2000年以来の誘導加熱

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非鉄金属の誘導加熱の物理的性質は何ですか?

誘導加熱成形は、非常に複雑な幾何学的形状を迅速に形成できるほか、多数の金属粒子の流れと機械的性能の利点、押出と鍛造、繊維状粒子構造の形成も提供でき、亀裂の発生を防ぎ、衝撃と疲労特性を改善できます金属材料の一般的な温度熱間成形では、炭素鋼が最も一般的です。 しかし、アルミニウム、マグネシウム、チタン、超合金、および自動車、鉄道、航空宇宙などの産業で広く使用されているその他の非鉄金属の鍛造または押出部品に加えて、非鉄金属材料の需要も増加しています。

温度は、合金の成形性と高品質の製品を成形する能力に大きく影響します。 ほとんどの炭素鋼の熱間成形温度は通常約 1200 ~ 1300℃ (温間成形アプリケーションの温度ははるかに低い場合があります) ですが、非鉄金属合金のさまざまなグレードの目標温度は大きく異なります。 ほとんどのアプリケーションでは、顧客は単にワークピースの平均温度を上げることを要求するだけでなく、温度の均一性も重視します。 これらの温度均一性要件は、通常、一方向(たとえば、半径方向の均一性、縦方向の均一性など)または一般的に定義されます。 さらに、一部の成形用途では、加熱後に特定の温度不均一性を達成する必要があります。 たとえば、大型アルミニウム合金ブランクの等温順方向押出の成形プロセス中に等温条件を維持するには、通常、製品の品質と工具寿命を改善するために、特定の縦方向の温度勾配が必要です。

材料特性の実用上の重要性

アルミニウム、銅、銀、マグネシウム合金などの誘導加熱材料は、熱伝導率が比較的高いだけでなく、電気伝導率も高い (つまり、抵抗率が低い)。 したがって、交流によってもたらされる表皮効果は、これらの材料では非常に重要であり、誘導によって発生する熱は材料の表面近くに集中します。センサーと電磁界の半径方向電力密度。

加熱された材料の目標温度がその融点に近い場合、これらの材料の表面近くの磁束線密度もワークピースの端を過熱させます。 この現象は、ワークの端部での磁力線の歪みによって引き起こされます。 静的加熱システムでは、適切な周波数、電力密度、コイルの長さ、およびコイルの直径を選択することでこれを行うことができます。 この現象は、連続加熱中も注意が必要です。 ビレットはエンド ツー エンド システムから供給されますが、特定の一時的な生産条件下では明らかな電磁エンド エフェクトがあります。

材料に発生する温度勾配が大きな熱応力を形成するため、図 3 に示すように、ワークピースにクラックが形成されます。クラックの形成と伝播のリスクは、大きなワークピースが加熱された場合、またはワークピースが加熱された場合に特に顕著です。鋳造材料の気孔率と潜在的な不均一性により、この可能性が大幅に高まるため、微細構造は「鋳造」状態にあります。

これらの潜在的な問題のため、周波数、電力密度、加熱時間を選択する際、および加熱装置の設計と制御を行う際に、材料の局所的な過熱に対処する必要があります。

誘導加熱の電磁効率は、本質的に負荷 (ブランク、ロッド、チューブなど) の抵抗に関連しており、抵抗率の高い材料は加熱効率が高くなります。 上記の 6061 つの電力密度曲線の比較からわかるように、加熱プロセスの開始時に、アルミニウム XNUMX ブランクの単位長さあたりの合計誘導加熱電力は、ステンレス鋼ブランクの約 XNUMX 分の XNUMX です。これは、誘導加熱低抵抗合金の電磁効率が高抵抗材料の電磁効率よりも低いことを反映しています。 電磁誘導加熱は、このタイプの材料を加熱する他の方法に比べて、依然として大幅な効率上の利点を提供します。

アルミニウム、銅、銀、およびマグネシウム合金の電子特性によると、生産性の要件を満たすには、一般に比較的高い磁場強度が必要です。 電流の浸透深さを大きくするために、非常に低い周波数が使用されることがあります。 このとき、磁場強度は大きくなり、電磁力は非常に高くなります。 ブランクの連続加熱中、ブランクが最終コイル出口に接近して通過するとき、ブランクの端の磁場が歪む。 コイルの端部では、磁場の半径方向成分がブランクに大きな縦方向の力を及ぼします。 アルミニウム、マグネシウム、その他の非鉄合金は密度が低いため、摩擦も小さいです。 縦方向の力が摩擦力を超えると、ビレットはコイルから排出されます。 このような場合、この潜在的な危険を回避するために、追加の設計方法またはマテリアル ハンドリング スキームをコンピューター シミュレーションを通じて検討する必要があります。

上述のように、低周波電流の使用は、低抵抗材料を加熱するための多くの熱的利点を有する。 これらの熱的利点に加えて、より低い周波数はコイルの力率を大幅に増加させる可能性があります。 ただし、低周波数では、コイル電圧とコイル XNUMX ターンあたりの電圧降下が低く、コイル電流が非常に高くなり、コイル間の縦方向の電磁力の増加など、多くの潜在的な問題が発生する可能性があります。コイルの端で、高い伝送損失とロード マッチング テスト。 これらの欠点を回避するために、場合によっては多層コイルを使用することに大きな利点があります。

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