感应器零件淬火的技术要求 -凯时国际

       感应器的结构形式虽然很多，但是它们的基本要求是相同的。只要掌握感应加热的电磁基本理论，通过实践，就可以根据零件淬火的技术要求，制造出好用的感应器。

       感应器应符合以下要求：

       1.被加热工件表面各处的温度尽可能均匀。

       2.感应器损耗尽可能小，电效率尽可能高。

       3.冷却良好。

       4.制造简单，有足够的机械强度，操作使用方便。

       一、电磁转换的基本知识

       零件表面的感应加热，是通过感应器将高频电能转换成感应涡流来实现的。当高频电流通过感应器时，产生强大的高频磁力线，这些磁力线在穿过工件表面时，就会产生出感应涡流，涡流再转换成热能，使工件表面加热到淬火温度。

       一定尺寸的工件，其表面吸收功率的能力除了决定于频率、磁场大小外，还决定于零件的材料。同一尺寸的零件，由于铁磁性材料的导磁系数u较非铁磁性的大十几倍以至几十倍，因此铁磁性材料的加热速度要快得多。但是，当钢件加热到磁性转变温度（768度）以上或奥氏体状态时，磁性消失u=1，此时的加热速度将明显下降。

       在感应加热中，感应器与工件之间应留有足够的间隙（一般为2-5mm）。当感应器与工件中有间隙存在时，总有部分磁力线不经过零件表面而在间隙中通过，对零件不起加热作用，叫做漏磁，间隙越大，漏磁越严重。

       除了漏磁外，还有磁力线的逸散问题。磁力线的逸散，是指磁力线虽然穿过工件，经电磁转换成了热能，但这部分热能并未用于零件淬火的部分，而是加热了其它不应淬火的部分。在采用同时法加热外圆柱表面时，虽是内磁场加热，也有较轻的磁力线逸散。间隙愈大，则逸散愈严重，零件的热影响区越宽，增加了功率的无益损耗。

       采用外磁场加热时，磁力线的逸散更为严重。常采用导磁体，克服磁力线的逸散，它可以将零件表面的加热宽度限制在最小的范围内。

       二、高频电流的特性

       高频电流的特性，包括表面效应、邻近效应、圆环效应和尖角效应。

       1.表面效应在高频电流的特性中，表面效应是最基本的。

       它在感应加热中可用于两个方面：

       第一，是用在高频电流的输配电方面。在计算导体的截面时，应以电流流过的实际截面积来计算，不能用直流或工频的计算方法。频率足够高时，导体中心没有电流。为了节省材料，可用管状或薄板状材料制作导体。

       第二，是根据工件不同的淬硬层深度，选择高频电流的频率。

       2.邻近效应当两个载有高频电流的导体靠近时，如果电流方向相反，由于高频磁场的相互作用，高频电流集中在导体的相邻一面，这种现象，叫邻近效应。频率愈高，两导体靠得愈近，这种现象就愈严重。

       邻近效应不仅存在于高频电流的传输导体中，同时也存在于被加热的零件中，当工件在感应器中放置偏心时，就会造成温度不均，靠感应器近的部分加热快，而远的部分则加热慢。造成这种现象的原因，主要是靠近感应器的部分间隙小，磁阻小，磁力线发生偏聚所致。

       3.圆环效应大多数感应器做成圆环状。当高频电流通过圆环状的导体时，高频电流集中在导体的内侧，这种现象称为圆环效应。圆环效应对加热外圆柱面是十分有利的，因为这时圆环效应与邻近效应是完全一致的，感应器的最高效率可达85%圆环效应对加热内孔来说，却又是不利的。会使工件与感应器之间的有效间隙大为增加。又系采用外磁场加热，会使高频磁场的漏磁与磁力线的逸散更加严重，以致感应器效率急剧下降。

       4.尖角效应当形状不规则的工件置于感应器中加热时，带尖角或凸起部分的加热速度比其它部分快，这一现象叫做尖角效应。

       克服尖角效应的办法，是在感应器设计时，将工件的尖角或凸起部分的间隙适当增大，以使各部分的温度趋于均匀。

       三、导磁体的驱流作用及其应用

       导磁体对于减少磁力线的逸散和提高感应器的效率是十分有效的，它是内孔与平面感应加热中不可缺少的工具。利用其驱流作用可以改变高频电流与感应涡流的相对位置，使圆环效应与邻近效应相一致。感应器卡上导磁体后，磁力线将完全经过导磁体而形成闭合回路，从而在很大程度上减少磁力线的逸散，极大提高了内孔与平面感应器的效率。

       外圆表面感应器卡上导磁体后，限制了工件被加热的宽度，减少磁力线的逸散，也可略为提高这类感应器的效率。

       导磁体还可以用来强化局部加热。如常用来提高r角的淬火温度。

       四．感应加热的屏蔽原理及其应用

       在感应器的设计制造时，还应考虑到对相邻部位或不需要淬火部位采取屏蔽措施，不然在淬火时会导致不应有的淬火（或产生淬火裂纹），或回火软化。

       屏蔽有两种方法。一种是利用非磁性金属紫铜做成短路磁环。当磁力线穿过铜环时，便产生感应涡流，此涡流所产生的磁场方向与感应器正好相反，这样就抵消或消弱逸散的磁力线，以达到屏蔽的目的。另一种是利用铁磁材料（如硅钢片或低碳钢片）做成磁短路环。由于它们的磁阻较工件小，而逸散的磁力线优先通过短路磁环，就达到了屏蔽的目的。

       除此之外，也有一些其他需要屏蔽的部位（如轴上的键槽、油孔、装配孔等），也可打入铜销，以避免该处过热，产生淬火裂纹。