки позволяет сэкономить более 100 кВт-ч электроэнер-
гии на тонну выплавленной стали и сократить длительность плавки
На 15—20%. При плавке старым методом вольфрамосодержащих
сталей вольфрам усваивался на 60—65%, а остальная часть
87
уходила в шлак, требовалось повышенное количество вольфрама.
Разработанная металлургами ПО «Кировский завод» технология
позволила поднять усвоение вольфрама до 92%.
Изготовление стального литья в прессованные оболочковые
формы позволяет повысить коэффициент использования металла
с 0,72 до 0,78 и тем самым уменьшить количество снимаемой струж-
ки на 180 кг в расчете на один трактор «Кировец».
На заводе освоен прогрессивный способ получения точных от-
ливок с использованием литья под давлением. Это дает большую
экономию металла, уменьшает объем механической обработки,
так как отливки максимально приближены к формам и размерам
готовых деталей. Новая технология плавки хромистой стали пони-
женной флокеночувствительности, пружинной стали, стали 45Х
вместо дорогостоящей хромоникелевой стали в значительной мере
способствовала снижению себестоимости трактора и применению
в его деталях новых марок сталей. Преимущества применения
т. в. ч. особенно отразились на изготовлении валов, полуосей,
дисков фрикциона и др.
В литейном производстве вопросам механизации и автоматиза-
ции придается большое значение. Долгое время (на многих заво-
дах и сейчас) литейные формы изготавливались с применением
встряхивания и ручной пневматической трамбовкой. В ПО «Ки-
ровский завод» впервые в СССР разработаны и внедрены прессовые
установки для изготовления литейных земляных форм самых раз-
нообразных конфигураций. На процесс прессования затрачивается
меньше минуты, нет шума, пыли. Весь процесс автоматизирован,
остались две ручные операции: укладка стержней и разливка ме-
талла в формы. За разработку и внедрение принципиально нового
прессово-формовочного полностью механизированного и автомати-
зированного метода изготовления литейных форм группе авторов
присуждена Ленинская премия. Этот метод в корне изменил
самую тяжелую и трудоемкую операцию в литейном производстве.
Согласно принятой классификации индукторов по технологи-
ческим признакам, плавильные печи имеют ряд присущих только
им особенностей и могут применяться при плавке металлов на пере-
дел или непосредственно в литейные формы машиностроительных
деталей с определенным допуском по точности.
Для обеспечения тракторного производства осуществляется
плавка черных, а также цветных металлов. Если сталь и чугун
выплавляются в основном в газовых и электродуговых печах, то
цветной металл получают преимущественно в индукционных пе-
чах и частично в"электропечах.
Плавка чугуна в ПО «Кировский завод» осуществляется в ин-
дукционных тигельных печах без сердечника, наиболее мощная из
которых выполнена по образцу серийно выпускаемой отечествен-
ной промышленностью печи ИЧТ-10. Принцип действия такой печи,
электромагнитные процессы и техническая характеристика осве-
щены достаточно хорошо [45 ], однако подобные печи целесообразно
88
рассматривать в непосредственной связи с принятым процессом
разливки.
Установка печи ИЧТ-10 технически состыкована с прессово-
формовочной линией непрерывного действия, и, таким образом,
в потоке с разливкой от ковша можно получать готовые тракторные
детали, изготовленные из чугуна. За счет этого снижаются абсолют-
ная масса трактора и удельный расход черного металла. С этой
печи можно сделать разливку металла в землю или опоку для по-
следующего передела слитка. Печь приобретает свойство много-
планового пользования.
Выплавка чугуна непосредственно в индукционных печах без
сердечника имеет преимущества по сравнению с вагранками и осо-
бенно вагранками, работающими на коксе. Отсутствие загрязне-
ния серой и меньший процент остаточного водорода повышают ка-
чество металла. За счет отсутствия открытого пламени индукцион-
ная печь имеет меньший процент угара металла даже по сравне-
нию с электродуговой печью. Это свойство резко усиливается при
плавке непрессованной стружки. В данном случае надо учитывать,
откуда поступают отходы, их фракция и состав. Так, при использо-
вании стружки после отходов собственного производства грузо-
потоки стружки после механической обработки легированного и
нелегированного металла следует разделять, так как это ска-
жется на качестве плавки.
В индукционной печи достигается более высокая температура,
поэтому она имеет преимущества при отливке тонкостенных из-
делий. К- п. д. такой печи выше, кроме того, за счет повышения
температуры садки имеется возможность насыщать расплав при-
садками из графита и измельченного угля и получать высокопроч-
ный чугун. Стоимость индукционных плавильных печей выше стои-
мости вагранок открытого типа. Для закрытого типа вагранок
с рециркуляцией их стоимости соизмеримы. С учетом всех затрат
и при наличии целого ряда преимуществ установка ИЧТ-10 при
производстве тракторных деталей может дать экономический эф-
фект до 20 000 руб. в год. Самым большим ее достоинством все же
следует считать отсутствие загрязнения окружающей среды га-
зами и продуктами распада.
Наряду с автономной работой индукционных плавильных печей
для плавки чугуна их можно использовать в сочетании с другим
плавильным устройством. В частности, при отливке деталей для
того же тракторного производства индукционные печи исполь-
зуются совместно с вагранкой закрытого типа вместо копильника
и работают в режиме миксера. Две коксогазовые вагранки произво-
дительностью 10 т/ч работают в обычном режиме с закрытым выхо-
дом на миксер—индукционную печь. Печь работает на промышлен-
ной частоте с мощностью до 600 кВт от трехфазного трансформа-
тора; используется для выдержки и перегрева металла.
Таким образом, при комбинированной плавке чугуна широкое
применение имеют бессердечниковые тигельные печи и канальные
89
йечи на промышленной и повышенной частоте в различных комби-
нациях. Их применение особенно целесообразно при плавке высо-
колегированных сталей и сплавов, когда жидкий металл подвер-
гается специальной обработке легирующими элементами и т. п.
Существующие установки индукционного нагрева металла ис-
пользуются непосредственно для литья тракторных деталей
(рис. 26). Установка с тигельными печами без сердечника, которая
Рис. 26. Тракторные детали, полученные методом точного'литья
применена для точного литья тракторных деталей по выплавляе-
мым моделям, содержит две пары тиглей с индукторами, включен-
ными от автономных электромашинных преобразователей. Каж-
дый из пары плавильных тиглей работает, в свою очередь, неза-
висимо друг от друга с подстройкой режима общей конденсаторной
батареей.
Разливка металла в формы осуществляется последовательно
их каждого тигля, что позволяет формировать для каждой группы
изделий заданный состав плавки. В этом варианте технологической
схемы проявляются преимущества индукционных плавильных уста-
новок без сердечника, как нигде в других способах плавки. Печь
работает как прямой трансформатор; токопроводящий виток —
садка; элементы его тесно связаны между собой электромагнитной
связью; в результате этого получаем чистый (в пределах допусти-
мых требований) сплав без загрязнения от других источников.
Сплав преимущественно однородный за счет электромагнит-
ного перемешивания расплава. Ввиду того что шлак инертен к элек-
90
трическому току и не подвергается электромагнитному перемеши-
ванию, его составляющие не попадают в основную массу расплава,
в то же время это является и недостатком процесса, так как шлак
оказывается холоднее металла, что затрудняет процесс рафиниро-
вания и снижает активность протекания химических реакций. Как
и при плавке чугуна, плавка стали в индукционной печи характе-
ризуется меньшим угаром из-за нагрева металла нес поверхности,
как, например, при пламенном нагреве. Угар никеля, хрома,
ванадия, вольфрама и других добавок в индукционной плавильной
печи без сердечника в два раза меньше, чем в дуговой печи [48].
Мощность электромашинных преобразователей ограничена 250
и 100 кВт; емкость тиглей 250 и 100 кг; плавка в каждом тигле
выполняется поочередно. Частота электромагнитного поля ин-
дуктора 2400 Гц. Преимущество имели бы печи большей емкости
при наличии в технологическом процессе плавки миксеров и раз-
ливочных машин, которые значительно сокращают затраты вспо-
могательного времени. Необходимость выплавки разных марок
стали в течение смены исключает использование миксера и разли-
вочных машин, поэтому принятый вариант компоновки оборудо-
вания по режиму, мощности преобразователей, количеству и ем-
кости тиглей вполне оправдан. Экономичность изготовления сталь-
ных деталей методом точного литья зависит не только от выбора
схемы соединения источников питания с плавильными тиглями,
но и от компоновки всего вспомогательного оборудования, аппара-
туры управления, контроля и защиты, элементов компенсации ре-
активной мощности, систем водоохлаждения и силовых токо-
подводов.
Для оперативного управления процессом плавки вся аппаратура
управления и контроля, включая запуск преобразователей, раз-
мещена на одном распределительном щите с передней панелью, вы-
веденной непосредственно на завалочную площадку тиглей. Щиты
на каждой паре тиглей автономны. Конденсаторная батарея на-
грузочного контура со ступенчатым регулированием емкости в
процессе плавки для каждой пары индукторов общая и номере не-
обходимости переключается рубильником ламмельного типа. Рас-
положение конденсаторов просто и экономично. В индукционном
нагревателе с катушками индуктора, расположенными вертикально
одна над другой и соединенными параллельно сборными токопро-
водами, конденсаторная батарея выполнена в шкафу с конденса-
торами, установленными вертикально совместно с катушками
индукторов и включенными параллельно им. Такое выполнение
снижает расход цветного металла на токоподводы и уменьшает
электрические потери в них, потребует обязательного размещения
блоков конденсаторной батареи совместно (в непосредственной
близости) с индукторами. В производственных помещениях пла-
вильного цеха это требование не так легко выполнить.
На участке точного литья индукторы также состоят из несколь-
ких секций, поочередно подключаемых в процессе плавки. Они
91
расположены вертикально и соосно относительно плавильного
тигля, но сами индукторы смещены относительно друг друга и
стоят на горизонтальной площадке фундамента. Конденсаторная
батарея вынесена за пределы участка и выполнена в самостоятель-
ном отсеке. Конденсаторы расположены вертикально на открытых
стеллажах и соединены общим шинопроводом. Каждая из групп
компенсационных конденсаторов подключена к общей сборке че-
рез подстроечный высокочастотный контактор, расположенный
здесь же, на вертикальной плате. Конденсаторная батарея с по-
77777///'///777777^7/777777W/c
Рис. 27. Индуктор с электро-
магнитным экранирова-
нием:
1	— экранирующий слой;
2	— токопровод; 3 — огнеупор-
ный состав; 4 — шихта
мощью шинопровода выведена на
ламмельный переключатель, соединен-
ный высокочастотным кабелем с тем
или другим индуктором.
В зоне опрокидывания тигля при
разливке отрезок высокочастотного ка-
беля сделан гибким и водоохлажда-
емым. Контроль слива воды на индук-
торе вынесен на общий щит управле-
ния. При этом исполнении незначи-
тельное увеличение расхода цветного
металла на общий шинопровод компен-
сируется явным сокращением количе-
ства конденсаторов нагревательного
контура и простотой их обслуживания.
Отпадает необходимость выполнения
сплошной листовой обшивки конденса-
торного блока, создаются благоприят-
ные условия для охлаждения и тех-
нического обслуживания конденса-
торов.
По современным представлениям было бы желательным исполь-
зовать в качестве источника питания статический преобразователь
частоты. Тиристорные преобразователи повышенной частоты нашли
применение для плавки металлов, о чем свидетельствуют примеры
их зарубежной и отечественной практики. Применение в них на-
дежных мощных силовых полупроводниковых управляемых вен-
тилей значительно упрощает обслуживание преобразователей,
делает процесс экономически более выгодным и мобильным. Сла-
бым звеном таких преобразователей являются схемы возбуждения
и управления; сравнительно высокая стоимость всего преобразова-
тельного комплекса сдерживает их широкое применение.
При литье стали значительную роль кроме электротехнслоги-
ческих процессов играют подготовка плавки-и литейных форм,
состав футеровок, диаграмма напряженности и интенсивность элек-
тромагнитного поля. Плавильный тигель является источником
интенсивного радиоизлучения. Для снижения уровня излучаемых
радиопомех и защиты обслуживающего персонала может исполь-
зоваться один из способов экранирования, показанный на рис. 27.
92
11.	Плавка цветных металлов и плавка в вакууме
Плавка цветных металлов является одним из важных технологи-
ческих компонентов при изготовлении некоторых тракторных де-
талей и узлов. Преобладающее значение имеет плавка меди, спла-
вов на основе меди и бронзы, а также плавка цинка.
Плавка цинка связана с единым технологическим процессом
производства трактора К-701, и сборочные единицы, полученные
применением расплавленного цинка, в частности радиаторные сек-
ции систем охлаждения, поступают непосредственно на главный
сборочный конвейер. Тем самым подтверждаются прямая связь
и неоспоримость участия плавильного процесса в машинострои-
тельном производстве.
Практика показывает, что для плавки меди и ее сплавов исполь-
зуются преимущественно индукционные печи со стальным сердеч-
ником и закрытым каналом. Они особенно эффективны при боль-
ших емкостях тиглей и установленной мощности и -работают,
как правило, в непрерывном цикле. На машиностроительных
предприятиях даже при массовом производстве цветного металла
требуется примерно в 10 раз меньше черного металла, поэтому
его плавка связана с определенными ограничениями.
Плавка меди и ее сплавов, необходимых в тракторном произ-
водстве, осуществляется в индукционной бессердечниковой ти-
гельной печи с емкостью тигля 5 т и мощностью 1000 кВт высоко-
частотного преобразователя в 1000 Гц. Печь однофазная с опроки-
дывающимся тиглем. Разливка расплава происходит в ковш или
непосредственно в формы. Полученные отливки в большинстве
случаев в дальнейшем идут в механический передел.
Механизм наклона печи гидравлический с двумя цилиндрами,
плунжеры которых расположены с двух сторон печи относительно
разливочного пролета и связаны шарнирно с корпусом печи.
Гидроцилиндры работают от автономной маслонапорной станции,
установленной под печью. Коэффициент мощности печи компенси-
руется конденсаторной батареей со ступенчатым регулированием.
Печь работает периодически, от плавки к плавке, и не имеет
принципиальных отличий от типовых, за исключением состава
плавки и его влияния на футеровку. Печь имеет достаточно боль-
шую емкость тигля, и ее нецелесообразно использовать для мел-
косерийных или малогабаритных деталей. Однако такая потреб-
ность в производстве периодически появляется.
Плавку малых партий деталей из латуней, бронз непосред-
ственно в литейные формы осуществляют с загрузкой шихты
и расплавом в тигельных печах для плавки стали, описанных выше.
Активная мощность, коэффициент мощности, производительность
в этом случае резко изменяются, но такая кооперация, как вы-
плавка сталей и цветных металлов из одной печи, оправдана и,
как показывает практика, эффективна. Процесс плавки проходит
без существенных изменений. Необходимо помнить, что состав
93
и стойкость футеровки тигля изменится, усилится влияние футе-
ровки на качество цветного литья.
Более тяжелые условия создаются в печах для плавки и пере-
плавки цинка. Как известно, цинк является легкоплавким и очень
агрессивным металлом, поэтому к плавильным печам предъяв-
ляются особые требования. Существенным фактором, определя-
ющим надежность непрерывной плавки цинка, является футе-
ровка ванны, если она изготовлена из огнеупорной смеси или из
металлического муфеля металла.
Печь для плавки чушкового цинка может одновременно исполь-
зоваться и как плавильная, и для цинкования деталей. Равномер-
ная загрузка цеховой электросети обеспечивается включением
индукторов в каждую фазу. Печь канальная с горизонтальными
каналами в каждой фазе, соединенными дополнительными кана-
лами с общей ванной. Однофазный индуктор с железным сердеч-
ником включен первичной обмоткой в сеть. Вторичной обмоткой
является канал, заполненный цинком. Индукторы вынесены за
пределы футеровки основной ванны и связаны с ней только литей-
ным каналом. Печь работает на промышленной частоте, мощность
печи до 300 кВт. Литейный канал является устьем вторичной
обмотки индуктора и расположен несколько ниже минимального
уровня выработки ванны цинкования. .
Ванна цинкования имеет 7 т расплавленного цинка. Рабочая
поверхность футерованного огнеупором тигля выполнена в форме
прямоугольника, разделенного на две равные части перегородкой
с общим вытяжным зонтом вентиляции над зеркалом расплава.
Каждая из этих частей является рабочей полуемкостью, в которой
осуществляется цинкование радиаторных трубок трактора. Таким
образом, ванна цинкования является двухпозиционной: цинкова-
ние производится окунанием радиатора и последующим охлажде-
нием его в водном растворе.
Первоначально процесс цинкования радиаторных трубок осу-
ществлялся в печах сопротивления с металлическим муфелем.
В результате контакта с цинком муфель часто проплавлялся и раз-
рушал всю печь. При переходе на индукционную плавку в жаро-
упорной футеровке способ цинкования радиаторных труб стал
в несколько раз эффективнее.
Плавка металла в вакууме непосредственно для литья трактор -
ных деталей не используется, но имеет важное значение при диа-
гностике и химическом анализе расплавов и сплавов. С помощью
вакуум-спектроанализа определяется влияние атмосферы рабочего
пространства плавильной печи, выполняется химический анализ
расплава и литья.
С помощью литья в вакууме производится расплав контроль-
ных образцов в индукционном тигле высокочастотной установки
типа ЛЗ-З в комплекте с автоматическим прибором АПОВ-1,
разработанным Ленинградским политехническим институтом
им. М. И. Калинина. Здесь же определяются содержание водорода
94
в стали й его влияние на расплав. Было выявлено, что на нрой-
ностные характеристики барабана коробки перемены передач
трактора К-701 значительное влияние оказывает процентное со-
держание водорода'в стали [20].
12.	Состав футеровки
В тигельных и канальных индукционных плавильных печах токо-
ведущий провод индуктора отделен от расплавленного металла
термо- и электроизоляционной защитной прослойкой, которую
принято называть футеровкой печи.
Ф утеровка, любой печи является конструктивным ее элементом,
наиболее подверженным разрушению, так как непосредственно
соприкасается с расплавляемым металлом, т. е. находится в очень
агрессивной среде. В то же время футеровка по своему составу,
физическим и химическим параметрам имеет конечную механи-
ческую прочность и вступает в реакцию с расплавом, поэтому в зна-
чительной степени определяет среднюю производительность печи,
стоимость и качество литья. Для тигельной и канальной печей
футеровка имеет принципиальные конструктивные отличия.
По составу материалы, содержащиеся в футеровке для обоих
типов печей, могут быть одинаковы, но в зависимости от
индивидуальных свойств по-разному реагируют на соприкоснове-
ние с горячими металлами, шлаками и газом и делятся на основ-
ные, кислые и нейтральные. Такое разделение футеровка имеет
в зависимости от исходных материалов, из которых она выполнена.
Состав основной футеровки, применяемой в ПО «Кировский
завод», содержит минеральное волокно на жидком стекле. Кислая
футеровка выполняется из материалов, имеющих в своем составе
кремнезем, включая шамот. Содержание окиси кремния здесь
должно быть не менее 92—98%. Нейтральная футеровка содер-
жит преимущественно амфотерные окислы типа хромитографито-
вых, цирконовых и других, а также тугоплавкие соединения типа
карбидов, боридов, нитридов и т. п.
На свойства футеровки влияют изменения в составе и массовом
соотношении связующего вещества, а также комплексное соот-
ношение связки и огнеупоров. С целью повышения срока службы
огнеупорного покрытия в него добавляют графит, связку в виде
огнеупорного лака -и клея и алюминиевую пудру, причем массовое
соотношение компонентов следующее: 35—40% графита, 35—40%
огнеупорного лака, 10—15% клея, 10—15% алюминиевой пудры.
В ПО «Кировский завод» для повышения стойкости и долго-
вечности защитного огнеупорного покрытия применяется совер-
шенно другой состав компонентов (табл. 12); их соотношение:
34—40% хромистой руды, 39—45% бывшего в употреблении сво-
дового хромомагнезитового кирпича, 18—24% высокоглинозе-
мистого цемента марки 400, 500. Это огнеупорное покрытие
используется для футеровки индукторов и обладает рядом особен-
ностей. Такой состав, например, имеет более высокую термине
95
Таблица 12. Состав футеровки по типам иабивки
(массовая доля, %)
Состав футеровки	Футеровка			Состав футеровки	Футеровка		
	кислая	основная	на фос- фатной связке		। кислая 1		1 основная 1. 		на фос- фатной связке
Тонкомолотый магнезит Шамотный порошок	10—15 15—20	—	—	Глинозем Высокоглино- земистый цемент	20—35 10—15	—	—
Шамотный щебень	15—20	—•	—	Минеральное волокно	—	60—70	—
Жидкое стекло	7—12	—	—	Жидкое стекло	—	40—30	—
Кремнефтори- стый натрий	3—8	—	—	Стекловолокно Фосфатная связка	—	—	60—70 40—30
скую стойкость при нагреве до температуры 1400—1700° С и бы-
стром охлаждении индукторов с футеровками, выполненными на
основе сырого магнезита и шамота с некоторыми связующими
добавками типа кремнефтористого натрия и т. п., или на основе
кварца и шамота, или шамота и стекловолокна.
На свойства огнеупорной футеровки оказывают также влияние
полный химический состав и, более того, месторождение состав-
ляющих материалов.
Один из применяемых огнеупорных материалов [4] получен
из магнезита Саткинского месторождения, содержащего от 2,2
до 8,7% окиси кальция, и хромита состава (%): 52,3 С2О3;
15,0 MgO; 5,5 SiO2; 0,8 CaO; 23,6 (Fe2O3 + A12O3).
Химический состав огнеупора, полученный в процессе обра-
ботки этих материалов, имеет следующий вид (%): 61,2—75,2 MgO;
9,25—19,0 Сг2О3; 2,7—3,4 SiO2; 6,5—9,9 (Fe2O3 + А12О3); 1,68—
5,9 СаО. Изготовление его требует сложных технологических
операций, таких, как обжиг при температуре до 1600° С, прессо-
вание под высоким давлением — 1000 Па и пр., поэтому он может
применяться для футеровки только в виде кладки, а не засыпки.
В то же время другой состав имеет по химическому анализу вид
(%): 31,1 MgO; 25,3 Сг2О3; 6,5 SiO2; 20,2 (А12О3 + Fe2O3); 13,5 СаО;
0,5 (Na2O + К2О); 2,48 прочие примеси. Этот химический состав
позволяет получить огнеупорный материал с более высокими
механическими и термическими свойствами, а способ его при-
менения в качестве футеровки индукторов заключается в заливке
водой, нанесении на токопровод при комнатной температуре
и виброуплотнении с последующей просушкой при 200—300° С.
Высокообжиговый огнеупор обычно приобретает жароупорные
свойства при обработке химически чистых окисей хрома, магния
и кальция с содержанием окиси магния около 50% и окиси каль-
96
ция не более 6%, что требует наличия специального оборудования
и снижает применяемость огнеупора в массовом производстве не-
посредственно на литейных площадках.
Высокоогнеупорные магнезитохромитовые изделия из магне-
зитовых порошков с повышенным содержанием окиси кальция
(СаО) можно получить без значительного ухудшения характери-
стик по сравнению с обычными магнезитохромитовыми изделиями
с малым содержанием СаО. Это удается при следующих условиях.
Хорошо известно применение в качестве огнеупорных футеровок
смесей высокоглиноземистого цемента с хромитовой рудой и магне-
зитом, боем хромомагнезитовых изделий, а в последующем и
(в качестве наполнителя) с боем бывшего в употреблении сводового
хромомагнезитового кирпича.
Качественное отличие огнеупоров данного класса заключается
в том, что природа заполнителя (магнезита, хромомагнезита и т. п.)
влияет на степень спекания бетонных масс, их прочность, дефор-
мируемость, теплостойкость; огнеупор с заполнителями из боя
магнезитового кирпича имеет пониженную устойчивость к дефор-
мирующим усилиям в нагретом состоянии. Эти огнеупоры имеют
в своем составе 10—15% цемента и 85—90% хромитовой руды или
боя хромомагнезитового кирпича.
Анализ химического состава разных бетонов на этой основе
и эксперименты показывают, что уменьшение количества высоко-
глиноземистого цемента в бетоне ниже 18% приводит к снижению
его прочности. Это объясняется уменьшением цементирующей
массы в виде силикатов (двухкальциевого силиката и мервинита).
Однако в обычных огнеупорах увеличение силикатов не повы-
шает их жароупорных свойств, так как они вступают в реакцию
с магнезиальной шпинелью с образованием легкоплавкой эвтек-
тики. Этому способствует наличие в бетоне большого количества
окиси магния (MgO). В жароупорном бетоне, применяемом в ПО
«Кировский завод», этого процесса не наблюдается. Значительное
уменьшение MgO (с 60 до 31 %) с одновременным увеличением СаО
и А12О3 соответственно до 13,5 и 20% позволяет получить каче-
ственно новые параметры бетона. При сохранении высоких ме-
ханической прочности и огнеупорности в качестве составляющих
огнеупора можно использовать более крупные их зерна. Бой
бывшего сводового хромомагнезитового кирпича можно размалы-
вать до размеров зерна не более 7 мм, тогда как в обычных огне-
упорах зерновой состав шихты составляет примерно 50% дробле-
ного магнезита фракции 0—1 мм и 50% тонкомолотой состав-
ляющей, где 90% магнезита и хромита имеет фракцию мельче
0,6 мм. Бывший в употреблении сводовый кирпич проходит пере-
кристаллизацию в процессе работы печи, поэтому его размол по-
вторно можно использовать с более крупной фракцией.
Футеровка индуктора сохраняет высокую прочность при нали-
чии вибраций, возникающих в результате воздействия на токопро-
вод магнитодинамических сил от магнитного поля.
4 В. Д. Сидоренко	97
Параметрами, влияющими на свойства огнеупорной массы,
являются также плотность, склонность к усадке или вспучива-
нию. Для компенсации усадки огнеупорной массы при изготовле-
нии безобжиговых магнезитовых, магнезитохромитовых и хромо-
магнезитовых футеровок в нее вводят 5—15% высокоглинозе-
мистого шлака зернистостью от 0,5 до 2 мм с содержанием не менее
70% А12О3 и не более 6% СО.
Вакуумные и индукционные плавильные печи имеют футе-
ровку, как правило, состоящую из нескольких слоев: внутренний
слой — из сплавленной извести, доломита или сплавленных
магниевых кирпичей; уплотненный слой — из гранулированной
спеченной окиси магния или стабилизированной окиси циркония.
Дополнительно может быть установлен стальной муфель, внутри
которого находится также утрамбованный третий слой — из
кварцита, корунда или шпинеля, который с внутренней стороны
покрыт стекловолокном, асбестом или смесью, содержащей кварц.
Футеровка имеет основание из огнеупорной глины и утрамбо-
ванный под, выполненный из сухой сплавленной окиси магния.
Слой из огнеупорных кирпичей, между которыми может распы-
ляться сухая окись магния в нижней части садки, выполнен из
сплавленной извести или доломита. Верхние кирпичные кольца,
контактирующие со шлаком, набираются предпочтительно 'из
сплавленного доломита или сплавленной окиси магния. В том или
ином варианте подобные многослойные футеровки используются
повсеместно.
Основные требования, предъявляемые к составу футеровки,
сводятся к следующему.
1.	Состав футеровки должен обеспечить высокую термическую
стойкость, а именно сохранение постоянства объема при частых
и резких изменениях температуры, что особенно характерно для
тигельных бессердечии ко вых печей.
2.	Футеровка должна длительное время работать при темпера-
турах выше температуры расплава и обладать химической инерт-
ностью к окружающей среде (воздух, металл, шлак, окислы и т. п.).
3.	Состав должен иметь низкие тепло- и электропроводность
при колебаниях температуры от комнатной до 1700° С.
4.	Хорошая спекаемость составляющих должна сопровож-
даться высокой механической прочностью, особенно к вибрациям.
5.	Футеровка должна минимально загрязнять расплав и окру-
жающую среду, иметь в своем составе как можно меньше влаги
и водорода и при всех этих хороших качествах обладать небольшой
стоимостью.
13.	Способы получения огнеупорной футеровки
Способ получения огнеупорной футеровки является важным фак-
тором (как и состав футеровки), определяющим ее качество и
применяемость. Для всех типов печей известны два'основных
способа изготовления футеровки: формовкой непосредственно
98
в печи и за ее пределами. Эти способы имеют различные варианты:
набивка тигля по шаблону из металла, шамота, графита и другими
сухими футеровочными материалами; набивка тигля увлажнен-
ными или сырыми (жидкотекучими) материалами с последующей
сушкой; кладка футеровки фасонным кирпичом; послойная на-
варка или напыление футеровки и др.
Внепечное изготовление футеровки сопровождается теми же
приемами, но кроме шаблонов должны быть специальные сборно-
разборные пресс-формы. При всех способах выполняется мини-
мальный объем работ (общий и обязательный) и соблюдается
последовательность их выполнения. В объем работ по футеровке
печи входят: подготовка исходных материалов, заключающаяся
в дроблении, измельчении, просеивании и т. д. составных ма-
териалов, приготовлении огнеупорной смеси в определенной по-
следовательности; формовка или набивка тигля огнеупорной
массой; термическая обработка тигля (сушка, спекание, об-
жиг и т. д.).
Общепринятые приемы выполнения футеровки известны; пред-
ставляет интерес, как тот или иной технологический признак
влияет на ее конечные свойства. Если по условиям технологии
требуется нагревать футеровку под сушку, например до темпера-
туры 200—400° С, то этот нагрев можно выполнить простым факе-
лом от горелки природного газа, в сушильном шкафу или микро-
волновым облучением с частотой до 25 000 МГц. Во всех случаях
результат будет различным.
Известно, что при внепечном способе изготовления футеровка
на участке изготовления или при длительном хранении в другом
месте разрушается и изменяет свои исходные свойства. Для дли-
тельного хранения футеровок разработан индивидуальный способ.
Иногда футеровочный материал или форма для плавильных уст-
ройств включает в себя смесь каолиновых минералов (например,
пластической шамотной глины) и кварцевый минерал (например,
песок). Смесь замешивают на воде с массовым содержанием влаги
5—10% и заливают топливной нефтью — тугоплавкая футеровоч-
ная смесь, или форма, готова к длительному хранению.
После хранения или непосредственно в процессе формовки на
печи смесь должна быть подготовлена к работе, для чего прини-
мают меры к отверждению огнеупорного слоя. Если, например,
футеровка составлена на основе огнеупорного окисла и сухого
несвязывающего спекающегося материала, то затвердевающий
при нагревании связывающий агент наносят только на внутрен-
нюю поверхность облицовки тигля слоем толщиной 1—8 мм,
а остальную массу спрессованного материала связующим реаген-
том не обрабатывают.
В качестве отвердителя применяют полифосфат алюминия,
силикат натрия, сульфитный щелок и т. д., а в качестве спека-
ющего материала — борную кислоту. Это значительно сокращает
время подготовки печи к плавке и устраняет операции обжига.
4*	99
Один из способов позволяет выполнять непрерывную двух-
слойную футеровку непосредственно на печи, даже с горячим
тиглем. Огнеупорная футеровка изготавливается одновременным
заполнением формы двумя текучими огнеупорными материалами
различного состава. Опалубка устанавливается на определенном
расстоянии от стенки основного тигля печи, а к простенку подво-
дится два насоса, подающих пульпу (огнеупорную смесь) из
бункеров. В горячую зону, соприкасающуюся при работе с рас-
плавленным металлом, подается огнеупорный материал, а в зону,
расположенную ближе к индуктору (холодная стенка печи),
подается смесь, обладающая менее жаропрочными, но более
высокими механическими свойствами. За счет разнесения пуль-
повых сопел и изменения давления в них можно получить тре-
буемую толщину слоя каждого из материалов, которые смеши-
ваются в смежном слое. Благодаря этому футеровка обладает
высокой огнеупорностью при механической прочности, устраня-
ющей возникновение трещин в стенке. После заполнения футе-
ровки пульпой и ее затвердевания опалубка снимается. В качестве
недостатка следует отметить невозможность получения тонких
стенок футеровки, что снижает возможности применения такого
способа.
Иногда футеровка печи является ее несущей конструкцие'й,
что резко снижает габаритные размеры устройства и упрощает
обслуживание и эксплуатацию. Опишем один из способов полу-
чения такой футеровки. Делается двухслойная опалубка в зоне
токопровода индуктора, а зазор между слоями опалубки запол-
няется сухой кварцитовой гранулированной композицией, затем
засыпка уплотняется путем вибрации опалубки. После удаления
опалубки в печи остается самонесущая футеровка. Поверхность
футеровки, обращенная внутрь печи, пропитывается связующим
веществом на глубину 1—8 мм которая меньше общей толщины
слоя футеровки. После пропитки внутренний слой футеровки спе-
кается, а наружный остается неспеченным.
Такой способ прост в исполнении, а футеровка достаточно
прочна и огнеупорна, но не исключает прожога и попадания
расплава на токоведущий провод. Для устранения этого недо-
статка внутреннюю поверхность токопровода индукционной пла-
вильной установки покрывают термоизоляционным керамическим
слоем, защищающим токопровод от выбросов металла при плавке.
Если между указанным слоем и внутренней обшивкой тигля на-
бить керамическую массу (например, магнезит или окись цирко-
ния) с обожженной известью, печь можно использовать для
плавки в вакууме.
Иногда вместо набивки футеровки смесью огнеупорного ма-
териала со спекающим связующим, равномерно распределенным
по всему объему футеровки, выполняют набивку сухим гранули-
рованным огнеупорным материалом. Он содержит реагент спека-
ния в тонкой стенке, ограниченной периметром печи и шаблоном,
100
СХЕМА 3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФУТЕРОВКИ ИНДУКТОРОВ ОСНОВНОЙ ОГНЕУПОРНОЙ СМЕСЬЮ
101
С X Е М А 4. ФУТЕРОВКА ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ КИСЛОЙ ОГНЕУПОРНОЙ СМЕСЬЮ
Где его уплотняют й спекают не полностью, а до промежуточной
температуры, достаточной для приобретения прослойкой устой-
чивой формы. Затем шаблон удаляют и завершают спекание само-
несущей огнеупорной футеровки печи путем нагрева до образова-
ния керамической структуры металла.
Во всех перечисленных способах, особенно для самонесущих
футеровок, применяемых в вакуумных плавильных установках,
витки токопровода помимо изоляции дополнительно защищаются
упругим огнеупорным слоем. Это предотвращает короткие замы-
кания при выбросах расплавленного металла.
Рассматривая способы футеровки плавильных печей, необ-
ходимо обратить внимание, что многие процессы заливки (фор-
мовки) (схемы 3 и 4) огнеупора сопровождаются виброуплотне-
нием футеровочной массы. Виброуплотнение смесей также является
одним из решающих факторов, определяющих качество футе-
ровки при использовании влажных жидкотекучих смесей и даже
при сухой набивке. При наличии виброуплотнения применяют
технологические приемы и конструкции, где вибрационное давле-
ние передается непосредственно на огнеупорную массу, на защи-
щаемую металлоконструкцию (токопровод, индуктор и т. п.),
на опалубку или муфель, а в отдельных случаях — и на весь ком-
плекс в целом с использованием специального вибрационного
стенда.
Виброуплотнение осуществляется с определенными последо-
вательностью, частотой вибрации, направленностью и усилием.
Каждый из этих компонентов воздействия на качество футеровки
по-своему положителен. Например, после обычного перемешива-
ния смеси и виброуплотнения выполняют операцию прокатывания
внешней поверхности огнеупора катком или иным приспособле-
нием. Прочность огнеупора при этом может быть повышена за
счет вибросжатия в вертикальной плоскости с давлением
(1,5-2) 103 Па.
На качество огнеупоров из ячеисто-бетонных смесей оказывает
влияние не просто виброуплотнение, но и его частота, которая,
как показывает опыт, оптимальна в пределах 300—12 000 колеба-
ний в минуту. Улучшить качество огнеупора можно обработкой
ультразвуком. .	. -	.
Экспериментально доказано,'что магнитное и электрическое
поля влияют на свойства бетонов любого состава. С целью повы-
шения несущей способности армированного изделия (в нашем
случае огнеупорной футеровки с токопроводом индуктора) его
в процессе виброуплотнения обрабатывают направленным магнит-
ным полем.
Г ла в а IV.
 *
ТЕРМООБРАБОТКА ТРАКТОРНЫХ ДЕТАЛЕЙ
14.	Закалка углеродистых и высоколегированных сталей
Закалка различных .марок сталей с нагревом токами высокой частоты
часто применяется в тракторостроении как один из видов термо-
обработки, упрочняющий металл и улучшающий его механические
свойства.
Необходимо отметить, что токи высокой частоты как теплоно-
ситель при нагреве деталей оказывают примерно одинаковое воз-
действие на структуру металла и его свойства по сравнению с дру-
гими видами нагрева (электропечного, газопламенного и пр.)
и тем не менее имеют много присущих только им характерных
свойств. Эти свойства одинаковы при объемной и поверхностной
закалке, структура и твердость в конечном итоге зависят от при-
нятых в конкретной ситуации технологических приемов. Напри-
мер, скорость охлаждения, достаточная для получения заданной
структуры металла, во многом зависит от химического состава
закаливаемой стали, поэтому для некоторых легированных сталей
глубина прокаливаемости достигает нескольких сантиметров,
в то время как для большинства легированных конструкционных
сталей она не превышает нескольких миллиметров и значительно
ниже, чем для простых углеродистых сталей.
При закалке крупногабаритной стальной детали охлаждение
по сечению происходит с разными скоростями, что влияет на
структурные превращения в металле; таким образом, прокали -
ваемость стали будет неоднородной.
При исследовании деталей, выполненных из стали 45Х, были
определены причины низкой твердости сердечника HRC 20.
Детали проходили общую закалку и отпуск до твердости HRC 30,
с последующей закалкой т. в. ч. торцовых поверхностей до HRC 50.
Проверка твердости твердомером по сечению детали дала ре-
зультаты, представленные на рис. 28—30. Здесь же показаны
образцы макрошлифов деталей. Из рисунков и графиков видно,
что твердость закаленного т. в. ч. слоя HRC 48—54, а глубина
закаленного т. в. ч. слоя 2—3,5 мм. Это соответствует техниче-
ским условиям чертежа. Твердость сердечника постоянная по
всему сечению детали — HRC 20.
Твердость закаленного т. в. ч. слоя распределяется на глубину
2—3,5 мм с резким переходом на постоянную твердость ближе
к сердцевине. Отсюда ясно г, что поверхностная закалка т. в. ч.
не влияет на твердость сердечника, выполненного из стали 45Х.
1	Эксперименты проведены под непосредственным руководством П. М. Крем-
нева.
