Beim Induktionsabschrecken handelt es sich um einen Abschreckprozess, der den thermischen Effekt nutzt, der durch den durch das Schmiedestück fließenden Induktionsstrom erzeugt wird, um die Oberfläche und lokale Teile des Schmiedestücks auf die Abschrecktemperatur zu erwärmen und anschließend schnell abzukühlen. Während des Abschreckens wird das Schmiedestück in einen Positionssensor aus Kupfer gelegt und an einen Wechselstrom mit fester Frequenz angeschlossen, um eine elektromagnetische Induktion zu erzeugen, die zu einem induzierten Strom auf der Oberfläche des Schmiedestücks führt, der dem Strom in der Induktionsspule entgegengesetzt ist. Der durch diesen induzierten Strom entlang der Oberfläche des Schmiedestücks gebildete geschlossene Kreis wird Wirbelstrom genannt. Unter der Wirkung des Wirbelstroms und des Widerstands des Schmiedestücks selbst wird die elektrische Energie an der Oberfläche des Schmiedestücks in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch sich die Oberfläche schnell bis zum Abschrecküberlauf erwärmt, woraufhin das Schmiedestück sofort und schnell brennt abgekühlt, um den Zweck der Oberflächenabschreckung zu erreichen.
Der Grund, warum Wirbelströme eine Oberflächenerwärmung bewirken können, wird durch die Verteilungseigenschaften des Wechselstroms in einem Leiter bestimmt. Zu diesen Merkmalen gehören:
- Hauteffekt:
Wenn Gleichstrom (DC) durch einen Leiter fließt, ist die Stromdichte über den gesamten Querschnitt des Leiters gleichmäßig. Wenn jedoch Wechselstrom (AC) durchfließt, ist die Stromverteilung über den Leiterquerschnitt ungleichmäßig. Die Stromdichte ist an der Oberfläche des Leiters höher und in der Mitte niedriger, wobei die Stromdichte von der Oberfläche zur Mitte exponentiell abnimmt. Dieses Phänomen ist als Skin-Effekt von AC bekannt. Je höher die Frequenz des Wechselstroms, desto ausgeprägter ist der Skin-Effekt. Das Abschrecken durch Induktionserwärmung nutzt diese Eigenschaft, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
- Näherungseffekt:
Wenn zwei benachbarte Leiter durch den Strom fließen und die Stromrichtung gleich ist, ist das induzierte Rückpotential auf der benachbarten Seite der beiden Leiter aufgrund der Wechselwirkung der von ihnen erzeugten magnetischen Wechselfelder am größten, und der Strom wird angetrieben die Außenseite des Leiters. Im Gegenteil, wenn die Stromrichtung entgegengesetzt ist, wird der Strom zur benachbarten Seite der beiden Leiter geleitet, d. h. zum inneren Fluss. Dieses Phänomen wird als Proximity-Effekt bezeichnet.
Während der Induktionserwärmung verläuft der induzierte Strom am Schmiedeteil immer in entgegengesetzter Richtung zum Strom im Induktionsring, sodass sich der Strom am Induktionsring auf die Innenströmung konzentriert und der Strom am erhitzten Schmiedeteil im Induktionsring liegt auf der Oberfläche konzentriert, was aus dem Proximity-Effekt und dem überlagerten Skin-Effekt resultiert.
Unter der Wirkung des Proximity-Effekts ist die Verteilung des induzierten Stroms auf der Oberfläche des Schmiedestücks nur dann gleichmäßig, wenn der Spalt zwischen der Induktionsspule und dem Schmiedestück gleich ist. Daher muss das Schmiedestück während des Induktionserwärmungsprozesses kontinuierlich gedreht werden, um die durch den ungleichen Spalt verursachten Erwärmungsungleichmäßigkeiten zu beseitigen oder zu verringern und so eine gleichmäßige Heizschicht zu erhalten.
Darüber hinaus ähnelt die Form des erhitzten Bereichs auf dem Schmiedestück aufgrund des Proximity-Effekts immer der Form der Induktionsspule. Daher ist es bei der Herstellung der Induktionsspule erforderlich, ihre Form der Form des Heizbereichs des Schmiedestücks anzunähern, um eine bessere Heizwirkung zu erzielen.
- Durchblutungseffekt:
Wenn Wechselstrom durch einen ringförmigen oder spiralförmigen Leiter fließt, nimmt aufgrund der Wirkung des magnetischen Wechselfelds die Stromdichte an der Außenfläche des Leiters aufgrund der erhöhten selbstinduktiven elektromotorischen Gegenkraft ab, während an der Innenfläche des Leiters die Stromdichte abnimmt Der Ring erreicht die höchste Stromdichte. Dieses Phänomen wird als Zirkulationseffekt bezeichnet.
Der Zirkulationseffekt kann die Heizeffizienz und -geschwindigkeit beim Erhitzen der Außenfläche eines Schmiedestücks verbessern. Dies ist jedoch für die Erwärmung der Innenlöcher von Nachteil, da der Zirkulationseffekt dazu führt, dass sich der Strom im Induktor von der Oberfläche des Schmiedestücks wegbewegt, was zu einer deutlich verringerten Heizeffizienz und einer langsameren Heizgeschwindigkeit führt. Daher ist es notwendig, magnetische Materialien mit hoher Permeabilität auf dem Induktor zu installieren, um die Heizeffizienz zu verbessern.
Je größer das Verhältnis der axialen Höhe des Induktors zum Durchmesser des Rings ist, desto ausgeprägter ist der Zirkulationseffekt. Daher ist der Querschnitt des Induktors am besten rechteckig; Eine rechteckige Form ist besser als eine quadratische und eine runde Form ist am schlechtesten und sollte so weit wie möglich vermieden werden
- Der Scharfwinkeleffekt:
Wenn die hervorstehenden Teile mit scharfen Ecken, Kanten und kleinen Krümmungsradien im Sensor erhitzt werden, ist die magnetische Feldliniendichte durch die scharfen Ecken und hervorstehenden Teile des Schmiedestücks größer, selbst wenn der Spalt zwischen dem Sensor und dem Schmiedestück gleich ist , die induzierte Stromdichte ist größer, die Heizgeschwindigkeit ist hoch und die Wärme wird konzentriert, was zu einer Überhitzung und sogar Verbrennung dieser Teile führt. Dieses Phänomen wird als Scharfwinkeleffekt bezeichnet.
Um den Effekt des scharfen Winkels zu vermeiden, sollte bei der Konstruktion des Sensors der Spalt zwischen dem Sensor und dem scharfen Winkel oder konvexen Teil des Schmiedestücks entsprechend vergrößert werden, um die Konzentration der magnetischen Kraftlinie dort zu verringern, so dass die Erwärmungsgeschwindigkeit und Die Temperatur des Schmiedestücks ist überall so gleichmäßig wie möglich. Die scharfen Ecken und hervorstehenden Teile des Schmiedestücks können auch in Fußecken oder Fasen umgewandelt werden, sodass der gleiche Effekt erzielt werden kann.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juli 2024
