2.2.2. Расчет электронагревателей.

Расчет электронагревателей печи производится в следующей последовательности:

1. Определяется рабочая температура нагревателя , которая берется примерно на 100°С выше конечной температуры нагреваемой заготовки.

t_Р= t^к_м +100°

2. Устанавливается марка материала, пригодного для изготовления нагревательных элементов, затем определяется удельное электросопротивление нагревателей (таблица 18).

3. Рассчитывается поверхностная мощность идеального нагревателя:

д_ид = έ С_О[(Т_Н /100)⁴ -( Т_м /100)⁴]

Т_Н, Т_м –температуры печи и металла, К

4. Выбирается тип нагревателя и определяется удельная поверхностная мощность выбранного нагревателя.

5. Выбирается схема включения нагревателей в электрическую цепь и рассчитывается величина фазового напряжения:

для схемы включения «треугольником»:

U^тр_ф=U_с

для схемы включения «звездой»:

U^зп_ф=U_с/√3

6. Рассчитываются геометрические размеры: диаметр, длина круглых металлических нагревателей.

D =10^з √4ρ_н Р²/ π² U²_ф g_P)

D =0,1^з √2,5Р U²_ф /( π ρ_н g_P)

4. Определяется фазовая мощность одного нагревателя. При этом следует учитывать, что в случае использования трехфазного тока, фазовая мощность нагревателя будет в три раза меньше общей, Р_ф = Р/3

5. Устанавливается количество электронагревателей и схема расположения их в печи.

6. Схема установки нагревателей с указанием монтажных размеров приводится в графической части курсовой работы.

Расчеты нагревателей из карборунда (силит SiC) или дисцилипида молибдена (M0S12), применяемые при температурах рабочей камеры 1350 —1550 °С, проводятся аналогично.

2.3. Проектирование индукционных установок. Расчёт индукторов.

2.3.1 Определение геометрических размеров и тепловой мощности индуктора

Внутренний диаметр индуктора d₁ для нагрева цилиндрических заготовок и эффективный диаметр заготовок с квадратным поперечным сечением принимают равным, мм:

d₁ = (1.3—2) d_заг ,где

d_заг- эквивалентный диаметр заготовки (40)

Внутренний диаметр тепловой изоляции, мм

d₃= (1.1—1.2) d_заг зазор между индуктором и заготовкой должен быть не менее 10 мм. (41)

Длину индуктора в l мм, определяют по формуле:

1₁, = nl₂ + (1-2)d_заг, где (42)

l₂ - длина нагреваемой заготовки, мм.

Если длина индуктора, определенная расчетом, получается более 1000 мм, то целесообразно проектировать двухручьевой индуктор, в котором одновременно нагревается необходимое количество заготовок и обеспечивается нужный для работы штамповочного агрегата темп выдачи.

Средняя полезная мощность:

P_n=M₃(c_Kt_k-c_Ht_H) /t_H, (43)

где Мз = масса заготовки, с_к и с_н - теплоёмкость стали в конце и в начале нагрева, t_K и t_H - конечная и начальная температура нагрева.

Рис. 13. Принципиальная схема индукционной установки

1 – контактор, 2 – электродвигатель, 3 – генератор, 4 – понижающий трансформатор напряжения, 5 – индуктор, 6 – конденсаторная батарея, 7 – контактор.

2.4 Выбор температурного интервала нагрева под пластическую деформацию

При нагреве заготовок изменяются структура и свойства металлов.

В различных производственных процессах металл нагревают под обработку давлением и для различных видов термической обработки. Для получения изделий высокого качества необходимо правильно назначать температуры, до которых металл нагревается в тех или иных случаях.

При нагреве углеродистых сталей в целях правильного выбора температур следует пользоваться диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов, представленной на рис. 14.

Установлено, что пластическая обработка стали и других металлов протекает наиболее успешно после перекристаллизации в процессе нагрева - перестройки структуры в однофазное состояние, характеризующее одинаковым составом

Рис.14. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов с указанием предела нагрева перед горячим пластическим деформированием и термообработкой.

и свойствами всех зерен (кристаллитов). Однофазное состояние для стали соответствует области чистого аустенита. Эта область на диаграмме железо-углерод (рис. 12) обозначена цифрами III и V с нанесенными на ней кривыми предельных температур нагрева под пластическое деформирование 7, нормализацию 2, закалку 3 и отжиг 4.

В случае непродолжительного нагрева стали перед пластическим деформированием до температуры выше рекомендуемой, может образоваться крупнозернистая структура с низкими механическими свойствами металла. Это явление называется перегревом. Перегрев понижает качество поковок, так как крупное зерно способствует снижению пластичности. При сильном перегреве сталь становится не только крупнозернистой, но и лишается части углерода, который из нее выгорает, что сопровождается более глубоким обезуглероживанием стали. Склонность стали к перегреву зависит от ее химического состава, например, такие легирующие элементы, как алюминий, ванадий, вольфрам уменьшают перегрев. В отдельных случаях структура перегретой стали может быть восстановлена глубокой ковкой, при этом образовавшиеся крупные зерна дробятся и структура получается мелкозернистой. Другим способом восстановления структуры стали является соответствующая термическая обработка – изотермический или рекристаллизационный отжиг. Основное назначение отжига - получение равновесной структуры, поэтому при отжиге, как правило, детали охлаждают медленно. Углеродистые стали - со скоростью ~ 200 °С/час, легированные стали ~ 30-100 °С / час.

Нормализацией называют термическую обработку стали, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния и охлаждают на спокойном воздухе. В результате нормализации улучшается структура, уменьшаются внутренние напряжения, устраняются многие пороки, возникшие в процессе предшествующей обработки изделий. Твердость и прочность после нормализации выше, чем после отжига.

При длительной выдержке стали при температуре выше установленной для данной марки происходит окисление металла не только с поверхности, но и внутри, по границам зерен, с частичным их оплавлением. Вследствие этого сильно перегретая сталь по прочности не соответствует своей марке, и предел прочности ее может настолько понизиться, что в процессе обработки давлением появляются трещины и металл начинает разрушаться. Такой брак при нагреве называется пережогом. Этот вид брака является неисправимым и приводит сталь в полную негодность.

В табл. 2.1 приведены максимальная температура и теоретическая температура пережога различных сталей.

Таблица 2.1. максимальная температура нагрева под обработку давлением и теоретическая температура пережога различных сталей.

Сталь	Температура	Температура
	нагрева, °С	пережога, °С
Углеродистая:
1,5% С	1050	1140
1,1 %С	1080	1180
0,9 % С	1120	1220
0,7 % С	1180	1280
0,5 % С	1250	1350
0,2 % С	1320	1470
0,1 %С	1350	1490
Кремнемарганцевая	1250	1350
С 3 % содержанием никеля	1250	1370
С 5 % содержанием никеля	1270	1450
С 8 % содержанием хрома и никеля	1250	1370
Хромованадиевая	1250	1350
Быстрорежущая	1250	1380
Аустенитовая хромоникелевая	1300	1420

Температуру рабочего пространства печи выбирают несколько выше конечной температуры нагретого металла. Этот перепад называется температурным напором и составляет обычно 100-150 °С.