104
Рис. 28. Распределение твердости по
сечению детали с односторонней по-
верхностной закалкой т. в. ч.: а —
макрошлиф неравномерно закаленного
слоя; б — график зависимости твер-
дости
Рис. 29. Распределение твердости по
сечению детали с односторонней по-
верхностной закалкой т. в. ч.: а —
макрошлиф равномерно закаленного
слоя; б — график зависимости твер-
дости
Рис. 30. Распределение твердости
по сечению детали с двусторонней
поверхностной закалкой т. в. ч.:
а — макрошлиф неравномерно за-
каленных слоев; б — график за-
висимости твердости
105
На качество закаленного т. в. ч. слоя большое влияние оказы-
вают режим нагрева и его длительность. При одном и том же типе
индуктора изменение режима нагрева на 15—20% от эксперимен-
тально установленных и принятых по техническим условиям в про-
цессе закалки деталей типа валов приводит к изменению твердости
слоя и способствует неравномерности его распределения по глу-
бине вдоль огибающей.
Уменьшение продолжительности нагрева детали на 2 с, что
соответствует примерно 10% общего времени нагрева, полностью
искажает распределение закаленного слоя. Соблюдение техноло-
гических требований по энергетическому режиму нагрева и про-
должительности способствует качественной закалке детали с глу-
биной закаленного слоя 3—4 мм до твердости HRC 49—50.
Закалка т. в. ч. втулки (рис. 31) из стали 35Л на высоко-
частотной установке типа ЛЗ-67 при температуре нагрева
860 ± 30° С и температуре охлаждающей воды от 25 до 35° С произ-
водилась на двух участках: на участке А (рис. 31, а) — нагрев
одновременный, продолжительность нагрева 4 с, подстуживание
0,5 с, сила тока на аноде генератора 3,1—2,7 А, напряжение на
аноде 10 кВ; на участке Z — закалка непрерывно-последователь-
ная, скорость перемещения детали 5 мм/с, сила тока на аноде
генератора 7,7—6,8 А, напряжение на аноде 10 кВ. <
Химический анализ детали из стали марки 35Л следующий
(%): С 0,41; Si 0,26; Мп 0,68; S 0,017; Р 0,019; Сг 0,70; Ni 0,21.
Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 44, на участке I
глубина закаленного слоя 3 мм, на участке А — 2 мм.
Втулка, изготовленная из стали 35Л и закаленная нагревом
т. в. ч., удовлетворяет условиям чертежа.
Закалка т. в. ч. оси тормозной колодки (рис. 32) из стали
45Х производится на установке типа ЛЗ-67 непрерывно-после-
довательным способом. Температура нагрева 860—880° С. Среда
охлаждения — эмульсия; температура охлаждающей жидкости
от 25 до 35° С; начальная выдержка нагрева 1,5—5 мм/с; сила
тока на аноде генератора 7,9—6,0 А; напряжение на аноде 7,0—
6,5 кВ.
Химический состав материала следующий (%): С 0,44; Si 0,27;
Мп 0,74; S 0,024; Р 0,026; Сг 1,07; Ni 0,17.
Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 49—50, глу-
бина закаленного слоя 3 мм. Качество закалки т. в. ч. оси тормоз-
ной колодки, как и многих других деталей, например ступицы
барабана (сталь ЗЗХС) и венечной шестерни (сталь 45ХН), обес-
печивает поверхностные твердость и прочность, достаточные для
серийного выпуска трактора.
Поверхность стали, подвергнутая закалке с нагревом т. в. ч.,
имеет структуру, обладающую высокими прочностью и стойкостью
против износа. На качество закаленного слоя оказывает влияние
технология обработки, предшествующая непосредственно закалке
т. в. ч.
106
Рис. 31. Характер закалки т. в. ч. втулки на ламповом
генераторе: а — общий вид детали; б — макрошлиф зака-
ленного слоя
Рис. 32. Характер закалки т. в. ч. оси тормозной колодки: а — общий вид
детали; б — макрошлиф закаленной поверхности
107
С целью определения Влияния на ударную Вязкость й твер-
дость материала детали после различных режимов охлаждения
при высоком отпуске до закалки т. в. ч. были проведены испыта-
ния штока из стали 45Х. По принятому технологическому про-
цессу заготовка из стали марки 45Х в виде мерного проката 0 50
проходит общую закалку в масле и высокий отпуск при темпера-
туре нагрева 500° С с охлаждением в воде до
I	-. . твердости HRC 46. После механической обра-
Ц ч/’ ботки деталь подвергается поверхностной закалке
[	т. в- ч-
Исследуемые детали, не подвергавшиеся
закалке т. в. ч., имеют следующий химический
состав (%): С 0,46; Si 0,33; Мп 0,56; S 0,028;
Р 0,024; Сг 0,80 и следы никеля.
Изготовлено 24 ударных образца по схеме
(рис. 33). Часть образцов подвергалась допол-
нительному высокому отпуску с нагревом до тем-
пературы 500 =t 10° С с выдержкой в течение
 I двух часов и охлаждением в воде или на воздухе.
' Часть образцов дополнительному отпуску не под-
вергалась.
Сравнительные характеристики (табл. 13) при
испытаниях образцов под нагрузкой 3000 кгс на
ударную вязкость с термообработкой и без нее
показывают, что для данной марки стали охлаж-
В-В дение на воздухе по сравнению с охлаждением
в воде не снижает твердости и ударной вязкости
|и не изменяет микроструктуры детали (рис. 34).
Исследования технологического процесса и
предварительного улучшения структуры стали
марки 45Х позволили заменить высокий отпуск
Рис. 33. Общий
вид штока, под-
вергнутого ис-
пытаниям на
ударную вяз-
кость
с охлаждением в воде тем же режимом высокого
отпуска с охлаждением на воздухе и последующей
закалкой т. в. ч. (для упрочнения). Это позволяет
п'олучить более мелкое зерно и равномерное рас-
пределение углерода. Предварительно улучшен-
ная сталь образует твердый раствор за более
короткое время, причем однородность струк-
туры и глубина закаленного слоя выше, чем в стали нетермо-
обработанной.
Все же вне зависимости от степени подготовки стали ее струк-
тура при закалке т. в. ч. определяется скоростью нагрева и тем-
пературой, которая в отличие от других видов нагрева значительно
выше точки А3.
Опыты подтверждают, что если для простых углеродистых
сталей (где фазовые превращения происходят быстро) не тре-
буется повышения Ас3 при увеличении скорости нагрева, то для
легированных хромистых, хромоникелевых и некоторых других
108
Таблица 13. Результаты испытаний Штока на ударйую вязкой
№ образца	Диаметр отпе- чатка, мм	Ударная вяз- кость, кгс.с/см	Среда охлаждения 1		Сечение, из ко- торого выре- зан образец (см. рис. 33)	№ образца	Диаметр отпе- чатка, мм	Ударная вяз- кость, кгс«м/см	Среда охлаждения	Сечение, из ко- торого	выре- зан образец (см. рис. 33)
1	3,85	8,7	Воздух	А—А	13	3,60	4,5	Воздух	А—А
5	3,70	6,6		Б—Б	17	3,75	6,5		Б~Б
10	3,75	8,1		В—В	21	3,65	5,0		В—В
2	3,85	8,1	Вода	А—А	14	3,65	5,4	Вода	А—А
6	3,80	6,9		Б—Б	18	3,65	4,7		Б—Б
11	3,80	6,2		В—В	22	3,65	5,4		В—В
3	3,85	8,1	Без отпуска	А—А	15	3,60	4,4	Без отпуска	А—А
7	3,85	8,1	» »	Б—Б	19	3,60	4,7	» »	Б—Б
12	3,80	6,2	» »	В—В	23	3,65	5,4		В—В
Рис. 34. Микроструктура што-
ка, подвергнутого испыта-
ниям на ударную вязкость:
а — охлаждение на воздухе
(X 200); б — охлаждение на
воде (X 200); в — без дополни-
тельного отпуска (X 200)
109
сталей при непродолжительном времени нагрева (в пределах
1—10 с) требуется превышение температуры нагрева т. в. ч. на
150—250° С выше, чем при газопламенном нагреве. В связи с этим
контроль режимов нагрева т. в. ч. под закалку и их воспроизве-
дение для термообработки массовых деталей приобретают важней-
шее значение. Соотношения между такими параметрами, как
частота электромагнитного поля, коэффициент мощности нагрузки,
напряжение на индукторе и конструктивные параметры системы
индуктор—деталь, становятся основными для заданной темпе-
ратуры и скорости нагрева.
Типовые, практически приемлемые условия нагрева и кон-
структивные параметры системы индуктор—-деталь определяются
по известной методике.
15.	Особенности нагрева тел различной формы
Удельная мощность, передаваемая в металл, и длительность
нагрева связаны с толщиной закаленного т. в. ч. слоя и его пере-
ходной зоной. Равноценную толщину закаленного слоя можно
получить при различных удельных мощностях или при отлича-
ющемся времени нагрева, поэтому только глубина закаленного
слоя является однозначно определяющей при выборе того или
иного режима нагрева.
В зависимости от состава стали и скорости нагрева на грани-
цах переходного слоя можно получить температуру, отлича-
ющуюся от Ас3 на 50—200° С. Переходный слой между закали-
ваемой поверхностью с мартенситной зоной и сердцевиной детали
имеет внутреннюю температурную границу, близкую к Ас, и
внешнюю с температурой, равной или несколько выше Ас3.
В конце индукционного нагрева переходная зона сохраняет
структуру, не потерявшую своей магнитной проницаемости, по-
этому глубина проникновения тока 6 (см) меньше толщины пере-
ходной зоны, так как выполняется условие [11
600
о< ——,
l/f
где /— частота электромагнитного поля, Гц.
В этом случае мощность, передаваемая в переходную зону,
определяется главным образом теплопроводностью, а к концу
нагрева детали в нее передается избыточная теплота, которая
и приводит к перегреву внешней поверхности переходной зоны.
Изменением частоты тока и длительности нагрева можно
добиться заданной глубины закаленного слоя с малым перегре-
вом и узкой переходной зоной. Такие режимы недостижимы при
закалке деталей с нагревом их внешними источниками теплоты.
Технология высокочастотной закалки с определением режимов
нагрева и особенностей закаленного слоя и переходной зоны
рассмотрена в [10] и учитывает возможности регулировки мощ-
но
ности в процессе нагрева. Варьируя этим параметром и време-
нем нагрева, можно выбрать толщину закаленного слоя исходя
из технологических требовании на условия эксплуатации зака-
ленной детали.	о
Для определенного типа деталей глубина закаленного т. в. ч.
слоя выбирается в пределах 1,5—6 мм и зависит не только от усло-
вий эксплуатации детали, установленной в машине, но также и
от технологической обработки, предусмотренной перед закалкой
т. в. ч. и после нее. Рассмотрим влияние глубины и формы зака-
ленного т. в. ч. слоя, конфигурации и назначения закаленной
детали на конкретных примерах закалки некоторых тракторных
деталей.
Детали трактора типа валов, осей, полуосей работают на
изгиб и кручение с резкими знакопеременными нагрузками, вы-
зывающими усталостные трещины. К таким деталям предъяв-
ляются требования повышенного предела выносливости, что и
определяет условия термообработки. Для закалки шестерен ха-
рактерным условием являетря повышение контактной прочности.
В период освоения и промышленной эксплуатации тракторов
иногда отмечались механические разрушения сателлита; шесть
сателлитов в порядке поступления рекламаций были подвергнуты
металлографическим и химико-термическим исследованиям.
Сателлит № 1 разрушился на три части через 2350 мото-ч
работы в полевых условиях (рис. 35). Разрушения произошли по
впадине зуба, где излом имеет вид усталостного разрушения.
На внутренней поверхности сателлита имеются риски и надиры.
На некоторых зубьях у вершин видны вмятины правильной формы
со сглаженными краями, свидетельствующие о том, что сателлит
некоторое время работал с попавшими на зубья кусками разрушен-
ного подшипника. На вершинах зубьев имеются небольшие на-
плывы, свидетельствующие о повышенных нагрузках на зубья
сателлита.
Сателлит № 2 разрушился через 1750 мото-ч работы трак-
тора К-700. Разрушение произошло по впадине сателлита, излом
имеет вид усталостного разрушения; на внутренней поверхности
сателлита глубокие сглаженные риски.
? Сателлит № 3 вместе с роликоподшипником разрушился через
1720 мото-ч работы трактора; Как и в предыдущих случаях, излом
имеет вид усталостного разрушения, а на рабочей поверхности
роликов подшипника и внутренней поверхности разрушенной
внешней обоймы подшипника отмечены темные цвета побежалости
от нагрева во время работы. Для других сателлитов характер из-
лома также имеет вид усталостного разрушения. Кроме того, на
отдельных участках наблюдаются небольшие следы рисок, вмя-
тин, засветлений от трения, а также следы заедания ролика.
Микрошлифы образцов показывают, что закалка т. в. ч. про-
ведена по технологии, соответствующей техническим условиям
чертежа. Микроструктура закаленного т. в. ч. слоя во всех
111
образцах — безыгольчатый мартенсит с незначительным переход-
ным слоем. Структура сердечника —сорбит.
Разрушения сателлитов произошли вследствие нарушения на-
тяга на подшипниках, в результате чего возникли повышенные
нагрузки, вызвавшие усталостное разрушение сателлитов. В це-
лях повышения усталостной прочности сателлитов было рекомен-
довано усилить контроль качества сборки узлов сателлитов и
проработать вопрос повышения чистоты их механической обра-
Рис. 35. Характер разрушения сателлита при ра-
боте в полевых условиях
ботки, особенно впадин и фасок на торцах впадин. В результате
этого был изменен профиль впадины.
На качество закалки т. в. ч., в частности при термообработке
сателлитов, в не меньшей мере, чем режимы нагрева и охлажде-
ния, влияют размеры и профиль закаливаемой поверхности.
Для повышения- прочности деталей исследована закалка
т. в. ч. сателлитов с плоской и закругленной впадиной. Было
обнаружено, что чистота механической обработки поверхности на
закругленных впадинах выше, чем на плоских.
Твердость закаленного слоя в обоих случаях находится в пре-
делах технических требований чертежа и равна по впадине и по
боковой поверхности зуба HRC 55—57. Рисунок закаленного слоя
равномерно распределен по всему контуру впадины и зуба. На де-
112
талях с плоской впадиной закаленный слой несколько умень-
шается в местах перехода от зуба к впадине, что снижает контакт-
ную прочность сателлита.
В результате проведенных исследований было принято реше-
ние о переходе на серийное изготовление в тракторе К-701 сател-
литов с круглой впадиной.
Фрикционные механизмы для любых двигательных устройств
являются одними из главных узлов, в частности для торможения,
когда работа трения превращается в теплоту и создаются условия,
принципиально отличные от условий, в которых работают такие
детали, как валы, шестерни и пр.
Разработка скоростных тяжело нагруженных транспортных
устройств (тракторы, автомобили, самолеты) в настоящее время
приводит к многократному росту работы торможения, и для
трактора, по данным [46], работа торможения вызывает нагрев
деталей тормозов и фрикционов до 200 —400° С.
Термическая обработка дисков трения, состоящая в закалке
от 840—860° С и высоком отпуске при температуре 590° С до твер-
дости НВ 229—269, первоначально осуществлялась в электропе-
чах при закалке в подвесных пакетах, при отпуске — в стопке,
стянутой грузом.
Впоследствии закалка и отпуск дисков трения переведены
на нагрев т. в. ч. в поточной линии с термофиксапией (см. рис. 4).
Влияние процесса изготовления и термообработки т. в. ч.
на диски трения можно рассмотреть на следующих примерах.
Поверхность дисков трения (рис. 36), выполненных из стали
марки 40ХЗМ2ФА и закаленных т. в. ч. до твердости HR.C 51,
имеет прижоги, что вызвано отступлением от технологии изготов-
ления,— диски не шлифованы. Микроструктура диска трения
из стали марки УСП-40, закаленного т. в. ч. до HRC 32, не обес-
печивает условия эксплуатации по твердости. Индуктор для
нагрева диска (рис. 37) под закалку и отпуск имеет единую кон-
струкцию. Разница в качественных показателях термообработки
достигается за счет изменения режима нагрева.
В процессе индукционного нагрева тракторных деталей под
объемную или поверхностную закалку получить равномерно зака-
ленный слой сложно. При сплошном нагреве в производственных
условиях не удается получить равномерного распределения на-
веденных токов по всей поверхности детали, так как отдельные
участки обязательно будут нагреваться за счет теплопередачи и
искажать общую картину нагретого слоя. При поверхностной за-
калке деталей сложной формы большую роль играют конфигура-
ция детали и различные эффекты типа краевого эффекта близости,
поверхностного расположения наведенного тока и др. С учетом
всех факторов закаленный слой должен’быть равномерным по
твердости и микроструктуре.
Наличие переходной зоны на границе закаленного слоя, про-
дуктов нестационарного распада аустенита в верхнем интервале
ИЗ
закалочных температур снижает равномерность структуры детали
после закалки, поэтому качество закалки определяется прежде
всего численным значением твердости закаленного слоя и неза-
каленного сердечника. Детали должны быть выдержаны в опреде-
Рис. 36. Поверхность дисков трения с прожогами
т. в. ч.
ленных пропорциях, достаточных для механической прочности
сопрягаемых деталей или для иных качеств, присущих тому или
иному эксплуатационному режиму.
Рис. 37. .Кольцевой виток индуктора для нагрева диска тре-
ния
При закалке с нагревом т. в. ч. стремятся получить от задан-
ной марки стали максимальную твердость закаленного слоя с по-
следующим отпуском и снижением твердости до допустимых ве-
личин. Выбор твердости закаленного слоя осуществляется с обя-
зательным учетом последовательности технологических операций
изготовления деталей,
114
Экспериментально установленные результаты закайкй С йй-
гревом т. в. ч. фиксируются в технологических процессах с обя-
зательным указанием способа контроля закаленного слоя с целью
возможности воспроизведения закалки с заданными свойствами
для большой группы одноименных деталей. Некоторые из харак-
терных примеров закалки деталей с нагревом т. в. ч. с заданными
твердостью и микроструктурой закаленного слоя приведены
ниже.
Рис. 38. Поверхностная н объемная закалка стойки с нагре-
вом т. в. ч.: а — закалка и отпуск в электропечи с последу-
ющей закалкой т. в. ч. сферической головки; б — закалка и
отпуск всей детали
Поверхностная и объемная закалка с нагревом т. в. ч. стойки
(рис. 38) из стали марки 45Х с отпуском в электропечи показали
следующие результаты:
1-й режим —закалка и отпуск всей детали до НВ 255—302
с последующей закалкой т. в. ч. сферической головки до HRC >
> 45 в соответствии с техническими требованиями чертежа;
2-й режим—закалка и отпуск всей детали до HRC > 45.
Детали с объемной закалкой имели фактическую твердость
по всему сечению HRC 47, а детали с поверхностной закалкой
т. в. ч. только сферической головки — на сфере и части конуса
HRC 47, а на хвостовике НВ 285.
Сравнительные испытания на изгиб показали, что нагрузка
разрушения после 1-го режима закалки составила 18—18,5 т,
после 2-го — 13—14 т. Характер излома в обоих случаях —бар-
хатный, мелкозернистый. Детали, прошедшие объемную и поверх-
115
йоСТную закалку f. й. М., ho качеству не уступают друг другу,
хотя имеют некоторое различие по прочности на изгиб. По резуль-
Рис. 39. Характер разрушен
ний ведущего вала
татам испытаний принята серийная
технология с поверхностной закалкой
т. в. ч.
Анализы поломок ведущего вала
(рис. 39) показывают, что если мате-
риал шлицевого вала по химическому
составу, твердости сердечника и зака-
ленному т. в. ч. слою соответствует тех-
ническим условиям чертежа, то разру-
шение вала может произойти вдоль
трещины, случайно не замеченной при
сборке. Причиной появления такой
термической трещины является повы-
шенная шиферность стали. После уста-
новления тщательного контроля стали
40ХС в процессе плавки на отсутствие
шиферности разрушения вала прекра-
щаются.
Причиной разрушения деталей мо-
жет оказаться высокая твердость де-
тали. Анализ разрушения вилки, раз-
рушенной при рихтовке (рис. 40), по-
казывает, что по техническим условиям
детали должны проходить термообработку до твердости сердечника
НВ 340—285 и закалку т. в. ч. на длине максимум 37 мм до
HRC > 48.
Вилка из стали марки 40Х имеет следующий химический со-
став (%): С 0,41; Si 0,27; Мп 0,68; S 0,025; Р 0,30; Сг 0,98; Ni 0,16.
Рис. 40. Характер разрушения вилки
116
tto двум исследованным образцам твердость сёрдёчнйкй
НВ 320—360. Твердость закаленных т. в. ч. поверхностей на одной
детали HRC 61—59, на другой —HRC 58—57. После контроль-
Рис. 41. Характер разрушения шестерни: а — внешний вид разрушения;
б — микроструктура в зоне трещины
ного термоотпуска деталей HRC 55. Твердость сердечника детали
находилась на верхнем пределе, поэтому наступило разрушение.
Исследования шестерен (рис. 41) выявили причину скалывания
зубьев при эксплуатации трактора К-700А. В одном случае на
117
ДёТаЛй скололись два зуба и Вершина одного зуба, на Другой Дё-
тали скололось восемь зубьев. Химический состав деталей соот-
ветствует марке стали 45Х по ГОСТ 4543—71.
Твердость цементованного слоя первой детали HRC 56—57,
сердцевины HRC 45. На второй детали слой т. в. ч. имеет HRC
49—50, сердцевина —НВ 277. Макро- и микроструктура показы-
вают, что на второй детали глубина закаленного слоя т. в. ч.
по впадине составляет 4 мм, на зубьях выявились трещины зака-
лочного характера (рис. 41, б). Микроструктура слоя, закален-
ного т. в. ч., —мартенсит, сердцевины —сорбит с участками
феррита. Микроструктура цементованного слоя — мартенсит, глу-
бина цементации 1,5 мм, микроструктура сердцевины —низко-
углеродистый мартенсит.
Скалывание зубьев на второй шестерне произошло из-за нали-
чия на детали закалочных трещин. Обе шестерни —сопрягаемые,
попадание обломков зубьев от одной детали привело к разрушению
зубьев другой. Трещины идут по полотну детали с выходом на
впадину зуба. Основная трещина направлена под углом к поверх-
ности на глубину 12 мм; края ее сильно обезуглерожены.
Структура материала—сорбитообразная, соответствует за-
каленному и отпущенному состоянию. Структура имеет ярко вы-
раженную полосчатость, характерную для стали, содержащей
большое количество неметаллических включений. Трещины на
образце появились до закалки и отпуска. Их обнаружение сопря-
жено с большими трудностями на всей технологической линии,
особенно если прокат идет со стороны. Детали с таким характером
разрушения имеют трещины прокатного происхождения, так
как направлены радиально, обезуглерожены и забиты ока-
линой.
Исследован клапан, разрушенный после испытаний на стенде.
Разрушение произошло по диаметру 12 мм в районе сопряжения
с торцом рабочего конуса. Химический состав клапана соответ-
ствует стали марки 3X13.
Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 45—47, за-
калка сквозная, твердость сердечника HRC 22. Твердость в месте
разрушения HRC 37, на расстоянии 2 мм от торца HRC 45. В из-
ломе рабочего конуса поверхности по центру имеется трещина,
которая начинается в центровом отверстии. Поверхность трещины
окислена.
Твердость, глубина и распределение закаленного слоя соот-
ветствуют техническим требованиям чертежа.
Причиной разрушения детали явилась конструктивная недо-
работка. В месте резкого перехода с диаметра 12 мм на рабочий
конус получилось ослабленное сечение. По результатам закалки
и металлографических исследований конструкция детали была
изменена так, что стала иметь плавный переход с диаметра 12 мм
на рабочий конус с допуском подкалки на границе перехода.
Разрушения детали прекратились.
118
Втулка с двумя сопрягаемыми осями разрушена на тракторе
после проработки 6000 мото-ч. Втулка изготовлена из стали
марки 40Х, термически обработана до НВ 388—321, а внутренняя
поверхность втулки подвергнута хромированию. Внешний осмотр
втулки показывает (рис. 42), что внутренняя рабочая поверхность
ее окислена до темного цвета. Хромирование имеется только на
участках К, М, Н, А, на остальной поверхности П хромирование
отсутствует. На наружной цилиндрической поверхности (рис. 43)
осей имеются дефекты типа вмятин. Структура закаленного слоя
Рис. 42. Внешний вид поверхно-
сти втулки: участки А, К, М,
Н — хромированные; поверхность
П — хромирование отсутствует
Рис. 43. Внешний вид осей
с дефектами — вмятинами
осей с нагревом т. в. ч. — мартенситно-трооститная, глубина
3,0—5,0 мм.
При изготовлении микрошлифов втулки обнаружено, что
хромированный слой (рис. 44) колеблется в пределах 0,01 —
0,03 мм. Твердость сердечника осей НВ 248. Твердость поверхно-
сти, закаленной т. в. ч., на исследованных осях HRC 54—56.
Твердость втулки со стороны торца НВ 285, твердость наружной
поверхности НВ 285, внутренней — НВ 285. Микротвердость
хромированного слоя измерялась на приборе ПМТ-3 при нагрузке
20 тс и колебалась в пределах HV 645—780. В результате анализа
выявлено, что при эксплуатации трактора после 6000 мото-ч
произошел полный износ хромированного слоя на рабочей поверх-
ности втулки 77, что послужило причиной образования вмятин
на поверхности осей. Дефекты, обнаруженные на осях, не связаны
с качеством материала и его термической обработкой.
119
Из приведенных примеров видно, что характер возможных
разрушений при заданных твердости и микроструктуре деталей
разнообразен и должен учитываться при выборе технологического
процесса обработки. Для деталей простых и сложных форм связь
между частотой электромагнитного поля, коэффициентом мощности
и напряжением на индукторе имеет общий характер при нагреве
т. в. ч. для закалки и других способов. При поверхностной за-
калке с нагревом т. в. ч. должно учитываться свойство экспонен-
циальной зависимости проникновения плотности тока от поверх-
Рис. 44. Микроструктура втулки
ности детали вглубь, что вызывает неравномерное распределение
теплового потока по сечению детали. Исходя из этого определяют
среднюю плотность тока, приходящуюся на слой металла, равный
глубине проникновения тока на данной частоте. И по ней в соот-
ветствии с известными соотношениями находят удельную мощ-
ность, достаточную для обеспечения условий закалки заданной
марки стали. Скорость нагрева т. в. ч. при закалке высокая,
поэтому удельная поверхностная мощность, выделяемая в стали,
составляет 1000—2000 Вт/см2.
Активная длина токопровода, величина зазора между индук-
тором и нагреваемой деталью оказывают влияние на свойства
стали при термообработке.
120
16.	Изменение свойств стали
в зависимости от термообработки
Влияние различных видов термообработки на механическую
прочность тракторных деталей в конечном итоге сказывается на
нормативном и максимальном моторесурсе трактора.
Стендовым испытаниям с последующими металлографическими
исследованиями были подвергнуты полуоси трактора К-701
с целью определения влияния различных видов термообработки на
их циклическую прочность \ Первоначально после штамповки
было изготовлено 19 опытных деталей, материал —сталь 60С2ХА;
после механической обработки детали прошли ускоренный отжиг.
Наиболее характерные результаты исследований для некоторых
образцов представлены в табл. 14. По химическому составу все
образцы соответствуют стали 60С2ХА.
Твердость деталей, подвергнутых объемной закалке,
НВ 415—341. Твердость деталей с поверхностной закалкой т. в. ч.
по закаленному слою равна HRC 50—58, по сердечнику НВ
269—229. В обоих случаях закалки на поверхности образцов
создаются остаточные растягивающие напряжения. Основным
местом зарождения трещин является шлицевая часть диаметром
59,3 мм, на которой имеются концентраторы напряжений в виде
шлицев, здесь же — наибольшие растягивающие напряжения.
По действующей серийной технологии полуоси проходят объ-
емную закалку с отпуском в проходных электропечах с последу-
ющей накаткой или без нее. Эти полуоси имеют характер разруше-
ний (рис. 45) такой же, как и при объемной закалке с нагревом
т. в. ч. В обоих случаях более вязкий излом соответствует более
высокому уровню циклической прочности.
В процессе поверхностной закалки т. в. ч. на поверхности
детали создаются сжимающие напряжения, уровень которых
определяется глубиной и структурой закаленного слоя и свой-
ствами сердечника.
Вследствие технологических особенностей и принятой кон-
струкции одновиткового индуктора при поверхностной закалке
т. в. ч. в ходе эксперимента наибольшие остаточные сжимающие
напряжения должны быть на диаметре 47 мм. На участке 0 60 мм
глубина закаленного слоя увеличилась, что привело к уменьше-
нию сжимающих остаточных напряжений. На участке 0 59,3 мм
глубина закаленного слоя меньше, чем на участке 0 60 мм,
а остаточные сжимающие напряжения больше (рис. 46). Следова-
тельно, при поверхностной закалке т. в. ч. основным очагом за-
рождения трещин является не концентратор —конструктивный
шлиц с диаметром 59,3 мм, а шейка на участке 0 60 мм, где
наблюдаются минимальные остаточные сжимающие напряжения.
1 Основные работы по исследованиям выполнены под руководством
А. Н. Каца.
121
75 Таблица 14. Результаты испытаний на циклическую прочность полуоси для разных видов термообработки
№ детали	Коли- чество выдер- жанных циклов на скру- чивание	Вид термической обработки	Химический состав, %			Твердость после термообработки				Механические свойства					Глубин а закален- ного слоя, мм
			С	Si	Сг	HRC			НВ	6т 1 »р		б	1	ан	
						0 59,3		060	сердеч- ника	кгс/ммг		%		кгс«м/см8	
1	84 235	[Объемная закалка т. в. ч. с электроот- пуском	0,59	1,66	1,00	44	44	44	415	131,3 134,1 141,6 131,7	154,1 156,5 154,1 148,5	12,7 13,0 13,3 13,3	24,8 24,8 27,7 30,5	2,5 3,0 2,9 2,0	
2	25 729	Объемная закалка т, в. ч. с правкой и отпуском при Т = = 400° С и накаткой	0,59	1,62	0,99	45	45	43	415	122,0 123,0 125,6 121,0	145,5 143,2 143,2 143,2	13,7 12,0 9,7 12,0	30,5 27,7 24,8 27,7	3,4 3,0 3,0 3,1	
6	58 068	Объемная закалка т. в. ч. с печным отпуском при *7 = = 490° С и правкой	0,60	1,59	0,93	—	—	—	363	141,6 141,6 141,6 144,0	150,8 151,8 149,5 154,1	9,7 9,3 10,0 10,0	12,8 9,7 21,9 6,5	1,5 1,2 1,5 1,7	Сквоз- ная
7	42 324	Объемная закалка т. в. ч. с отпуском при Т = 400° С и накаткой	0,64	1,59	0,97	—	42—43	—	388	125,6 121,0 122,0 124,5	144,1 143,2 144,1 143,4	12,7 13,0 13,0 10,2	27,7 24,8 27,7 15,0	2,5 2,4 2,2 2,6	
10	34 382	Объемная закалка т. в. ч. с отпуском при Т = 490° С и правкой	0,59	1,62	0,97	—	—	—	415	125,6 128,4 128,4 127,3	145,7 146,1 148,7 146,1	13,0 10,3 12,0 13,0	24,8 24,8 248 27,7	2,7 1,9 2,5 2,7	
Продолжение табл. 1 4
1 № детали	Коли- чество выдер- жанных циклов на скру- чивание	Вид термической обработки	Химический состав, %			Твердость после термообработки				Механические свойства					Глубина закален- ного слоя, мм
			С	Si	Сг	HRC			НВ	бт	бР			ан	
						15	047	060	сердеч- ника	кгс/мм2		%		кгс • м/см1	
12	22 910	Объемная закалка т. в. ч. с отпуском при Т — 400° С и накаткой	0,61	1,59	1,00	—	42—44	40	388	123,1 124,5 124,5 123,1	142,2 142,2 143,2 143,2	12,7 13,0 13,3 13,0	27,7 27,7 24,8 24,8	2,4 2,1 2,7 2,2	Сквозная
16	49 390	Объемная закалка т. в. ч. с отпуском при Т = 400° С	0,61	1,59	0,89	—	41—43	—	363	118,8 114,6 118,8 116,7	140,0 135,6 138,4 132,9	12,0 13,3 12,3 12,7	35,9 41,1 38,6 30,5	2,7 2,5 2,7 2,6	59,3; 47; 60
17	27 621	Поверхностная за- калка т. в. ч‘.	0,63	1,41	0,87	54	54	—	277 269	40,3 54,0	82,0 104,0	7,3 14,7	6,5 30,5	0,8 1,4	3,5; 5,0; 6,0
18	56 700	Поверхностная за- калка т. в. ч. с печ- ным отпуском при Т = 220° С	0,63	1,40	0,89	—	58	55—57	241 229	39,2 40,3	86,9 89	18,0 21,0	27,7 30,5	1,5 1,1	3,5; 5,0; 6,0
19	89 276	Поверхностная за- калка т. в. ч. с от- пуском и правкой	0,60	1,55	0,89	54	55	50	241	39,2 38,2	83,8 87,3	19,0 193	18,9 17,7	1,4 1,5	2,0; 3,0; 3,5
20	49 509	Поверхностная за- калка т, в. ч. с от- пуском и снятием напряжения	0,59	1,45	0,87	50	52	56—57	248	38,2 37,1	82,6 81,3	26,0 23,0	35,9 43,7	4,5 3,0	30,0; 3,0; 3,5
Так как в процессе циклических испытаний детали подвер-
гались скручиванию, то максимальные нагрузки приходились на
поверхностные слои, где работа зарождения трещин была значи-
Рис. 45. Характер разрушений полуоси при объемной
закалке: а — общий вид разрушения; б—излом детали
Рис. 46. Макрошлиф детали на участке 057 мм (а); макрошлиф детали на уча-
стке 060 мм с поверхностной закалкой (б); макрошлиф детали с общей закал-
кой (в)
тельно повышена за счет остаточных сжимающих напряжений,
полученных в результате поверхностной закалки т. в. ч. Трещины
зарождались там, где эти напряжения были минимальны. Макси-
мальная циклическая прочность была получена на детали № 19
124
с минимальной глубиной закаленного слоя, а следовательно,
с максимальными остаточными сжимающими напряжениями. Как
установлено опытами, при поверхностной закалке т. в. ч. макси-
мальная циклическая прочность практически не зависела от пре-
дела текучести и прочности исходного материала, как в случае
объемной закалки. Излом сердцевины у деталей с поверхностной
закалкой т. в. ч. вязкий, на нем четко просматривается граница
Рис. 47. Излом детали после поверхностной закалки: а — общий вид разру-
шения; б — излом детали
между закаленным слоем и сердечником (рис. 47). При испытании
на усталость имел место некоторый разброс результатов по дол-
говечности, что связано с физической природой процесса.
Некоторое отличие в микроструктуре деталей, наличие обез-
углероженного слоя (рис. 48), различное биение при установке
образца на стенде и ряд других случайных факторов иногда
могут привести к значительным отклонениям в распределении
напряжений по сечению детали.
При чистом кручении пластичного материала поверхность раз-
рушения должна быть перпендикулярной к оси детали. С пони-
жением пластичности материала поверхность разрушения пере-
секает поверхность детали по винтовой линии. В случае наложения
на крутящий момент осевых растягивающих напряжений поверх-
ность разрушения пластичного материала располагается под
углом 45° к равнодействующей максимальных нормальных
125
напряжений. При повышении пластичности наблюдаются участки
разрушения, перпендикулярные к максимальным нормальным
напряжениям. Следует отметить, что подобные результаты по-
лучены при испытаниях полуоси из стали марки 35ХГС и стали 40
для автомобиля ГАЗ-51 [23].
Рис. 48. Микроструктура закаленного слоя полуоси: а — сердечник
детали после объемной закалки; б — сердечник детали после поверхно-
стной закалки
Осевые растягивающие напряжения возникают при скручи-
вании детали вследствие трения между шлицевой головкой детали
и муфтой. Изменение наклона поверхности разрушения при пере-
ходе с диаметра 47 мм на шлицевую головку по мере снижения
крутящего момента подтверждает наличие в детали высоких
растягивающих напряжений.
Из результатов исследования следует, что на деталях с по-
ниженной циклической прочностью наблюдаются участки раз-
рушения, перпендикулярные или почти перпендикулярные к оси
детали, что в соответствии с изложенным свидетельствует о по-
ниженной пластичности материала. На деталях, подвергнутых
объемной закалке, такой вид разрушения встречается чаще,
чем на деталях с поверхностной закалкой т. в. ч.
Анализ циклической прочности деталей после объемной за-
калки т. в. ч. с электроотпуском показывает, что пластичность
материала должна повыситься, так как кроме электроотпуска
после правки полуоси подвергнуты печному отпуску снятия на-
пряжений при температуре 400° С. На деталях, подвергнутых
поверхностной закалке т. в. ч., пониженная циклическая проч-
ность также соответствует более хрупкому излому.
126
Твердость сердечника детали № 17 (табл. 14) выше твердости
Сердечника деталей № 18—20, что свидетельствует о большей
скорости охлаждения в процессе ускоренного отжига.
Рис. 49. Зависимость циклической прочности от
вида термообработки:
1 — объемная закалка в электропечи; 2 — объемная за-
калка т. в. ч. с электроотпуском; 3 — поверхностная за-
калка т. в. ч. с электроотпуском
Микроструктура деталей после поверхностной закалки т. в. ч.
по закаленному слою —мелкоигольчатый мартенсит, по сердеч-
нику — продукты промежуточных превращений. Структура
сердечника детали № 17 указывает на то, что промежуточные
превращения происходили при более низких температурах, чем
у деталей № 18—20.
