Устройства нагрева заготовок
Электронагревательные устройства отличаются от печей тем, что в них нагрев заготовок происходит не с поверхности, а изнутри. Распространены два типа электронагревательных устройств - индукционные и контактные.
Индукционные устройства
Индукционное электронагревательное устройств представляет собой индуктор - соленоид из медной трубки, намотанной на огнеупорную шамотную трубу. Соленоид подключают к генератору переменного тока или силовому трансформатору. Чтобы витки соленоида не нагревались, через него по трубам пропускают охлажденную воду.
При прохождении через соленоид переменного тока в индукторе образуется переменное электромагнитное поле. По закону электромагнитной индукции под действием этого поля в заготовке возникают вихревые токи, что ведет к выделению теплоты и нагреву заготовки до требуемой температуры.
Для питания индукционных нагревательных устройств служат машинные генераторы, а в последнее время все чаще применяют тиристорные преобразователи частоты тока, имеющие ряд преимуществ (более высокий КПД, надежность в работе, лучшие условия автоматизации, возможность установки без специального фундамента и др.), но требующие более квалифицированного обслуживания.
Достоинствами индукционного электронагревательного устройства являются малый угар металла (0,25 ... 0,4 %), отсутствие загрязнения атмосферы отходящими газами, легкость автоматизации загрузки и выгрузки заготовок и высокая производительность. Применяют эти нагревательные устройства в массовом производстве для нагрева коротких и длинных заготовок круглого, квадратного либо прямоугольного сечения, имеющих диаметр или сторону квадрата до 250 мм.
Особенно широко индукционные установки применяют для нагрева заготовок при штамповке на кривошипных горячештамповочных прессах, как обслуживаемых вручную, так и работающих в автоматическом режиме. Применение соответствующих средств автоматизации и промышленных роботов позволяет создавать автоматические горячештамповочные комплексы, в состав которых обычно входят автоматизированные установки индукционного нагрева заготовок.
Контактные устройства
В контактных электронагревательных устройствах нагрев заготовок осуществляется методом сопротивления за счет теплоты, выделяющейся при прохождении тока через заготовку, включенную последовательно в электрическую цепь.
Существующие технологические схемы нагрева обеспечивают нагрев заготовок по всей длине, концевых участков, а также одновременно одного или нескольких участков в различных частях заготовки. Кроме того, возможен непрерывный нагрев прутков при их движении между двумя парами роликов, которые являются вращающимися контактами. Контактным способом целесообразно нагревать в условиях крупносерийного и массового производства длинные заготовки с постоянным поперечным сечением по длине - прутки диаметром до 100 мм и заготовки различных сечений. Кроме того, этот способ применяют при штамповке на электровысадочных машинах.
КПД устройства нагрева
Коэффициент полезного действия (КПД) нагревательного устройства определяется отношением количества тепловой или электрической энергии, полученной заготовкой, к общему количеству затраченной энергии, выраженным в процентах. Количество затраченной энергии всегда больше количества энергии, полученной заготовкой, так как часть теплоты теряется с отходящими газами, а также через окна, щели и т.д. Кузнечные горны, работающие на твердом топливе, имеют наименьший КПД (до 10 %); КПД камерных печей без рекуператоров составляет 10 ... 15 %, с рекуператорами - до 30 %, методических печей - до 40 ... 50 %. Высокоэкономичными являются электронагревательные устройства, КПД которых достигает 70 ... 80%. Чем ниже КПД нагревательного устройства, тем больше расходуется топлива или электроэнергии на нагрев 1 кг металла. В связи с этим кузнечные горны, имеющие очень низкий КПД, стремятся заменить печами и использовать в качестве топлива газ или мазут.
