Технология высокочастотной закалки
Поверхностная закалка ТВЧ — это процесс термообработки для повышения прочностных характеристик и твердости заготовки.
Основные этапы поверхностной закалки ТВЧ — индукционный нагрев до высокой температуры, выдержка при ней, затем быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки. Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.
Выбор температуры
Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.
Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.
Микроструктура стали
Заэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.
В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.
Перегревание поверхности заготовки способствует росту кристаллов аустенита, что губительно сказывается на хрупкости. Недогрев не дает полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут образоваться незакаленные пятна.
После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.
Также можно проводить так называемый самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.
Куплю, продам станок ТВЧ
С появлением интернета совершать покупки стало проще во много раз. В том числе теперь можно купить станок ТВЧ онлайн. Цены на станки ТВЧ в интернете, как правило, намного ниже, чем в обычных магазинах, занимающихся продажей станков ТВЧ. Нами налажены прямые поставки, а значит цены на все станки ТВЧ представлены с минимальными наценками. При этом в интернете гораздо проще выбрать необходимое оборудование. На нашем сайте вы найдете подробные описания на все виды станков. По описанию, техническим характеристикам, фото, отзывам покупателей вы сможете выбрать и купить именно тот станок ТВЧ, который нужен для вашей работы.
Индукционная установка
Индукционная установка для термообработки ТВЧ представляет собой высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может располагаться в индукторе или возле него. Индуктор изготовлен в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он может иметь любую форму в зависимости от формы и размеров детали. При прохождении переменного тока через индуктор в нем появляется переменное электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает возникновение в заготовке вихревых токов, известных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, нагревают его до высокой температуры.
Индукционный нагреватель ТВЧ
Отличительной чертой индукционного нагрева с помощью ТВЧ является прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только наружный слой металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, соответственно, глубина закалки ТВЧ. Это дает возможность закалить только поверхность заготовки, оставив внутренний слой мягким и вязким во избежание излишней хрупкости. Причем можно регулировать глубину закаленного слоя, изменяя параметры тока.
Повышенная частота тока позволяет сконцентрировать большое количество тепла в малой зоне, что повышает скорость нагревания до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая скорость нагрева передвигает фазовый переход в зону более высокой температуры. При этом твердость возрастает на 2—4 единицы, до 58—62 HRC, чего невозможно добиться при объемной закалке.
Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ необходимо следить за тем, чтобы сохранялся одинаковый просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, необходимо исключить взаимные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что позволяет обеспечить равномерное нагревание, и, как следствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.
Индуктор для закалки ТВЧ имеет несколько вариантов исполнения:
- одно- или многовитковой кольцевой — для нагрева наружной или внутренней поверхности деталей в форме тел вращения — валов, колес или отверстий в них,
- петлевой — для нагрева рабочей плоскости изделия, например, поверхности станины или рабочей кромки инструмента,
- фасонный — для нагрева деталей сложной или неправильной формы, например, зубьев зубчатых колес.
В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:
- одновременная — нагревается сразу вся поверхность заготовки или определенная зона, затем также одновременно охлаждается,
- непрерывно-последовательная — нагревается одна зона детали, затем при смещении индуктора или детали нагревается другая зона, в то время как предыдущая охлаждается.
Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности требует больших затрат мощности, поэтому его выгоднее использовать для закалки мелких деталей — валки, втулки, пальцы, а также элементов детали — отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струей воды.
Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, например, венцы зубчатых колес, так как при этом процессе происходит нагрев малой зоны детали, для чего нужна меньшая мощность генератора ТВЧ.
Устройства отображения информации высокого разрешения
Основной вопрос, который возникает у потенциальных зрителей ТВЧ, какое устройство отображения выбрать? Ведь дорогостоящую покупку нужно выбрать так, чтобы она не устарела через год-другой из-за смены технологий или формата вещания, и представляла собой разумный компромисс между размером экрана, качеством изображения и ценой.
