霍崇玉

（中鐵隆昌鐵路器材有限公司 四川 內(nèi)江 642150）

前言

我公司是鐵路緊固件產(chǎn)品生產(chǎn)的專業(yè)化生產(chǎn)廠家，公司產(chǎn)品中的各類螺栓如S1.S2、T30.B30等產(chǎn)品的頭部成型和三滾制絲等工序都要對工件的頭部進(jìn)行局部加熱至工藝要求溫度再進(jìn)行加工，我公司這部分產(chǎn)品成型和制絲工序工件的加熱方式，經(jīng)歷了自六七十年代開始的煤炭加熱、后天然氣轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐加熱，發(fā)展到現(xiàn)在大量運用的中頻感應(yīng)加熱。

感應(yīng)加熱是利用在交變磁場中的導(dǎo)體（金屬），會在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流（或渦流），任何導(dǎo)體都具有電阻，根據(jù)焦耳-楞次定律，渦流在具有一定電阻的導(dǎo)體（金屬）內(nèi)流動就會產(chǎn)生熱量，從而使導(dǎo)體（金屬）被加熱甚至熔化。

感應(yīng)加熱具有以下特點：加熱速度快，加熱時間短，效率高；能夠降低氧化皮及脫碳層，提高產(chǎn)品質(zhì)量；降低環(huán)境污染，使得操作者脫離高溫高熱的惡劣環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度。

1 改造前螺栓生產(chǎn)的工藝狀況

公司在采用感應(yīng)加熱工藝早期，使用的感應(yīng)加熱器是分列式螺旋線圈感應(yīng)加熱器（如圖所示）。其結(jié)構(gòu)形式是將多個感應(yīng)線圈并列擺放，串聯(lián)相接，經(jīng)絕緣處理后，面向操作者呈瓶狀開口，操作者將工件部分插入到感應(yīng)器線圈中，插入到線圈中的部分進(jìn)行了加熱，而無需加熱的部分在線圈外，未加熱處于冷態(tài)，既節(jié)約了能源，又防止冷態(tài)部分工件出現(xiàn)在加工的過程中變形而影響后續(xù)工序的加工。

在生產(chǎn)過程中，進(jìn)料和出料均需要手工操作，并且由于工件物料在感應(yīng)線圈中不可見，加熱溫度僅憑操作者經(jīng)驗和肉眼觀察，溫度不恒定，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)超溫過燒更是給產(chǎn)品留下極大的質(zhì)量隱患。

隨著青藏線、高速鐵路等產(chǎn)品對質(zhì)量的要求越來越高，采用并列式螺旋線圈感應(yīng)加熱方式的加熱溫度不可控（不易控），勞動強(qiáng)度高，不易實現(xiàn)自動化等缺點就越顯突出，這就需要我們升級加熱系統(tǒng)。

2 設(shè)計設(shè)想及目標(biāo)

經(jīng)過資料查閱，我們采取的方案是，設(shè)計并新制通過式板式加熱器（通過式感應(yīng)線圈），將原人工送料改裝為自動送料裝置，并增加紅外線測溫等自動溫度分選出不合格的工件。

設(shè)計過程：

材質(zhì)：鋼材；工件直徑：Φ24-Φ30；加熱長度：100mm；加熱溫度：1000℃±50℃

（1）加熱頻率確定：

感應(yīng)器頻率的選擇，目的是為了獲得最小的投資費用與運行的經(jīng)濟(jì)性。感應(yīng)加熱總效率的高低，基本上決定于加熱器頻率的正確選擇。通常當(dāng)工件物料直徑與電流穿透深度之比為3～5的范圍時，感應(yīng)加熱的效率達(dá)到最大值。

根據(jù)感應(yīng)加熱頻率選擇公式：3/D2＜f＜6/D2

最佳加熱頻率為3333Hz～10041Hz。較高的工作頻率選擇可提高加熱效率，但較低的頻率可使中頻設(shè)備的工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，我們根據(jù)該公式及以前環(huán)形感應(yīng)器的工作經(jīng)驗，將新感應(yīng)器的工作頻率確定為4000Hz。

（2）所需加熱功率：

根據(jù)工件加工節(jié)拍和加熱重量PH=qGT/0.24Δtη，按總效率0.65計，計算所需加熱功率分別為105kW和165kW。

設(shè)備造型：選用即有設(shè)備8kHz，250kW可控硅中頻可滿足生產(chǎn)需求。

（3）感應(yīng)器尺寸的確定：

根據(jù)加熱時間，感應(yīng)器中應(yīng)有16-18件工作在感應(yīng)器中加熱，按機(jī)械送料的最小間隔，計算感應(yīng)器長度應(yīng)為700mm，

根據(jù)工件加熱長度100mm，感應(yīng)器高度100+0.5D，定為120mm。

（4）電參數(shù)計算：

電參數(shù)通常采用電磁場法或變壓器法來計算，

進(jìn)行系統(tǒng)電計算的目的在于確定爐料、感應(yīng)器和系統(tǒng)的阻抗、爐子的自然功率因數(shù)、電效率、感應(yīng)器的匝數(shù)及爐子的輸入功率等。

通過采用電磁場法進(jìn)行計算，感應(yīng)器的匝數(shù)為7.5匝，

（5）確定感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)尺寸：

感應(yīng)線圈用12mm×14mm×2mm可通水冷卻的矩形純銅管繞制，線圈的高度為120mm，線圈槽間寬度為50mm，線圈繞制匝數(shù)為7匝。

（6）制作模具，用打結(jié)料使其堅固并絕緣

（7）制作自動送料和分選裝置

選用氣缸推動節(jié)拍式送料或者選用電機(jī)帶動減速箱，帶動鏈條，在鏈條上安裝卡槽，卡槽帶動工件物料通過感應(yīng)器進(jìn)行加熱。調(diào)節(jié)時間，或者通過變頻器調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整送料速度和節(jié)拍。

（8）選用紅外測溫儀測溫，通過儀表控制，合格溫度和不合格發(fā)出不同信號，帶動分選機(jī)構(gòu)只將加熱溫度在合格范圍的物料送入下道工序。

（9）效果驗證：

通過式感應(yīng)加熱器制作完成后，在實際生產(chǎn)產(chǎn)品時測得如下效果：

產(chǎn)品 工件直徑(mm) 節(jié)拍(件/分鐘) 加熱溫度(℃)S1,S2 24 20 970～1020 T30 30 15 970～1020

由于采取了機(jī)械勻速送料，確保了每個工件在加熱過程中的加熱時間的穩(wěn)定，即保證了出料溫度的穩(wěn)定。

3 結(jié)論

采用了新設(shè)計制作的通過式板式加熱器，達(dá)到了設(shè)計要求，加熱速度和加熱溫度均滿足了工藝要求，加熱溫度穩(wěn)定，原人工送料改裝為機(jī)械自動送料裝置，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，增加紅外線測溫等自動溫度分選裝置，保證了進(jìn)入下道工序的工件均為符合工藝要求的工件。