Рис. 50. Зависимость циклической 'прочностиЗот вида
термообработки:
1 — поверхностная закалка т. в. ч. с предварительным ускорен-
ным отжигом; 2 — поверхностная закалка т. в. ч. с предвари-
тельным улучшением; 3 —- объемная закалка т. в. ч. с элек-
троотпуском; 4 —• объемная закалка по серийной технологии
Зависимость циклической прочности от вида термической об-
работки в графическом виде представлена на рис. 49 и 50. Из гра-
фика видно, что средняя циклическая прочность деталей, обрабо-
танных по технологии объемной закалки и отпуска с нагревом
в электропечах, составляет 30—50 тыс. циклов. Поверхностная
127
Таблица 16. Результаты стендовых испытаний полуосей
Режим термообработки		Место разрушения детали после испытаний	Циклич- ность	
предварительный	окончательный			
Ускоренный от- жиг стали состава (%): С 0,60; Сг 0,83; Si 1,58	Закалка и отпуск в электропечи	На 0 47 мм с выхо- дом иа шлицы торца Б То же На 0 47 мм с ко- роткой стороны 70 мм от торца Б На 0 47 мм с ко- роткой стороны На 0 47 мм с длин- ной стороны На 0 47 мм на рас- стоянии 60 мм от тор- ца А	78 750 37 800 38 500 29 750 43 400 35 000	
Ускоренный от- жиг стали состава (%): С 0,56; Сг 0,85; Si 1,51	Объемная закалка т. в. ч. и отпуск в электропечи	На 0 47 мм на рас- стоянии 47 мм от тор- ца А На 0 47 мм с выхо- дом на шлицы торца А То же »	43*050 82 250 98 700 85 050	
Ускоренный от- жиг стали состава (%): С 0,62; Сг 0,81; Si 1,62	Поверхност- ная закалка т. в. ч. н отпуск в электропечи	На 0 47 мм с длин- ной стороны Срез на 0 47 мм у галтели На 0 47 мм с ко- роткой стороны с вы- ходом иа шлицы На 0 47 мм с длин- ной стороны	118 000 88 900 192 500 41 300	1 г-
Закалка и отжиг в печи стали соста- ва (%): С 0,57; Сг 0,72; Si 1,58		На 0 47 мм с ко- роткой стороны То же Срез на 0 47 мм у галтели с короткой стороны На 0 47 мм с ко- роткой стороны	100 000 53 550 : 14 000 • 30 800 ]	1 $
128
HRC при диаметре (мм)			НВ сердеч- ника	Глубина закаленного слоя (мм) при диаметре (мм)		
57	47	60		57	47	60
37	39	—	3,1			
38	39	—	3,15			
39	—	—	—			
35	37—39	42	3,15			
—	39	—	3,15			
38	39	—	—		Сквозная	
36	—	—	3,5			
36		—	—			
32—35	32—35	—	3,2			
37—38	—	—	—			
55—56	55—56	57—58	3,6—3,7	3,0	3,0	—
- 52 -	—	55—56	3,7	2,5	3,0	2,5
52—53	50—53	55—57	3,8	2,5	2,3	2,5
51—55	51	- -	3,7	—	—	—
54—55	57—55	57—58	3,7	3,0	3,5	3,5
54—56	57—58	55—57	3,7	3,2	4,2	3,8
53	53	54—56	3,85	2,0	2,5	2,5
52	51	53—55	3,9	2,2	3,0	3,2
5 В. Д. Сидоренко
129
Закалка т. в. ч. позволяет повысить циклическую прочность де-
талей, несмотря на снижение прочностных характеристик сердеч-
ника, за счет благоприятного перераспределения напряжений,
образовавшихся в процессе закалки т. в. ч.
Исследования позволили обнаружить зависимость величины
циклической прочности от глубины закаленного слоя, поэтому они
были продолжены на другой партии деталей с целью выбора наи-
лучших режимов термообработки и уточнения фактического пре-
дела циклической прочности по-
луосей трактора.
Результаты стендовых и ме-
ханических испытаний полуосей,
серийно изготовленных из стали
марки 60С2ХА, приведены в
табл. 15 и 16.
Как и в предыдущем случае,
основным местом зарождения тре-
щин на деталях после объемной
закалки в электропечах нагре-
вом т. в. ч. является шлицевая
часть, где после объемной закалки
создаются наибольшие растягива-
ющие напряжения, которые усу-
губляются конструктивными кон-
центраторами — шлицами.
На серийных деталях значи-
тельную долю площади поверх-
ности разрушения занимают фа-
Рис. 51. Устройство для догрева
шестерен барабана КПП перед
сваркой
сетки усталости, которые характерны для трещин, расту-
щих при напряжениях выше предела усталости материала,
что свидетельствует о большей эффективности концентраторов
напряжений в материале образцов, обработанных в печной атмо-
сфере.
При объемной закалке т. в. ч. с электроотпуском остаточные
напряжения на поверхности имеют более благоприятный характер
распределения за счет большего градиента скоростей нагрева
и охлаждения, измельчения зерна и уменьшения глубины слоя
обезуглероживания. Вследствие этого для валов (полуосей),
подвергнутых объемной закалке с электроотпуском, характерен
излом, более соответствующий чисто скручивающим нагрузкам
с большим углом наклона к образующей и меньшим числом до-
рывов. Для излома характерна большая зона стабильного роста
трещин, отличающаяся как бы сглаживающим рельефом. Нали-
чие трещин, нормальных к образующей поверхности полуоси,
свидетельствует о действии высоких растягивающих усилий
вдоль оси детали.
Количество выдержанных циклов у деталей после объемной
закалки т. в. ч. с электроотпуском составляет 82—98 тыс. Только
130
Таблица 16. Результаты механических испытании полуосей
№	бт	_6р	6	Ф			Характер закалки
Де-					н		
тали	кгс/мм2			Ь			
	129,5	143,0	10,3	27,7	2,0		
1	127,3 132,9	145,2 149,5	13,3 9,3	33,2 24,8	2,0 2,4	78 750	
	132,9	150,4	9,3	24,8	2,1		Закалка и отпуск
							в электропечи
	107,2	143,0	10,7	30,5	1,3		
	125,6	141,7	12,7	24,8	0,8	43 400	
О	126,6	142,9	10,7	30,5	1,3		
	127,3	142,9	11,3	24,8	1,0		
	107,2	128,7	12,7	35,9	2,3		
	110,4	129,8	11,7	30,5	2.6	43 050	
	113,5	131,7	13,3	33,2	2,8		
	112,5	130,5	Н.7	43,7	2,6		
	100,8 104,0	124,5 124,5	13,7 12,0	33,2 30,5	2,5 2,5	98 700	Объемная закалка
9	97,5	121,0	10,7	30,5	2,5		т. в. ч. н электроот-
	100,7	123,1	10,0	30,5	2,0		пуск
	58,3	97,9	16,0	30,5	5,8		
14	56,1	98,3	14,0	30,5	5,0	41 300	
	57,2	99,0	13,7	27,7	4,3		
	55,1	96,1	15,0	33,2	4,4		
	63,9	89,8	22,0	'50,9	3,8-		
15	67,8 68,2	91,1 89,0	24,0 20,3	50,9 54,0	5,4 5,5	100 000	
	67,8	91,5	20,0	33,2	6,3		Поверхностная за- калка т. в. ч. н от- пуск в электропечи
	73,1						
		90,8	21,7	57,7	5,0		
17	68,9	89,8	16,7	54,0	5,4	140 000	
	70,0	90,2	18,3	57,7	5,6		
	71,0	92,1	20,0	54,0	6,4		
5»
131
для детали № 7 с пониженной твердостью сердечника число
циклов составило 43 тыс.
При исследовании макрошлифов поперечного сечения деталей
обнаружено наличие остаточного обезуглероженного слоя различ-
ной толщины, образовавшегося в процессе штамповки и предва-
рительной термообработки, что в сочетании с низкой чистотой
механической обработки поверхности ведет к понижению уста-
лостной выносливости деталей.
Использование нагрева т. в. ч. с целью снижения появления
трещин целесообразно, например, и при сварке шестерен барабана
коробки перемены передач. Для этого может применяться спе-
циальное устройство (рис. 51).
17.	Закалочные среды
Для закалки сталей с нагревом токами высокой частоты, как
и при других видах нагрева, требуется последующее быстрое
охлаждение детали, особенно в районе зоны с температурами ма-
гнитных превращений. Охлаждение осуществляется в какой-либо
одной среде или в комбинации различных закалочных сред.
Наиболее употребительные из них: вода, масло, воздух, водо-
масляные смеси и кислотные или соляные эмульсии на воде,
мыльные растворы, жидкое стекло и др. Выбор той или иной за-
калочной среды определяется конкретными условиями принятой
технологии закалки и, главным образом, свойствами закаливае-
мой детали. На качество закалки влияет способ охлаждения.
Поверхностной закалке с нагревом т. в. ч. свойственна высокая
степень механизации и автоматизации всего технологического
процесса, при котором применяется душевое охлаждение, в отли-
чие от объемной закалки, при которой термообработка осуще-
ствляется погружением детали в охлаждающую среду.
Физические свойства закалочных сред определяют их приме-
няемость по максимально допустимой верхней температуре и
минимально допустимой нижней температуре среды, склонность
к воспламенению и парообразованию и др. Физические свойства
закалочной среды в сочетании с интенсивностью и способом
охлаждения, создают так называемую закалочную способность
жидкости или газа. Строгие математические зависимости закалоч-
ной способности охлаждающих сред от их физических или хими-
ческих свойств изучены недостаточно, однако имеются вполне
установившиеся статистические закономерности.
Скорость охлаждения стали является определяющим фактором
наряду со скоростью нагрева, поэтому для получения заданных
свойств металла к закалочной среде предъявляются в первую
очередь требования обеспечения заданной скорости охлаждения.
При невозможности получить необходимую скорость охлаждения
закалочная среда из. данного технологического процесса исклю-
чается. Наличие в закаливаемой детали большого количества
132
теплоты, сосредоточенного в ограниченной зоне, предъявляет
к закалочной среде другое требование: обеспечить охлаждение
детали в максимально короткое время.
Большинство закалочных сред в основном удовлетворяют
требованиям закалки и обладают рядом технологических и эко-
номических достоинств. В большинстве своем они имеют сравни-
тельно низкую стоимость, просты в приготовлении и многократ-
ном использовании, могут длительно сохранять свои исходные
свойства при изменении температуры, но в ряде случаев или
неприменимы, или невзаимозаменяемы. Рассмотрим некоторые
свойства закалочных сред.
Вода является наиболее доступной и широко распространен-
ной закалочной средой. Она применяется при душевом охлажде-
нии и охлаждении окунанием, отличается жидкотекучестью и
невоспламеняемостью. Недостатком воды как охлаждающей жид-
кости следует считать низкую устойчивость ее физических свойств
в зависимости от температуры. Закаливающая способность воды
с изменением температуры меняется больше, чем при использо-
вании в качестве охлаждающей среды масла или эмульсии, по-
этому требуется температурная стабилизация. Для закалки трак-
торных деталей температура охлаждающей воды должна быть не
выше 35—40° С и не ниже 18° С. Слишком теплая вода не обеспе-
чивает заданной твердости закаленного слоя ввиду малых тем-
пературных перепадов и низкой скорости охлаждения; холодная
вода увеличивает вероятность трещинообразования и пятнистой
закалки поверхностного слоя. Для некоторых марок сталей тем-
пературу воды требуется поддерживать не ниже 25° С, например
при закалке сателлита из стали марки 45Х. Водяной душ по
сравнению с водяной ванной имеет лучшие характеристики,
так как обладает способностью более быстро охлаждать металл
с сохранением равномерности охлаждения по поверхности и
объему.
-Масло как закалочная среда широко используется при термо-
обработке тракторных деталей, так как обладает рядом досто-
инств. Оно сохраняет свои физико-теплотехнические свойства
в довольно широком интервале температур и по скорости охла-
ждения эквивалентно воде с температурой 40—90° С. Более низ-
кая скорость охлаждения по сравнению с водой позволяет полу-
чать равномерную структуру закаленного слоя и снижает трещи-
нообразование.
В тракторном производстве используется закалка маслом
с применением ванны и масляным душем. В этом случае требуется
охлаждение масла за счет специальной цеховой маслоохладитель-
ной станции или индивидуальной установки для конкретного за-
калочного станка. Наиболее удачные результаты получены при
закалке тракторных деталей под слоем масла с дополнительным
спрейерным душированием в зоне охлаждения; наиболее часто
употребляется масло марок МС-20, МС-10 и др. При закалке
133
маслом необходимо учитывать возможность его воспламенения,
которое может наблюдаться на поверхности загрязненной или
перегретой масляной ванны, а чаще при душевом охлаждении.
В этом случае должны быть соблюдены противопожарные меры.
Воздух иногда является единственно возможной закалочной
средой для некоторых марок сталей, которые при быстром охла-
ждении дают трещины, особенно такие, как флокеночувствитель-
ные. В ряде случаев используется водовоздушная смесь, облада-
ющая промежуточными закалочными свойствами. Для создания
смесей разрабатываются специальные конструкции распылитель-
ных, смесительных и спрейерных устройств.
Эмульсии по своим закалочным свойствам занимают промежу-
точное место между водой и маслом и широко применяются для
закалки тракторных деталей. Они приготовляются на основе
эмульсолов в смеси с водой, их процентное содержание опреде-
ляется экспериментально по достижении заданной твердости по-
верхностного слоя без образования микротрещин. Свойства
эмульсий со временем изменяются, поэтому их необходимо по-
стоянно контролировать и доводить до установленной кондиции
их процентный состав.
Растворы солей (едкого натра, хлористого и углекислого на-
трия, хлористого кальция) и кислот (серной, соляной) также при-
меняются в качестве закалочных сред. Они обладают более вы-
сокими скоростями охлаждения по сравнению с водой или маслом,
но специфичны по своим химическим свойствам: коррозионной
стойкости, химической агрессивности, гигроскопичности и пр.,
поэтому применяются для закалки сталей в спецтехнологиях.
Растворы мыла, особенно образовавшиеся естественным путем,
могут использоваться в качестве закалочной среды. При отсут-
ствии в закалочных баках с водой циркуляции воды со сливом
в канализацию часто образуются мыльные растворы. Незначи-
тельная концентрация мыльных примесей (натриевой соли, бе-
лого мыла и т. п.) изменяет закалочную способность охлажда-
ющей среды. При этом твердость закаленного т. в. ч. слоя может
оказаться ниже установленной техническими условиями, что
необходимо учитывать при термообработке деталей. Из-за этого
в ряде случаев при закалке отдельных тракторных деталей обна-
руживался брак. Вероятно, мыльные растворы снижают скорость
охлаждения относительно чистой воды.
В последнее время в качестве закалочной среды применяются
жидкое стекло и специальная закалочная смесь типа ЗСП.
Закалочная жидкость типа ЗСП-1 представляет собой поли-
мерную негорючую закалочную смесь 0,15—0,3%-ного водного
раствора полиакриламида. Применение этой жидкости взамен
масла при термообработке валов позволяет в 1,5 раза снизить
потребляемую мощность за счет нагрева детали не под слоем
масла, а на воздухе, причем качество термообработки не хуже,
а в ряде случаев лучше, чем по прежней технологии. Отпадает
134
необходимость в промывке термообработанных деталей. Ёсли
раньше норма расхода масла на 1 т обрабатываемой продукции
составляла 12 кг (стоимость 1 т масла 165—200 руб.), то норма
расхода полиакриламида составляет 0,28 кг на 1 т обрабатывае-
мого металла при стоимости 1 т ЗСП-1 всего 8 руб. Экономический
эффект очевиден.
Скорости охлаждения для разных закалочных сред неодина-
ковы, тогда как продолжительность охлаждения в интервале
температур магнитных превращений для разных размеров деталей
при поверхностной закалке примерно равна и составляет доли
секунды при охлаждении от 900 до 600° С. Последующее охлажде-
ние до более низких температур увеличивает время охлаждения
до нескольких секунд.
На скорость охлаждения и качество закалки оказывает влия-
ние не только закалочная среда, но и состояние поверхностного
слоя закаливаемой детали. Деталь с загрязненным поверхностным
слоем, наличием окалины и окислов, неметаллических включений
охлаждается со скоростью ниже скорости охлаждения чистой
детали в той же закалочной среде. Эти качества учитываются при
определении пооперационной последовательности термообработки
и очистки деталей. Замечено, что на скорость охлаждения и ка-
чество закалки влияет степень шероховатости закаливаемой по-
верхности. При закалке в среде воды или масла шлифованные
детали имеют более высокую твердость и более равномерное рас-
пределение закаленного слоя, чем грубообработанные. Это свой-
ство наряду с соотношением закаливаемой поверхности детали
и охлаждающей среды оказывает влияние на выбор типа закали-
ваемой среды. Например, при закалке шероховатых поверхностей
отдается предпочтение воде перед маслом, а при закалке в масле
для получения более высокой скорости охлаждения охлажда-
ющую среду желательно делать комбинированной из масел раз-
личных марок в зависимости от их вязкости и температуры
вспышки.
На скорость охлаждения и качество закалки по-разному влияют
растворенные в закалочной среде газы. Углекислый газ, напри-
мер, в силу своей способности хорошо растворяться в воде насы-
щает ее и своим воздействием снижает скорость охлаждения де-
тали. Это свойство сейчас применяется для закалки некоторых
деталей в воде, насыщенной углекислым газом.
Несмотря на то, что процесс термообработки удорожается,
выгода достигается за счет повышения качества закаленного слоя
по микротрещинам.
Как известно, при выбранном типе закалочной среды наиболь-
шее влияние на скорость охлаждения и качество закалки оказы-
вают взаимное расположение детали, охлаждающей среды и их
состояние. При интенсивном перемешивании жидкости или при
перемещении детали с изменением направления и скорости зака-
лочная способность жидкости выше, чем в спокойной ванне. Это
135
Таблица 17. Режимы закалки т. в. ч. тракторных деталей в различных закалочных средах
Режим	р,	f, кВт кГц		<о <о 00 <£>	0‘8 	i	8,0
		ю о	о	ю	о О}	о	OJ	о ГН ч-Ч	ч-Ч	<	180 100	100	110
Закалочная среда		ЗСП-1 ЗСП-1 Вода Масляная ванна Водяной душ	Водяной душ Эмульсия	Масляный душ	Водо-воз- душная смесь
£Х £ S s о С К * Я О Си X S Н < и I		3,6 3,9—4,0	3,3—3,6 3,5—3,8	4,1	3,5—3,6
Глубина закаленного слоя мм		5,0 3,5—3,4 3,0—4,0 5,0 2,5	Сквозная по зубу 3,0	1	1,5—2,5
		ОСО 00 О со ю ю юю ю Illi 1 оосм ос см Tf1 ю	Ю	52—54 49—51	1	55—57
Марка стали		ззхс 40ХС 45Х ЗЗХС 45	45ХН 40ХС	40ХЗМ2ФА (УСП-40)	45Х
Вид термообработки		Поверхностная закалка	Закалка с от- пуском 200° С	Закалка сквоз- ная	Закалка по впадине
Деталь		Шестерня № 1 Вал Ось № 1 Шестерня № 1 Шестерня № 2	Шестерня № 2 Ось № 2	Диск трения	Шестерня (са- теллит)
Примечание. Микроструктура закаленного слоя для всех примеров — мелкоигольчатый мартенсит.
133
свойство стало определяющим при закалке деталей в массовом
производстве.
Наиболее удовлетворительные результаты получены при за-
калке с душевым охлаждением. Оно создает благоприятные усло-
вия для теплообмена и незаменимо при непрерывно-последова-
тельной закалке. Методы душевого способа охлаждения для
сквозной и поверхностной закалки достаточно хорошо исследованы
на воде. Имеются работы, определяющие свойства масляного
душа как охлаждающей среды при высокочастотной термообра-
ботке. Масляный душ имеет характер водяного душа, но по своим
свойствам отличается от последнего, а также от масла в ванне.
Для закалки деталей трактора «Кировец» масляный душ был
применен одновременно с нагревом т. в. ч. Ввиду большой ско-
рости охлаждения при этом образовывались микротрещины и душ
был заменен закалкой с охлаждением под слоем масла. Нагрев
детали также производился под слоем масла. Некоторые типовые
режимы закалки тракторных деталей в разных закалочных средах
представлены в табл. 17.
18.	Специальные станки и автоматы
для термообработки тракторных деталей
Достижение заданных режимов нагрева т. в. ч. при закалке и
отпуске является процессом сложным и трудоемким, что особенно
заметно в массовом производстве. Для многократного повторе-
ния этих режимов разрабатываются, осваиваются и используются
специальные нетиповые нагревательные устройства, техническая
характеристика которых в определенной степени отражается на
качестве термообработки.
Одной из наиболее сложных технологических задач в практике
термообработки машиностроительных деталей принято считать
закалку шестерен среднего и крупного модуля. Известные способы
закалки шестерен токами высокой частоты предусматривают на-
грев и охлаждение всей шестерни сразу или отдельных зубьев
поочередно. Нагрев шестерен среднего модуля по принципу «зуб
за зубом» более качественный и с энергетической точки зрения
более выгодный, так как требует меньше установленных мощно-
стей. В этом случае нагрев может осуществляться по контуру
зуба или по впадине шестерни.
Методы закалки шестерни по впадине и по контуру зуба широко
распространены. Следует признать, что закалка шестерен по впа-
дине является более универсальной и перспективной по сравнению
с другими видами (рис. 52).
В закалочных устройствах с индукционным нагревом зубчатых
колес и шестерен «по впадине», применяемых в отечественной
и зарубежной практике, индуктор закреплен неподвижно, а ше-
стерня совершает радиальные движения на поворотной оправке.
Иногда процесс осуществляется в обратном порядке: шестерня
137
устанавливается неподвижно, а индуктор совершает радиальные
или возвратно-поступательные движения. Закалка происходит
в полуавтоматическом цикле для каждой шестерни. Во всех слу-
чаях индуктор выполнен с учетом профиля зуба и закреплен на
монтажной плате.
Наряду с положительными качествами описанные устройства
[1] имеют существенные недостатки.
Для высококачественной закалки шестерни необходимо строго
выдерживать зазор между закаливаемой поверхностью и индук-
Рис. 52. Индуктор для закалки шестерен (промыш-
ленный образец)
тором. В известных устройствах это требование не выполняется,
так как возвратно-поступательное перемещение шестерни на
шпинделе или индуктора к шестерне (в зависимости от варианта
исполнения) имеет расстояние, ограниченное полным ходом ка-
ретки (ползуна или другого приспособления). В результате люф-
тов и допусков этот ход может быть неидентичным в процессе
закалки. В свою очередь, изготовление шестерен на зуборезных
станках предполагает значительные допуски по диаметру окруж-
ности впадин к диаметру окружности выступов шестерни. Таким
образом, из механического цеха шестерня поступает в закалочное
устройство, имея значительную разностенность между впадинами
зубьев и внутренним отверстием шестерни и, как следствие, раз-
ное расстояние по окружности от центра шестерни до основания
зубьев. Разностенность шестерен и фиксированный ход каретки
приводят к следующему:
138
ШебтерйЯ может соприкасаться с токопроводом индуктора
и разрушать индуктор;
зазор между токопроводом индуктора и впадиной шестерни
изменяется как на одной шестерне, так и на всей партии; характер
закалки изменяется, и значительная часть шестерен идет в брак;
после перемещения каретки наблюдаются случаи установки ше-
стерни с перекосом относи-
тельно индуктора;
перед закалкой требуется
рассортировка шестерен на
группы по величинам разно-
стенности между впадиной и
посадочным диаметром ше-
стерни;
индуктор сложен в изго-
товлении, наладка и регули-
ровка устройства затруднены;
практически исключается
поточное производство за-
каливаемой детали.
При закалке шестерни
среднего модуля или венеч-
ной шестерни трактора про-
являются характерные недо-
статки подобных устройств.
Для изоляции сат ллита
от корпуса устройства поса-
дочная оправка выполнена
из текстолита или стекло-
текстолита. В процессе экс-
плуатации наблюдаются из-
нос- посадочного места и
сколы опорных буртиков;
из-за гигроскопичности раз-
меры посадочного места в те-
Рис. 53. Влияние магнитопровода на
расположение изотерм при закалке
шестерни:
1 — граница закаленного слоя; 2 — изо-
терма, соответствующая температуре ниже
закалочной
чение суток резко изменяются, оправка требует частой замены.
Изменение посадочных.размеров оправки влечет за собой необ-
ходимость иметь больший допуск на расточку основного по-
садочного отверстия сателлита, что противоречит требованиям
точности фрезерования зубьев при механической обработке.
В обоих случаях зазор между шестерней и токоведущим прово-
дом индуктора изменяется, а это приводит к браку по термообра-
ботке. Дело в том, что токоведущий провод индуктора при закалке
шестерен по впадине используется совместно с магнитопроводом,
башмак которого охватывает провод и замыкает магнитный поток
на вершину соседних зубьев. Исследования [31 ] показывают, что
характер огибающей закаленного слоя (рис. 53) в значительной
мере зависит от взаимного положения башмака магнитопровода,
139
токоведущего провода и шестерни. Из рисунка видно, что при
одних и тех же мощности и времени нагрева характер огибающей
кривой закаленного слоя различен в зависимости от зазора между
магнитопроводом и деталью. Чтобы получить закаленный слой,
удовлетворяющий техническим условиям по твердости, глубине
и характеру огибающей кривой, к закалочному индуктору и уст-
ройству в целом предъявляются высокие требования. Так, на-
пример, ход оправки с закаливаемым сателлитом к индуктору или
Рис. 54. Поточная линия закалки сателлита
индуктора к сателлиту должен быть жестким, с отклонением по
величине хода не более 0,05 мм. В конце хода необходимо умень-
шать скорость поступательного перемещения подвижной части,
особенно в момент соприкосновения упоров индуктора с сател-
литом. Устройство полуавтоматического типа (рис. 54) удовлетво-
ряет техническим требованиям, может быть полностью автомати-
зировано и может легко встраиваться в поточную линию изготов-
ления сателлита в механическом цехе. Оно комплектуется со-
вместно с высокочастотной установкой типа И32-100/8 и состоит
из станка для закалки, блока ротаметров, нагревательного блока,
закалочного бака, шкафа управления, контакторного и пускового
шкафов, блока охлаждения и преобразователя.
Закалочный станок прост в изготовлении и обслуживании,
представляет собой корпус, в котором смонтированы механизм
подъема и опускания шестерни с делительной головкой, электро-
двигатель с редуктором, системы водоснабжения и подачи воздуха,
индуктор, вход которого токоподводом соединен с закалочным
трансформатором. Закаливаемая шестерня устанавливается на
140
оправку делительной головки, вводится в зону действия индук-
тора, нагревается и охлаждается водой и воздухом. Цикл повто-
ряется автоматически, и станок отключается после обработки
последней впадины. На сателлите из стали марки 45ХН при по-
даче воды или эмульсола непосредственно на нагретую поверх-
ность образуются трещины. Затекание закалочной жидкости во
впадину шестерни исключается подачей туда воздуха под давле-
нием около 300 мм вод. ст. Расход охлаждающей жидкости кон-
тролируется ротаметрами и ручным приводом в блоке ротаметров.
В зависимости от сезона, температуры воды и воздуха глубина
и твердость закаленного слоя могут меняться, поэтому необхо-
дим постоянный тщательный контроль за качеством закалки.
Все блоки установки, кроме закалочного станка и блока рота-
метров, типовые (для установки И32-100/8) и имеют незначитель-
ные непринципиальные переделки.
Принципиальная электрическая схема закалочной установки
предусматривает автономный режим работы. Перед началом ра-
боты оправка механизма подъема и деления находится в верхнем
положении, а ее контрольный флажок заводится (вручную)
в паз бесконтактного датчика Б КД. Включением универсального
переключателя питание подается на блок автоматики. От бескон-
тактного датчика срабатывает реле подготовки пуска станка.
Нажатием кнопки на закалочном станке или на шкафу управле-
ния включается приводной механизм перемещения консоли экс-
центриковым диском вверх—вниз с проворачиванием шестерни
на один зуб. Режим работы станка становится автоматическим.
Консоль предст вляет собой два рычага, укрепленных на валу
с кулачками; вал через червячный редуктор взаимодействует
с электродвигателем. На одном из рычагов установлена делитель-
ная шестерня, на валу которой крепится храповое колесо. Под
делительной шестерней расположена оправка для насадки зака-
ливаемой шестерни. На конце второго рычага имеется палец,
который входит в зацепление с храповым колесом первого ры-
чага и проворачивает храповое колесо вместе с делительной
шестерней на угол, равный шагу зуба закаливаемого сателлита.
Непрерывное вращение вала с кулачками обеспечивает пооче-
редное выведение сателлита из индуктора, проворачивание ше-
стерни на один зуб и опускание в индуктор для закалки очередной
впадины. Время нагрева и охлаждения автоматически поддержи-
вается на период соприкосновения роликов на рычагах консоли
и кулачков на приводном валу. Пауза для подстуживания сател-
лита между нагревом и охлаждением контролируется бесконтакт-
ным электромагнитным датчиком.
Станок оборудован индивидуальными контрольными прибо-
рами: счетчиком количества закаливаемых впадин и автомати-
ческими регуляторами расхода закалочной жидкости, воздуха
и электроэнергии. На станках установлены взаимосвязанные
между собой датчики и сигнализация. Установка деталей на
141
1
Рис. 55. Индуктор с плавающей головкой для закалки сателлита:
1 — индуктор; У — фиксатор; 3 — монтажная плита; 4 — станина; 5 — амор-
тизатор; 6 — подвижный магнитопровод; 7 — воздухопровод; 8 — торцовый
спрейер; 9 — основной спрейер
142
оправку и их съем могут быть полностью механизированы с по-
мощью манипулятора. На станке установлен индуктор оригиналь-
ной конструкции (рис. 55). Индуктор в сборе с монтажной платой
прежде всего характеризуется тем, что магнитопровод упруго
закреплен на монтажной плате закалочной головки независимо от
индуктора, а охлаждающее устройство (рис. 56) снабжено тор-
цовыми подпружиненными спрейерами, имеющими профиль за-
каливаемой поверхности. Такое выполнение повышает качество
закалки шестерен.
Рис. 56. Гибкий спрейер для охлаждения торцовой поверхности шестерни:
а — шестерня в момент нагрева; б — шестерня в момент охлаждения;
/ — трубка подвода воды; 2 — фигурный спрейер; 3 — закаливаемая шестерня; 4 —
пружина; 5 — кронштейн
В индукторе обеспечивается автоматическое фиксирование
шестерни с заданным зазором между основанием зуба и токопро-
водом индуктора независимо от величины отклонения диаметра
шестерни от номинала. Это достигается фиксаторами, жестко свя-
занными с токопроводом; они же исключают касание шестерни
с индуктором.
Положение шестерни при закалке -определяется фиксаторами,
упирающимися во впадине зубьев шестерни, непосредственно при-
мыкающих к закаливаемой впадине. Разница в высоте регули-
руемого фиксатора и токопровода индуктора относительно осно-
вания индуктора, на котором они крепятся, определяет зазор
между токопроводом и закаливаемой впадиной шестерни. Этот
зазор для всех впадин шестерни сохраняется постоянным (в пре-
делах допуска), так как монтажная плита индуктора подпружи-
нена амортизаторами и работает по принципу упругой подвески.
Под действием пружин монтажной, плиты индуктор находится
выше рабочего положения. Шестерня при подходе к индуктору
143
основанием своих впадин давит на фиксаторы индуктора. Если
ход шестерни по каким-либо причинам больше нормального
(для закаливаемой впадины), то фиксаторы «утопят» индуктор
и компенсируют разницу в расстоянии между осью индуктора
и осью шестерни. Если ход шестерни меньше нормального, то
индуктор под действием пружин автоматически приподнимается
выше (до касания фиксаторов с основанием впадин шестерни)
и также компенсирует разницу в расстоянии между осями индук-
тора и шестерни.
Фиксаторы выполнены в виде четырех штырей, симметрично
расположенных относительно продольной оси индуктора и каса-
ющихся впадины шестерни в непосредственной близости от ее
торцовых краев. Это позволяет выдерживать необходимый зазор
между закаливаемой поверхностью и индуктором в случае пере-
коса шестерни на оправке, так как подпружиненная монтажная
плита индуктора примет положение, соответствующее плоскости
перекоса шестерни.
Для концентрации магнитного потока у закаливаемой поверх-
ности и ослабления потока рассеяния токопровод индуктора огра-
ничен магнитопроводом. Магнитопровод связан с индуктором не
жестко. Он перемещается в направляющих монтажной плиты
индуктора, соответствующим образом повторяя все изменения
положения монтажной плиты индуктора. Магнитопровод установ-
лен на станине и подпружинен таким образом, что может свободно
перемещаться вверх—вниз относительно монтажной плиты ин-
дуктора. Для уменьшения перегрева торцовых концов зубьев и
устранения их перекалки (что наблюдается в существующих
устройствах) к торцам шестерни по огибающей поверхности впа-
дины зуба прижимается охлаждаемый спрейер с бортиком, выпол-
ненный из токопроводящего материала. Поток охлаждающей
жидкости из спрейера смывает интенсивно нагреваемые участки
зубьев и тем самым выравнивает толщину закаливаемого слоя
металла. Спрейер подпружинен и в момент закалки плотно при-
жат своим профилем к торцовой поверхности зуба.
Независимое от индуктора закрепление магнитопровода позво-
ляет автоматически поддерживать постоянное расстояние между
закаливаемой деталью и башмаком магнитопровода вне зависи-
мости от положения индуктора, что оказывает существенное влия-
ние на распределение закаленного слоя по рабочим поверхностям
и впадине. Установка торцовых подпружиненных спрейеров устра-
няет неравномерность закалки на торцах закаливаемой шестерни.
В связи с тем что сателлит изготовлен из стали марки 45ХН,
он в процессе нагрева индуктором охлаждается воздухом и водой
одновременно. Воздух и охлаждающая вода подаются из рабочих
полостей непрерывно. При посадке сателлита на упоры между
рабочей частью индуктора и основанием нагреваемой впадины
образуется воздушная подушка, обеспечивающая закалку сопря-
гаемых зубьев с прекращением нагрева. В соседние впадины вода
144
подается боковыми спрейерами для общего подстуживания са-
теллита во избежание самоотпуска. Торцовые спрейеры создают
внешний рисунок закаленного слоя.
Основные преимущества устройства для закалки сателлита
заключаются в следующем: поверхностное упрочнение шестерен
выполняется по заданному профилю шестерни; характер и тол-
щина закаленного слоя сохраняются постоянными по всей по-
верхности; закаленный слой имеет равномерный выход на торец.
Обеспечиваются минимальная деформация шестерни и автомати-
зированная закалка разностенных шестерен. Промышленный об-
разец индуктора не требует перед закалкой рассортировки ше-
стерен на группы по разностенности, надежен в работе и гаран-
тирует высокое качество закалки.
При закалке крупномодульных шестерен в некоторых случаях
применяют устройства, состоящие из следующих элементов на-
гревательного индуктора: механизма его перемещения по окруж-
ности шестерни, самоустанавливающейся с помощью системы
подвижных и неподвижных упоров; привода радиальной каретки
плавающей закалочной головки, установленной непосредственно
на закалочном трансформаторе; системы упоров, контактиру-
ющих с закаливаемым профилем..
Установка упоров на закаливаемом профиле имеет серьезные
недостатки: исключает одновременный нагрев всей поверхности
профиля (впадины шестерни), что снижает производительность
при термообработке и ухудшает качество закаливаемого профиля;
устройство с такими упорами неприменимо для закалки шестерен
среднего и малого модуля и шестерен крупного модуля с малой
шириной зуба, так как упоры в этом случае негде фиксировать.
Упоры ограничивают конструкцию индуктирующего токопровода,
поэтому нагрев происходит магнитным полем с открытым конту-
ром. Это создает дополнительные потери мощности за счет повы-
_ шейного рассеяния в. пространство, заодно снижается качество
закалки. Особенно снижается качество закалки на торцах, так
как упоры при этом утрачивают свое назначение и не фиксируют
токопровод. Расположение упоров на закаливаемом профиле
приводит, как показала практика, к подгоранию поверхности
шестерни в точке соприкасания с упором и возможному браку.
Совмещение индуктора с подвижным закалочным трансформа-
тором в некоторых случаях удобно, поэтому выбор типа индук-
тора, конструкции закалочной головки и метода закалки диктуется
в основном технологическими требованиями на закалку, име-
ющимся в наличии оборудованием, а также другими производствен-
ными условиями. Отмечается тенденция к замене существующих
марок стали 45Х, 45ХН марками стали пониженной прокаливае-
мое™. (Экспериментальные работы показали некоторые преиму-
щества такой стали при изготовлении сателлита.)
1 В отличие от станка для закалки сателлита совершенно по
иному принципу разрабатывается и эксплуатируется закалочный
145
станок для термообработки шестерен коробки перемены передач.
Такой станок предназначен для закалки муфт и шестерен среднего
модуля по огибающей закаленной поверхности с закалкой зуба
насквозь. Состоит он из механизма подачи и сброса детали, зака-
лочной ванны, подвижного блока трансформатора, электрообору-
дования, пневмооборудования, коробки скоростей и нагреватель-
ного блока. В механизм подачи и сброса детали входят быстро-
сменные оправки с идентичными хвостовиками для установки
в шпинделе и поворотный стол с быстросменными пластинами.
Стол при движении шпинделя вниз разворачивается под углом за
счет кулачкового рычага, расположенного на шпинделе, и сбра-
сывает нагретую деталь в закалочный бак. Закалочный бак яв-
ляется одновременно несущей конструкцией всего закалочного
устройства. Правая от оператора часть металлоконструкции слу-
жит для размещения коробки скоростей и механизма подачи
и сброса обрабатываемых деталей, в левой части установлены
лоток, пневмоцилиндр выгрузки деталей, шибер и прочие неоснов-
ные узлы.	ч»
Закалочный трансформатор располагается с тыльной стороны
закалочного бака. Закалочный бак имеет автономный холодиль-
ник МХД-4 для охлаждения закалочной среды и вспомогатель-
ные отверстия, с помощью которых можно подключиться к обще-
цеховой централизованной системе маслоохлаждения. Самостоя-
тельная насосная установка создает циркуляцию масла в закалоч-
ной ванне и холодильнике. Блок трансформатора позволяет пере-
мещать закалочный трансформатор в трех взаимно перпендику-
лярных плоскостях вдоль направляющих за счет маховичковых
приводов.
Работа закалочного станка первоначально осуществляется
в наладочном режиме, затем автоматически деталь ходом шпин-
деля вводится в индуктор с одновременным вращением, нагре-
вается и сбрасывается в закалочную ванну (при опускании шпин-
деля вниз после нагрева). Количество одновременно охлаждаемых
в закалочной ванне деталей составляет задел по закалке, общее
время термообработки и в конечном итоге производительность
станка в автоматическом режиме.
Загрузку деталей на оправку можно производить не только
вручную (с лотка), но и автоматически (при помощи манипулятора).
Принципиальные схемы пневмозагрузчиков и электрооборудо-
вания просты по своей структуре и удобны в эксплуатации,
поэтому станки подобного типа применяются для изготовления
широкой номенклатуры шестерен, муфт и им подобных деталей.
В данном случае используется простой одновитковый индуктор
с магнитопроводом. Зуб оказывается закаленным насквозь с глу-
биной термообработанного т. в. ч. слоя по впадине, отличной от
глубины основания зуба. С целью получения более равномёрного
закаленного слоя и повышения качества детали индуктор может
быть совмещен с трансформатором, вторичная обмотка которого
14S
выполнена в виде коаксиально расположенных и последовательно
Ч соединенных медных труб, из которых внешняя снабжена изги-
бом, повторяющим по контуру профиль впадины закаливаемой
шестерни, а внутренняя имеет продольный разрез. Такой индук-
тор может использоваться для закалки шестерен и крупного
модуля, в том числе косозубых, конических и др.
