загартованого шару складе:
2.2 Вибір частоти
Вибір частоти при загартуванню проводиться виходячи з необхідності отримання високого ККД процесу нагрівання при забезпеченні необхідної глибини загартованого шару. При глибині загартованого шару доцільно використовувати середні частоти із застосуванням машинних перетворювачів частоти, при використовуються лампові перетворювачі.
Так як глибина загартованого шару в нашому випадку становить, отже, вибір частоти слід вести серед лампових перетворювачів.
Оптимальна частота при поверхневому нагріванні визначається зі співвідношення:
(2.2)
де - глибина загартованого шару, м.
Отже
Згідно з даними довідника випускаються промислові лампові генератори мають робочу частоту 25000 Гц, 66000 Гц, 250000 Гц, 440000 Гц. Так як за технологією необхідно щоб глибина загартованого шару лежала в межах, а чим більше частота, тим менша глибина загартованого шару, тому для досягнення кращих результатів гарту приймаємо.
2.3 Тепловий розрахунок
Глибина проникнення струму в сталь визначається за формулою
(2.3)
де - частота, Гц.
Тоді глибина проникнення струму
і
Приймаємо орієнтовно величину магнітної проникності шару, нагрітого до температури нижче точки Кюрі, тоді отримаємо параметр m рівний:
По таблиці довідника знаходимо значення параметра М, залежного від і. М=0,902. Звідси знаходимо:
) Глибину активного шару:
2) Відносну глибину активного шару:
3) Відносну глибину розглянутого шару:
Задаємося значенням критерію Фур'є. Тоді по таблиці довідника визначаємо і. Тоді
Отже, час нагрівання вироби може бути знайдено за формулою:
(2.4)
де - температура поверхні виробу, 0С;
- кінцева температура нагріву вироби, 0С;
- критерій Фур'є.
Температура поверхні виробу визначається за формулою:
Приймаються температуру поверхні виробу рівний:
Тоді час нагріву вироби:
У нашому випадку:
Отримане значення досить близько до заданого.
Значення коефіцієнта температуропровідності визначається за формулою:
(2.5)
де - теплопровідність стаЧи,;
- середня теплоємність матеріалу виробу,;
- щільність матеріалу вироби,.
Таблиця 2.1. Значення середніх фізичних параметрів стали 40Х
,,, 28,40,5287744
Використовуючи дані таблиці 2.1 визначимо коефіцієнт температуропровідності:
Виходячи з отриманого значення критерію Фур'є і коефіцієнта температуропровідності визначимо час нагрівання вироби до необхідної температури за формулою:
(2.6)
де - критерій Фур'є;
- коефіцієнт температуропровідності,;
- радіус гартувати вироби,.
Питома потужність визначається за формулою:
(2.7)
де - теплопровідність сталі,;
- температура поверхні виробу, 0С;
- діаметр гартувати вироби,.
З урахуванням витоку тепла в осьовому напрямку питома потужність складе:
2.4 Електричний розрахунок
Діаметр і ширину індуктора приймають по заданих розмірах деталі:
(2.8)
(2.9)
де - Діаметр індуктора, м;
- діаметр гартує деталі, м;
- ширина індуктора, м;
- довжина гартує деталі, м;
- величина зазору між індуктором і деталлю, м.
Приймаються величину зазору h між індуктором і деталлю рівний 3 мм, знаходимо діаметр індуктора
Ширина індуктора (тобто ширина оброблюваної поверхні)
Товщину стінки трубки для виготовлення індуктора визначаємо з умови мінімуму втрат, де - глибина проникнення струму в мідь, яка визначається за формулою:
(2.10)
де - питомий опір,;
- частота, Гц.
Так як для міді при 50оС величина, то
Звідси
Приймаються товщину стінки трубки.
Визначимо розрахунковий діаметр деталі
(2.11)
де - глибина активного шару,.
Отже,
Коефіцієнт самоіндукції визначається з співвідношень
(2.12)
(2.13)
де і - коефіцієнти самоіндукції нескінченно довгої циліндричної деталі і циліндричної деталі кінцевої довжини, відповідно, Гн;
- довжина гартує деталі, м;
- діаметр гартує деталі, м;
- поправочний коефіцієнт.
Значення поправочного коефіцієнта знаходимо з довідкової таблиці [11] .При відношенні величина.
