185 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
185
материала при нагреве ТВЧ можно разбить на три этапа (рис. 3). На первом и третьем этапах матери-
ал является однородным: удельное электрическое сопротивление
э и относительная магнитная про-
ницаемость материала
в пределах слоя, где происходит выделение энергии, имеют одно значение.
На втором этапе нижние слои обрабатываемого материала обладают ферромагнитными свойствами, а
верхний слой, считается, что их уже потерял.
При обработке ВЭН ТВЧ форма источника в плоскости
YX
(т.е. в плоскости, которая пер-
пендикулярна активному проводу индуктора) представляет собой прямоугольник, стороны которого
определяются длиной l и шириной паза магнитопровода
b
(рис. 2). Распространение индуктивного
тока на поверхности обрабатываемого изделия будет определять распределение удельной мощности.
Вдоль оси
Y
распределение удельной мощности равномерно, а по оси
X
- определяется отношением
ширины паза магнитопровода
b
к величине зазора
между обрабатываемой деталью и активным
проводом индуктора.
Рис. 2. Общий вид зоны обработки при ВЭН ТВЧ
Распределение мощности по глубине материала (ось
Z
) в начале процесса нагрева ТВЧ, когда
не один слой материала не достиг температуры точки Кюри ТК (рис. 3, а), будет описываться зависи-
мостью:
z
Э
T
fT
eq Zq
) (
) (
0
0
) (
,
(1)
где
0
q
– мощность, выделяемая в поверхностном слое, устанавливается исходя из общего количества
подводимой энергии; величины
Э
и
рассчитываются для значения температуры
C T
0
20
. При
частоте
f
= 440 кГц глубина проникновения тока в холодный металл составляет порядка 0,04…0,10
мм, поэтому, и температура в первый момент времени будет увеличиваться лишь в поверхностном
слое на данной глубине. Как только во всех слоях стали (чугуна) на глубине
K
температура превы-
сит значение
K
T
(рис. 3, г) (конечная стадия нагрева), распределение мощности по глубине также оп-
ределяется по зависимости (1), только с соответствующим уровнем мощности на поверхности
K
q
и
значениями
Э
и
для температур превышающих
K
T
.
На втором этапе, когда температура поверхностного слоя достигнет значения
K
T
, его магнит-
ная проницаемость станет близкой к единице. Уменьшится и количество энергии, которое будет вы-
деляться в этом слое (рис. 3, б). Тепловая мощность, действующая в нём, будет соответствовать
уровню мощности для этого слоя на последнем этапе нагрева (рис. 3, г). Большая часть из оставшейся
энергии будет выделяться в более глубоких слоях, которые по-прежнему обладают ферромагнетиз-
мом. При этом
) (
Zq
также определяется по функциональной зависимости (1). Удельное электриче-
ское сопротивление
э и относительная магнитная проницаемость материала
принимаются для
значений текущей температуры этого слоя. Определение значения удельной мощности
1
q
будет про-
исходить с учетом потери части энергии в поверхностном слое. При данных условиях именно в слое
1
i
будет наблюдаться интенсивный рост температуры. Как только в этом слое температура станет
равной
K
T
– произойдет очередное перераспределение энергии по ранее описанному алгоритму (рис.