В некоторых случаях требуется закалка шестерен с формов-
кой, правкой или общая закалка с одновременным отпуском ка-
кой-то кромки или поверхности для последующей обработки.
В этих случаях работают устройства с прессовыми механизмами,
встроенными непосредственно в закалочный или нагревательный
бак. Известные устройства для формования и закалки деталей
содержат механизм загрузки и выгрузки, нагреватель, водоохла-
ждаемый штамп, состоящий из пуансона и матрицы, и приемно-
передающий механизм. Пуансон выполнен в виде незамкнутого
кольца из электропроводного материала, подключенного к источ-
нику высокочастотной энергии, снабжен магнитопроводом, уста-
новленным во внутренней полости кольца. Конструкция устрой-
ства обеспечивает формование и закалку деталей разных формы
и размеров. Иногда в подобных устройствах степень нагрева регу-
лируют изменением величины индуктивной связи индуктора и
детали, зазор между которыми плавно изменяют в нужную сторону.
В процессе объемной закалки, например конической шестерни
из стали марки 20ХГНР (для трактора К-701), в штампе гидравли-
ческого пресса требуется термически отпустить внутреннюю
шейку до НВ 3,8—4,0 на участке, который подвергается механи-
ческой обработке со сверлением сквозных отверстий. На внутрен-
нем диаметре шейки шестерни, равном 250 мм, возможен нагрев
кромок в заданных точках сверления трехфазным индуктором
т. п. ч. с раздельным магнитопроводом в виде П-образного баш-
мака. В этих условиях скорость охлаждения шейки, подверженной
_ индукционному догреву, снижается до 50—80° С/мин при общей
скорости охлаждения 150° С/мин. Такой режим возволяет при
общей закалке шестерни сохранить термоотпущенными отдельные
участки, снижается остаточное коробление, уменьшаются трудо-
емкость последующей механической обработки и износ режущего
инструмента.
Закалка и отпуск шестерен, сваренных в сборе с барабаном
КПП трактора К-701, осуществляется на полуавтоматическом
станке, техническая характеристика которого приведена ниже:
Максимальный ход стола, мм.............................1150
Рабочая скорость хода стола, мм/с:
вниз............................................... 30
вверх ...........................................100
Количество установочных позиций, шт.................... 1
Количество позиций закалки, шт......................... 10
Количество индукторов, шт.............................. 2
Время обработки одной детали, мин...................... 3
Максимальная производительность стайка, дет./ч......... 19
147
Частота вращения детали, об/мии:
минимальная......................................62,5
максимальная ................................... 94
Вместимость закалочного бака, л....................... 2400
Мощность генератора, кВт	..............................200
Частота переменного тока,	кГц............................ 8
Габаритные размеры станка, мм:
общая высота ................................... 3860
высота от уровня пола............................2810
высота закалочного бака от уровня пола ..........1200
общая ширина.................................... 2820
общая длина..................................... 4580
По иному принципу осуществляется закалка деталей типа вала.
Электрические режимы непрерывно-последовательной закалки
(с пятью зонами) шлицевого вала из стали марки 40ХС приведены
в табл. 18. Закалка валов по объему и номенклатуре является наи-
более общей и широко применяется для тракторных деталей.
По типу обработки вала подвергаются закалке т. в. ч. и другие
виды деталей, которые во время работы находятся в физически
сложных тяжело нагруженных условиях при знакопеременных
нагрузках. Выбор способа их термообработки (цементация, нитро-
цементация, обния закалка, поверхностная закалка т. в. ч.
и т. д.) требует тщательной технологической подготовки ’по
выбору оборудования и закалочных сред. При масовом производ-
стве предпочтение отдается закалке с нагревом т. в. ч.
Таблица 18. Режимы закалки валов на автомате-роботе
Электрические параметры нагрева	Зона закалки				
	1	2	3	4	5
Напряжение, кВ Сила тока, А Мощность, кВт Сила тока возбужде- ния, А Емкостной коэффициент мощности	0,8 170 125 11 0,95	0,8—0,85 165 120 7 0,95	0,8 150 115 10 0,95	0,9 165 115 5,5 0,95	0,9 160 ПО 5,5 0,95
По сравнению с процессом науглероживания таких деталей ко-
робление их при поверхностном нагреве и охлаждении очень мало.
За счет этого значительно сокращается трудоемкость последующей
рихтовки и шлифовки деталей. Процесс термообработки может
быть в значительной степени автоматизирован непосредственно
в линиях механической обработки. Выбор необходимого закалоч-
ного устройства зависит от программы закаливаемых деталей и
их конструктивных параметров. Детали типа вала имеют сравни-
тельно большую длину и переменное сечение, поэтому в процессе
нагрева они подвергаются короблению за счет поверхностных на-
148
Пряжений. Расположение их при этом горизонтально оси усугуб-
ляет процесс искривления и в то же время благоприятно сказы-
вается на межоперационной транспортировке, особенно в крупно-
серийном производстве.
Для горизонтальной закалки валов т. в. ч. используется не-
сколько типоразмеров индукторов, при этом процесс термообра-
ботки становится трудоемким за счет операций переналадки,
правки, мойки, очистки и т. д.
В зависимости от профиля закаливаемого вала при автомати-
зированном процессе термообработки необходимо устанавливать
программу нагрева и охлаждения по зонам закаливаемых поверх-
ностей. В качестве программного устройства может использоваться
цифровое вычислительное устройство или простая панель датчи-
ков, установленных вдоль оси закаливаемого вала и передающих
команду на нагрев или перемещение детали исполнительным ме-
ханизмам. Такая программа подбирается по экспериментальным
данным и закладывается для термообработки серии деталей.
При закалке валов в одном закалочном индукторе необходимо
предусматривать конструкцию, обеспечивающую передачу доста-
точной мощности на всех сечениях нагреваемого вала. Последо-
вательная закалка всех шеек (сечений) снижает установленную
мощность источника питания. При этом время нагрева и, естест-
венно, трудоемкость закалки увеличиваются, но такой процесс
пригоден для проведения экспериментальных работ, особенно
в ремонтных и опытных мастерских.
Устройства с вертикальным расположением валов можно с ус-
пехом применять для одновременной и непрерывно-последова-
тельной закалки с многозонным нагревом детали в переменных
сечениях. Преимуществом такого способа закалки является одно-
временность нагрева всех закаливаемых участков. Валы в таком
станке могут обрабатываться в ручном или полуавтоматическом
цикл_е.
Закалочный станок включает в себя станину с колоннами,
вдоль которых перемещается каретка с оправкой для установки
закаливаемой детали, противовес каретки, привод перемещения
каретки и привод вращения детали, закалочный бак, закалочный
индуктор со спрейером, панель программных переключателей,
шкаф управления и системы пневматики, водоохлаждения и за-
калочной жидкости.
Установка детали в оправку производится вручную, как и
съем закаленной детали. После закалки деталь поступает по
межоперационному транспортеру на мойку. У каждого полуавто-
мата имеются погрузочно-разгрузочные и пневматические мани-
пуляторы с шестью степенями свободы. Установка детали и съем
ее после закалки могут производиться манипулятором.
Станки показали себя вполне работоспособными и высоко-
производительными закалочными агрегатами, встроенными в об-
щетехнологическую механообрабатывающую структуру цеха.
149
Дальнейшее усовершенствование подобных полуавтоматов для
закалки валов привело к созданию закалочного автомата, обеспе-
чивающего закалку деталей типа вала любого профиля.
Автомат-робот для закалки валов представлен на рис. 57.
В этом случае закаливаемые шлицевые валы после механической
обработки и мойки скатываются по горизонтальной плоскости
на исходную позицию закалочного автомата, где с помощью мани-
пулятора захватываются и подаются на стол закалочного блока
предварительно ориентированными в вертикальной плоскости.
\
Рис. 57. Автомат-робот для закалки валов
На установочном столе закаливаемый вал зажимается в центрах
и освобождается от захватов манипулятора. Далее деталь с враще-
нием опускается вдоль продольной оси совместно со столом в мас-
ляную ванну, где нагревается и охлаждается. Нагрев каждой шей-
ки (от двух до 10 шеек) происходит при заходе этой шейки в соот-
ветствующий индуктор, при этом поступательное движение вала
прекращается (кроме вращения). После выключения нагрева на-
гретая зона охлаждается, а деталь опускается вниз до захода
в индуктор следующей шейки.
Для данного типа закалочных станков термообрабатываемая
деталь перемещается в процессе нагрева и охлаждения. Она легче
закалочного трансформатора с индуктором, спрейером и другими
элементами (как, например, токоподводящий фидер), которые
в подобных устройствах могут перемещаться сами, а нагреваемая
деталь остается неподвижной. Это также является одним из преи-
150
муществ закалочных станков указанного типа. Кроме того,
сокращается производственная площадь, занимаемая закалочным
устройством.
Автоматический режим работы по желанию оператора может
быть переведен в наладочный или ручной. Закалочные и энерге-
тические режимы остаются без изменения. Поскольку шлицевые
валы конструктивно являются термочувствительными деталями,
их охлаждение после нагрева стремятся сделать мягким, поэ-
тому используют масло или эмульсию. Охлаждающая жидкость
с помощью насоса подается при заданном давлении и в достаточном
для охлаждения объеме. Целесообразно предусматривать вторич-
ное охлаждение хладагента, для чего устанавливают специальный
бак с закалочной жидкостью, оборудованный очистными сооруже-
ниями (системами), а также приспособлениями для отбора теп-
лоты. Такое оборудование в большинстве случаев устанавливается
под закалочной машиной или в специальном приямке. Как и
во всех случаях термообработки с нагревом т. в. ч., глубина и
профиль закаленного слоя зависят от времени нагрева. Выбор
оптимального способа закалки определяется конфигурацией за-
каливаемой детали. Для закалки одновременно двух концов вала
в станке имеется пара индукторов, расположенных симметрично
относительно своей продольной оси с возможностью их автомати-
ческого осевого передвижения. Двусторонний шлицевой вал
скатывается по наклонному лотку для нагрева. В этом исходном
положении оба индуктора раздвинуты и вал свободно стыкуется
своей осью с осевой линией индукторов.
В исходном положении детали срабатывает датчик контроля и
дает команду на перемещение индукторов. Они наползают на концы
закаливаемого вала и нагревают его на заданные длину и глуби-
ну. После выключения нагрева индукторы вновь раздвигаются
и нагретый вал сталкивается в закалочный бак с маслом или
эмульсией, где охлаждается, а затем цепным транспортером выта-
скивается и подается на мойку. В тех случаях, когда процесс
шлифовки валов выполняется после термообработки, с закалива-
емых поверхностей необходимо снимать случайно прилипшую
стружку, грязь и пр., чтобы исключить прижог детали и выход
из строя индуктора. Для увеличения зоны обслуживаемого про-
странства манипулятор ’выполняется в виде телескопического ме-
ханизма из нескольких звеньев, привод которых выполнен из
цилиндров, установленных в полости своего звена. Цилиндры
могут быть включены последовательно с основным приводом.
Такие манипуляторы как показывает практика, неудобны в эк-
сплуатации: во-первых, они не обладают достаточной точностью
установки деталей; во-вторых, при питании от цеховой системы
сжатого воздуха могут давать пропуски и заклинивания из-за
недостаточно качественных очистки и сушки воздуха.
Использование гидропривода предполагает установку масло-
напорной станции и неизменно сопровождается разрушением
151
уплотняющих прокладок и замасливанием окружающей произ-
водственной площади. Для того чтобы избежать этих недостатков,
манипулятор выполняется с механической рукой, на одном конце
которой имеется захватная кисть, а другой конец закреплен на
поворотном валу с механизмом перемещения. Точность позици-
онной установки манипулятора достигается тем, что вал механизма
поворота снабжается дисками, между которыми установлен (для
вращения вокруг его оси) рычаг, связанный с этими дисками и
упорами. Наиболее надежно работает манипулятор, установленный
совместно с закалочным станком (см. рис. 57) на основном вер-
тикальном несущем валу.
Манипулятор имеет две противоположно размещенные на
поворотном валу раздвижные руки с двумя парами зажимов (зах-
ватов) и работает следующим образом. В исходном состоянии руки
манипулятора расположены вдоль оси поворота, а рабочий стол
перемещения закаливаемого вала находится в верхнем положении
и опирается на фиксаторы. Если питатель загружен деталями и
станок включен на автоматический цикл работы, каретка пита-
теля подходит к крайней из деталей. По команде датчика, контро-
лирующего наличие деталей в питателе, манипулятор загружает
крайнюю деталь, ориентированную в горизонтальном положении;
в челночную призму и подает ее на позицию загрузки. По команде
конечного выключателя кисти (захваты) манипулятора разжима-
ются и руки разводятся. Одна рука манипулятора устанавлива-
ется вдоль позиции загрузки над питателем, вторая —вдоль
оси загрузки стола. Кисти манипулятора сжимаются и захваты-
вают деталь из питателя. После этого руки складываются вдоль
оси поворота манипулятора и вместе с зажатой деталью разво-
рачиваются на 180°. Руки манипулятора повторно разводятся
и устанавливают деталь вдоль оси центров закалочного стола.
На корпусе манипулятора имеются конечные выключатели, ко-
торые контролируют положение рук в исходном и рабочем поло-
жениях и дают команду при разведенных руках на захват детали
верхним центром закалочного стола. В это время дается команда
на разжимание захватов манипулятора и сведение рук.
Руки манипулятора делают разворот на 180° в обратную сто-
рону и возвращаются в исходное положение. Верхний центр
начинает вращение детали от электродвигателя, стол опускает
деталь в индуктор — происходит нагрев детали с последующим
охлаждением. Манипулятор зажимает одной рукой в питателе
следующую деталь, а другой — подает закаленную деталь на
стол выгрузки. Последующие циклы повторяются автоматически.
Таким образом, установка и съем деталей со станка осущест-
вляются автоматическим роботом-манипулятором. Раньше тер-
мист должен быть взять в руки вал, установить его на станок
в центрах, а после закалки вручную снять тяжеловесную сталь-
ную деталь. В течение смены приходилось перемещать несколько
тонн груза. Рабочий уставал физически, производительность
152
термообработки была низкой. Сейчас положение изменилось,
а общий экономический эффект от внедрения станка-автомата со-
ставил более 200 тыс. руб.
Для закалки длинномерных изделий, сходных с валами и име-
ющих переменный профиль по сечению, применяются станки,
выполненные по другому принципу. Широкое распространение
при этом получили закалочные индукторы щелевого типа. Дви-
жение нагреваемых в них деталей осуществляется за счет группы
зажимных роликов с механизмом перемещения. Ролики выпол-
нены со спиральными канавками, имеющими противоположное
направление между соседними группами. Такие канавки снижают
деформацию нагреваемых деталей при термообработке. Для термо-
обработки рессорной скобы используются автоматические линии
с цепным транспортером.
Термообработка тракторных полуосей производится на много-
позиционных станках-автоматах роторного типа, где на одной
из позиций осуществляется нагрев т. в. ч. под закалку, а на дру-
гой — нагрев т. в. ч. под отпуск. При этом применяются индук-
торы щёлевого типа, с учетом профиля нагреваемой детали они
имеют сходные конструктивные параметры, а режим нагрева из-
меняется в зависимости от вида термообработки. Индукторы могут
перестраиваться. Технология термообработки т. в. ч. тракторных
деталей и оборудование, которое при этом применяется, учиты-
вает все многообразие приемов, непосредственно влияющих на
свойства стали. Химический состав стали, ее теплоемкость и теп-
лопроводность определяют удельную мощность и температуру
нагрева. Толщина закаленного слоя и переходной зоны непосред-
ственно связана с частотой электромагнитного поля, напряжением
на индукторе, конструкцией индуктора.
Форма и размеры закаливаемой детали, профиль закаленного
слоя влияют на конструктивные параметры электромагнитной
системы индуктор —деталь, которые, в свою очередь, наряду
с программой выпуска деталей и технологическими условиями
производственного участка определяют конструктивные и функ-
циональные параметры всего закалочного устройства. От выбора
способа закалки или отпуска, закалочной среды или последова-
тельности технологических операций зависит твердость поверх-
ностного слоя и всей детали в целодо. При этом во избежание тре-
щин, прижогов и других дефектов термообработки необходимо
учитывать дефекты предварительной и последующей обработки
по формообразованию детали: шиферность, обезуглероживание,
склонность к трещинообразованию и др. На всех этапах необхо-
дим количественный и качественный технологический контроль.
Глава V
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
19.	Применение электротермического оборудования
в поточно-групповых линиях
Электротермическое оборудование, выпускаемое отечественной
промышленностью, характеризуется большим разнообразием, но
мало приспособлено для работы в поточно-групповых линиях
изготовления деталей массового производства. В промышленной
практике индукционного нагрева находят применение комплекс-
ные нагревательные устройства, включающие источники пи-
тания, закалочные и нагревательные станции, линии транспорти-
рования высокочастотной электроэнергии от источника питания
к индуктору и прочие сборочные единицы в соответствии с при-
нятой нами условной классификацией. Разбор особенностей их
применения в машиностроении позволит в некоторой степени
оценить общие тенденции в реализации средств индукционнбго
нагрева.
Наибольшее распространение в линиях термообработки при
изготовлении трактора «Кировец» имеют закалочные станции
повышенной частоты и высокочастотные установки на базе лам-
повых генераторов.
Закалочные станции. В качестве закалочных станций до на-
стоящего времени используются высокочастотные установки типа
МГЗ-108 и МГЗ-208 (АК и АБ). В связи с тем что эти установки
сняты с производства, их комплектация и воспроизводство носят
локальный характер и общего интереса не представляют. Уста-
новки эти в основном заменены более современными —типа
И32—100/8 и их разновидностями.
Установка типа И32-100/8 предназначена для поверхностной
закалки стальных и чугунных изделий, для нагрева под отпуск,
пайку и т. п. и применяется в коплекте с технологическими уст-
ройствами, разработанными на заводе. Она состоит из нагрева-
тельного блока, закалочного бака, шкафа управления, пускового
и контакторного шкафов, блока охлаждения, механизма вращения
и преобразователя. Каждая из этих сборочных единиц в процессе
монтажа и эксплуатации претерпевает какие-либо изменения,
что связано с технологическими особенностями нагрева и их не-
достаточной универсальностью.
В установке И32-100/8 основные операции выполняются
вручную. Технологическая приставка — закалочный бак с меха-
низмом вращения детали — при современном уровне техники при-
менима для ремонтных мастерских в полевых условиях машино-
154
тракторных станций, а также для мелкосерийного производства.
При массовом производстве механизм вращения детали за не-
надобностью выбрасывают, а нагревательный блок пристраивают
к закалочному баку собственного изготовления, в котором ме-
ханизм программного перемещения детали выполнен примени-
тельно к конкретной детали или к гамме сгруппированных де-
талей по сходным сборочным единицам. Положительным свойст-
вом высокочастотной закалочной установки является возможность
изменять компоновку составных блоков на имеющемся техноло-
гическом участке с учетом расстановки других станков. Следо-
вательно, закалочный блок и блок механизма вращения могут
не являться обязательными составными частями установки.
Нагревательный блок как одна из наиболее отвественных сбо-
рочных единиц, в которой размещены высокочастотный трансфор-
матор, конденсаторы, система охлаждения трансформатора и
конденсаторов и система подвода закалочной жидкости, в усло-
виях эксплуатации также претерпевает изменения по сравнению
с конструктивным исполнением завода-изготовителя.
Система подвода закалочной жидкости регламентируется осо-
бенностями технологии термообработки и может включать исполь-
зование различных закалочных сред, в то время как проектная
система И32-100/8 рассчитана в основном на закалку водой. Бо-
лее существенным является размещение закалочного трансфор-
матора и конденсаторов. Их компоновка должна учитывать воз-
можность ремонта и замены в условиях, отличных от условий
зав од а-изготовителя, т. е. обслуживание этих комплектующих
элементов должно быть мобильным.
В ряде случаев при индукционном нагреве напряжение на ин-
дукторе ниже, чем напряжение генератора. При закалке напря-
жение на нагревательном индукторе не должно превышать 1,0 —
1,5 кВ, так как возможны ионизация окружающей среды при
нагреве детали до 900—1000° С и пробой между деталью и индук-
тором за счет термоэлектронной эмиссии. Для исключения про-
боев и в целях соблюдения правил техники безопасности между
индуктором и выходом генератора устанавливается высокочастот-
ный понижающий трансформатор. Кроме того, по условиям тех-
нологии многие индукторы выполняются одновитковыми что также
требует наличия промежуточного понижающего трансформатора.
Определяющими параметрами для него являются высота, диаметр,
объем и соотношение силы тока и напряжения индуктора с силой
тока и напряжением первичной обмотки трансформатора. С до-
статочной для практики точностью активными потерями в ин-
дукторе можно пренебречь и считать, что сила тока определяется
только индуктивным сопротивлением.
Полные потери в трансформаторе определяются уравнением [1 ]
155
где Рт —полные потери в закалочном трансформаторе; Ц —
сила тока индуктора; L2—индуктивность вторичной обмотки
трансформатора; Lo = L,- Ц- L3 —индуктивность индуктора и со-
единительных проводников; М —взаимоиндуктивность первичной
и вторичной обмоток трансформатора; г, Н — радиус и высота
трансформатора.
Анализ этого уравнения позволяет ограничить условия наи-
меньших потерь в трансформаторе. При заданной высоте трансфор-
матора его радиус должен иметь такое численное значение, при
котором индуктивность его вторичной обмотки равнялась бы
утроенной индуктивности нагрузки. В свою очередь, при задан-
ном радиусе высота трансформатора должна быть такой, чтобы
индуктивность его вторичной обмотки равнялась индуктивности
нагрузки. Аналогично при заданном объеме трансформатора его
радиус и высота должны быть такими, при которых индуктив-
ность вторичной обмотки в 2,5 раза больше индуктивности на-
грузки. Соблюдение этих простых условий позволяет в необхо-
димых случаях изменять конструкцию закалочного трансформа-
тора, сообразуясь с условиями производства при нагреве тех или
иных видов деталей. Следует иметь в виду, что эти условия спра-
ведливы для воздушного трансформатора и ограничены соотно-
шением между радиусом и высотой, когда высота меньше радиуса,
в противном случае потери возрастают.
В комплекс поставки высокочастотной установки И32-100/8
входит закалочный трансформатор Т32-800, который является
одним из самых совершенных по сравнению с ранее существо-
вавшими. Трансформатор содержит: корпус, первичную и вторич-
ную обмотки, входную и выходную контактные планки, магнито-
провод и установочную плату. Установочная плата расположена
на нижнем основании закалочного трансформатора и позволяет
устанавливать трансформатор горизонтально относительно пло-
скости пола (относительно всей монтажной платы закалочной уста-
новки в целом), с фиксированным ориентированием выходных кон-
тактных плат горизонтально или вертикально. Такое выполнение
имеет ряд конструктивных неудобств:
если закалочный трансформатор жестко связан с закалочной
установкой, он обеспечивает нагрев деталей, расположенных толь-
ко вертикально или только горизонтально относительно оси ин-
дуктора, т. е. не обеспечивает нагрева длинномерных деталей, име-
ющих переменный профиль в пространстве;
если закалочный трансформатор не связан жестко с закалоч-
ной установкой (выполнен подвижным и с гибкими связями к при-
соединительному силовому кабелю), то в этом случае он обеспечи-
вает нагрев детали с переменным профилем в пространстве, но
при этом в составе нагревательного устройства должен быть
специализированный станок-автомат, который осуществляет пе-
ремещение детали (относительно трансформатора) по заданной
программе и который пригоден только для определенной детали,
156
т. е. его программа автоматически не перестраивается на другую
деталь.
Этот трансформатор ограничен в пространственной компоновке
(размещении под углом к какой-либо плоскости устройства),
а потому требует многократных переходов в точках стыка и соот-
ветственно дополнительных потерь на увеличенные контактные
сопротивления. В том и другом случае закалочный трансформатор
не транспортабелен в закалочном блоке при первичном монтаже и
при перемонтаже в процессе ремонтов; для его съема требуется
разборка и сборка почти всего нагревательного блока или нали-
чие сложных такелажных приспособлений. Это снижает ремон-
топригодность закалочного трансформатора и всего нагре-
вательного устройства в целом и создает затруднения в соб-
людении правил техники безопасности в производственных
условиях.
Желательна разработка такого трансформатора,который обес-
печивал бы его монтаж в любой плоскости относительно несущей
конструкции основного электротермического устройства нагрева-
тельного блока и возможность пространственного перемещения
относительно плоскости привязочных размеров. Целью индук-
ционного нагрева является обеспечение дискретного или непре-
рывного перемещения трансформатора как вдоль, так и вокруг
оси выходных контактных плат, т. е. обеспечение совместно с ин-
дуктором зонного и непрерывно-последовательного нагрева де-
талей с переменным профилем.
Характерно, что трансформатор Т32-800 значительно эффек-
тивнее ранее выпускавшихся трансформаторов, например
ТВД-3 или ВТО-500. Так, по расходу электроэнергии и воды он
значительно экономичнее. Расчеты и опыт эксплуатации пока-
зывают, что экономия на затратах по охлаждающей воде состав-
ляет 372 руб., по потерям электроэнергии —335 руб. в год на
каждый трансформатор.
Более существенными при эксплуатации закалочных трансфор-
маторов являются их унификация и применяемость.
Если раньше любой из выпускавшихся типов закалочных транс-
форматоров при выходе из строя можно было [восстановить
в условиях примитивной ремонтной мастерской или высокооргани-
зованного электроремонтного цеха, то трансформаторы Т32-800,
выполненные по галетному типу с листами магнитопровода, за-
литыми цинково-алюминиевым сплавом, не подлежат ремонту
и являются элементами разового пользования. Издержки их
изготовления в стационарных условиях, работа в химически агрес-
сивной среде (вода —закалочная жидкость—витки трансформа-
тора) и образующийся электролит способствуют электрическим
межвитковым пробоям и исключают их ремонт. Массовое произ-
водство не налажено, замена вышедших из строя «галет» исклю-
чена. Такие трансформаторы способствуют сбоям в механообраба-
тывающем производстве по условиям термообрабатывающего звена.
157
По условиям наименьшего расхода конденсаторов нагреватель-
ного контура габаритные размеры закалочного трансформатора
желательно увеличивать, а по технологии наиболее выгодным
трансформатором является такой, у которого обмотка низкого
напряжения одновитковая.
Конденсаторы нагревательного блока. В установках серии ИЗ
и МГЗ применяются преимущественно конденсаторы типа ЭСВ
и ЭСВП на разные частоты и реактивные мощности.
По многолетним эксплуатационным наблюдениям, отмечаются
следующие наиболее характерные неисправности конденсаторов
серии КМ и ЭСВП: пробой корпуса и изолятора, излом изолятора
и изгиб токоведущего вывода, вспучивание корпуса и отпайка
внутренних выводов обкладок конденсатора, закупорка системы
водоохлаждения и течь масла (совола) по паяным швам. При ком-
поновке конденсаторов в нагревательном блоке отмечаются раз-
личия в размерах выводных концов при тех же номинальных па-
раметрах и типе конденсаторов.
Основными причинами выхода из строя конденсаторов можно
считать следующие.
Конденсаторы в покупных нагревательных блоках получают
механические повреждения в момент транспортировки и кантова-
ния, так как крепеж этих конденсаторов слаб и не выдерживает
погрузочно-разгрузочных и транспортных толчков. Попутно кон-
денсаторы разрушают ошиновку силовой части контура, в резуль-
тате чего весь нагревательный контур при монтаже требует пере-
делки. Этот же недостаток наблюдается в тиристорных преобразо-
вателях частоты для нагрева, плавки и закалки. Попадание ока-
лины на выводы конденсаторных батарей и замыкание смежных
стенок корпуса конденсаторов этой же окалиной или монтажным
крепежом приводят к высокочастотному пробою. Для его устра-
нения необходимы повседневный контроль состояния нагрева-
тельных контуров со стороны обслуживающего персонала и ежед-
невная очистка нагревательного блока от окалины сжатым воз-
духом. Смачивание осевшей окалины и пыли на токоведущих
частях и изоляции водой, подтекающей из штуцеров и некаче-
ственно затянутых водоподводящих и сливных шлангов, спо-
собствуют более быстрым пробою и разрушению конденсаторов.
Засорение фильтра очистки воды и нерегулярная его продувка
приводят к перегреву конденсаторов и самовозгоранию или про-
бою. В некоторых случаях при низком давлении в системе водо-
охлаждения на отдельных звеньях конденсаторов самопроиз-
вольно замыкаются реле давления. Блокировка по цепям защиты
в нагревателе срывается, что приводит к длительному выводу из
строя колебательного контура, но, к сожалению, это до настоя-
щего времени имеет место в практике индукционного нагрева.
Система водоохлаждения конденсаторных блоков должна под-
вергаться техническим осмотрам и ревизии в соответствии со
сроками технических ремонтов. В это; время производится про-
158
мывка системы растворами для удаления отложений солей и грязй.
О наличии закупорок и недостаточном охлаждении свидетельствует
парообразование на сливе системы при нормальных энергетиче-
ских режимах нагрева.
Выход из строя конденсаторных батарей по причине засорения
системы водоохлаждения хотя и носит массовый характер (не-
сколько конденсаторов одновременно), однако составляет около
1—2% от числа вышедших из строя. Для снижения числа выходов
из строя конденсаторов желательно изготавливать и устанавли-
вать защитные кожухи, препятствующие попаданию окалины на
выводы конденсаторных батарей. Важным звеном в мероприятиях
по обеспечению безаварийной работы является контроль за со-
стоянием установочных поддонов: они должны быть сухими и
не допускать замыкания корпусов конденсаторов.
Для устранения механических разрушений и сколов изолято-
ров каждому блоку конденсаторов должен придаваться заранее
подготовленный по габаритным размерам комплект соединитель-
ных планок (перемычки, шайбы и т. п.).
При наличии гибких проводов (литцендратом и т. п.) токове-
дущие части от нагрева могут провиснуть и замкнуть разноимен-
ные шины. Касание одноименных полюсных шин, но с разных
точек привязки конденсаторного блока также нежелательно, так
как при этом создаются паразитные связи, которые ведут к мест-
ным перегревам и выходу из строя элементов контура.
В случае, если произошло механическое повреждение корпуса
конденсатора без разрыва емкостной цепи, возможен ремонт. Тре-
щины в сварных и паяных швах можно паять оловянно-свинцовыми
припоями (ПОС-ЗО, ПОС-61 и др.). Довольно удачная заделка тре-
щин и сколов может выполняться с помощью стиракрила, который
затвердевает при комнатной температуре и не требует специальной
оснастки, за исключением оправок и набора разливочных емко-
стей. Механически разрушенные изоляторы на масляных и
соволовых конденсаторах заменялись стиракриловыми с заливкой
поврежденного места непосредственно на месте установки конден-
сатора в условиях эксплуатации и выдерживали механическую
и электрическую нагрузку в течение двух лет и более. До 30%
конденсаторов, находящихся в эксплуатации, которые были пре-
жде разрушены по различным причинам, восстановлены заливкой
стиракрилом.
Вода для охлаждения конденсаторов должна удовлетворять
определенным требованиям. Так, по техническим условиям жест-
кость воды должна быть не более 3 мг экв/л, фактор pH —от
5 до 7,5, механические примеси — не более 40 мг/л, а температура
воды должна быть не более -)-30о С на входе и -f-40° С на выходе.
Эти требования высокие и в производственных условиях крупных
цехов (кузнечных, механообрабатывающих) почти никогда не вы-
полняются. Вода в лучшем случае бывает очищенной, с жестко-
стью и механическими примесями больше нормы, установленной
159
ДЛя конденсаторов, а перепады температур иногда достигают
30° С и более. В этих тяжелых условиях конденсаторы выходят
из строя редко. В целом конденсаторы в нагревательных условиях
являются одними из наиболее надежных элементов, но их пара-
метры следует совершенствовать для снижения потерь, повышения
долговечности и стабильности номинальных величин.
Закалочный бак нагревательного контура, предназначенный
для сбора закалочной жидкости и установки спецоснастки, в том
виде, как он комплектуется заводом-изготовителем, в массовом
производстве не используется. Для каждого технологического
процесса термообработки тракторных деталей закалочный бак
изготавливается применительно к геометрии обрабатываемой де-
тали и заданной программе, поэтому покупной блок не исполь-
зуется и лишь удорожает цеховую
себестоимость выпускаемой про-
дукции. Характерным для типо-
вых закалочных баков является
наличие механизма вращения на-
греваемой детали, который приво-
дится в движение под действием
струи воды или закалочной жид-
кости по типу турбинной крыль-
чатки. Ежесуточный расход воды
и тем более закалочной жидкости
Рис. 58. Тиристорный высокоча-
стотный контактор
может оказаться таким, что термо-
обработка т. в. ч. может оказаться экономически невыгодной
по сравнению с другими видами нагрева. При мелкосерийном
производстве этот недостаток может оказаться малозаметным.
Шкафы управления, контакторный и пусковой. Пусковой шкаф,
предназначенный для пуска двигателя преобразователя, согласно
техническим условиям, выполнен по схеме прямого пуска. Ввиду
низкого качества преобразователей вертикального исполнения по
токам перегрузки в условиях эксплуатации при частых пере-
ключениях обслуживающий персонал вынужден возвращаться
к прежней схеме двухступенчатого пуска двигателя преобразова-
теля. В этом случае пусковой шкаф видоизменяется. Заслуживает
внимания схема, по которой автотрансформаторный пуск выпол-
нен по последовательной схеме для всех преобразователей, уста-
новленных в данном машинном зале технологического участка.
При этом, во-первых, освобождаются производственная площадь
и вспомогательное силовое оборудование, во-вторых, предот-
вращается поломка преобразователей от токов перегрузки.
В контакторном шкафу и в шкафу управления электрическая
схема предусматривает расширенное применение элементов типа
«логика» и силовых управляемых полупроводниковых элементов.
Тиристорный высокочастотный контактор (рис. 58) имеет много
преимуществ по сравнению с контактором серии К-1000 и в про-
изводственных условиях его заменил.
160
В силовых цепях постоянного и переменного тока промышлен-
ной и высокой частоты в настоящее время применяются выклю-
чатели с электромеханическим приводом. Основной их недостаток
заключается в том, что они имеют зависимые электрическую и
механическую цепи с подвижными электрическими контактами.
Такой выключатель не выдерживает перегрузок и быстро выходит
из строя вследствие ослабления пружин и подгорания контактов
даже при нормальной работе. Для цепей постоянного и перемен-
ного тока промышленной и высокой частоты выпускаются разные
типы выключателей, например серий КТ..., КВ..., АВ... и др.
Срок их действия ограничен, а ремонт в производственных условиях
затруднен, а иногда и невозможен. Кроме того, такие выключатели
за счет наличия переходного сопротивления контактов и возник-
новения электрической дуги между ними влияют на нормальную
работу нагрузочных устройств (электрических печей, двигатель-
генераторов, цепей управления и пр.). Конструкция любого типа
выключателя ограничена по мощности. Конструкция выключателя
на тиристорах не имеет подвижных электрических контактов.
Принцип работы выключателя основан на управляемых свойствах
тиристора, включенного последовательно с сопротивлением на-
грузки. При подаче на управляющий электрод тиристора отпи-
рающего потенциала через нагрузку потечет электрический ток.
Снятие управляющего потенциала соответствует отключению на-
грузки от питающей сети. Для исключения попадания сетевого
потенциала (прямого и обратного) на тиристор последний вклю-
чен в диагональ мостового выпрямителя. Таким образом, выклю-
чатель представляет собой универсальный блок, составленный из
четырех диодов и управляемого тиристора. Блок может включаться
в любую из фаз источника напряжения и прерывать ток автономно
или параллельно в зависимости от поданного маломощного управ-
ляющего сигнала. Мощность выключателя определяется типом
выбранных тиристоров, диодов и количеством универсальных
- блоков, включенных параллельно в любую из фаз. Диоды и ти-
ристоры крепятся на общей плате с электрическим входом и вы-
ходом и могут набираться по типу галет на общих шпильках.
Предлагаемая конструкция выключателя может быть исполь-
зована, например, взамен дефицитных и ненадежных высокоча-
стотных контакторов, применяемых в высокочастотных установках
серии МГЗ и в других устройств'ах на любой частоте.
Через тиристор ток течет всегда в одном направлении, в то
время как в сети и при нагрузке ток может быть любой поляр-
ности. Это большое преимущество, которое позволяет использовать
бесконтактный прерыватель цепи для любого рода нагрузки
(в высокочастотных нагревательных установках, электропечах,
приводных двигателях и электрогенераторах, в осветительной и
другой сети). Схема имеет практически неограниченный срок слу-
жбы, безынерционна и исключает все недостатки, присущие пре-
рывателям с электромеханическим размыканием цепи. В много-
В. Д. Сидоренко	161
фазных цепях схема управляемого мостового прерывателя вклю-
чается в каждую фазу как автономный прерыватель. Мощность
прерывателя определяется типом примененного управляемого
тиристора.
Схемы бесконтактного прерывателя. В электротехнических
устройствах, особенно в электротермических установках для
подачи питания используются вводные автоматы преимущественно
с электромеханическим приводом. Во вторичных силовых цепях
как промышленной, так и повышенной частоты в качестве преры-
вателей применяются разъединители, имеющие механические кон-
такты, приводимые в действие от обмотки электромагнитного
реле. Электромагнитные контакты недолговечны, часто подго-
рают, имеют повышенный износ, большие потери электроэнергии
на переходном сопротивлении, создают электрическую дугу,
которая вносит нестационарные колебания в устройства и при-
водит к выходу из строя аппаратуры (пробои высоковольтные и
высокочастотные, наводки за счет э. д. с. самоиндукции и пр.).
Известные устройства для бесконтактного отключения индук-
тивных цепей содержат диод, управляемый тиристор, дуговой
управляемый ограничитель перенапряжения и коммутирующий
конденсатор. Конденсатор включен последовательно с дуговым
управляемым ограничителем перенапряжения и шунтироран
диодом. Цепь коммутирующего конденсатора параллельна тири-
стору, который включен непосредственно в цепь источника пи-
тания.
Имеется электрическая схема бесконтактного включения на-
пряжения любой полярности и произвольной частоты. Сущность
схемы состоит в том, что в цепь нагрузки последовательно с ней
включается двухполупериодный мостовой выпрямитель, в проти-
воположную диагональ которого включен управляемый тиристор.
В нерабочем положении (на управляющем электроде тиристора
отсутствует потенциал управления) тиристор заперт и цепь на-
грузки разорвана. По цепи ток не течет.