В сущности, выбор придется делать между тремя типами устройств: плазменным или жидкокристаллическим дисплеем либо проектором с поддержкой формата высокой четкости (рис. 9).
Рис. 9.
Устройства отображения информации с поддержкой режима Full HD
Окончательное решение всегда остается за покупателем, однако следует иметь в виду, что каждое из перечисленных устройств обладает своими особенностями, достоинствами и недостатками.
Жидкокристаллические дисплеи
На сегодняшний день это, пожалуй, наиболее распространенное устройство отображения телевизионного сигнала высокой четкости. Когда речь заходит о плоских телевизорах, то, как правило, подразумевают жидкокристаллические TFT-панели. В настоящее время они пользуются заслуженной популярностью из-за высокой надежности, относительно невысокой цены и неплохого качества изображения. Еще совсем недавно у покупателя практически не было выбора, поскольку мультимедийные проекторы стоили чрезвычайно дорого, а плазменные дисплеи еще не были столь совершенны, как в настоящее время. Сегодня и плазменные панели, и видеопроекторы избавились от ряда серьезных конструктивных недостатков, так что при непосредственном сравнении с ними TFT-телевизоры по некоторым параметрам даже отстают.
Недостатки TFT-технологии заключаются главным образом в худшей контрастности, которая к тому же зависит от угла обзора. Правда, к дорогим PVA-, MVA- или IPS-матрицам это не относится. Помимо этого большое время отклика (прежде всего, у дешевых моделей) ухудшает впечатление от просмотра динамичных сцен из-за появления смазанного изображения на экране. Для преодоления этих недостатков разработчики современных моделей жидкокристаллических панелей используют 100-герцовую частоту смены кадров и ряд схемотехнических и технологических решений, направленных на улучшение качества изображения.
Плазменные дисплеи
Если вам нужен новый телевизор, то, возможно, наилучшим выбором будет плазменная панель. Прежние недостатки этой технологии, такие как выгорание экрана, большое энергопотребление и шум вентиляторов остались в прошлом.
У плазменных телевизоров не ухудшается четкость картинки в зависимости от угла обзора, а контрастность изображения зачастую на порядок выше, чем у TFT-дисплеев. В настоящее время в магазинах бытовой электроники продаются плазменные панели уже одиннадцатого поколения: при правильной эксплуатации экран у них уже не выгорает, а некоторым моделям не нужны вентиляторы. Все это делает их удачным выбором для использования в составе домашнего кинотеатра.
Видеопроекторы
В то время как классический телевизор представляет собой своего рода центр, вокруг которого выстраивается вся обстановка жилого помещения, проектор предоставляет большую свободу выбора при организации жизненного пространства, ведь его можно с помощью специального кронштейна подвесить к потолку, нужно только выбрать место для установки экрана. Размер изображения по диагонали может достигать нескольких метров, а проблемы с ухудшением контрастности при изменении угла обзора отсутствуют. Однако у проектора есть целый ряд существенных недостатков. Вопервых, это шум вентилятора, так как проекторные лампы разогреваются до очень высоких температур, и охлаждения за счет естественной конвекции воздуха оказывается недостаточно. Во-вторых, проекторные лампы стоят дорого — цена лампы составляет заметную часть цены проектора, а срок службы лампы составляет, в лучшем случае, несколько тысяч часов. Наконец, третья проблема — это проблема яркости светового потока, создаваемого лампой. Если не считать топовых моделей проекторов, способных отображать картинку даже при дневном свете, сегодня нет ни одного устройства, способного воспроизводить в незатемненном помещении изображение приемлемого качества. Это значит, что при просмотре фильмов потребуется закрывать окна шторами и выключать свет.