В прерывателе управляемый тиристор включен в цепь источ-
ника питания через мостовой двухполупериодный выпрямитель,
а диоды противоположных звеньев моста —последовательно с ним.
Источник питания и нагрузка включены в диагональ, противопо-
ложную диагонали тиристора, управляющий электрод которого
замкнут на анод через нормально открытые контакты промежу-
точного реле. Такая схема имеет достоинства. Она проста в сборке,
наладке и обслуживании. Тиристор защищен от перенапряжений
по прямому и обратному току, что повышает надежность устрой-
ства. Управляемый вентиль независимо от полярности источника
тока всегда находится под прямым потенциалом, поэтому устрой-
ство в целом мало зависит от времени восстановления управляе-
мости тиристора. Он поляризован и обеспечивает автоматическое
включение и выключение цепи постоянного тока любой полярности
и переменного тока, вплоть до высоких частот. Управление бес-
162
контактным прерывателем выполняется дистанционно и сверх-
малыми токами, достаточными для замыкания цепи анод—управля-
ющий электрод тиристора.
Простейшие и наиболее экономичные способы управления ти-
ристорами предусматривают в цепи управляющего электрода
наличие резистора и R—С-цепей [43]. В таких схемах в цепи
управления предусмотрен диод, который препятствует появлению
обратного напряжения между катодом и управляющим электро-
дом. Тем не менее такие схемы неработоспособны, как прерыва-
тели на постоянном токе.
Устранение из цепи управления резистора и диода изменяет
функциональные связи электродов тиристора: управляющий элек-
трод оказывается включенным непосредственно (через контакты
промежуточного реле) на анод, а цепь управляющий электрод—
катод постоянно разомкнута. В связи с тем что тиристор включен
в диагональ силового двухполупериодного мостового выпрями-
теля, управляющий электрод замкнут на цепь источника пита-
ния в прямом направлении и разомкнут в обратном направлении
независимо от рода тока. Когда тиристор открыт, цепь управля-
ющий электрод—катод шунтирована цепью анод—катод, поэтому
ни по одной цепи невозможны обратные перенапряжения, прило-
женные к переходу катод—управляющий электрод.
Схема с исключенным из цепи управления резистором кроме
изложенного становится управляемой при нагрузках с токами
меньше и больше величины тока удержания, что очень важно
и не вносит искажений при повышенных частотах переменного
тока. В качестве примера можно отметить, что прерыватель на
одном тиристоре ТЛ-200 работает с частотой 8000 Гц при номиналь-
ной силе тока 170—190 А (при нагрузке) и напряжении 800 В.
Такой прерыватель может работать не только в активно-индук-
тивной цепи, но и непосредственно в нагрузочном колебательном
контуре для отключения (включения) конденсаторов.
Опытный образец высокочастотного контактора представляет
собой смонтированный на общей плате управляемый силовой ти-
ристор типа ТЛ-200 и четыре диода типа ВЛ-200, включенных по
мостовой схеме. Напряжение 750 В от машинного преобразо-
вателя типа ВПЧ-100/8 мощностью 100 кВт, частотой переменного
тока 8000 Гц подается через контактор на нагревательный индук-
тор ZH, включенный параллельно с подстроечным конденсатором.
Нагревательный колебательный контур в зависимости от настройки
может представлять собой эквивалентное сопротивление как чисто
активное, так и реактивное—емкостное или индуктивное. Во
всех случаях высокочастотный контактор работает устойчиво, не-
зависимо от характера нагрузки.
Замыкание электрической цепи индуктора через контактор
происходит в тот момент, когда контакты вспомогательного реле
замкнут управляющий электрод тиристора на его анод. Цепь
нагрева разрывается размыканием контакта вспомогательного
х/26*	163
реле. В качестве вспомогательного реле используется реле типа
ДЗ-М, которое включается от бесконтактного датчика типа
БК-А, сигнализирующего о наличии нагреваемой детали в ин-
дукторе и длительности цикла нагрева (датчик БК-А на рис. 58
не показан).
В электротермических установках для регулирования напря-
жения в трехфазных цепях используются регуляторы, выполнен-
ные на управляемых вентилях. Они содержат силовую схему и
цепи управления преимущественно с 7?—С-фазовращателями или
с блоками, включенными на линейные напряжения до нагрузки.
Такие регуляторы, как показывает практика, являются сложными
Рис. 59. Тиристорный регулятор температуры
нагрева
в обслуживании и,
кроме того, расходуют
много энергии по цепям
управления. Иногда ре-
гуляторы содержат си-
ловые тиристоры, вклю-
ченные в треугольник,
замыкающий нулевую
точку нагрузок. Основ-
ным их недостатком
является малая •ре-
гулировочная способ-
ность по глубине и
плавности регулиро-
вания.
Тиристорный регулятор может содержать тиристоры, вклю-
ченные по схеме треугольника, и разделительные диоды в цепях
управления. Общая точка разделительных диодов подключена
к нулевой точке сети, а для того, чтобы обеспечить глубокое
и плавное регулирование напряжения нагрузок, регулятор имеет
переключающие элементы, конденсаторы, постоянные и перемен-
ные резисторы. Все элементы включены в определенной после-
довательности.
Наиболее простой тиристорный регулятор (рис. 59), который
нашел применение в практике термообработки тракторных де-
талей, имеет в своем составе всего лишь один управляемый вен-
тиль, включенный в нулевой провод. Регулирование осуществля-
ется путем отпирания и запирания тиристора за счет вспомога-
тельного промежуточного реле, срабатывающего от датчика тем-
пературы, установленного в пространстве нагревательной печи.
Электрическая силовая схема и схема управления содержат всего
лишь 12 полупроводниковых приборов, обеспечивающих регули-
рование нагрева по любому температурному циклу.
В схемах регулирования, особенно в силовых и высокочастот-
ных цепях, можно совершенствовать не только всю схему с при-
менением управляемых вентилей, но и отдельные узлы и элементы
схемы (рис. 60).
164
Распространенные электромагнитные контакторы переменного
тока повышенной частоты серии К-1000 открытого исполнения ис-
пользуются на частотах от 500 до 8000 Гц при номинальном на-
пряжении до 1600 В. Они входят в состав шкафа контакторного
большинства высокочастотных установок, включая И32-100/8.
Основными их недостатками, особенно при частой цикличности
переключений, являются ненадежная работа дугогасительных
камер и подгорание подвижных контактов при включении (вы-
ключении) контактора. С целью исключения искрообразования
Рис. 60. Трехфазный прерыватель-регу-
лятор температуры индукционной печи
или снижения его до мини-
мально допустимых пределов
создаются довольно сложные
схемы управления с исполь-
зованием полупроводнико-
вых вентилей.
Рис. 61. Схема бездугового преры-
вателя электрической цепи
Контактор, состоящий из основания, блок-контактов, контакт-
ной, дугогасительной, подвижной и электромагнитной систем
(рис. 61), исключает дугообразование на блок-контакте, включен-
ном в цепь втягивающей катушки. Его электромагнитная система
состоит из сердечника, якоря, выпрямителя, удерживающей и
втягивающей катушек и нормально замкнутых блок-контактов,
шунтирующих удерживающую катушку.
Параллельно втягивающей и удерживающей обмоткам вклю-
чены обратные диоды, и параллельно блок-контактам включен
тиристор таким образом, что его катод замкнут на один из выводов
удерживающей катушки, а управляющий электрод замкнут на
второй блок-контакт. Исполнение схемы на контакторах серии
К-ЮОО исключает искрообразование на подвижных контактах
обмотки управления и повышает долговечность контактора.
По этому же принципу может быть снижено искрообразование
в дугогасительной камере силовой цепи.
Схема замещения контактора К-1000 тиристорным безынер-
ционным контактором представлена на рис. 62.
Высокочастотная установка типа И32-100/8 видоизменяется
как базовая модель электротермического устройства повышенной
6 В. Д. Сидоренко	165
частоты с применением тиристоров в цепях управления и силовой
высокочастотной цепи (рис. 63).
Кроме цепей нагрузки и автоматики модернизации подверга-
ется непосредственно источник питания. Преобразователи имеют
Рис. 62. Схема замещения контактора К-1000 тиристорным
безынерционным контактором
внешнюю характеристику (рис. 64), из которой видно, что потери
электрической энергии на холостом ходу больше потерь наг-
руженного преобразователя. Сокращая цикл холостого хода, ге-
нератора, можно добиться значительного снижения потерь мощ-
Рис. 63. Преобразователь частоты с регулируемым коэффициентом
мощности нагрузки
ности. Высокочастотные установки более ранних выпусков типа
МГЗ имели возможность переключения на последовательную
работу нескольких нагревательных постов от одного преобразо-
вателя. Установки серии ИЗ такой возможности не предусматри-
вают, поэтому в поточно-групповых линиях термообработки их
166
принципиальная схема видоизменяется. Это дает ощутимые ре-
зультаты.
Преобразователь ВПЧ-100/8 в установке И32-100/8, включен-
ный на автономную работу при закалке одного сателлита, расхо-
дует 2,8—3 кВт ч электроэнергии. Этот же преобразователь,
включенный на поочередную (последовательную) работу трех за-
калочных станков, при закалке того же сателлита расходует
всего 1,6—1,8 кВт'ч электроэнергии.
При эксплуатации можно изыскать другие пути повышения
эффективности работы преобразователей, но сами преобразова-
тели имеют конструктивные недостатки. Низкая стойкость
опорных подшипников, повышенный
шум на звуковой частоте, малая ре-
монтопригодность диктуют необходи-
мость более интенсивно внедрять дру-
гие источники преобразования элек-
трической энергии. К ним в первую
очередь можно отнести статические пре-
образователи.
Высокочастотная установка (см.
рис. 71) используется для нагрева
металла и имеет устойчивую характе-
ристику отпирания тиристора, вклю-
ченного в высокочастотную цепь коле-
Рис. 64. Внешняя характе-
ристика преобразователя
бательного контура.
Известные электромашинные и ста-
тические преобразователи частоты пе-
ременного тока, выполненные на управляемых вентилях, у ко-
торых нагрузкой служит колебательный нагревательный кон-
тур, имеют в составе катушку индуктивности и конденсаторы.
Нагреваемый металл, расположенный в катушке индуктивности,
в процессе нагрева изменяет свои электрические параметры (со-
противление и магнитную проницаемость) и тем самым изменяет
добротность колебательного контура. Статический преобразова-
тель частоты при этом расстраивается (особенно, когда он работает
как автогенератор). Мощность в нагрузке резко падает. Для под-
держания в заданных пределах коэффициента мощности нагрузки
на выходе преобразователя устанавливается подстроечный эле-
мент, например катушка индуктивности или конденсатор.
В электрических схемах управления и регулирования для за-
жигания кремниевых управляемых вентилей большой мощности,
работающих по принципу выключателя (переключателя), против
нестационарных переходных процессов необходимо применять
специальные меры.
Тиристорные возбудители электромашинных преобразователей.
Для электротермического устройства с электромашинным пре-
образователем непременным элементом является возбудитель
генератора электромашинного преобразователя. Как правило,
6*	167
возбудитель управляется автоматически, а регуляторы возбу-
ждения различаются между собой по типу усилителей, в том числе
с электромашинным, магнитным, тиратронным или тиристорным
усилителями. Каждый из этих усилителей до настоящего времени
находит применение в электротермических процессах.
В общем случае система автоматического регулирования вы-
ходного напряжения генератора электромашинного преобразова-
теля состоит из объекта регулирования — генератора, обмотки воз-
буждения генератора, датчика обратной связи и исполнитель-
ного органа —регулятора возбуждения.
Как показывают исследования и практика, регулятор возбу-
ждения с электромашинным усилителем утратил актуальность
и в настоящее время используется в основном в устройствах
методического (длительного) нагрева с номинальными мощностями
источника питания выше 500 кВт. Возбудитель инерционный,
имеет низкий к. п. д. и искажает форму выходного сигнала. По-
стоянная времени регулятора порядка 0,15 с, что недостаточно
даже для методических нагревателей. Например, при включении
(выключении) двух и более индукционных .нагревателей в произ-
вольной последовательности режим нагрева на индукторах уста-
навливается не мгновенно: отмечается колебательный или аперио-
дический процесс, который нередко ведет к перегрузке источника
питания и автоматическому отключению всего комплекса методи-
ческих нагревателей. Требуется определенное время для выхода
на установившийся режим, что отрицательно сказывается на ка-
честве нагрева металла.
При первой возможности электромашинные усилители заме-
няются тиристорными. Для регулятора с магнитным усилителем
постоянная времени (0,2 с) на уровне электромашинного усили-
теля, однако по своим энергетическим характеристикам силовой
регулятор с МУ уступает электромашииному, что объясняется
дополнительными потерями электроэнергии по постоянному току
в магнитопроводах из листовой электротехнической стали. В ма-
шиностроении регулятор с МУ как возбудитель электромашинных
преобразователей не используется. Он находит ограниченное при-
менение в электроприводе, регулирующем темп выдачи заготовок
в индукционных нагревателях.
Регулятор с тиратронным усилителем имеет инерционность
значительно ниже, чем с МУ и ЭМУ, его постоянная времени
определяется инерционностью переключающего реле. Наличие
переключающего реле создает пульсирующее напряжение на за-
жимах генератора, что вызывает технологические неудобства и
ограничивает применение такого регулятора. Наиболее перспек-
тивным и наиболее широко используемым в электротермии явля-
ется регулятор с тиристорным усилителем.
Обобщенная система автоматического регулирования режима
электромашинных преобразователей [2] с использованием ти-
ристоров включает силовой двухполупериодный мост, угол от-
168
пирания тиристоров в котором осуществляется по вертикальному
методу. Такая система регулирования обладает рядом существен-
ных недостатков. Структура схемы предполагает самопроизволь-
ное запирание регулятора с отключением тока возбуждения, что
может вызвать аварийную ситуацию в комплексе нагревательного
устройства и привести к технологическому браку в обработке
деталей.
Наличие опорного генератора и раздельных высокочастотных
каналов управления искажает форму управляющего импульса и
приводит к срыву генерации в возбудителе как при нестационар-
ных возмущениях, так и при перегрузке по каналу обратной связи.
Для построения схемы регулирования возбуждения с каналом
Рис. 65. Функциональная схема регулирования генератора тока по-
вышенной частоты:
1 — источник опорного напряжения; 2 — блок сравнения; 3 — усилитель сиг-
нала рассогласования; 4 — модулятор высокочастотный двухканальный; 5 —
усилитель мощности двухканальный; 6 — выпрямитель иа управляемых вен-
тилях; 7 — обмотка возбуждения генератора; 8 — машинный преобразователь;
9 — датчик обратной связи; 10 — преобразователь сигнала обратной связи;
11 — нагрузка
регулирования по напряжению генератора почти во всех предло-
женных решениях присутствует источник опорного напряжения.
На рис. 65 представлена функциональная схема регулятора. В нем
сигнал обратной связи с генератора подан на блок сравнения и
далее усилен. Таким образом, сигнал управления тиристором
в блоке управления —сквозной, высокочастотный по напряжению
и частоте опорного генератора; канал управления тиристорами —
автономный для каждого плеча мостового выпрямителя. В этом
случае управляющим сигналом регулятора служит сигнал рас-
согласования t/j, который является алгебраической суммой
эталонной величины U3 и выходной регулируемой величины Д[/г.
Сигнал обратной связи сравнивается с опорным сигналом до входа
в усилитель регулятора, поэтому все искажения в системе много-
кратно усиливаются и влияют на устойчивость регулятора. Кроме
того, возмущающее воздействие сети (изменение амплитуды и
частоты Uc, fc) не имеет обратной связи в регуляторе и, как след-
ствие, дестабилизирует выходное напряжение генератора.
Тиристорный регулятор возбуждения электромашинных, ге-
нераторов повышенной частоты [2], несмотря на существенные
недостатки, нашел широкое применение в высокочастотных
169
установках типа И32-100/8, И31-200/8 и др., а в настоящее время
поэлементно доработан. К таким возбудителям прежде всего необ-
ходимо отнести возбудители типа РВТ, ВТ-20, ВТ-80. Обладая
малой инерционностью и достаточной для практики токовой пе-
регрузкой, эти возбудители при автономной работе устойчивы
по генерации, когда нагреватели (ряд нагрузок) не связаны между
собой электрически или магнитно.
На практике в некоторых электротермических производствах
применяется возбудитель, выполненный по функциональной схеме
(рис. 66). В отличие от общепринятой схемы в нем отсутствуют
источник опорного напря-
жения и блок сравнения
в чистом виде. Их роль вы-
полняют непосредственно
сетевой выпрямитель и
низкочастотный модуля-
тор. Управляющим сиг-
налом регулятора служит
напряжение сети t/e, пре-
образованное в формиро-
Рис. 66. Схема регулятора возбуждения
без опорного блока:
1 — стабилизатор тока; 2 — интегратор; 3 —
модулятор; 4 — буферный каскад; 5 — мосто-
вой выпрямитель на управляемых вентилях;
6 — блок возбуждения генератора; 7 — ма-
шинный преобразователь; 5 — датчик обрат-
ной связи; 9 — преобразователь сигнала об-
ратной связи
вследствие этого колебания в сети
вателе импульсов в после-
довательный ряд положи-
тельных импульсов, отпи-
рающих тиристоры. Регу-
лятор имеет обратную
связь по сети через упра-
вляющий сигнал, подавае-
мый на вход интегратора,
не влияют на стабильность
выходного напряжения генератора. Сигнал обратной связи с ге-
нератора подается на вход модулятора формирователя импульсов
и смещает основной управляющий сигнал. Нестационарные коле-
бания, возникающие в нагревательном контуре и на генераторе,
гасятся по цепи обратной связи, поэтому устойчивость регулятора
выше. Срывы генерации и искажение формы управляющего импуль-
са отсутствуют, так как отсутствует влияние опорного генератора
и высокочастотного тракта. Характерной особенностью возбуди-
теля является то, что канал управления силовыми тиристора-
ми — общий для обоих плеч моста, а сигнал обратной связи с ге-
нератора, поданный на модулятор, в дальнейшем ослабляется
повторителем. Следует отметить, что сигнал управления возбу-
дителя по всему тракту низкочастотный. Частота следования уп-
равляющих импульсов соответствует удвоенной частоте сети.
На рис. 67 представлена принципиальная электрическая схема
регулятора. Он содержит выпрямитель на управляемых венти-
лях, включенный в обмотку возбуждения генератора, блок пита-
ния и блок обратной связи по напряжению нагрузки. Выход
двух полупер и одного мостового выпрямителя блока питания вклю-
170
чен синфазно с напряжением сети в цепь управления тиристорами
через смеситель, выполненный в виде регулируемого потенцио-
метра, включенного в цепь базы транзистора. Параллельно смеси-
телю включен блок обратной связи в противофазе напряжению
нагрузки.
Таким сочетанием блоков достигаются повышение надежности
регулятора и высокий к. п. д. С целью компенсации нестабильности
Рис. 67. Принципиальная электрическая схема ре-
гулятора возбуждения на тиристорах
напряжения сети в регуляторе между двухполупериодным мо-
стовым выпрямителем блока питания и управляющей цепью ти-
ристоров включен стабилизатор тока. Плавное регулирование
выходного напряжения генератора достигается за счет включения
на входе и выходе смесителя 7?—С-цепей. Реакция нагрузки на
цепь управления регулятором снижена катодным повторителем,
включенным на выходе смесителя.
Автоматический регулятор возбуждения работает следующим
образом. При его включении двухполупериодный мостовой вы-
прямитель блока питания преобразует положительную и отри-
цательную полуволны напряжения сети в импульсы одинаковой
171
полярности. Эти импульсы стабилизируются, затем Преобразуются
интегратором и поступают на вход смесителя.
Блок обратной связи, имеющий на выходе регулируемого гене-
ратора трансформатор напряжения, выпрямляет высокочастот-
ный сигнал и подает в противофазе сигнал управления на смеси-
тель. Суммарный усиленный сигнал через катодный повторитель
поступает на управляющие электроды тиристоров. При совпадении
полярности на управляющем электроде и аноде одного из тири-
сторов тиристор отпирается. Через обмотку возбуждения генера-
тора протекает ток возбуждения, величина которого регулируется
при помощи 7?—С-цепей. Они определяют амплитуду и форму
управляющего импульса.
Регулятор прост в настройке и обслуживании, малогабари-
тен, недостатком его является неполное использование управля-
ющих свойств тиристоров на малых выходных напряжениях ге-
нератора. Регулятор позволяет включать в любой последователь-
ности от одного до четырех преобразователей серии ПВВ-100-8000
и поддерживать стабильное напряжение на общих шинах вне
зависимости от числа работающих нагревательных постов. На
нагревательных постах осуществляется нагрев заготовок перед
горячей высадкой болтов на высадочных прессах. Темп выдачи
нагретых заготовок 2—4 с. Цепь напряжения обратной связи Что
высокой частоте и цепь управления тиристорами защищены от
перегрузок по току и напряжению быстродействующими электрон-
ными устройствами. Предусмотрена защита тиристоров от обрат-
ного воздействия на них машинного генератора при нестацио-
нарных процессах. Весь регулятор охвачен обратной связью
как по напряжению нагрузки, так и по напряжению сети.
Схема автоматического регулятора пригодна также для воз-
буждения преобразователей серии ВПЧ. Стабильность напряже-
ния на выходе преобразователя (на индукторе) ±1% обеспечива-
ется фазоимпульсным автоматическим регулированием тока уп-
равления тиристорами. Мощность регулятора возбуждения огра-
ничена только типом выбранных в схеме тиристоров и, таким об-
разом, может изменяться в широких пределах. Схема легко пере-
страивается для регулирования режима нагрева в зависимости
от температуры.
20.	Высокочастотные установки с ламповыми генераторами.
Тиристорные преобразователи частоты
Высокочастотные установки для индукционного нагрева с лам-
повыми генераторами получили широкое распространение в маши-
ностроении, различаются по конструктивному исполнению и тех-
нологической применяемости. Несмотря на то, что установки по-
стоянно совершенствуются, их структурное построение мало
изменяется, а в производственных условиях в большинстве слу-
чаев не изменяется вообще.
172
При изготовлении трактора «Кировец» применяется большин-
ство типов высокочастотных установок с ламповыми генераторами,
разработанными для термообработки [13]; к ним можно отнести
и снятые с производства и вновь выпускаемые (ЛЗ, ЛПЗ, ВЧИ
и др.). На производственных участках имеются установки, устой-
чиво работающие по 10—15 лет, и установки, вновь введенные
в эксплуатацию. Характерно, что установки серии ЛЗ более просты
по схемным решениям, работают надежнее, чем установки серии
ВЧИ. Объясняется это двумя основными причинами.
1.	Установки серии ЛЗ имеют отработанные конструкцию,
схему и эксплуатируются более длительный период. Это дало
возможность накопить производственный опыт, а с учетом про-
стоты схемы быстрее найти неисправности, возникающие в ходе
эксплуатации.
2.	Установки серии ВЧИ выполнены из новых комплектую-
щих изделий и материалов, имеют более совершенную, но и более
сложную схему; в их эксплуатации накоплен недостаточно бога-
тый опыт, поэтому обслуживающий персонал менее оперативно
решает вопросы, связанные с выходом из строя установок серии
ВЧИ. К тому же, их регулировочные характеристики на выходе
закалочного трансформатора ниже предыдущей серии.
При работе на одновитковый индуктор с малой индуктивностью
отмечаются перенапряжения и выход из строя конденсаторов на-
грузочного контура. Во многих случаях, особенно при пайке
и закалке мелких деталей, приходится переделывать нагрузочный
контур и схему обратной связи.
На разных этапах эксплуатации высокочастотные установки
имеют характерные особенности. При монтаже и наладке комплект
силовых и высокочастотных кабелей недостаточен, а замена его
на шинный монтаж при заданной технологической компоновке
затруднена и при эксплуатации повышает потери. Для нагрева-
тельного контура, особенно при блочном исполнении, возможны
механические разрушения конденсаторов, изоляторов и шинного
монтажа, что приводит к пробоям.
От подготовки инструмента, ЗИПа, комплектности установки
и квалификации монтажно-наладочной бригады зависит время,
затраченное на монтаж и наладку, поэтому при планировании
ввода в эксплуатацию нового-технологического участка или при
замене устаревшего оборудования необходимо предусматривать
задел по готовым термообрабатываемым деталям и время на монтаж
оборудования. Это время колеблется от трех суток до месяца и
определяется по нормативам. После монтажа и наладки обслужи-
вающему персоналу необходимо обращать внимание на состояние
системы блокировок, так как принятая система в большинстве
конструкций не исключает полного снятия напряжения с уста-
новки, как требуют правила. На блокировках двери генератора
или выпрямителя может оставаться напряжение, к тому же,
конструкция замка недостаточно надежна.
173
Отказы установки в процессе эксплуатации неизбежны, а их
периодичность определяется интенсивностью эксплуатации уста-
новки и условиями ее содержания. Для большинства установок
режим работы высокочастотного генератора мало сказывается на
интенсивности отказов; в большинстве случаев они происходят
из-за выхода из строя электровакуумных и полупроводниковых
приборов или недостаточного охлаждения в блоках.
Эксплуатационные энергетические режимы работы лампового
генератора рассмотрены в гл. IV. Наряду с этим, особое внимание
обращают на работу системы водяного и воздушного охлаждения.
Воздушное охлаждение, там, где оно применяется (охлаждение
генераторных ламп, анодного контура и т. п.), определено нормой
завода-изготовителя и при эксплуатации должно быть согла-
совано фазировкой электродвигателей вентиляторов, исправно-
стью воздуховодов и фильтров очистки.
Одним из самых характерных недостатков является перефази-
ровка электродвигателей после их ремонта и монтажа.
Состояние системы водяного охлаждения оказывает большое
влияние на работу лампового генератора и высокочастотной уста-
новки в целом. В ряде случаев для нормальной работы требуется
автоматическое регулирование расхода воды в системе охлажде-
ния. Это регулирование не предусмотрено заводом-изготовителем,*
поэтому можно использовать один из изложенных ниже вариан-
тов.
Для охлаждения анодов генераторных ламп в высокочастотных
установках применяется невская вода. На одном из участков
эксплуатируется семь комплектов высокочастотных установок
с ламповыми генераторами ЛЗ-207 — 1 шт., ЛЗ-107 — 4 шт.,
ВЧИ-63/0,44 — 2 шт. На этих установках используется генера-
торная лампа ГУ-23 А (всего 8 шт.). По паспорту лампы допусти-
мые потери мощности на аноде Рй составляют 60 кВт. По тепло-
емкости эти потери эквивалентны расходу воды (л)
у _ ___________Ра^-ч
(Н)
4,18^-G) ’
где tH — время включения генератора на нагрев, с; t2 — конечная
температура воды на выходе из бака генераторной лампы, °C;
— начальная температура воды на входе в бак генераторной
лампы, °C.
Принимая из практики = 18° С для летних условий (май—
октябрь), tr = 6° С для зимних условий (ноябрь—апрель), =
= 60-4-65° С (допустимая для лампы по инструкции), имеем необ-
ходимый расход воды:
^лет 4,18(65 — 18)	°,305 л/с;
^зим = 4,18(65 — 6) = 0,243 Л?/С‘
174
С учетом того что лампа в аварийных случаях имеет потери
выше допустимых и коэффициент теплопередачи с меди анодного
бака в воду требует некоторого увеличения скорости потока воды
против рассчитанного, завод-изготовитель указывает в паспорте
необходимый расход воды на охлаждение анода лампы ГУ-23А —
2 л/с. Этот расход воды предусмотрен в том случае, если темпера-
тура на сливе из лампы не контролируется, а потери наибольшие.
В принципиальных схемах высокочастотных установок типа
ЛЗ предусмотрен только контроль наличия воды в системе водо-
охлаждения лампы по реле давления. Установка реле давления
обеспечивает расход воды по инструкции с момента включения
генератора на накал до полного выключения генератора, т. е.
в течение полной рабочей смены или круглосуточно. Однако ох-
лаждение анода требуется только в момент, когда установка вклю-
чена на «генерацию», т. е. когда происходит нагрев детали. Это
время иногда составляет 1/10 часть подготовительного времени.
Таким образом, большая часть времени тратится на расход ох-
лаждающей воды, когда в этом нет необходимости, причем при
существующей схеме контроля этот расход значительно выше нор-
мы даже в те промежутки времени, когда в воде нет необходимости.
С целью экономии воды предлагается схема автоматического
регулирования расхода воды на охлаждение анода генераторной
лампы в высокочастотных установках типа ЛЗ и других подобных
устройствах. Сущность регулирования заключается в следующем
(рис. 68, а). На сливе воды из генераторной лампы стоит термо-
реле, которое имеет нормально открытый контакт. Термореле
замкнет свой контакт, когда температура воды на выходе из гене-
раторной лампы достигнет 65° С, и отпустит при t = 62-ь60°С.
При замыкании контакта термореле срабатывает промежуточ-
ное реле и своим контактом включает двигатель исполнительного
механизма, имеющий механический привод на заслонку В1, и
заслонка, открываясь, увеличивает расход воды до необходимого
количества. При уменьшении температуры воды термореле разом-
кнет свой контакт, промежуточное реле обесточится и включит
обмотку двигателя на закрывание заслонки через нормально
замкнутый контакт (0lmin и 02шах — угол запирания вентиля, соот-
ветствующий минимальной и максимальной температуре воды).
Двигатель исполнительного механизма имеет конечные вы-
ключатели, переключающие питание на обмотки двигателя в край-
них положениях, когда вентиль открыт максимально или мини-
мально. Заслонка вентиля имеет щель для постоянного протока
воды, обеспечивающей съем теплопотерь с генераторной лампы
в любой момент включения генератора на «нагрев» не менее 60 кВт.
Контроль наличия воды в системе осуществляется по реле дав-
ления, которое предусмотрено схемой высокочастотной установки.
Непосредственно на сливе воды из бака генераторной лампы
установлено другое термореле, которое срабатывает при темпера-
туре 70° С. Таким образом, при увеличении температуры воды
175
выше допустимой термореле замыкает контактом цепь питания
своего промежуточного реле. Сработав, реле своим нормально
замкнутым контактом разрывает цепь питания трансформатора
в ламповом генераторе и тем самым снимает положительное (отпи-
рающее) напряжение с сеток тиратронов выпрямителя. Анодное
напряжение с генераторной лампы снимается. Одновременно
с этим термореле подает через контакт питание на цепь сигнали-
зации, состоящую из гидродинамического громкоговорителя и
Рис. 68. Схема автоматиче-
ского регулирования расхода
воды в ламповом генераторе:
1 — блокировка генератора; 2 —
блок контроля и сигнализации;
3 — высокочастотная установка;
4 — генераторная лампа; 5,6 —
термореле; 7 — реле давления;
8 — исполнительный механизм
сигнальной лампы. Загорается сигнальная лампа, и начинает
работать сирена (динамик), предупреждая оператора-термиста,
что нагрев детали выключен, так как потери на аноде лампы выше
допустимых или по какой-либо причине недостаточно воды на
охлаждение.
Блок сигнализации позволяет предупредить выход из строя
дорогостоящей генераторной лампы.
Обозначения на схеме приняты с учетом спецификации и
принципиальной схемы высокочастотных установок типа ЛЗ
(рис. 68, б).
Для осуществления схемы автоматического регулирования
потребуется следующее оборудование.
1.	Термореле (типа ТР-200) — 2 шт.
2.	Реле промежуточное (типа МКП-48) — 2 шт.
176
3.	Исполнительный механизм (типа ИМТ-2/120) — 1 ком-
плект.
4.	Вентиль регулирующий — 1 шт.
5.	Лампа сигнальная (типа МН-5) — 1 шт.
6.	Динамик (типа ТД-0,1) — 1 шт.
7.	Конденсатор (типа КСО) — 1 шт.
8.	Сопротивление проволочное переменное — 1 шт.
Типаж оборудования предлагается ориентировочным и может
быть изменен для конкретных условий. При этом расход воды со-
ответствует для лета 1,695 л/с, для зимы— 1,757 л/с.
Высокочастотные установки в цехах работают в три и две смены.
Считая в среднем работу генератора в две смены, имеем экономию
воды для лета 12 800 т/год, для зимы 13 300 т/год.
Стоимость оборудования, необходимого для осуществления
схемы автоматического регулирования, и его наладка окупятся
в первый месяц эксплуатации ламповых генераторов с регулировкой
расхода воды и контролем по температуре. В цехах, где имеется
замкнутая система охлаждения установок, будет дополнительная
экономия по расходу электроэнергии, затрачиваемой на работу
насосов, так как в них не будет необходимости.
Система водоохлаждения высокочастотных установок может
быть усовершенствована по всему технологическому участку.
На закалку многих деталей с целью исключения микротрещин
требуется температура закалочной жидкости не ниже +25° С,
поэтому жидкость предварительно подогревают. В замкнутой и
открытой системах водоохлаждения высокочастотных установок
температура на сливе превышает требуемую для закалки, а на
входе ниже ее.
Объединив систему охлаждения высокочастотной установки
с системой закалки, будем иметь универсальную саморегулируе-
мую систему водоснабжения технологического участка с лампо-
выми генераторами (рис. 69). Количество установок может быть
неограниченным. Подобные системы можно распространить на
тиристорные преобразователи частоты (рис. 70). Первоначально
они получили широкое распространение в кузнечном производ-
стве, однако их разработка и внедрение были сопряжены с боль-
шими трудностями. Эти трудности связаны с принципиальными
решениями согласования инвертора с нагрузкой, управлением и
запуском инвертора, защитой и охлаждением его элементов, ком-
поновкой узлов, транспортировкой электроэнергии повышенной
частоты от инвертора до нагревательного контура.
Первые образцы преобразователей, в частности ТПЧ-3, отме-
чались конструктивным несовершенством. Требовалось улучше-
ние преобразователя, касающееся таких элементарных понятий,
как снижение нагрева комплектующих элементов и снижение шума
до допустимого уровня. В условиях тряски и вибрации при ра-
боте прессов и молотов потребовались виброзащита ТПЧ и уста-
новка их на амортизаторы. Перегрев узлов требует дополнитель-
177
Рис. 69. Комбиниро-
ванная система охлаж-
дения и закалки в вы-
сокочастотной уста-
новке
Рис. 70. Тиристорный
преобразователь ча-
стоты ТПЧ-160/4,0
178
ного искусственного охлаждения всего помещения, в котором раз-
мещен преобразователь.
Наладка тиристорных преобразователей более совершенного
типа (ТПЧ-800-1/0,5) также выявила определенные недостатки.
Для исключения пробоев и срыва генерации требуется поддержи-
вать сопротивление изоляции между токоведущими высокочастот-
ными частями и нагревателем не ниже 1000 Ом, что сделать не
так просто. Большинство силовых токоведущих частей — водо-
охлаждаемые и имеют склонность к отпотеванию и конденсации
на корпус. Установка при
этом конденсаторов тре-
бует особо надежной изо-
ляции. В схеме включе-
ния преобразователя
должна быть блокировка
от нагревателя для без-
опасности и удобства об-
служивания. Особые труд-
ности создаются при отра-
ботке пусковых и рабо-
чих режимов нагрева.
Для широкой номен-
клатуры деталей потребо-
валась разработка специ-
Таблица 19. Справочные данные
тиристорных преобразователей частоты
Функциональ- ный блок	Размеры, мм		Мас- са, кг
	в плане	Вы- сота	
Нагреватель- ный	800Х 800	2200	400
Инверторный	1600X800	2200	1600
Выпрямитель- ный	800X800	2200	500
Контакторный	800X 800	2200	400
Закалочная ванна	1200X 600	700	150
ального блока пуска инвертора, который вошел одним из
основных составных элементов в последующий типаж преобра-
зователей.
Система водоохлаждения тиристоров и конструкция охлади-
телей полностью видоизменены. Эти же трудности сопутствуют
разработке и внедрению преобразователей для термообработки и
на более высоких частотах.
Преобразователь частоты для закалки сателлита на частоте
10 кГц (рис. 71), разработанный кафедрой электротермических уста-
новок Ленинградского политехнического института им. М. И. Кали-
нина, больше всего удовлетворяет требованиям работы на
быстропеременной нагрузке с большой цикличностью срабаты-
вания. Он выполнен по схеме мостового последовательного ин-
вертора с ограничительными диодами и имеет комплексное ис-
полнение.
В отличие от электромашинных преобразователей и тиристор-
ных преобразователей частоты, выпускаемых отечественной про-
мышленностью (табл. 19), комплексное исполнение ТПЧ совместно
с нагревательным контуром и блоками управления имеет суще-
ственные преимущества: снижаются электрические потери, умень-
шаются электромагнитные наводки, создаются благоприятные
условия для обслуживания, наладки, термообработки, уменьша-
ется производственная площадь, занятая электротермическим
устройством, уменьшаются его габаритные размеры (см. рис. 1).
179
Техническая характеристика некоторых ТПЧ приведена ниже:
Номинальная мощность средней частоты, кВт . . .	200
Рабочая частота, Гц............................. 4	000/10 000
Частота питающей сети, Гц ........................... 50
Напряжение питающей сети, В (требования к сети по
ГОСТ 13109—67)..................................... 380
Число фаз............................................. 3
Выходное напряжение преобразователя, В.......... 800/400
Максимальный расход воды на охлаждение, м3/ч	4,0
Давление охлаждающей воды, Па....................... 2-Ю3
Максимальный расход закалочной жидкости,	м3/ч	15
Давление закалочной жидкости, Па.................... 3-103
Виды стабилизации режима работы преобразователя:
точность стабилизации выходного напряже-
ния, %..................................... — 1
точность стабилизации выходной мощности, %	±5
Рис. 71. Тиристорный преобразователь частоты
ТПЧ-100/8,0
21.	Линии передачи электроэнергии
Линии транспортирования электроэнергии от источника питания
к индукционному нагревателю в условиях плотно нагруженных
технологических участков играют немаловажную роль в успешном
использовании электротермических устройств. В соответствии
с профилем производства (кузнечного, литейного, прокатного
или механообрабатывающего) электрические высокочастотные ли-
нии передачи имеют свои особенности, но применяемые для них
180
материалы, способы компоновки и монтажа могут быть обобщены
в достаточно большой степени.
В настоящее время в тракторном производстве нашли приме-
нение следующие виды токопроводов для выполнения внешних
силовых высокочастотных цепей.
В кузнечном производстве индукционные нагреватели к про-
межуточным контакторным шкафам подключаются с помощью
шинопроводов, имеющих естественное или искусственное (в ос-
новном водяное) охлаждение, или кабелями и коаксиальными
фидерами из медных и алюминиевых труб. Следует отметить, что
питание кузнечных нагревателей осуществляется как централи-
зованно (от машинного зала), так и индивидуально (от источников
питания, установленных в непосредственной близости от нагре-
вателя). Для централизованного питания нагревателей принята
радиальная система подключения нагрузки, при которой каждый
нагреватель соединен с преобразователями машинного зала,
работающими параллельно, своими линиями передачи через
промежуточные контакторные шкафы. При такой системе пита-
ния, казалось бы, никаких особенностей не должно проявляться,
однако в зависимости от типа принятого кабеля линия передачи
работает по-разному.
Для кабелей АСБ и АСБГ, нагруженных параллельными вет-
вями на мощность 500 кВт и более, отмечается хорошее согласо-
вание источника питания с индукторами, но на предельных на-
грузках возможен перегрев и выход из строя кабеля. Кроме того,
монтаж такого кабеля в местах концевой или промежуточной раз-
делки затруднен и способствует дополнительным потерям. С те-
чением времени электроизоляционный материал кабеля теряет
свои свойства, что приводит к его самовозгоранию. Кабель при-
ходится заменять по всей трассе, а с учетом того, что он проло-
жен, как правило, на большой высоте под фермами кузнечного
цеха, трудоемкость такой работы высока, а в некоторых слу-
чаях требует остановки целой группы электротермических
устройств.
Более надежным в работе показал себя кабель КВСП, имеющий
улучшенные эксплуатационные характеристики, такие, как плот-
ность тока, потери на единицу длины кабеля и др. Однако и этот
кабель имеет некоторые’существенные недостатки. Прежде всего
это недостаточная стойкость к температуре перегрева, склонность
к взаимно магнитному взаимодействию параллельно проложен-
ных жил кабеля и исключительно ненадежная в эксплуатации
и трудоемкая в изготовлении конструкция присоединительных
концов. Если последние два из указанных недостатков сравни-
тельно мало отражаются на работе длинных трасс, то недостаточ-
ная теплостойкость изоляции такого кабеля является весьма
существенным фактором в ограничении его применения. В куз-
нечных цехах происходит значительное технологическое тепло-
выделение от горячих заготовок и деталей, поэтому температура
181
окружающей среды, особенно в местах прокладки кабелей, по-
вышается и достигает 60—70° С. Если учесть, что кабель работает
с допустимой температурой оболочки — 80° С, то становится
понятным, какой необходимо иметь запас по потерям в кабеле,
чтобы обеспечить нормальный длительный технологический про-
цесс с нагревом заготовок в нагревателе, удаленном от источника
питания иногда на 200 м и более.
На коротких отрезках линии, не превышающих 10—20 м, ка-
бель КВСП из-за реактивных перекосов в отдельных жилах па-
раллельного пучка и некачественной разделки концов в местах
подключения перегревается. Происходит, как правило, электри-
ческий пробой между смежными внешними жилами токопровода,
и кабель самовозгорается. Если учесть, что такие отрезки кабеля
проложены в кабельных каналах между технологическим обору-
дованием, то замена их также сопряжена с большими трудностями.
Иногда выгодно, пренебрегая наличием повышенных потерь по
сравнению с кабелем КВСП, отрезки линии на таких участках
выполнить из шинопровода в виде двух профилированных водо-
охлаждаемых трубок. Такой шинопровод исключает перегрев
и электрический пробой и надежно работает длительное время.
В отдельных случаях, сообразуясь с условиями цеха, когда в ка-
бельных каналах возможно наличие воды и токопроводящей метал-
лизированной пыли, для исключения пробоя на каждую токо-
проводящую водоохлаждаемую трубку дополнительно надевают
резиновый шланг. Токи рассеяния при этом могут несколько
возрасти, увеличивая потери, но надежность такой линии выше
обычной и ее применение технологически оправдано.
Как показывают практика и расчет, наиболее надежной и
эффективной линией транспортирования высокочастотной энер-
гии в кузнечных цехах для воздушных и напольных трасс явля-
ется фидер, выполненный из коаксиально расположенных метал-
лических труб. Преимущество следует отдать медным трубам
по сравнению, например, с алюминиевыми и иными, так как они
обрабатываются технологически легче и имеют более низкие элек-
трические потери. Слабым звеном линий, выполненных из коак-
сиально расположенных труб, до последнего времени являлись
сложность их монтажа в пространственных условиях цеха, а также
ограниченные возможности подключения к источнику питания и
нагрузке — отсутствовали надежные переходные контактные эле-
менты.
Рассмотрим несколько примеров применения фидеров и разно-
видностей их сочленения. На обычные многожильные кабели, вы-
пускаемые отечественной промышленностью, имеется достаточно
полная нормативная документация их монтажа [15]. Согласно
этой документации разработаны способы выполнения соединений
жил проводов и кабелей с контактными зажимами выводов элек-
тротехнического оборудования, с установочными изделиями и
сильноточными токопроводами, В соответствии с конструкцией
182
контактных зажимов они должны быть плоскими, штыревыми,
винтовыми, стержневыми, лепестковыми и другими. Возможно
соединение алюминиевой или иной многопроволочной жилы с ци-
линдрическим зажимом в торец. В этих случаях присоединение
двух токопроводов с наконечниками к плоскому зажиму осуще-
ствляется с двух сторон зажима, что обеспечивает равномерность
токораспределения. При необходимости соединения более двух
токопроводов или при несоответствии их габаритных размеров
применяются переходные контактные детали. Форма этих пере-
ходников зависит от конструкции токопровода и его оконцевателя
и выполняется в виде пластины, уголка, косынки и т. п. Все пе-
реходные детали желательно присоединять симметрично токо-
проводящим жилам. Переходные планки, наконечники, контакт-
ные пластины крепятся к токойроводящим жилам преимуществен-
но с помощью пайки, что в условиях действующего основного
производства не всегда выполнимо. В некоторых случаях для
присоединения кабеля применяют зажимную скобу, не требую-
щую пайки. Скоба имеет П-образную форму с отверстием на полке
для вставки токопровода. Для последующего крепежа отрезка
токопровода его зажимная соединительная скоба имеет отверстия
и на боковых стенках. Скоба развернута своей полкой в торец
к примыкающему токопроводу и надета на него вдоль имеющейся
канавки. Для присоединения токопровода малого диаметра за-
жимная скоба имеет подвижной переходный патрон определенной
формы с продольными разрезами и выступами, с помощью кото-
рых зажимается токопровод. Соединительная скоба расположена
со смещением от продольной оси относительно примыкающего и
последующего отрезка токопровода. Выполнить соединение токо-
проводов в этом случае соосно, а тем более коаксиально не пред-
ставляется возможным, так как провод (кабель) выпадает из скобы
или просто не разместится физически. Последующий отрезок
токопровода крепится односторонне, с внешней стороны боковых
стенок соединительной скобы. Эти ограничения, достаточные и
положительные для присоединения токопроводов из одно- или
многожильного кабеля, совершенно исключают применение за-
жимной скобы в коаксиальных токопроводах. Для них применя-
ются другие конструкции. Особенно сложными соединительными
элементами являются те, которые связывают отрезки линии, рас-
положенной в пространстве под определенным углом. В кабель-
ных каналах и на высоте фидерные устройства большой мощности
сложны по конструктивному исполнению, отражают электромаг-
нитную энергию высокой частоты и имеют повышенные потери из-за
неоднородности электрического перехода (соединительных флан-
цев) между соединяемыми линиями. Особенно значительные раз-
личия поперечных сечений в переходах наблюдаются в линиях,
выполненных из коаксиально расположенных труб. Они иска-
жают эквивалентное сопротивление нагрузки и затрудняют ее
согласование с источником высокочастотной энергии.
183
Различные конструкции переходных втулок (фланцев) на тор-
цах труб не обеспечивают достаточной механической прочности.
Использование в фидерных устройствах различных изоляторов
обеспечивает их электрическую прочность, но при больших токах
приводит к тепловым перегрузкам устройства.
Для упрощения монтажа токопровода линии в некоторых слу-
чаях выполняют сборно-наборными. Такой двухполюсный коак-
сиальный шинопровод содержит две коаксиально расположенные
трубы, выполненные из двух продольных полутруб, разделенных
между собой изоляцией. Между токоведущими трубами установле-
ны изоляторы, а все элементы устройства стянуты между собой
бандажными кольцами.
Изготовление составных элементов фидера трудоемко, а вся
конструкция в сборе обладает пониженной механической проч-
ностью при воздействии на нее магнитодинамических усилий от
переменного тока.
Выполнение шинопровода из отдельных открытых профилей
изменяет волновое сопротивление и электрическую длину линии
и затрудняет согласование с нагрузкой.
Влияние линии особенно сильно сказывается при использова-
нии высокочастотных источников переменного тока, нагруженных
на емкостную нагрузку, и при наличии больших скачков тйка.
Повышения электрической и механической прочности фидерного
устройства, упрощения монтажа по сложным трассам, снижения
электрических потерь и улучшения согласования источника пи-
тания с нагрузкой можно достигнуть за счет применения П-об-
разных соединительных фланцев, выполненных попарно и встречно.
Фланцы развернуты своей полкой в торец токоведущего пре вода
(трубы) и на боковых стенках имеют отверстия для крепежа
(А. с. Яз 416794).
Для удобства^изменения угла наклона отрезков коаксиальной
линии крепежные отверстия выполнены с переменным сечением,
а их длинная сторона параллельна отрезку коаксиальной линии
к П-образному фланцу. Для обеспечения механической прочнссти
в упор токоведущим трубам на их торцах могут быть установлены
изоляторы, расположенные во взаимно пересекающихся относи-
тельно труб плоскостях. Размеры соединительных П-образных
фланцев выбираются сообразно волновым сопротивлениям линии;
крепятся фланцы к токоведущим отрезкам линии пайкой или
сваркой, а между собой могут соединяться и механическим крепе-
жом, например с помощью болта-гайки, шпильки, пневмоприсоса
и т. п.
Монтаж коаксиальных отрезков может выполняться на монтаж-
ном участке или непосредственно на месте установки (в цехе, гене-
раторном зале и т. п.). Во всех случаях отдельные элементы фидер-
ного устройства изготовляются заблаговременно на заготовитель-
ном участке. Это упрощает и сокращает время монтажа. При вы-
полнении фидерного устройства с соединительными фланцами
184
П-образной формы изоляторы удерживаются боковыми стенками
фланца и не требуется дополнительного крепежа самих изолято-
ров. При этом монтаж фидерного устройства также значительно
упрощается.
При расположении источников питания вдали от нагрузки
отрезки коаксиальной линии располагаются в пространстве по
сложным трассам и согласование источника питания с нагрузкой
затруднено, например лампового генератора высокочастотной
установки с индуктором, электромашинного или статического
преобразователя частоты с технологическим устройством и т. п.
Совместная оптимальная настройка источника питания и нагрузки
при включении их через фидерное устройство, состоящее из коак-
сиально расположенных отрезков, оказывается рассогласованной;
наблюдается значительная потеря мощности в самой линии, а
источник питания (особенно ЛГ и ТПЧ) может самопроизвольно
выключаться. В таких случаях токопроводы линии выполняют
сборно-разборными с переключающимися соединительными флан-
цами, в том числе и П-образной формы.
Коаксиальное переключающее устройство имеет два трехдеци-
бельных направленных ответвлений с регулируемой связью, две
соединительные линии одинаковой длины, причем внутренние
проводники связанных соединительных линий имеют П-образную
форму, закреплены концами в дроссельных соединениях и могут
перемещаться с помощью привода внутри металлического общего
экрана прямоугольной формы, в котором симметрично связанным
линиям установлены металлическое ребро и металлические пла-
стины. Поворот проводников одного ответвления не зависит от
поворота проводников другого.
Такое устройство способно работать на низких и высоких
частотах, но имеет узкую частотную характеристику. В связи
с этим представляет интерес работа переходного соединительного
фланца П-образной формы как согласующего звена. Его можно
представить неоднородностью в точке перехода одного отрезка
двухпроводной коаксиальной линии передачи в другой, причем
в линии может быть п отрезков.
Из общей теории линий передачи неоднородность линии можно
представить в виде четырехполюсника, при этом должно быть
выполнено условие, что неоднородность Со стороны входа и выхода
ограничена поверхностями, не пересекаемыми линиями электри-
ческого или магнитного поля. Для сдвоенного П-образного соеди-
нительного фланца это условие выполняется, поэтому четырех-
полюсник без потерь может быть представлен тремя реактивными
сопротивлениями согласно [21 ], а потери будут учтены ниже.
Путем расчленения каждый четырехполюсник без потерь можно
представить в виде некоторого нового четырехполюсника, который
присоединен к выходной линии отрезком длиной /2 (рис. 72)
с волновым сопротивлением ZL2, равным волновому сопротивле-
нию выходной линии, а ко входной линии — отрезком длиной 1Ъ
185
имеющим волновое сопротивление ZLl, равное волновому сопро-
тивлению входной линии.
При правильном выборе длин отрезков и /2 новый четырех-
полюсник может оказаться более простым, чем первоначальный.
Данный четырехполюсник ведет себя как идеальный трансформа-
тор без рассеяния, у которого входное и выходное сопротивления
связаны зависимостью
Z'[ = kZ'i,
где k — действительный коэффициент.
Для П-образного фланца необходимо показать, что k = 1 при
L/l = D/d, т. е. волновые сопротивления на входе и выходе пере-
Исходный четырехполюсник
Рис. 72. Четырехполюсник без потерь длинной
линии
ходного фланца равны, когда отношение развернутой длины внеш-
ней и внутренней частей фланца равно отношению внешнего и
внутреннего диаметров коаксиальной линии. Представим в об-
щем виде зависимость
L/l = n (D/d),	(12)
где п — некоторый коэффициент, изменяющийся от 0 до бесконеч-
ности. При п = 0 двухпроводная коаксиальная линия выража-
ется через переход в однопроводную линию бесконечной длины
с толщиной токопровода, приближающейся к 0; при п = оо
двухпроводная коаксиальная линия преобразуется через пере-
ход в прямоугольный или круглый волновод (естественно, в за-
висимости от того, какой из параметров будем изменять: D/d
или L/1). Изменение соотношений D/D и L/1 при конечном значе-
нии п позволяет осуществлять переход от коаксиальной двух-
проводной линии к двухпроводной линии, состоящей из токо-
проводов прямоугольного или круглого сечения, а также к че-
тырехпроводной линии такой же формы.
Определим параметры фидерного устройства при n = 1.
Из теории известно [21 ], что скачкообразное изменение се-
чения линии не всегда сопровождается изменением ее волнового
сопротивления. Так, для двухпроводной коаксиальной линии
имеем соотношение dx/Dx = d^/Di, при котором волновое сопротив-
ление в линии постоянно.
186
Для двухпроводной коаксиальной линии волновое сопротив-
ление [19]
1381g4>
где D и d — внешний и внутренний диаметры токопровода;
для четырехпроводной симметричной линии
Zo!= 1381g-^-,
где D — расстояние между симметричными токопроводами линии
(прямым и обратным); d — диаметр токопровода.
Введем новые обозначения для четырехпроводной симметрич-
ной линии; D = а — расстояние между симметричными токо-
проводами линии; d1 — диаметр (высота) токопровода (одиночной
шины), тогда
Z$ = 1381g-^.
Настоящее уравнение- справедливо для четырехпроводной
симметричной линии, которая является частным случаем для
коаксиальной двухпроводной линии с П-образными соединитель-
ными фланцами, когда фланцы или отрезки коаксиальной линии
сдвинуты относительно друг друга на 90°. Здесь необходимо пока-
зать, при каких условиях выполняется равенство
Z'o = Zo = 138 1g (D/d) = 138 1g или ~	.
Рассмотрим изменение отношения Ltl от минимального к мак-
симальному. При этом может быть три частных случая.
1.	Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии больше
длины внешнего на 2d, фланца на внутреннем токопроводе нет,
тогда;
/min = d; Lmln = 2d + L»;4^ = ?^-=2+4-;
при увеличении длины фланца и сохранении заданных размеров
коаксиальной линии - ’	_
— =2 4- D
I г d_|_2nd ’
где п = 1, 2, 3 — коэффициент удлинения фланца; как видно»
второе слагаемое стремится к 0, тогда LH —♦ 2.
2.	Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии больше
длины внешнего на 2d, фланцы имеются на обоих токопроводах,
тогда;
^min = 3d; Lmln = 4d + D; = -у + —;
187
при увеличении длины развернутая длина фланцев увеличивается
на 2d при п = 1, 2, 3, тогда отношение L/1 уменьшается и стре-
мится к 1.
3.	Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии равна
длине внешнего и фланцы имеются на обоих токопроводах, тогда:
/min = 3d; Lmln = 2d + Z?;^ = 4 + ^-;
при увеличении длины фланца отношение LH увеличивается и
стремится к 1.
Определим условия равенства волновых сопротивлений Z6 =
— Zo при минимальной развернутой длине фланцев для всех трех
случаев.
Для первого случая
^min   о ; D   У^2а.
/ mln	d d.
принимая D, d и расстояние между симметричными токопроводами
линии заданными, имеем 2а = D — d; а = (D — d)/2;
9 । _2_ _ [(О — d)/2] /2
' d	dt
откуда
Л = УД<0-.
где di — высота одиночного токопровода симметричной четырех-
проводной линии.
Из условия получения наименьшего затухания имеет Did =
= 3,6, тогда d1Zopt = 0,330d;
из условия получения максимальной мощности имеем Did =
= 1,65, тогда d1Popt = 0,127d;
из условия получения максимального допустимого напряже-
ния Did = 2,718, тогда dj£opt = 0,256 d.
Для второго случая
i-min 4	। D _ V 2а
з + d ’
аналогично имеем:
d1==
/2 (D — d)
или dizopt 0,375d;
di₽op-t-0,153d; dI£op( = 0,316d.
188
Для третьего случая
bmi'n	2 , D У 2а [(£>-d)/2]^2 . 4 _ (D - d) У 2
--= 3 м =	ь	•‘-2(4+4у
тогда
^lzopt = 0>97d; ^iPopt = 0,38d; diEopt = Q,lld.
Условия оптимальной работы двухпроводной коаксиальной ли-
нии выполняются и для соединительного П-образного фланца,
развернутые полки которого образуют четырехпроводную сим-
метричную линию. Можно показать, что при выполнении условия
LH = Did на любом участке бесконечно длинного переходного
фланца можно сохранить волновое сопротивление, равнозначное
сопротивлению на отрезках коаксиальной двухпроводной линии.
Справедливость уравнения LH = Did выполняется, как видим,
не в частном, а в целом ряде случаев, поэтому, естественно, воз-
никает вопрос, почему именно при использовании П-образного
переходного фланца длина внутреннего токопровода должна быть
на 2d больше длины внешнего токопровода.
Конструктивно удлинение внутреннего проводника по отноше-
нию к внешнему в двухпроводной коаксиальной линии не вызывает
сомнения. Переход от одного сечения к другому определяется фор-
мулой [21]
А = 0/10,
где А — величина удлинения (смещения) внутреннего проводника
от среза коаксиального отрезка; D — диаметр внешнего токопро-
вода.
Эта формула может быть использована в приближенном виде
для перехода отрезка двухпроводной линии в П-образные Соедини-
тельные фланцы. В этом случае удлинение внутреннего токопро-
вода на 2d равнозначно удвоенному значению d (конструктивно)
с каждой стороны отрезка линии, т. е. со стороны присоедини-
тельного П-образного фланца.
Условные прямые линии, проведенные от концов П-образного
фланца внешнего токопровода через вершины конца внутреннего
токопровода, пересекутся на оси коаксиального токопровода
в точке, лежащей в плоскости сечения коаксиальной линии, как
при отсутствии удлинения внутреннего токопровода. Если из
этой точки провести условные прямые линии к концам П-образного
фланца внутреннего токопровода, получим второй конус, который
вместе с первым образует коническую линию с постоянным волно-
вым сопротивлением, как для исходной двухпроводной коаксиаль-
ной линии.
Волновое сопротивление конической линии
189
где 0j и 02 — углы наклона, образованные осевой линией и ли-
ниями соответствующих внутренней и внешней поверхностей
конусов.
П-образные фланцы внешней и внутренней коаксиальных двух-
проводных линий для обоих примыкающих отрезков оказываются
вписанными в коническую линию, и на них распространяются
закономерности, как для симметричной конической линии. С из-
менением длины внутреннего токопровода, отличным от значе-
ния 2d, вершина условных конусов отступает от конца двухпровод-
ной коаксиальной линии равной длины и, таким образом, постоян-
ство волнового сопротивления не сохраняется, а картина магнит-
ного и электрического полей искажается относительно исходной.
Более того, можно показать, что удлинение внутреннего провод-
ника линии на 2d влияет не только на картину электромагнитного
поля (на волновое сопротивление), но и на чисто активное сопро-
тивление. Известно, что активное сопротивление двухпроводной
коаксиальной линии для внутреннего проводника
rd — l/(nd6cr),
где nd — длина окружности проводника.
Для П-образного фланца активное сопротивление определяется
развернутой длиной полок фланца, описанных на окружности вну-
треннего токопровода, поэтому чем ближе эта длина к nd, тем
меньше активное сопротивление П-образного фланца отличается
от сопротивления примыкаемой линии. При соединении отрезков
токопровода П-образные фланцы не образуют замкнутого контура
и происходит излучение энергии с открытых концов. Расчеты по
электромагнитному излучению такого фидерного устройства не
проводились. Однако фактические замеры потерь на фидерном
устройстве длиной до 20 м с тремя-четырьмя переходами показы-
вают, что в случае соединения П-образными фланцами потери на
3% ниже, чем в аналогичном устройстве с прямоугольными из-
гибами чисто коаксиальной линии (соединение сварное), и на 7%
ниже, чем в двухпроводной открытой линии с таким же количе-
ством пространственных переходов.
Следует отметить, что при выполнении П-образных фланцев,
расположенных взаимно перпендикулярно, можно получить ли-
нию прямоугольного или круглого волновода со щелями на гра-
нях, который не имеет электромагнитного излучения.
Расчетное фидерное устройство относится к двухпроводной
коаксиальной линии с разрывами по длине, причем в точках раз-
рыва образуется четырехпроводная симметричная линия с пара-
метрами четырехполюсника, эквивалентными двухпроводной ко-
аксиальной линии. Данный четырехполюсник легко трансформи-
руется в коаксиальную коническую линию, круглый или прямо-
угольный волновод, открытую двух- и однопроводную линию
практически без существенных дополнительных потерь, а в отдель-
но
ных случаях с потерями меньшими, чем в основной линии, что
целесообразно в точках присоединения линии к нагрузке.
Оказывается возможным сохранять оптимальным волновое со-
противление фидерного устройства независимо от количества от-
резков линии и величины угла между примыкающими отрезками.
Увеличение в отрезках линии длины внутреннего токопровода
относительно длины внешнего токопровода на два диаметра вну-
тренней трубы (токопровода) снижает разницу в сопротивлениях
внутреннего и внешнего токопроводов, когда угол наклона между
отрезками линии переменный на'всей длине фидерного устройства.
Таким образом, при неблагоприятных конструктивных условиях
прокладки фидерной трассы
(много пространственных перехо-
дов, большая разница в длине
отрезков) сохраняется высокий ко-
эффициент передачи высокоча-
стотной мощности от источника
к потребителю.
Подобные устройства приме-
няются преимущественно в двух-
проводных линиях. Для нагру-
зок, имеющих трехпроводную
схему включения, например с по-
мощью высокочастотного авто-
трансформатора, могут использо-
ваться другие конструкции.
В большинстве случаев в трех-
Рис. 73. Коаксиальное фидерное
устройство
проводных линиях используется шинопровод из параллельного
и симметрично расположенных токопроводов. Иногда шино-
провод на большие силы тока выполняется в виде трех токс-
ведущих труб, расположенных коаксиально. Для уменьшения
габаритных размеров этих труб применяется жидкостное или
газовое охлаждение. Недостатком подобных шинопроводов сле-
дует считать необходимость иметь большое сечение труб для
большей силы тока, в то время как при поверхностном эффекте
это сечение должно быть минимальным.
Конструкция шинопровода усиливается и для противодейст-
вия возникающим электродинамическим силам. Предварительный
расчет показывает, что активное сопротивление крайних труб
трехпроводного шинопровода такое же, как если бы каждая труба
работала автономно. Активное сопротивление средней трубы при-
мерно на 5% выше, чем при уединенной ее работе. Этих недостат-
ков удается избежать при выполнении трехфазной линии, в виде
коаксиального фидерного устройства (А. с. № 208048 •— рис. 73),
С целью уменьшения сопротивления среднего токоведущего ци-
линдра, потерь энергии на нем и для ослабления взаимного влия-
ния цилиндров средний цилиндр составлен из нескольких трубок,
расположенных коаксиально относительно оси фидера и закреп-
191
ленных на концах контактными дисками. Такое выполнение сред-
него токопровода, в данном случае замена сплошной трубы, дает
возможность уменьшить действующее значение активного сопро-
тивления линии за счет ослабления поверхностного эффекта.
Выполнение среднего токопровода в виде сплошного цилиндра
приводит не только к увеличению его активного сопротивления,
но и к значительному перераспределению электромагнитного поля,
что особенно важно на высоких частотах. В этом случае его можно
рассматривать как два коаксиальных фидера, практически неза-
висимых друг от друга: фидер, образованный внутренней (осевой)
и средней трубами, и фидер, образованный средней и внешней
трубами, причем поля между этими фидерами изолированы друг
от друга средней сплошной трубой.
Емкости между поверхностями труб имеют достаточно большое
численное значение и приводят к наличию емкостных токов. Эти
токи имеют место между внешней и средней трубами и между сред-
ней и внутренней, в то время как емкость между внешней и вну-
тренней трубами сведена к минимуму и емкостных токов практи-
чески нет. Таким образом, имеется как бы две линии, взаимо-
связанные между собой, и одна независимая от них. Все три
линии работают на одну нагрузку, что искажает работу схемы
в целом.	’
В рассмотренном фидерном^устройстве емкости минимальны
и рассредоточены между всеми тремя проводами. Межфидерное
электромагнитное поле взаимосвязано и уравновешено, поэтому
устройство в фазовом отношении работает как одно целое.
Кроме этого, выполнение среднего токопровода в виде беличьего
колеса с контактными дисками на концах обеспечивает свободное
подключение всех токоведущих шин фидера к нагрузке простыми
известными приемами. Трехпроводные фидерные устройства нашли
применение в ламповых генераторах с автотрансформаторным
включением закалочного трансформатора или непосредственно
индуктора.
В практике электротермии имеет место подключение индук-
ционных нагревателей с помощью коаксиальных фидеров к тири-
сторным преобразователям частоты.
В литейном и прокатном производствах, где используется ин-
дукционный нагрев, передача высокочастотной энергии осуществ-
ляется теми же приемами и средствами, как указано выше, отличие
можно усмотреть лишь в компоновке кабельных (фидерных)
трасс, которая учитывает расположение технологического оборудо-
вания, участка и цеха в целом.
В ходе внедрения и эксплуатации высокочастотных силовых
линий часто возникает необходимость переделки (перекоммутации)
.или восстановления линии после аварии. Ремонт фидерных отрез-
ков коаксиальной линии из труб не вызывает затруднений, он сво-
дится в основном к замене пробитых межпроводных изоляционных
прокладок. Такие работы отмечаются редко. Большие трудности
192
встречаются при ремонте фидерных линий, выполненных из кабеля
КВСП. В нормативной технологии сращивание таких кабелей осу-
ществляется при помощи плоских оконцевателей с напайкой на
них внешнего и внутреннего токопроводов.
Геометрия сращиваемого узла изменяется, возникают дополни-
тельные активные и реактивные потери в месте стыка. Практика
показывает, что отрезки кабеля КВСП, вышедшие из строя по при-
чине высокочастотного пробоя или выгорания, в последующем мож-
но соединять без изменения геометрии их стыка. Для этого повреж-
денное место полностью очищается от внешней оболочки и внутрен-
ней изоляции, фиксируется в пространстве естественным положе-
нием токоведущих жил, укладывается в опалубку специальной
формы и заливается эпоксидным компаундом. После застывания
компаунда и разборки опалубки поврежденные отрезки кабеля
готовы к длительной работе без существенных изменений их
Т а б л и ц а 20. Эксплуатационные характеристики кабельных трасс
Измеренные параметры, характеристика линии	Тип кабеля					
	-	Линия	| Коаксиальный фидер			
Измеренные параметры Количество и длина (м)	1X15	4X40	2X150	2X10	1X15	3X13
отрезков линии						
Габаритные размеры линии (диаметр Did), мм	35/26	20/10	35/25	35/25/4	70/45	270/85
Тип соединительного пере-	Плоские шины			Свар-	Фланцевый	
хода				ка	П-обоазный	
Максимальный угол пово- рота между отрезками, ...°	90	90	90	90	90	150
Напряжение в начале ли- нии, В Напряжение, в конце ли-	710	750	740	710	780	780
	650	700	700	650	700	767
нии, В Сила тока в начале ли-						
	900	140	150	1150	460	640
нии, А Мощность в нагрузке, кВт						
	800	100	107	800	350	500
Коэффициент мощности индуктивный	0,99	0,97	0,95	0,99	1,0	1,0
Частота переменного то- ка, Гц Расчетные параметры линии	2400	2400	2400	2400	1000	1000
		-				
Емкость, пФ/м	27,0	52,3	120,0	17,2	69,0	45,5
Индуктивность, мкГн/м	0,415	0,210	0,092	0,645	6,1	0,240
Активное сопротивление, мкОм/м	202	262	88	180	45	41
О Волновое сопротивление,	124	64	28	193	940	73
Коэффициент затухания	0,82	2,06	1,58	0,47	0,53	0,28
»	фазы	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1
»	бегущей вол- ны	0,920	0,930	0,900	0,945	0,940	0,985
к. П. д. фидера (на 100 м)	86	71	76	92	91	95
193
технических параметров. Технология разделки и восстановления
непродолжительна по времени и может выполняться на любом
участке трассы, непосредственно у поврежденного места.
При необходимости соединение токоведущих жил выполняется
с помощью лужения и пайки концов встык, а лучше внакрой каж-
дой из жил со своей смежной противолежащей жилой.
Навивка внешних жил токопровода в спираль, как заложено
конструкцией кабеля, не обязательна в месте стыка. Жилы рас-
положены строго параллельно друг другу и оси кабеля, что обес-
печивает некоторый запас по длине кабеля за счет раскрутки жил
на некотором участке, смежном с восстанавливаемым.
Общая длина кабеля КВСП сохраняется без изменения монтажа
при вырезанном участке, вышедшем из строя. Такая технология
восстановления кабеля весьма эффективна и позволяет длительно
использовать кабельные трассы, многократно выходившие из
строя по различным аварийным причинам. Кабели серии АСГ
(АСБГ) при выходе из строя на определенном участке в результате
межвиткового пробоя или по иной причине заменяются, как пра-
вило, на всей длине трассы, что существенно снижает эффектив-
ность их применения.
В табл. 20 приведены эксплуатационные характеристики при-
менения кабельных трасс в условиях кузнечного производства.
Надо иметь в виду, что совместная прокладка кабелей (осо-
бенно КВСП и АСГ) в кабельных каналах для питания индиви-
дуальных электротермических устройств закалки деталей в поточ-
но-групповой линии нежелательна.
В процессе несогласованной работы смежных устройств про-
исходят взаимные наводки электромагнитного поля через кабели,
которые могут вызвать нежелательные возмущения в цепях
управления, срыв или ложное включение нагрева, не вызванные
производственной необходимостью.
Глава VI
ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РЕМОНТА
И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В УСЛОВИЯХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
22.	Участок по ремонту и изготовлению индукторов
Основатель техники индукционного нагрева проф. В. П. Вологдин
отмечал, что «все усилия ученых дадут малый результат или даже
не дадут никакого, если не будут созданы условия для внедрения
на производстве процессов, на какой бы научной высоте они ни
стояли» [111.
Одним из основных условий внедрения нового оборудования
на производстве и успешной его эксплуатации является надежная
работа этого оборудования, возможность оперативной замены
вышедших из строя или модернизированных деталей и сборочных
единиц.
Без наличия достаточного количества обменного фонда индук-
торов, конденсаторов, контакторов и т. д., без обеспечения свое-
временным и качественным ремонтом индукционных нагревателей
немыслима их бесперебойная работа. При крупносерийном произ-
водстве и интенсивной эксплуатации оборудования индукцион-
ного нагрева становится актуальной организация на предприятиях
специализированных участков (цехов) по ремонту и изготовлению
индукторов и приспособлений. Следует отметить, что создание на
машиностроительных предприятиях собственной ремонтной службы
по индукторам является вынужденной мерой. Это вызвано тем,
что до настоящего времени отсутствуют специализированные за-
водыпо серийному изготовлению индукторов и спецоснастки к ним.
В то же время традиционно существующие ремонтные службы ме-
ханика, энергетика, БИХа и подобные им не могут обеспечить
электротермическое оборудование надежным техническим обслужи-
ванием в силу его специфики.
Такие работы, как навивка токопроводов по сложному про-
филю, сборка индуктора, выполнение электрической и тепловой
изоляции, проведение стендовых испытаний и экспериментальной
доводки, требуют создания специальных службы, участка или цеха
в зависимости от объема вспомогательных электротермических
работ.
Нередко, особенно в мелкосерийном производстве, участки
по обслуживанию и ремонту индукторов как составной части элек-
тротермического оборудования выполняют все экспериментально-
наладочные работы. Такие участки позволяют предприятиям без
помощи подрядных организаций поддерживать индукционные на-
греватели в исправности и постоянной готовности к работе, повы-
195
Шают технико-экономический эффект, однако необходимо обосно-
вать их научную организацию и расчет.
Некоторые положения по организации ремонтной службы ин-
дукционного нагрева на предприятии и методика расчета производ-
ственного участка могут быть приняты за основу. Следует отме-
тить, что условия нагрева и термообработки деталей требуют как
ремонта индукторов, так и изготовления их вновь, поэтому основ-
ной задачей специализированного участка является изготовле-
ние всех видов индукторов и приспособлений к ним, а также их
ремонт.
Службу ремонта и изготовления индукторов нецелесообразно
использовать для ремонта всех электротермических узлов и агре-
гатов. Источники питания типа электромашинных или статических
преобразователей, механические сборочные единицы, комплектую-
щее электротехническое оборудование и изделия ремонтируются
соответствующими службами цеха или предприятия.
Для машиностроительного предприятия расчет участка выпол-
нен только для изготовления индукторов и эквивалентных им
изделий, например закалочных трансформаторов. Плановый ре-
монт этих изделий, предусмотренный графиками ППР, в данном
случае не рассматривается и имеет свои особенности. Как правило,
объем работы участка рассчитывается с учетом производственнбй
программы предприятия и необходимого количества человеко-
часов для выполнения слесарных, станочных, сварочных и прочих
работ по изготовлению и ремонту индукторов и трансформаторов
в течение одного года. Производственная программа участка мо-
жет быть определена укрупненно: по количеству изготовляемых
деталей и сборочных единиц к нагревателям с учетом времени,
необходимого на их изготовление.
За расчетный срок принимаем производственную программу
участка на один год и к нему приводим срок службы индукторов
и деталей, подлежащих изготовлению (ремонту).
Пример. Имеем:
1)	участок нагревателей кузнечного производства в составе 26 единиц с двумя
типоразмерами индукторов каждой единицы;
2)	участок термообработки деталей основного производства одного вида
(валы, втулки, кулаки, флаицы, диски) в составе 15 закалочных станков с тремя
типоразмерами индукторов;
3)	участок термообработки деталей основного производства другого вида
(шестерни, клапаны, кольца) в составе 22 закалочных станков с двумя типо-
размерами индукторов;
4)	участок термообработки деталей вспомогательного производства (втулки,
кольца, станины) в составе семи закалочных станков с четырьмя типоразмерами
индукторов.
Здесь под видом производства подразумеваются структура термообработки
деталей, их сложность и объем, а также конструктивное подобие индукторов.
Из опыта работы фактический срок службы индуктора, после которого он
не пригоден к восстановлению, по первому участку составляет 1 год, по второму
и третьему участкам — 0,5 года, по четвертому — 1,5 года (для каждого пред-
приятия эти сроки индивидуальны и зависят от программы по термообработке
деталей на данном индукторе и от его качественных показателей).
196
Запуск в производство индукторов
л^зап = Л^вып (1 + k) + N3 = (nr. у1 4- Пт. У2 +  • • + пт. yi) (1 + k) 4* N3,
(13)
где УУвып — программа выпуска индукторов; пт. у1- — количество индукторов по
каждому технологическому участку (виду производства), пт. у/ = Пи^смПи; «и —
количество типоразмеров индукторов на единицу оборудования; £См — коэффи-
циент, учитывающий срок службы индуктора; пн — количество нагревателей на
данном технологическом участке; k — 0,05 — коэффициент, учитывающий по-
тери на брак при изготовлении индукторов; N3 = ЕпиПи — запасные индукторы,
находящиеся в резерве и ремонте.
Подставляя в уравнение (13) фактические значения, имеем
Л^зап = (2 X 1 X 26+ 3 X 2 X 15 + 2 X 22 + 4 X 0,67)(1 + 0,05) + (2Х
X 26+ЗХ 15+2Х 22 + 4Х 7) = 430 индукторов.
Расчетное количество индукторов является первым комплек-
том, находящимся в эксплуатации, оно должно быть удвоено, так
как второй комплект индукторов находится в резерве.
В табл. 21—23 приведен характер работ и средняя трудоемкость
изготовления основных,деталей, сборочных единиц и всего индук-
тора по типам оборудования. Исходя из средней трудоемкости из-
готовления индуктора по типам производства определяем общую
трудоемкость изготовления новых индукторов по участку (табл. 24).
При ремонте индукторов для определения трудоемкости вводим
условную ремонтную единицу, равную 60 нормо-ч (РЕ), а для каж-
дого типоразмера индуктора установим группу ремонтной слож-
ности (ГРС) от 1 до 0,1. Ремонтная единица составляет 20 ч станоч-
ных работ и 40 ч слесарно-сборочных и прочих работ, а примерная
группа ремонтной сложности представлена в табл. 25. Общие ре-
зультаты трудоемкости ремонта индукторов по участку приведены
в табл. 26.
Программа участка по изготовлению и ремонту индукторов
в нормо-часах, равная сумме нормо-часов по табл. 24 и 26, позво-
ляет рассчитывать необходимое количество станочных рабочих,
слесарей и других категорий производственного персонала (с уче-
том табл. 21, 22, 23) по формуле
пр = Л/71855,
где пр — число рабочих; N — полная трудоемкость участка по оп-
ределенному виду работ; 1855 — нормативный расчетный годовой
•фонд рабочего времени при пятидневной рабочей неделе, ч.
Тогда из примера число станочников
«р ст = ((VpM + AQ/1855 = 18 чел.,
где Мры — средняя трудоемкость ремонта индукторов по станоч-
ным работам (см. табл. 26); jVhm — средняя трудоемкость изготов-
ления индукторов по станочным работам (см. табл. 24).