Сегодня при производстве проекторов используются две разные технологии — LCD и DLP. LCD-проекторы посылают свет на экран через своеобразный слайд, формируемый LCD-матрицей, изображение в DLP-моделях создается при помощи тысяч микроскопических зеркал в DMD-микросхемах. Каждое из них представляет собой один пиксель проецируемого изображения. DLP-проекторы отличаются от LCD более высокой контрастностью изображения и тем, что они не проецируют на экран заметную «решетку». Но DLP-модели значительно дороже LCD-конкурентов. К цене проектора следует добавить стоимость экрана, акустики и внешнего ТВ-тюнера. Наличие проектора в гостиной удобно лишь в том случае, если в другой комнате есть обычный телевизор, который можно периодически включать для просмотра телепередач. Ведь включение проектора на короткое время — довольно хлопотное занятие: нужно задернуть шторы и включить акустическую систему.
Охлаждение детали
Охлаждение — второй важный этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием. Для качественной закалки необходимо поддерживать стабильную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева. Отверстия в спрейере должны быть одинакового диаметра и расположены равномерно, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.
Чтобы индуктор не перегревался в процессе работы, по медной трубке постоянно циркулирует вода. Некоторые индукторы выполняются совмещенными с системой охлаждения заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода попадает на горячую деталь и остужает ее.
Закалка токами высокой частоты
Область применения станков ТВЧ
Не все материалы можно подвергать высокочастотной сварке. Успешно сваривают все, что изготовлено из ПВХ или материалов, которые содержат в своем составе более 30% ПВХ. Нельзя сваривать такие материалы как полипропилен, полиэтилен, полистирол. Станки ТВЧ используют для производства натяжных потолков, шатров, баннеров, канцелярских товаров (обложек для тетрадей, обложек на документы, альбомы, скоросшиватели, визитницы, коврики для мышки и др.), упаковок для одежды и белья, игрушек и инструментов и др., туб, блистеров, для сваривания палаток, тентов, маркиз, брезентовых покрытий, заградительных бонов, бассейнов, надувных игрушек, сидений, мебели, обивки для автомобилей и велосипедных сидений, чехлов для катеров и яхт, разнообразного спортинвентаря, например, надувных лодок и каркасных палаток. С помощью станков для сварки током высокой частоты можно без труда получать длинные ровные и прочные швы высокого качества за один цикл работы. Есть возможность программирования станков с тем, чтобы минимизировать участие сотрудников. Станки легки в обслуживании и надежны, благодаря их стабильной конструкции можно гарантировать однородность и качество сварочного шва.
Достоинства и недостатки
Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:
- После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
- Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
- При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
- Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
- Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
- Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
- Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.
Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя. В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.
Установки ТВЧ
Установки ТВЧ считаются наиболее подходящими для использования в массовом производстве, закалка с их помощью позволяет достичь максимально эффективного результата. Воздействие данного вида установок значительно увеличивает уровень механической прочности деталей на истирание и трение.
Термообработка поверхностей деталей начинается с того, что нагреваемую деталь необходимо поместить в электромагнитное поле, которое находится внутри медной трубки согнутой по контуру закаляемой детали, при этом токи переменные токи высокой частоты оттесняются возникшим изнутри переменным магнитным током к поверхности детали. Объясняется высокая скорость нагрева поверхности детали высокой плотностью индуктированных токов на ней. Высокий уровень твердости закаленного слоя металла и глубина – это две основные характеристики индукционной закалки токами высокой частоты. К преимуществам данного вида термообработки можно отнести высокую производительность, высокую твердость, отсутствие окалины, возможность выбора уровня глубины закалки, возможность обработки металлических деталей любых форм.
Именно благодаря этому перечню плюсов закалка ТВЧ зарекомендовала себя, как высокопроизводительный и экономичный способ термообработки поверхности деталей , который обеспечивает отличное качество обработанных изделий и высочайшую прочность. Также следует отметить, что в современном производстве широко применяется сварка током высокой частоты. Расход электроэнергии, затрачиваемый на сварку, и качество сварных соединений обусловлены специфическими особенностями процесса протекания токов высокой частоты по проводнику.