197
Таблица 21, Средняя трудоемкость изготовления индукторов методического нагрева (нормо-ч)
					Деталь,		сборочная единица				—		———
Технологическая операция	Катушка	Кольцо ша- мотное	Направляю- щая	Щека	Толкатель	Штуцер	1	Брус	Пластина контактная	Стяжка	Гребенка	Пластина изоляцион- ная	Индуктор в сборке	Итого
Механическая обработка:													
токарная	—	—	1	—	1	0,5	—	—	1	0,5			.		4
фрезерная	—	—	1	1	1	—	—	0,5	—.	0,5	1			5
строгальная	—	0,5	—	1	1	—	2	—	—	—	—		4,5
навивка	1	—	—	•—	—	—	—								.		1
Слесарные работы:													
сварка	4	4	—	5	0,5	—	—	0,5	1	1	1	4	21
изготовление оправок	0,5	1	1	—	—	—	—	—	0,5	—	—			3
протяжка и профилирование	4	—	—	—	—	•—.	—	—				.					4
ОТЖИГ	1,5	—	2	—	1	—	—	—	.—							4,5
Гальванические работы	2	—	—	—	2	-—	—										.		4
Наладочные работы	2	—	—	0,5	—	—.			0,5										3
Испытания	—	—	—-	—	—	—	—											4	4
Прочие работы	0,5	—	—	—	—	—	—	.—							1	1,5
Количество деталей на один ин-	4	10	2	2	1	8	2	8	2	2	2	1	
дуктор													
Общая трудоемкость изготовле- ния	62	5	18	5	12 •	8	4	12	5	4	4	9	148
Таблица 22. Средняя трудоемкость изготовления индуктора для закалки шестерен (нормо-ч)
Технологическая операция	Деталь, сборочная единица												
	Токопровод -	Магнито- провод	Спрейер бо- ковой	Спрейер торцовый	Основание	Плита	Штуцер	Трубка	1 Рама	Упор	СЗ 5С Ф 3	Индуктор в сборке	Итого
Механическая обработка:													
токарная	—	1	2	0,5	1	0,5	0,5	—	1	0,5	0,5	—	7,5
фрезерная	1	2	1	0,5	2	2	—	—	1,5	2	0,5	—	12,5
строгальная	—	—	—	—	—	—	—	—	1	0,5	—	—	1,5
навивка Слесарные работы:	—	—	—	—	—	—	—	—					
сварка	с	3	2,5	2	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	1	2	4	23
изготовление оправок	2	—	0,5	0,5	—	—	—	0,5	—	—	—	—	3,5
профилирование	4	4	—	—	—	—	—	—	—	3	—	—	И
протяжка и профилирование	3	—	0,5	0,5	—	—	—	0,5	—	—	—	—	4,5
отжиг	—		—	—	•—	—	—	—	—	—	—	—	7,5
Гальванические работы	1	1	0,5	0,5	—	—	—	0,5	—	—	0,5	—	4
Наладочные работы	—	—	—	—	—	—	—-	—	—	—	—	4	4
Испытания	—	—	—-	—	—	—	—	—	—	—	—	4	4
Прочие работы	2	2	0,5	—	1,5	—	—	—	2	—	—	2	10
Количество деталей на один ин- дуктор	1	1	2	2	1	1	10	4	1	2	2	1	
Общая трудоемкость изготовле- ния	19	13	15	9	5	3	10	8	6	14	7	14	123
Т а б л и ц а 23. Средняя трудоемкость изготовления
высокочастотного закалочного трансформатора (нормо-ч)
Технологическая операция	Деталь, сборочиая единица								
	6 х о X X СО gg	X я Е «1 ® о р. «г С о	X я P.Q О S Фо	СО S СО CL.	J3 ч <v X В( СО Ч X О	со X CU	СО X Си со	X 5 X X X X	о о S
Механическая обра- ботка: токарная навивка фрезерная строгальная Слесарные работы: сборка и разборка сварка изготовление опра- вок протяжка и профи- лирование отжиг Гальванические ра- боты Наладочные работы Испытания Прочие работы Количество деталей на один индуктор Общая трудоемкость изготовления	10 2 8 5 5 5 3 1 38	6 3 1 1 10 2 3 2 3 1 31	3 3 2 4 2 1 3 2 3 1 23	2 4 1 3 1 10	1 3 3 1 1 2 1 11	1 3 2 2 12	5 2 1 7	1 10 10	3 12 17 6 14 10 10 12 9 И *16 5 18 143
Число слесарей-сборщиков
«Р сл = (jVp ел +	сл)/1855 = 33 чел.,
где jVpcJ1-—средняя трудоемкость ремонта индукторов по сле-
сарным работам (см. табл. 26); jVHCJ] — средняя трудоемкость из-
готовления индукторов по слесарным работам (см. табл. 24).
Необходимое количество станочного оборудования определяем
по формуле
«ст = (Л^рм + Л^имУЗЭбО = 9 станков,
где jVpM — средняя трудоемкость ремонта индукторов по станоч-
ным работам (см. табл. 26); jVhm — средняя трудоемкость изго-
товления индукторов по станочным работам (см. табл. 24); 3950 — ;
расчетный годовой фонд времени работы оборудования при двух-
сменной работе, ч.
По расчетному количеству оборудования и видам работ опреде-
лены типы станков. Примерный состав оборудования участка пред-
ставлен в табл. 27. В данной таблице оборудование принято с уче-
200
Таблица 24. Общая трудоемкость, вновь изготовляемых индукторов (нормо-ч)
Тип индуктора	Количество установ- ! ленных единиц обору- дования	Программа выпуска индукторов (№ вып.)		Средняя трудоемкость изготовления индукторов			Всего в год
		на единицу оборудова- , НИЯ	всего в год	Станочные ; работы	1 Слесарные । работы	Итого	J	
Индуктор для отделе- ния прессовой штампов-	20	2	40	40	88	128	5 120
КН							
Индуктор для нагрева	15	2	30	32	60	92	2 760
концов штанг перед вы- садкой							
Индуктор для нагрева штанг перед резкой	10	8	80	30	76	106	8 480
Индуктор для закал-							
кн:							
высокой сложности	80	1	80	25	67	92	7 860
средней сложности	170	1	170	18	32	50	8 500
простой	445	1	415	9	16	25	10 375
Приспособления для закалочных индукторов	60	1	60	44	20	64	3 840
Высокочастотные за- калочные трансформа- торы	77	1	77	60	74	143	—
Итого:	—	—	—	16 295	30 140	—	46 435
Примечание. Высокочастотные закалочные трансформаторы изготов-
ляются электроцехом, поэтому в общую трудоемкость участка изготовления ин-
дукторов оии не включены.
Таблица 25. Примерная группа ремонтной сложности индукторов
и оборудования т. в. ч.
Тип_иидукт.ора - '	Группа ремонтной 'сложности	Количество часов на ремонт	
		станочных	прочих
Индуктор кузнечный концевого на- грева Индуктор кузнечный методического нагрева Индуктор кузнечный для резки с нагревом Индуктор закалочный с магнито- проводом Индуктор закалочный простой	0,5РЕ 1РЕ 0,25РЕ 0.2РЕ ОДРЕ	10 20 5 4 2	20 40 10 8 4
? В. Д. Сидоренко	201
Таблица 26. Общая трудоемкость ремонта индукторов (нормо-ч)
Тип индуктора	Количество уста- новленных единиц оборудования	Средняя стойкость индуктора (месяц)	Количество ремон- тов в год	Группа ремонтной сложности (ГРС)	Трудоемкость ремонта оборудования по участку		
					Станоч- ные ра- боты	 «3 С1< О. Я а» а н Ч 3 о О х 45	Всего в год
Индуктор для отделе- ния прессовой штампов- ки	40	3	160	1,0	3200	6400	9 600
Индуктор для нагрева концов штанг	30	3	120	0,5	1200	2400	3 600
Индуктор для нагрева штанг перед резкой Индуктор для закалки:	80	3	320	0,25	1600	3200	4 800
ВЫСОКОЙ сложности	80	2	480	1,0	960	1920	2 880
средней сложности	170	3	680	0,3	4080	8160	12 240
простой	415	4	1245	0,1	1200	2400	3 600
Приспособление для закалочных индукторов	300	6	600	0,1	1200	2400	3 600
Высокочастотные за- калочные трансформа- торы	77	6	154	0,25	770	1540	2 310 •
Итого:	—	—	—	—	15 500	31 000	46 500
том необходимой программы выпуска, а также технологических
процессов изготовления и ремонта индукторов. Станки для из-
готовления спецоснастки в расчет механической обработки не вклю-
чены и по трудоемкости проходят за счет слесарных работ.
Потребность в основных и вспомогательных материалах опре-
деляем из расчета:
Qm = ^ст£Гст>
где Qa — общее количество металла в год, необходимое для меха -
нической обработки на станках, т; пст — число станков, шт.;
gcr — норма годового расхода металла на один станок (черная
масса), т, для расчетного случая gCT = 10 т;
Qcfl = ^слёсл»
где QcJI — общее количество металла в год, необходимое для пере-
дела на слесарных работах, т; псЛ — списочный состав слесарей-
механиков; gcJI — норма годового расхода металла на одного рабо-
тающего слесаря (черная масса), т, для расчетного случая §сЛ =
= 1 т.
202
Таблица 27. Примерный состав оборудования участка
по ремонту и изготовлению индукторов
Оборудование	Тип, модель, марка	Основные технические данные	Габаритные размеры, мм	Мощ- ность, к Ьт
Пила для резки металла Станок для рубки метал- лических заготовок Понижающий трансфор- матор для отжига трубок Протяжный станок для профилирования трубок с набором фильер Ножницы для резки ме- талла Гибочный станок	Нестандартные			
Токарно-винторезный станок То же Токарно-револьверный универсальный станок Вертикально-сверлиль- ный станок То же Координатно-расточный станок Универсально-фрезерный станок Поперечно-строгальный станок Стол для изоляции ин- дукторов Электросварочный аппа- рат Шлифовальный станок с гибким валом Ручной пресс	1К625 1А62 1336ИР 2118А 2А125 КР-550 6Н81 7В35 СТН-300 3382 .С-24	220Х 1000 210X750 Пруток 0 40 Сверло 0 18 Сверло 0 25 Стол 520X380 Стол 250Х 1000 Ход ползуна 500 мм Нестандар Круг 0 200 Усилие 3 тс	2812X1181 2510X 1580 3210X1005 500X900 825 X 980 1710Х 1425 2100Х 1930 2470X 1260 тный 398X892 720X530 400X500	10,0 7,0 2,8 1,0 2,8 2,8 4,5 4,5 25 2,8
Газосварочный аппарат Электрическая печь для сушки индукторов Гальваническая ванна Слесарные верстаки Шаровая мельница (про- изводительность 100 кг/ч) Вибросито (набор сит от 0,085. до 2 мм)	Нестандартные			
7*
203
Продолжение табл. 27
Оборудование	Тип, модель, марка	Основные технические данные	Габаритные размеры, мм	Мощ- ность. кВт
Вибростол Растворомешалка ло- пастная (емкостью 40— 50 л) Ларь для составляющих жароупорного бетона Стеллажи для пресс- форм Стол сборки инд/Кторов Шкаф для храие гия ин- струмента Ящики для приготовле- ния составляющих Кран-балка, Q = I т Тельфер, Q = 250 кг	Нестандартные *			
Полный расход металла по участку
Q = См + Сел-
Примерный расход металла для работы мастерской представлен
в табл. 28.
По результатам предварительного расчета основных и вспомо-
гательных рабочих, состава оборудования и необходимых мате-
риалов производится типовой нормативный расчет плановой себе-
стоимости продукции и составляется смета затрат на производство
индукторов.
Полученные расчетным путем технико-экономические показа-
тели по участку сравниваются при возможности с затратами на
покупку и ремонт индукторов других предприятий. Наличие эко-
номии подтверждает целесообразность создания участка по из-
готовлению и ремонту индукторов.
По предлагаемой методике рассчитан участок по изготовлению
и ремонту индукторов при эксплуатации их в кузнечном произ-
водстве’. В связи с созданием участка технологией может быть
предусмотрено изготовление индукторов для нагрева под пласти-
ческую деформацию с жароупорным бетоном в качестве электри-
ческой и термической изоляции.
Трудоемкость изготовления индукторов с жароупорным бето-
ном сравнивалась с трудоемкостью их изготовления на шамотной
изоляции; был выполнен расчет экономической эффективности та-
ких индукторов. По результатам расчета и опытной эксплуатации
была принята технология с применением жароупорного бетона.
Формовка индукторов в жароупорный бетон осуществляется с по-
204
мощью специальной оснастки,
в частности при наличии опа-
лубки под бетонирование, специ-
альных вибростендов и пр.
Изготовление спецоснастки
под бетонирование, навивку то-
копроводов, виброуплотнение
и другие виды подготовитель-
ных работ входит составной
частью в себестоимость товар-
ной продукции по общим пока-
зателям участка ремонта и изго-
товления индукторов.
Организация участка по
ремонту и изготовлению индук-
торов предполагает наличие
других служб и подразделений,
занимающихся обслуживанием
и ремонтом непосредственно
электротермических устройств.
На крупных машиностроитель-
ных предприятиях, в том числе
в ПО «Кировский завод», обслу-
живание электротермического
оборудования выполняется
службой механика по механиз-
мам и приводным устройствам и
службой энергетика по электро-
оборудованию.
Ремонты в данном направ-
лении ведутся как оперативно
(при аварийных ситуациях),
Таблица 28. Расход металла
для работы мастерской
(годовая программа)
Материал	% от об- щего тоннажа	Масса, т
Литье чугунное	2	6
Литье стальное (не- ржавеющее)	0,5	1,5
Литье цветное	4,5	13,5
Поковки	5	15
Углеродистая кон- струкционная сталь	20	60
Легированная сталь (прокат)	12	36
Нержавеющая, жа- ропрочная, электро- техническая сталь	4	12
Углеродистая про- фильная сталь	8	24
Углеродистая ли- стовая сталь	4	12
Цветные металлы (трубки, полосы)	25	75
Метизы	3	9
Бетон огнеупорный	4	12
Шамот	3	9
Изоляционные лен- ты, лаки кремнийорга- нические стойкие	0,1	0,3
Прочие материалы	4,9	14,7
Итого:	100	300
так и в плановом порядке.
Единой системой технического обслуживания и ремонта тех-
ники предусмотрены планово-предупредительные ремонты, которые
планируются централизованно.
23.	Система планово-предупредительного ремонта
высокочастотных установок для электротермии
Изготовление тракторов «Кировец», как и других транспортных
и сельскохозяйственных машин, предполагает постоянную после-
довательную модернизацию станочно-паркового оборудования и
технологических процессов. Возникает необходимость приобрете-
ния электротермического оборудования и приспособления его
к условиям конкретного производства по объему и специфике.
Нестандартные нагревательные средства, как было отмечено
ранее, выпускаются отечественной промышленностью в основном
без комплектации технологических приставок, поэтому станки,
205
приспособления, конвейерные и прочие механические устройства
и технологические линии изготавливаются непосредственно на
заводах — потребителях такого оборудования. Их производство
наряду с основной продукцией, в частности с выпуском трактора,
поручается тем же механообрабатывающим, электротехнологиче-
ским, кузнечно-штамповочным, литейным и термообрабатываю-
щим цехам.
Технология изготовления единичного нестандартного оборудо-
вания совместно с серийным создает определенные трудности и,
как правило, повышает трудоемкость работ.
Система технического обслуживания и ремонта техники преду-
сматривает необходимость разработок и утверждения ряда показа-
телей ремонтопригодности изделий любого типа. Эти показатели
характеризуют оперативную и экономическую сторону ремонто-
пригодности, в том числе необходимость проведения технических
осмотров в заданные сроки и в определенной последовательности,
трудоемкость ремонтов, нормы простоев оборудования в ремонте,
нормы расхода запасного оборудования и др.
Для большинства электротехнических изделий эти показатели
разработаны, однако для высокочастотных установок, используе-
мых в электротермии, они отсутствуют. В соответствии с единой
системой технологической подготовки производства в дополненйе
к системе технического обслуживания и планово-предупредитель-
ного ремонта оборудования в ПО «Кировский завод» разработаны
и внедрены нормативы по планово-предупредительному ремонту
высокочастотных установок. Эти нормативы носят общий характер
и поэтому могут быть применены на любом предприятии, где
эксплуатируются подобные установки.
В основу разработки нормативов положена классификация
высокочастотных установок как электротермического оборудова-
ния, предназначенного для преобразования электрической энер-
гии в тепловую и подвода этой энергии к нагреваемому телу. Уста-
новка содержит источник высокочастотной электрической энергии
и вспомогательное технологическое оборудование. Как известно,
в качестве источника высокочастотной электрической энергии
в высокочастотных установках используются ламповые генера-
торы, машинные и статические преобразователи.
По назначению в системе ППР высокочастотные установки де-
лятся на закалочные, плавильные, нагревательные (для нагрева
газов, проводящих и плохо проводящих тел), а по роду передачи
электроэнергии в нагреваемое тело высокочастотные установки де-
лятся на индукционные установки и установки диэлектрического
нагрева.
В дальнейшем предлагаемые нормативы относятся к высоко-
частотным установкам в полном объеме.
Поддержание высокочастотных установок в постоянной готов-
ности к работе обеспечивается регулярным проведением техниче-
ских осмотров и планово-предупредительных ремонтов.
206
Технический осмотр — вид межремонтного обслуживания вы-
сокочастотных установок с целью проверки их состояния и выяв-
ления объема подготовительных работ к ремонтам.
Планово-предупредительный ремонт — предусмотренный пла-
ном профилактический ремонт высокочастотной установки с целью
поддержания ее в исправном состоянии и уменьшения вероятности
аварий в процессе работы.
Технические осмотры делятся на ежедневные, ежемесячные,
квартальные; планово-предупредительные ремонты — на малые,
средние, капитальные. Основные работы по видам ремонта и
осмотра должны содержать следующие элементы.
Ежедневный осмотр (технический осмотр № 1) — внешний
осмотр высокочастотной установки с выполнением необходимых
перед включением подготовительных работ согласно эксплуата-
ционным инструкциям.
Ежемесячный осмотр (технический осмотр № 2) — техосмотр
№ 1, проверка комплектности оборудования и ЗИПа и проверка
исправности внутреннего монтажа высокочастотной установки.
Ежеквартальный осмотр (технический осмотр № 3)—тех-
осмотр № 2 и проверка соответствия энергетических параметров
высокочастотной установки на типовой нагрузке или эквиваленте.
Малый ремонт включает работы по замене изношенных деталей
и элементов высокочастотной установки, срок службы которых ра-
вен межремонтному периоду или меньше его, а также регулиро-
вание механизмов без их полной разборки и сборки, например:
замена тиратронов, генераторных и других ламп, тиристоров, ре-
гулирование реле и контакторов, замена конденсаторов и т. д.
Средний ремонт включает работы на высокочастотной установке
с частичной или полной разборкой и сборкой блоков, узлов, эле-
ментов и заменой вышедших из строя аппаратуры и деталей, на-
пример: сборка и разборка закалочного трансформатора, ремонт
стенда водоохлаждения генераторной лампы, замена блока анодно-
разделительных конденсаторов, переборка высоковольтного кон-
тактора и т. д.
Капитальный ремонт включает полную разборку и замену
вышедших из строя и пришедших в негодность блоков, элементов,
электрических и механических узлов; при этом демонтажу под-
лежит более половины 'элементов установки, например: замена
анодного и нагрузочного контуров лампового генератора, пере-
монтаж блока выпрямителя с разборкой тиратронных высоковольт-
ных трансформаторов, перемонтаж обмоток машинного преобразо-
вателя и т. п.
Продолжительность ремонтного цикла высокочастотной уста-
новки определяется по формуле
Тр. ц = Г tp.dklk2k3 + ^4 (£5S	+ Мз)]>	(И)
где ^р. ц —продолжительность ремонтного цикла в нормо-ч;
^р.е —норма времени планового ремонта условной ремонтной
207
Таблица 29. Нормы трудоемкости ремонта
Вид работы	Вид ремонта (осмотра)				
	тех- осмотр № 2	тех- осмотр № 3	малый	f средний	| капи- тальный
Станочные	0,1	о,1	0,3	1,0	2,0
Слесарные	0,3	0,3	1,0	2,0	4,0
Электротехнические	0,3	0,6	1,0	3,0	7,0
Сварочные	0,1	0,1	0,2	0,5	0,5
Прочие	0,2	0,4	0,5	0,5	1,5
единицы, равная по видам работ значениям, указанным в табл. 29;
— коэффициент, учитывающий категорию сложности ремонта
по видам оборудования высокочастотной установки:
установка высокочастотная	закалочная....................,1,0
установка высокочастотная	плавильная.....................1,3
установка высокочастотная	диэлектрического нагрева . . . .1,6
установка высокочастотная нагревательная (газов, полупро-
водников) ..............................................2,0
— коэффициент, учитывающий вид ремонта:
малый ............................1
средний.........................  4
капитальный ......................8
k3 — коэффициент, учитывающий сложность ремонта в пределах
одного типа высокочастотной установки:
высокочастотная установка как источник высокочастотной
электрической энергии (без технологического блока)...	1
высокочастотная установка с технологическим оборудованием
без механизации работ (управление ручное) .............. 1,5
высокочастотная установка с механизированным технологиче-
ским процессом (управление ручное).................... 2
высокочастотная установка с механизированным технологиче-
ским процессом (управление автоматическое)............4
k± — коэффициент, учитывающий мощность установки:
до 1 кВт............................1
до 10 кВт ..........................2
до 63 кВт ..........................3
до 100 кВт..........................4
до 400 кВт:.....................  .	6
до 1000 кВт ........................8
более 1000 кВт...................10
£5 — коэффициент, учитывающий наличие пускорегулирующей
аппаратуры в высокочастотной установке (для всех видов оборудо-
вания k& = 0,1); ke — коэффициент, учитывающий ремонт электро-
монтажа шинного (кабельного), для всех видов оборудования
208
k = 0,5; nzl — количество блоков высокочастотной установки
(включая технологическое оборудование); ni2 — количество пуско-
регулирующей аппаратуры в высокочастотной установке (по-
блочно); п3 — длина монтажа шинного (кабельного), м.
Численное значение коэффициента принимается равным таблич-
ным значениям (k5 = 0,1; ke = 0,5).
Пример. Рассчитать общую продолжительность ремонтного цикла вы-
сокочастотной установки типа ЛЗ-107 или ВЧИ-160/0,66 с полуавтоматическим
станком типа ВИСХОМ для закалки деталей. Ремонт средний. Станок установлен
на расстоянии 2,5 м от установки.
Имеем: = 1; k2 = 4; k3 = 2;	= 4; ks = 0,1; ka = 0,5; n3 = 2,5; tp. e =
= 7; Пц = 22 (в блоке лампового генератора); nI2 = 8 (в закалочном станке).
Тогда наибольшая продолжительность ремонтного цикла по расчетной фор-
муле Тр’ц = 266 нормо-ч.
Продолжительность межремонтных, межосмотровых периодов
(мес):
Малый................................. 1
Средний	.............................. 6
Капитальный...................... 24
Техосмотр	№ 1	 Ежедневно
»	№ 2	  1
»	№ 3	  3
X
Технические осмотры и ремонты более низких разрядов, сов-
падающие по графику с более высокими, объединяются в один
ремонт более высокого разряда.
Нормы простоя оборудования в ремонте можно определить
следующим образом. Простой высокочастотных установок при тех-
нических осмотрах № 1 и № 2 и при малом ремонте, как правило,
не планируется и выполняется в межсменные перерывы и выход-
ные дни. Норма простоя для выполнения техосмотра № 3 соста-
вляет 0,1 продолжительности ремонтного цикла (Тр. ц) по среднему
ремонту.
При среднем и капитальном ремонтах высокочастотных уста-
новок необходимо планировать дополнительный простой оборудо-
вания, равный 0,25 продолжительности ремонтного цикла (Тр, ц)
в случае, если производился демонтаж высокочастотной установки
с фундаментов (перевозка машинного преобразователя в ремонт-
ный цех, разборка плавильного агрегата и т. п.).
Нормы трудоемкости ремонта рекомендуется принимать по
табл. 29, причем по каждому виду работ полное время ремонтного
цикла уточняется дефектной ведомостью. Не допускается норму
трудоемкости ремонта по одному виду работ складывать с нормой
трудоемкости по другому виду работ. Определение норм расхода
материалов и запасных частей для ремонта и межремонтного об-
служивания высокочастотных установок производится согласно
«Единой системе ППР» по категории «Электротехническое оборудо-
вание. Установки т. в. ч.» с учетом комплектующего оборудования
для каждого вида высокочастотных установок. Нормы резерва
209
запасных частей определяются из общих требований по нормам за-
паса «Единой системы ППР».
Для обеспечения всех видов ремонтов и нужд эксплуатации
высокочастотных установок на складе запасных деталей (непо-
средственно в цехе) постоянно должны быть следующие основные
виды запасных частей (деталей):
комплект электровакуумных приборов (по ведомости комплек-
тующего оборудования установки);
10% электротехнического оборудования от полного комплекта
(по ведомости СП);
комплект быстроизнашивающихся деталей со сроком службы
меньше межремонтного периода;
все сменные детали, изготовленные на стороне.
Имея расчетную норму продолжительности ремонтного цикла
высокочастотной установки, определяют время, необходимое на
плановый ремонт с учетом дефектной ведомости, норм простоя
оборудования в ремонте, и составляют график организации ре-
монтных работ.
Такое предварительное определение нормы трудоемкости ре-
монтных работ в значительной степени облегчает планирование и
проведение ППР, а также обеспечивает поддержание в технически
исправном состоянии оборудования, находящегося в работе.
Приведенные нормативы на проведение технических осмотров
и ремонтов, а также расчет наибольшей продолжительности ре-
монтного цикла по принятым в ПО «Кировский завод» классифи-
кационным ремонтным показателям не претендуют на полноту
охвата всей системы ППР [39], а касаются одного из главных уста-
навливаемых показателей ремонтопригодности изделий.
Определение средней трудоемкости ремонта высокочастотной
установки дает возможность планировать не только объемные
показатели, но и сметную стоимость ремонтных работ.
Глава VII
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА В МАШИНОСТРОЕНИИ
И МЕТАЛЛУРГИИ
24.	Нагрев металлов и газов токами высокой частоты
Технико-экономические показатели применения индукционного
нагрева можно в значительной степени повысить за счет совершен-
ствования ускоренного изотермического индукционного нагрева
и улучшения методики расчета индукторов по уточненным графи-
кам. В настоящее время ускоренный изотермический нагрев исполь-
зуется преимущественно в кузнечном производстве на методиче-
ских индукционных нагревателях. Практика показывает, что та-
кой метод может с успехом использоваться при термообработке,
в частности для высокого отпуска и закалки деталей типа полуоси,
оси втулки, штока и др.
Аналогично этому режим нагрева, многократно повторенный
для одной и той же детали, можно применить для методического
ускоренного нагрева под пластическую деформацию. В этом случае
обеспечивается передача энергии в деталь более высокими удель-
ными мощностями, что сокращает продолжительность нагрева.
Достаточно равномерное распределение температуры по се-
чению достигается за счет создания пауз подстуживания (выклю-
чен нагрев) между очередными нагревами поверхности металла.
Пауза подстуживания по времени должна быть такой, чтобы теп-
лота с поверхности ушла к сердцевине, а температура поверхност-
ного слоя по глубине проникновения тока снизилась до уровня,
разрешающего очередной цикл скоростного нагрева. Качество на-
гретой заготовки или детали при этом оказывается выше, чем в обыч-
ных методических нагревателях.
С целью придания металлу неоднородных по сечению свойств
деталь в процессе термической обработки подвергают воздействию
перекрещивающихся магнитных полей. Магнитные поля неодно-
родны, а их векторное распределение по объему детали установлено
на выбранных участках выделенными-магнитными потоками, ори-
ентированными под углом 0—90°.
Большое распространение получают комбинированный нагрев
и нагрев с использованием остаточной теплоты. При комбинирован-
ном способе нагрева установка содержит газопламенную печь и
один или несколько нагревательных индукторов. Такие установки
целесообразны в кузнечном и прокатном производствах. В газо-
пламенной печи металл нагревается до температуры магнитных
превращений, а в индукторах догревается до ковочной температуры.
Известны установки с обратным порядком прохождения металла.
Выбор того или иного порядка прохождения металла в нагрева-
211
тельных блоках определяется тем, какой из них обеспечивает
более равномерный нагрев в зависимости от конфигурации нагре-
ваемого металла.
Как правило, частота электромагнитного поля индуктора по-
стоянна во время нагрева. Это создает неудобства, так как не обес-
печивает оптимальных условий при переходе металла из печи в ин-
дуктор, где температура металла подвержена изменениям. С целью
получения постоянной температуры нагреваемого металла между
газопламенной печью и индуктором иногда устанавливают до-
полнительный индуктор, работающий на переменной частоте. Та-
кие устройства имеют много положительных качеств, но не исклю-
чают полностью образования окалины на поверхностном слое в про-
цессе нагрева.
Полностью безокислительный нагрев производится в защитной
газовой среде, что удорожает производство. Одной из мер, снижаю-
щих стоимость технологического процесса с нагревом т. в. ч.
и исключающих применение защитной атмосферы, может служить
интенсивное охлаждение поверхностных слоев заготовок в про-
цессе их нагрева. Эффект такой дополнительной обработки выше,
если охлаждение начинается при достижении температуры заго-
товки, близкой к 800—850° С [42].
На всех стадиях производственного процесса находят приме-
нение комбинированные способы термообработки, особенно с ис-
пользованием остаточной теплоты.
Поточная линия термообработки дисков трения (см. рис. 4),
предназначенная для закалки и отпуска новых фрикционных де-
талей трактора К-701, может быть преобразована в линию по вос-
становлению отработанных фрикционных дисков трения. Для
этого диски трения на участке термофиксации насыщают легирую-
щими элементами путем нанесения на них диффузионно-активной
суспензии с фиксацией в сжатом состоянии и дополнительным на-
гревом до температуры насыщения [46]. Поточная линия при на-
личии соответствующей механизации грузопотоков становится
комбинированной и обратимой в двух направлениях.
Тарельчатые пружины навесных механизмов трактора «Киро-
вец», как и другие подобные им детали, упрочняют закалкой от
температуры 1000—1150° С. Предварительное изготовление пру-
жины осуществляется вырубкой ее на прессе из горячей заготовки,
охлаждением, нагревом с последующей деформацией формовкой
и повторным охлаждением. Таким образом, в технологическом про-
цессе присутствует трехстадийный нагрев заготовки, что энергети-
чески неэкономично.
Правильный выбор технологических режимов и автоматизации
процесса позволяют осуществлять изготовление пружины с одного
нагрева заготовки и с последующим использованием остаточной
теплоты после штамповки. Экономится значительное количество
электроэнергии, качество изготовленных пружин повышается.
Такой процесс может быть распространен на изготовление широ-
212
кой номенклатуры деталей в кузнечно-штамповочном производ-
стве. По существующей технологии в большинстве кузнечных
цехов с прессовым оборудованием деталь перед штамповкой нагре-
вается до 1150—1240° С, деформируется штамповочным прессом
с обрезкой облоя в обрезном прессе и затем охлаждается в коробе.
После естественного остывания в атмосфере цеха штамповка (чер-
новая деталь) поступает в термическое отделение, где повторно
нагревается и проходит термообработку с закалкой и отпуском
в закалочно-отпускных агрегатах. Расходуется непроизводительно
Рис. 74. Процесс штамповки деталей с совмещенной термообработкой:
1 — обрезной пресс; 2 — самозакрывающееся окно; 3 — вытяжная вентиляция;
4 — транспортер; 5 — отпускная печь; 6 — закалочный бак; 7 — маслоохладн-
тельная установка
огромное количество теплоты, которое скапливается в цехе и ухуд-
шает условия труда. Выполненные эксперименты показывают, что
температура заготовки с момента выхода из индуктора после штам-
повки и обрезки, включая период нахождения ее на межагрегат-
ных транспортерах, снижается с 1240 до 1100° С, а весь процесс
формовки длится не более 37 с (для прессов группы КГШП-4000
на изготовление заготовки диаметром 90—ПО мм).
Следовательно, каждая деталь после обрезного пресса с тем-
пературы не ниже закалочной охлаждается в коробе непроизводи-
тельно и на длительное время выпадает из общего технологиче-
ского цикла.
Значительно рациональнее штамповку совместить с термообра-
боткой, как показано на рис. 74. Режим охлаждения можно осу-
ществлять по заданному графику для каждой группы деталей:
изготовление деталей происходит в едином потоке; полностью ис-
пользуется остаточная теплота после формообразования; эконо-
мится теплота закалочной печи; значительно сокращаются трудо-
затраты; улучшаются условия труда.
213
В таких поточных линиях может найти применение установка
для нагрева исходных заготовок перед пластической деформацией,
которая выполнена как печь безокислительнсго нагрева с окнами
загрузки и выгрузки, снабженная устройством для утилизации
остаточной теплоты атмосферы печи и индуктором, расположенным
непосредственно в окне выгрузки печи.
Широкие возможности для совершенствования способов на-
грева имеются в заготовительном производстве кузнечно-штампо-
вочных цехов.
Одна из фондо- и трудоемких операций заготовительного
производства — резка металла на мерные заготовки. Большинство
Рис. 75. Комбинированная установка
для нагрева прутков перед резкой
профилей пруткового проката требует перед резкой нагрева.
Известные способы предполагают нагрев или всей штанги
(прутка), или зоны ряда.
Зонный нагрев прутков не получил широкого распространения
из-за низкой стойкости индукторов, а сплошной нагрев неэконо-
мичен и применяется как вынужденная мера. Низкая стойкость
индукторов пояскового нагрева обусловлена несовершенством ме-
ханизации перемещения прутка, которая не учитывает в достаточ-
ной степени кривизны прутков. Сплошной нагрев прутков из ле-
гированных сталей, как было показано ранее, способствует тре-
щинообразованию.
Широкое применение может найти комбинированная установка
для нагрева прутков перед резкой (рис. 75). Установка содержит
несущую металлоконструкцию, конденсаторную батарею, индук-
тор и механизмы загрузки и разгрузки. Расположение конденса-
торной батареи и индуктора позволяет применять систему водо-
214
охлаждения токоведущих частей без помех для производственного
процесса. Механизм загрузки и разгрузки представляет собой ос-
новной и вспомогательный рольганги с двух- или трехпозицион-
ным кантователем. Левый рольганг является основным и распо-
ложен соосно с рольгангом пресс-ножниц и окном выдачи прутка
с заготовительного стеллажа. Такое расположение рольгангов
отвечает принципу «в одну линию», когда промежуток нагрева-
тельного индуктора вынесен за пределы основного рольганга.
В нем отсутствуют продольные подвижные несущие узлы типа ро-
ликов и т. п., а пруток для перемещения вдоль окружности оси
и вверх—вниз размещается на пневмошарнирных опорах. Правый
рольганг является вспомогательным и расположен со смещением
(в плане) относительно основного. Прутки на него могут загру-
жаться со стороны механизированного заготовительного стеллажа
с окном выдачи, расположенным зеркально относительно окна
резки пресс-ножниц. Основной и вспомогательный рольганги
расположены параллельно, а шарнирные пневмоопоры индуктора
с кантователем являются их промежуточным перегрузочным зве-
ном. Индуктор разъемный с пневмоприжимом нижних полувитков
и может использоваться как для зонного, так и для сплошного
нагрева прутка.
В данном типе нагревателя осуществляется одностадийный на-
грев прутка до заданной температуры, например до 650—700° С.
Устройство работает следующим образом. Холодный пруток с заго-
товительного стеллажа (на рисунке не показан) поступает на ос-
новной или вспомогательный рольганг и останавливается на
уровне бокового среза индуктора. Включением пневмокантователя
при опущенных нижних полувитках индуктора пруток загру-
жается на опорные пневмоколонны индуктора. После этого верх-
ние и нижние витки полуиндукторов замыкаются и происходит
нагрев прутка. После нагрева нижние полувитки индуктора опус-
каются и горячий пруток подается на основной рольганг пресс-
ножниц для резки.
В случае двухстадийного нагрева между окном выдачи механи-
зированного стеллажа прутков и основным или вспомогательным
рольгангом установлен дополнительный индуктор для сплошного
низкотемпературного нагрева (дополнительный индуктор и меха-
низированный стеллаж загрузки не показаны). Устройство при
двухстадийном нагреве работает следующим образом. Со стеллажа
загрузки пруток загружается толкающим или иным транспорте-
ром в дополнительный индуктор, где нагревается до температуры
200—250° С малыми удельными мощностями, откуда через основ-
ной или вспомогательный транспортер поступает в основной ин-
дуктор и догревается там до температуры резки 650—700° С.
Процесс резки с предварительным нагревом может быть непрерыв-
ным во времени (перегрузка прутков слева направо и наоборот)
и обеспечивать сплошной или поясковый нагрев с высоким каче-
ством резки.
215
Подобные устройства могут найти применение и в прокатном
производстве для основного и транзитного нагрева (догрева) про-
катных заготовок. Нагрев прутков и труб от исходной температуры
до температуры проката в индукционных печах используется
давно.
В современных установках для нагрева заготовок т. в. ч. пе-
ред прокаткой имеются секционированный индуктор, приводной
рольганг, загрузочный и распределяющий механизмы.В некоторых
установках для отбраковки заготовок по кривизне и исключения
попадания их в индуктор и рабочую клеть стана имеется дополни-
тельное устройство П-образного вида, состоящее из боковых сте-
нок с шарнирно-закрепленной откидной крышкой, куда скаты-
ваются кривые заготовки. Такое устройство расположено перед
индуктором. На выходе из него в ряде случаев устанавливают уст-
ройство для отбраковки заготовок по нагреву, которое выполнено
в виде сбрасывателя с электропневмоприводом, который сталки-
вает недогретую штангу по команде датчика температуры.
Подобные устройства работают на линии только одного прокат-
ного стана. Прокатные станы характеризуются определенным рит-
мом работы, программой и сортаментом проката. Например, блю-
минг прокатывает блюмы и слябы; известны прокатные станы д^я
производства прутков, получения профильного, листового или
трубного проката. Каждый из прокатных станов выпускает оп-
ределенный тип продукции, которая, в свою очередь, может по-
ступать для дальнейшего передела на другой стан с другим рит-
мом работы и индивидуальной программой. Это создает опреде-
ленные трудности при согласовании ритмов и программ выпуска
разнородных станов. Требуется охлаждение и повторный нагрев
металла, в отдельных случаях специальная термообработка, на-
пример антифлокенная, складирование, повторная транспорти-
ровка и т. п. Различная производительность станов создает до-
полнительные трудности.
Для прокатки станов с черновыми и чистовыми группами кле-
тей, имеющих единый для всего стана ритм прокатки, имеются
определенные трудности при задержках заготовок на черновой
линии или на промежуточных операциях, когда металл охлаж-
дается и утрачивает технологическую пластичность. В таких
случаях между клетями черновой и чистовой обработки металла
устанавливают промежуточный нагреватель, как, например, на
линии проката с периодическим нагревом. Это устройство позво-
ляет использовать остаточную теплоту заготовки с первого этапа
(чернового) и после дополнительного нагрева производить про-
катку в чистовых клетях.
Прокатный комплекс имеет высокую производительность. Обес-
печивается синхронная работа двух прокатных станов с различ-
ными собственными ритмами работы; сокращается технологиче-
ский цикл прокатки разнородных заготовок и изменяются внутри-
цеховые потоки проката. В этом случае экономятся топливо, ме-
216
талл, снижаются трудозатраты и повышается качество проката.
Комплекс прокатного цеха с транзитным догревом металла между
автономными прокатными станами, соединенными в одну техноло-
гическую линию, предполагает установку между ними средств
догрева, в частности индукционную, газопламенную или иную
нагревательную печь.
Расчеты показывают, что для совместной работы по транзит-
ному графику станов с клетями 900/680 и 350 на прокат заготовок
среднего размера (120X120 мм) при производительности 50 т/ч
потребуется газопламенная печь длиной до 150 м, тогда как ин-
дукционный нагреватель имеет длину до 8—10 м. В таком ком-
плексе оказывается возможным и экономически целесообразным
прокатывать металл полунепрерывным или непрерывным способом
с использованием остаточной теплоты после стана черновой обра-
ботки. При этом возникает целый ряд технологических и энергети-
ческих факторов, которые ранее в практике прокатного производ-
ства не учитывались. Сошлемся на некоторые из них.
На стане черновой обработки из слитка раскатывают по че-
тыре—шесть заготовок (прутков), причем между раскаткой двух
слитков имеется промежуточный интервал. В режиме автономной
работы стана, когда прокат поступает на шлеппер для охлаждения
и последующего передела, такой интервал ничем не контролируется
и не учитывается. При совместной работе двух станов металл в про-
цессе проката остывает и, как следствие, требует промежуточного
нагрева. Оказывается, при непрерывном транзитном прокате тре-
буется догревать, во-первых, не все заготовки со стана черновой
обработки. Первые две заготовки, полученные с ножниц стана
900/680, имеют температуру, достаточную для прокатки в стане
чистовой обработки 350, и не требуют догрева в промежуточном
индукционном нагревателе. Это создает определенный задел
по времени и по мощности нагревателя для обработки последую-
щих _заготовок. Во-вторых, при транзитном прокате остывает
только поверхностный слой заготовок, сердцевина по времени про-
ката почти сохраняет исходную температуру нагрева и ее не тре-
буется повторно догревать. Становится возможным при промежу-
точном догреве заготовок между станами греть не весь металл,
а только лишь поверхностный слой, предположим, на глубину про-
никновения тока в металл. И здесь образуется большой запас по
мощности, чтЪ упрощает проектирование и эксплуатацию ком-
плекса. Если окажется, что температура поверхностного слоя
несколько выше сердцевины, условия формообразования профиля
проката будут лучшими, так как прокатываемая заготовка ока-
жется как бы между искусственно созданным прокатным валком
(сердцевина более твердая, чем поверхностный слой) и основными
прокатными валками.
Имеется много других особенностей, на которые в последую-
щем необходимо будет обращать внимание. Интересно, например,
что при наличии в прокатном комплексе индукционных нагрева-
217
телей для основного нагрева или догрева они выполняются преи-
мущественно с индукторами, имеющими световой зазор между
соседними секциями. В этом зазоре теряется часть тепловой энер-
гии заготовки, а сама заготовка отчасти поэтому может иметь
неравномерную температуру по длине.
В ряде случаев может использоваться способ регулирования
тепловых потерь, при котором в зонах интенсивного теплоизлу-
чения устанавливают лучистые теплоотражатели, взаимодействую-
щие с горячим раскатом. Управление может осуществляться
перемещением отражателей в направлении к раскату или принуди-
тельным изменением температуры тепловых отражателей от ком-
натной до температуры горячего раската. Эффективность регулиро-
вания тепловых потерь с проката повышается, но не исключает их
полностью. Лучистые отражатели в процессе перемещения горячих
прокатных заготовок воспринимают излучаемую тепловую энер-
гию с переднего конца и отражают на задний, что и требуется, так
как задний конец в процессе прокатки остывает более интенсивно,
чем передний.
Лучистые отражатели сами являются потребителями теплоты,
и в процессе работы при перегреве требуется их охлаждение. Это
повышает тепловые потери. Возникает естественное желание сни-
зить эти потери и создать такие компенсаторы тепловых потерь,
которые имели бы высокий к. п. д. и широкие пределы регули-
ровки по температуре.
Одним из возможных вариантов мог бы служить индуктивно-
контактный отражатель с токопроводом, способным выдерживать
высокие температуры и имеющим хорошую свето- и теплоизлучаю-
щую способность и надежную теплоизоляцию с внешней стороны
от проката. Такой способностью может обладать торроидальный
плазменный низкотемпературный разряд, направление и интенсив-
ность излучения которого можно регулировать бесконтактным
способом.
Как для этого случая, так и для индукционного нагрева
в целом, назрел вопрос теплоизоляции индукторов от нагревае-
мого металла. Футеровка печного пространства любых средств
нагрева, удовлетворяющая по надежности, долговечности и элек-
тротермическим свойствам, является одним из основных компонен-
тов в технологической цепи, где используются нагревательные
устройства. Если’ранее таким требованиям соответствовали кера-
мические покрытия и вставки на основе шамотов, кварца и т. п.,
то в последующем этот круг теплозащитных средств стал узок.
Повышение температуры нагреваемых материалов, увеличение
теплонапряженности на единицу поверхности защищаемых на-
гревателей привели к созданию!новых видов теплозащитных по-
крытий. Это прежде всего жароупорные бетоны, композиционные
покрытия из окиси алюминия и меди, полученные плазменным
напылением, стекло- и минераловолокнистые формованные ма-
териалы, упрочненные ортофосфатными связующими.
218
Большой опыт использования огнеупорных материалов и по-
крытий имеет черная металлургия. Тесный контакт между
металлургией и электротермией, на стыке которых стоит маши-
ностроение, привел к положительным результатам. Многие
композиции на основе хромомагнезитовых и алюмохромофосфат-
ных веществ и способы их образования в электротермии исполь-
зуются по примеру пламенного нагрева и дают хорошие резуль-
таты. Более полезный контакт совмещения и взаимной замены,
особенно в сторону расширения индукционного нагрева вместо
газопламенного, может произойти в процессах термообработки
металла. Можно привести несколько характерных примеров.
Развитие и совершенствование термических средств направлено
на повышение установленной мощности агрегатов и увеличение
производительности при сохранении высокого качества термо-
обработки. Эти требования трудно увязать с медленно протекаю-
щими процессами нагрева и охлаждения металла, особенно при
отпуске или нормализации. Существующие представления о не-
обходимости длительной выдержки металла в области температур
перекристаллизации в некоторой степени устарели. В частности,
для некоторых марок сталей медленный нагрев и однократную
длительную выдержку при заданной температуре можно заменить
быстрым нагревом и охлаждением с некоторой цикличностью по-
вторения этих приемов без промежуточной стадии выдержки [42].
Используя в данно^ случае индукционный нагрев как наиболее
скоростной, можно добиться непрерывности проката, совмещенной
с высокотемпературной термомеханической обработкой.
Перспективы применения индукционного нагрева очевидны не
только в области использования остаточной теплоты после нагрева
и совершенствования методов термообработки или прокатки. Боль-
шие возможности заложены в целом ряде промежуточных опера-
ций при плавке металлов. Одной из характерных черт современного
процесса плавки металлов является использование интенсифи-
каторов как при сжигании топлива в горелочных устройствах,
так и непосредственно при химических реакциях в рабочем про-
странстве плавильного агрегата. К первому виду интенсификаторов
следует отнести облучение топливного факела ультразвуком, при-
менение смешанных плазменно-дуговых горелок, повышение свето-
излучающей способности факела и др. Характерными примерами
'интенсификатора второго вида являются ввод в рабочее простран-
ство агрегата технического кислорода, горячее воздушное дутье,
введение присадок и др.
Применение известных приемов интенсификации плавки не ис-
черпывает огромных резервов, имеющихся в плавильных агрегатах.
Так, максимальные тепловые напряжения при горении жидкого и
газообразного топлива в нагревательных агрегатах на несколько
порядков ниже теоретически достижимых, поэтому установление
рациональных теплотехнических и технологических параметров
сжигания топлива в процессе ведения плавки позволит наметить
219
пути совершенствования литейного производства, снижения удель-
ного расхода топлива, повышения производительности печей.
Рассмотрим некоторые способы интенсификации процесса
плавки металла на примере работы мартеновской печи. Одним из
наиболее эффективных является способ регулирования газовой
атмосферы в мартеновской печи, при котором в плавильный объем
вводят разообразующие добавки, предварительно подогретые до
высокой температуры и позволяющие создать любую атмосферу
в печи. Максимальная температура в пространстве печи, опреде-
ляемая теплотворной способностью горючего материала (мазута,
газомазутной смеси и т. п.), ограничена и достигает 2000—2300° С,
что снижает производственную мощность печи.
Известен способ интенсификации мартеновского процесса,
при котором в рабочее пространство печи подается воздух, пред-
варительно нагретый в высокочастотном электромагнитном поле
газового безэлектродного разряда. Этот способ является комбини-
рованным, так как позволяет повысить температуру горящего
факела в печи и воздействует на химико-термические процессы
плавки благодаря наличию в потоке воздуха высокоинтенсивных
ионизированных частиц. Повышение температуры горящего фа-
кела осуществляется подачей в факел реагента, имеющего темпера-
туру заведомо выше температуры горения топлива. Таким реаген-
том служит ионизированный воздух, полученный при помсщи
низкотемпературной плазмы. Газовый безэлектродный разряд
обеспечивает среднемассовую температуру ионизированного газа
на выходе из плазменной горелки выше 5000° С. Источником иони-
зированного газа в этом случае может служить установка для
индукционного нагрева газов, например серийно выпускаемая
типа ВЧИ-63/5-ИГ-Л01 и др. (рис. 76).
Низкотемпературная плазма как разновидность интенсифика-
тора процесса плавки металлов известна сравнительно давно,
однако предлагаемый в настоящей работе способ интенсификации
процесса плавки при помощи низкотемпературной плазмы, полу-
ченной в газовом безэлектродном разряде, имеет ряд преимуществ.
В дуговых плазменных горелках, используемых для создания ин-
тенсивного газового потока, нагретого до высокой температуры,
значительно превышающей получаемую при химических реакциях
горения, энергия непрерывного электрического разряда перемен-
ного тока добавляется к энергии, получаемой от сгорания смеси
топлива с воздухом. В этих горелках продукты сгорания топлива
ионизируются, а воздух вступает в химическую реакцию с про-
дуктами горения до ионизации. Смешивание продуктов сгорания
с ионизированными частицами в них происходит в полости самой
горелки (между электродами).
Безэлектродный высокочастотный разряд позволяет ионизиро-
вать атмосферный воздух раздельно от сжигания топлива. Смеши-
вание продуктов горения с ионизированным газом происходит
в самой печи, за пределами горелок. В факеле горелки происходит
220
как бы дожигание продуктов горения с одновременным повыше-
нием светимости факела за счет присутствия ионизированных ча-
стиц воздуха.
При данном способе отопления мартеновской печи поток воз-
духа перед подачей его в рабочее пространство печи пропускают
через безэлектродный разряд. Разряд ограничен индуктором и под-
держивается за счет высокочастотного электромагнитного поля.
Нагрев воздуха происходит до 2000—20 000° С в зависимости от его
Рис. 76. Высокочастотная установка с встроенным про-
граммным устройством
расхода и передаваемой электрической энергии. Нагретый до вы-
соких температур воздух не контактирует с футеровкой воздухо-
провода, так как поток отжат от стенок магнитным полем. Это пре
дохраняет футеровку от преждевременного разрушения.
Характер движения газа в печи организуют таким образом,
что факел мазутной или газовой горелки мартеновской печи охва-
тывается ионизированным потоком газа над зеркалом ванны. Под
воздействием ионизированного газа факел приобретает более
высокую температуру, чем температура горения топлива, а тепло-
вой поток от факела к ванне значительно увеличивается в соот-
ветствии с законом Стефана—Больцмана.
Этот способ позволяет в случае необходимости полностью от-
казаться от применения топлива, в таком случае роль теплоноси-
теля и окислителя будет выполнять ионизированный воздух, на-
гретый в газовом безэлектродном разряде до оптимальной темпе-
ратуры. Следует отметить, что эффективность безэлектродного
221
разряда как излучающего тела с увеличением мощности в разряде
и повышением температуры разряда увеличивается, а к. п. д. стре-
мится к 1. В то же время эффективность дугового разряда как из-
лучающего тела с увеличением мощности в разряде и повышением
температуры уменьшается, а к. п. д. падает до 0. Эта зависимость
вытекает из уравнения теплового баланса [24]
Z = Н (Т)“> + L,
где Z — подводимая электрическая мощность; Н (Т) —энтальпия
плазмы; а — расход газа; L — интенсивность теплового потока
на анод. ,
Температура дугового плазматрона ограничивается числен-
ным значением порядка 7000° С, причем максимально достижимой
температурой является та, при которой тепловые потери на анод
почти равны подводимой электрической мощности.
Таким образом, дуговой плазматрон будет работать сам на
себя. Воздух, как и любой другой технологический газ, получае-
мый при помощи безэлектродного высокочастотного разряда, не
зависит от реакции горения, поэтому процесс мартеновской плав-
ки можно регулировать в широких пределах, изменяя количество
вводимого ионизированного газа в соответствии с теплопоглощаю-
щей способностью ванны. Это повышает производственный к. п. д.
мартеновской печи и снижает расход топлива.
К настоящему времени разработан целый ряд дуговых горелок,
в которых совмещены методы использования химической энергии
топлива и электрической энергии переменного тока. В результате
получают высокотемпературный газовый поток с большим содер-
жанием теплоты и температурой до 3300° С. Дополнительный ввод
электроэнергии способствует значительному увеличению общей
теплоты продуктов сжигания топлива, однако температуры полу-
чаются относительно умеренными.
Такие горелки не находят практического применения в мар-
теновском процессе ввиду конструктивной сложности и несовер-
шенства технологических приемов. Промышленное использование
безэлектродных высокочастотных газовых горелок было ограничено
в основном двумя причинами: сложностью непрерывного поддер-
жания газового разряда и ограниченными способами возбуждения
разряда при высоких давлениях. Трудности эти преодолены пол-
ностью. Газовый безэлектродный разряд мощностью от десятков до
сотен киловатт сейчас может поддерживаться сколь угодно долго,
а его возбуждение при атмосферном давлении не представляет
труда. Вопросы возбуждения и поддержания высокочастотного
разряда следует рассматривать в связи с использованием их в про-
изводстве.
Интересно узнать, возможно ли использовать индукционный
нагрев на всех этапах мартеновской плавки. Скоростная плавка
как один из современных методов совершенствования плавильного
процесса занимает в этом случае особое место. Она повышает про-
222
изводительность мартеновского цеха на 25—30%, улучшает ка-
чество и сортность литья, снижает брак сталелитейного произ-
водства и позволяет поддерживать плавильные агрегаты на пре-
дельном температурном режиме. На удовлетворение этих показа-
телей направлены мероприятия по более широкому использованию
индукционного нагрева в литейном производстве.
Как известно, для скоростной плавки характерен такой тепло-
вой режим, при котором удельная производительность для кон-
струкционной углеродистой стали достигает не менее 7—10 т
в сутки с одного квадратного метра площади пода печи. Организа-
ция труда плавильщиков должна быть такой, чтобы обеспечить
заданный тепловой режим на всех этапах плавки. Заправка печи
может сократить время плавки на 20 —30 мин. Для этого запра-
вочные материалы (магнезитовый порошок, доломит и т. д.) мо-
гут быть предварительно подготовлены и нагреты, например в га-
зовом безэлектродном разряде или индукционной муфельной печи
с многозонной температурной атмосферой. Заправка горячих
заправочных материалов с предварительной продувкой отверстий,
ям и «застоев» горячим воздухом сразу после выпуска предыдущей
плавки является предварительным условием скоростной плавки.
Компрессорный воздух, предварительно подогретый в высоко-
частотной установке для ионизации газов и используемый в ста-
дии заправки, поддерживает температурный режим печного про-
странства на высоком уровне, достаточном для ускоренного выпол-
нения завалки шихтовых материалов. Этот этап плавки является
одним из главных и так же, как и заправка, должен выполняться
в сжатые сроки.
Ускорение периодов завалки и плавления позволяет получить
к моменту расплавления ванны металл с меньшим содержанием
газов. Быстрая завалка в то же время может резко изменить тем-
пературный режим плавильного пространства, остудить ванну и
надолго затянуть плавку. И в этом случае практикуют предвари-
тельный нагрев шихтовых материалов, который может осуществ-
ляться в индукционных печах, расположенных на вспомогательных
участках (на шихтовом дворе или в копровом цехе), или выполне-
нием двух- или многованных плавильных агрегатов с перевалкой
шихтовых материалов последовательно из одной ванны в другую
с наращиванием температуры завалки.'
Практика показывает, что задержка завалки средней мартенов-
ской печи на 30 мин удлиняет продолжительность плавки до двух
часов. Прогрев шихты, выполненной вне печной зоны, когда воз-
можен ее быстрый индукционный нагрев, становится вне конку-
ренции, сокращает время плавки и увеличивает процент годного
литья.
Необходимость в последовательной завалке железной стружки,
мелкого чистого скрапа, извести, известняка, железного лома,
железной руды, боксита и передельного чугуна предполагает не-
прерывность процесса, включая раскисление и разливку. Такой
223
процесс возможен в электропечах, где особые надежды можно
возлагать на индуктивно-плазменные печи.
Быстрое расплавление шихты возможно с интенсификацией
плавильного процесса, как показано выше. В связи с возможностью
перегрева свода в этот период плавки индуктивно-плазменную
высокочастотную установку желательно располагать непосред-
ственно на своде печи (с внешней стороны), а свод охлаждать водо-
защитным козырьком. Такие конструкции существуют.
В период плавки металла анализ проб в экспресс-лаборатории
можно ускорить, используя для этого выплавку образца в индук-
тивно-вакуумной установке с комплексом газоанализатора, рас-
положенного в непосредственной близости от плавильного участка.
Доводка и раскисление стали — не менее важные этапы в пла-
вильном процессе. Они также в значительной степени могут быть
усовершенствованы. Период раскисления плавки влияет на каче-
ство стали и по некоторым представлениям неможетбыть сокращен.
Для современных сплавов в процессе плавки добавляют жаро-
стойкие легирующие присадки, которые при существующей тем-
пературе плавильного пространства полностью не реагируют, что
вызывает увеличенный их расход. Кроме того, сталь по химиче-
скому составу может не соответствовать заданной марке. ,
Присадки, предварительно нагретые до температуры, близкой
к температуре плавки, или полностью расплавленные и добавлен-
ные в ванну или в ковш в процессе разливки (в зависимости от
принятого технологического процесса), в значительной! мере по-
вышают качество плавки, экономят дорогостоящие материалы и
снижают стоимость слитков. Такой нагрев присадок или расплав-
ление непосредственно, например в ковше индукционной печи,
становится больше нормой, чем пожеланием.
Развитие электротермических процессов и широкое внедрение
индукционного нагрева на разных этапах металлургического про-
изводства приведут в последующем к тому, что такие процессы,
как мартеновская плавка и ей подобные, видоизменятся и пере-
станут существовать в прежнем виде.
Существенному водоизменению подвергается и чугуно-литейное
производство. Доля коксогазовых вагранок у нас в стране и за
рубежом постоянно сокращается, а процент индукционных пла-
вильных агрегатов для получения высококачественного чугуна
увеличивается.
Индукционные печи имеют много преимуществ по сравнению
с вагранками и повсеместно их вытесняют [5]. Все же совершен-
ствование конструкций вагранок, особенно газовых, и некоторых
технологических приемов нагрева завалки (металла) позволяет
утверждать, что их применение при плавке чугуна будет доста-
точно продолжительным'и материалоемким. Необходимо отметить,
что в черной металлургии, примыкающей, в частности, к тракторо-
строению, усилия направлены на разработку и внедрение комби-
нированных плазменно-газовых вагранок, способных использовать
224
остаточную ваграночную теплоту и обеспечивать любой заданный
состав плавки.
Создание принципиально новых плавильных агрегатов является
характерной чертой современной металлургии. Наряду с плавиль-
ными агрегатами совершенствуются методы транспортировки рас-
плавленного металла — одной из самых отсталых операций. Пере-
нос расплавленного металла в открытых ковшах, разливка ручная,
механизированная полунепрерывная и непрерывная в литейные
формы до сих пор остались очень трудоемкими и опасными. Раз-
работаны, действуют и в недалеком будущем получат распростра-
нение линии транспортировки расплавленного металла от печи до
Рис. 77. Профиль закаленного слоя шестерни тиристорным пре-
образователем частоты на 4 и 8 кГц
разливочной формы по трубопроводам без промежуточного пере-
лива в ковш. Насосы для расплавленных металлов действуют на
принципе взаимодействия бегущего магнитного поля с жидким
металлом. За счет магнитоэлектрического эффекта связи металл—
токопровод расплав движется поступательно в заданном направ-
лении. Других движущихся и быстро изнашивающихся элементов
в установках нет, что делает их особенно надежными. Дополни-
тельно к простоте и удобствам в таких транспортных насосах
удается получить чистый металл при разливке, так как в трубо-
проводах за счет того же электромагнитного поля происходит
разделение собственно металла и шлака.
Необходимо отметить, что способы индукционного нагрева
в современном машиностроении становятся все более управляе-
мыми, контролируемыми и универсальными. Им присущи интен-
сификация процесса и комплексная механизация. Вместе с тем
не следует забывать, что современная электротермия выросла из
прикладной радиотехники и стала самостоятельной ветвью в силу
разнообразного применения и больших объемов. Суммарные мощ-
ности электротермических устройств огромны, намного превышают
225
Мощности радиопередающих устройств и имеют тенденцию к росту,
как видно из практических примеров. Это позволяет высказать
мысль, возможно спорную, о том, что в дальнейшем радиотехника
и электротермия смогут иметь общие конструктивные и функцио-
нальные узлы для их совместной работы с высоким коэффициентом
использования. Что может под этим подразумеваться?
Источники питания, в частности высокочастотные генераторы,
преобразователи и т. п., в зависимости от цикличности нагрузки
могут работать как излучатели на антенну или как нагреватели
Рис. 78. Установка прокатного стана с автоматизированным индукцион-
ным нагревом:
1 — склад слитков; 2 —• нагревательные печи; 3 — обжимная клеть; 4, 6, 15, 17 —
агрегат резки проката; 5 — клеть для проката заготовок; 7,8 — основной и вспомо-
гательный транспортеры; 9, 16 — холодильники; 10, 19 ~ термические печи; 11 —
склад заготовок; 12 — печь для догрева заготовок; 13 — печи для первичного на-
грева заготовок; 14 — прокатные клети; 18 — транспортеры; 20 — агрегат правки;
21 — карманы для уборки готовой продукции
на индуктор, а в некоторых случаях и комбинированно: радио-
передающее устройство—нагреватель. В связи с тем что настройка
колебательных контуров в обоих случаях имеет принципиально
одинаковый характер, несмотря на разное назначение, очевидно,
станет возможным использование оборудования.
Известно, что при работе высокочастотного устройства с раз-
ной технологией нагрева в результате изменения параметров схемы,
и особенно параметров нагрузки, частота генерируемых коле-
баний изменяется в больших пределах. Для ламповых генераторов
2Д/ = 0,15/о и требуется стабилизация несущей частоты [33, 38].
В этом случае из двух основных методов, а именно создания много-
каскадного лампового генератора с независимым возбуждением
и генератора с самовозбуждением и автоматической подстройкой
частоты (АПЧ), трудно выбрать лучший.
Эти же вопросы встанут особенно остро в связи с разработкой
и внедрением в электротермию тиристорных и других статических
226
преобразователей, частота генерации которых постоянно возра-
стает (рис. 77), а объем использования расширяется.
Принципы конструирования, принятые в радиотехнике, неиз-
менно будут присутствовать при разработке многих электротерми-
ческих процессов, а в ряде случаев будут совмещаться и по испол-
нению. Здесь трудно даже кратко перечислить возможные области
применения индукционного нагрева, в том числе и в машинострое-
нии, так как с каждым годом они приобретают все более разно-
образные формы (рис. 78). Можно надеяться, что за электротермией,
и в частности за индукционным нагревом в промышленности, —
будущее всей промышленной энергетики.
От уровня развития энергетики зависит состояние экономики
страны и любого из конкретно взятых предприятий. Одним из
основополагающих критериев оценки состояния энергетики яв-
ляется коэффициент полезного использования топливно-энерге-
тических ресурсов КПИтэр. До настоящего времени он остается
сравнительно низким (30—40%), а потери эквивалентных энерго-
ресурсов огромны.
Кузнечно-штамповочное производство, прокатное и другие,
в которых используется электронагрев, имеют большие резервы
вторичного использования энергоресурсов. Совершенствование
устройств для нагрева, позволяющих утилизировать электриче-
ские потери в токоведущих частях, остаточную теплоту обрабаты-
ваемых деталей и узлов, отходы хладагентов (воды, масла), ста-
новится насущной проблемой. Некоторые предприятия разра-
батывают в этом направлении перспективные планы.
Примерный расчет показывает, что организационная и техно-
логическая структура, например кузнечно-штамповочного цеха,
выполненная с учетом достижений науки и техники, позволяет
иметь годовую экономию энергоресурсов, в частности электро-
энергии, около 60 млн. кВт-ч при работе среднего кузнечно-
штамповочного цеха с годовой программой 40 тыс. т. штамповок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Бабат Г. И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение.
М. — Л.: Энергия, 1965. 552 с.
2.	Бамунэр А. В. Автоматическое регулирование процесса высокочастотного
нагрева. М. — Л.: Машиностроение, 1965. 60 с.
3.	Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. Госэнерго-
издат, 1961. 196 с.
4.	Будников П. П., Стурман В. К- Исследование свойств магнезитохромито-
вых огнеупоров с повышенным содержанием СаО. — В кн.: Огнеупоры, 1967,
№ 6, с. 71—74.
5.	Вайнштейн С. М. Применение в чугунолитейных цехах индукционных
печей вместо вагранок. Ии-т черметииформации, 1973, вып. 1.2 с. (Серия 17.
Служба и ремонт механического оборудования иа металлургических заводах).
6.	Вологдин В. В. Пайка и наплавка при индукционном нагреве. М. — Л.:
Машиностроение, 1965, вып. 3. 52 с. (Библиотечка высокочастотника-термиста).
7.	Вопросы теории плаЗмы/Под ред. М. А. Леонтовича. М.: Гос. изд-во ли-
тературы по атомной науке и технике, 1963, вып. 1. 284 с.
8.	Высокочастотная электротермия: Справочник/Под ред. А. В. Донского.
М. — Л.: Машиностроение, 1965. 307 с.
9.	Гилод В. Я- Сжигание мазута в металлургических печах. М.: Металлур-
гия, 1973. 244 с.
10.	Головин Г. Ф., Замятин М. М. Высокочастотная термическая обработка:
Вопросы металловедения и термообработки. 2-е изд., доп. и перераб. Л.: Ма-
шиностроение, 1968. 215 с.
11.	Дальский Г. Н. Индукционный нагрев металла под пластическую дефор-
мацию. — Промышленное применение ТВЧ, 1967, с. 27—36 (Тр. ВНИИ ТВЧ,
вып. 8).
12.	Дмитриев А. В. Перспективы исследований в области промышленного
применения ТВЧ. — Промышленное применение ТВЧ. 1967, с. 19—24 (Тр.
ВНИИ ТВЧ, вып. 8).
13.	Донской А. В., Рамм Г. С., Вигдорович Ю. Б. Высокочастотные элек-
тротермические установки с ламповыми генераторами. Л.: Энергия, 1974 . 208 с.
14.	Евангулова Е. П., Головин Г. Ф. Закалка стальных стержней при ин-
дукционном иагреве с использованием остаточного тепла. — Промышленное
применение ТВЧ, 1966, с. 201—213 (Тр. ВНИИ ТВЧ, вып. 7).
15.	Инструкция по соединению жил проводов и кабелей с контактными за-
жимами выводов электрооборудования. Энергия, 1974 . 38 с.
16.	Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной
плазме. М.: Наука, 1965. 286 с. (АН СССР, Ии-т нефтехимсиитеза).
17.	Леванов В. П., Кущ Э. В. Усталостная прочность зубчатых колес, за-
каленных токами высокой частоты. — Промышленное применение ТВЧ. Л.:
Машиностроение, 1958, с. 86—90 (Тр. ВНИИ ТВЧ, вып. 9).
18.	Лозинский М. Г. Промышленное применение индукционного иагрева.
М.: Изд-во АН СССР, 1958. 471 с.
19.	Лэнди Р., Дэвис Д., Альбрехт А. Справочник радиоинженера. М. —Л.;
Госэиергоиздат, 1961, 704 с.
228
20.	Малашкевич Е. А., Кокошек В. Г., Цивкин М. Л. Внедрение высоко-
производительных методов обработки деталей гидромеханизмов трактора
К-700. — Машиностроение и металлургия, 1971, вып. 3, с. 165—175.
21.	Мейнке X., Гундлах Ф. В. Радиотехнический справочник. М. — Л.:
Госэиергоиздат, 1960. Т. 1. 605 с.
22.	Методика определения экономической эффективности использования
в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских пред-
ложений. М.: Изд-во АН СССР, 1977. 46 с.
23.	Натанзон Е. И- Индукционный нагрев в автомобилестроении. М.: Ма-
шиностроение, 1967. 124 с. (Из опыта Горьковского автозавода).
24.	Низкотемпературная плазма. — Тр. Международного симпозиума по
свойствам и применению низкотемпературной плазмы, 1967. 631 с.
25.	Норицын И. А. и др. Автоматизация и механизация технологических
процессов ковки и штамповки. М.: Машиностроение, 1967. 388 с.
26.	Орловский А. Г. Опыт Московского автомобильного завода им. И. А. Ли-
хачева по применению индукционного сквозного иагрева для штамповки, ковки,
высадки. — Промышленное применение ТВЧ. Л., 1972, с. 120—125 (Тр. ВНИИ
ТВЧ, вып. 12).
27.	Павлюк В. П., Трекало Ю. М., Чепцов А. М. и Седов В. В. Зуботоченте
шлицевых валов трактора К-700. — Машиностроение и металлургия, 19’1,
вып. 3, с. 179—189.
28.	Пименов В, И. Высокочастотная лабораторная установка мощное ью
2,5 кВт для нагрева ионизированного газа.—Электротермия, 1964, вып. 35,
с. 24—26.
29.	Пименов В. И., Сидоренко В. Д. Безэлектродиый газовый разряд в вы-
сокочастотном поле и его влияние на режим работы лампового генератор'. —
Электротермия, 1966, вып. 50, с. 31—33.
30.	Плазмеино-индукциоиная печь. Киев: Изд-во АН УССР, 1974. 4 с.
(Ин-т проблем литья).
31.	Разработка процесса термической обработки сателлитов трактора
К-700/Н. В. Зимин, Э. В. Кущ, К. И. Сергеева и В. И. Смирнов. — Промышлен-
ное применение ТВЧ, 1965, с. 70—87 (Тр. ВНИИ ТВЧ, вып. 6).
32.	Рыскин С. Е., Шамов А. Н. Индукционный нагрев в кузнечных и прокат-
ных цехах. — Промышленное применение ТВЧ, 1963, с. 5—21 (Тр. ВНИИ ТВЧ,
вып. 4).
33.	Сидоренко В. Д, Стабилизация частоты ламповых генераторов для ин-
дукционного нагрева. — Электротермия, 1963, вып. 11, с. 37—43.
34.	Сидоренко В. Д., Грибов С. Л. Индукционный нагрев заготовок в усло-
виях кузнечного производства Кировского завода: Машиностроение и метал-
лургия. Сборник статей Кировского завода, 1971, вып. 3, с. 205—212.
35.	Сидоренко В. Д., Грибов С. Л., Вартанов А. В. Регулирование режима
индукционных нагревателей. — Применение токов высокой частоты: Тезисы
докладов 7-й Всесоюзной конференции НТО Машпрома, 1971, с. 31—32.
36.	Сидоренко В. Д. Использование высокочастотного безэлектродиого раз-
ряда в процессе получения окислов азота. — Применение токов высокой частоты
в электротермии: Тезисы докладов 7-й Всесоюзной конференции НТО Маш-
прома, 1971, с. 99—100.
229
37.	Сидоренко В. Д., Пименов В. И. Индукционные горелки для ионизации
газов и устойчивость разряда в них. —Электротермия, 1968, вып. 71, с. 54—59.
38.	Сидоренко В. Д., Пименов В. И. Ламповые генераторы для ионизации
газов. — Электротермия, 1969, вып. 86, с. 26—29.
39.	Система организации труда и заработной платы регламентированного
обслуживания автоматической линии комплексными бригадами на заводах
автомобильной промышленности. М.: 1974. 139 с.
40.	Соколов К- Н. Оборудование термических цехов. Москва — Сверд-
ловск: Машгиз, 1957. 420 с.
41.	Солодухин А. Г. Экономическое обоснование выбора технологического
процесса термической обработки. М.: НТО Машпрома, 1961. 31 с.
 42. Термическая обработка металлов. Тематический отраслевой сборник.
М.: Металлургия, 1977, № 5. 98 с.
43.	Тиристоры. Технический справочник/Под ред. В. А. Лабунцова и др.
М.: Энергия, 1971. 292 с.
44.	Тиристорные регуляторы возбуждения для высокочастотных машинных
генераторов/А. В. Бамунэр, Д. А. Гитгарц, И. М. Филановскнй и Л. А. Яков-
влев. —Промышленное применение ТВЧ, 1969, с. 256—262 (Тр. ВНИИ ТВЧ,
вып. 10).
45.	Фарбман С. А., Колобнев И. Ф. Индукционные печи для плавки метал-
лов и сплавов. 5-е изд., доп. и перераб. М.: Металлургия, 1968. 494 с.
46.	Фрикционные механизмы с сульфоцианированными парами трення/Под
ред. А. В. Криулниа. Л.: Машиностроение, 1972. 168 с.
47.	Шамов А. Н., Бодажков В. А. Проектирование и эксплуатация высоко-
частотных установок. 2-е изд., доп. и перераб. Л.: Машиностроение, 1974. 280 с.
48.	Электротермическое оборудование: Справочник/Под ред. А. П. Альт-
гаузена, М. Г. Шевцова. М.: Энергия, 1967. 552 с.
49.	Яицков С. А. Ускоренный изотермический индукционный нагрев куз-
нечных заготовок. М.: Машгиз, 1972. 96 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................................................   3
Глава I. Область применения индукционного нагрева в машино-
строении	................................................................ 5
1.	Классификация оборудования	для индукционного нагрева. .	—
2.	Основы применения устройств для индукционного нагрева в про-
изводственных условиях....................................... 10
3.	Эксплуатационные характеристики средств индукционного на-
грева н повышение моторесурса тракторных деталей, обработан-
ных т. в. ч.................................................. 28
Глава II. Индукционный нагрев металлов в заготовительном произ-
водстве ................................................................. 35
4.	Особенности	индукционного	нагрева	и	оборудования............... —
5.	Нестандартные нагревательные	средства......................... 41
Глава III. Индукционный нагрев металлов в кузнечном и инструмен-
тальном производстве..................................................... 52
6.	Нагрев заготовок при штамповке тракторных деталей.............. —
7.	Нагреватели под пластическую деформацию....................... 61
8.	Станки и поточные линии для нагрева металла перед пластиче-
ской деформацией............................................. 69
9.	Индукционный нагрев металлов в инструментальном производ-
стве ........................................................ 83
10.	Плавка чугуна и стали......................................... 87
11.	Плавка цветных металлов и плавка в вакууме.................... 93
12.	Состав футеровки.............................................. 95
13.	Способы получения огнеупорной футеровки....................... 98
Глава IV. Термообработка тракторных деталей............................. 104
14.	Закалка углеродистых и высоколегированных сталей............... —
15.	Особенности нагрева тел различной формы....................... ПО
16.	Изменение свойств стали в зависимости от термообработки . . .	121
17.	Закалочные среды............................................. 132
18.	Специальные станки и автоматы для термообработки трактор-
ных деталей................................................. 137
Г л а в~а V. Особенности эксплуатации электротермического оборудова-
ния в машиностроительном производстве................................... 154
19.	Применение электротермического оборудования в поточно-
групповых линиях................................................ —
20.	Высокочастотные установки с ламповыми генераторами. Тири-
сторные преобразователи	частоты........................... 172
21.	Линии передачи электроэнергии............................. 180
Глава VI. Организация службы ремонта и обслуживания электротер-
мического оборудования в условиях	машиностроительного производства 195
22.	Участок по ремонту и изготовлению индукторов................... —
23.	Система планово-предупредительного ремонта высокочастот-
ных установок для электротермии............................. 205
Глава VII. Перспективные области применения индукционного
нагрева в машиностроении и металлургии.................................. 211
24.	Нагрев металлов и газов токами высокой частоты................. —
Список литературы....................................................... 228
231
г
г
с
а
л
п
Л

г<
в.
В1
л<
pt
Чс
rQ	ИБ № 2439
Виктор Дмитриевич СИДОРЕНКО
ПРИМЕНЕНИЕ
ИНДУКЦИОННОГО
НАГРЕВА
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Редактор Р. Н. Михеева
Художественный редактор С. С. Венедиктов
Технический редактор Т. Н. Витошинская
Корректор 3. С. Романова
Обложка художника А. Ф. Каширских
Сдано в набор 02.04.80. Подписано в печать
20.10.80. М-40227. Формат GOXOOVie- Бумага
типографская № 2. Гарнитура литературная.
Печать высокая. Усл. печ. л. 14,5. Уч.-изд. л. 15,97.
Тираж 7500 экз. Заказ 150. Цена 95 коп.
Ленинградское отделение издательства «Маши-
ностроение», 191065, Ленинград, Д-65, ул. Дзер-
жинского, 10
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградского объединения
«Техническая книга» им. Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном коми-
тете СССР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли. 193144, Ленинград, ул.
Моисеенко, 10.