Прочность ответственных стальных изделий зависит от состояния поверхности. Для того чтобы придать ей необходимую твердость, износостойкость и вязкость, детали подвергают термообработке. Одним из способов поверхностного упрочнения изделий является закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Это самый распространенный и высокопроизводительный метод при крупносерийном изготовлении деталей.
Такой обработке подвергаются не только сами детали, но и отдельные участки, которые должны иметь определенные прочностные характеристики. Повышение прочности и твердости поверхности изделия закалкой ТВЧ улучшает работоспособность, тем самым продлевая срок эксплуатации.
Применяется закалка ТВЧ для деталей машин и станков, применяемых во многих отраслях промышленности, а также для закалки инструмента разного назначения.
Сущность метода закалки ТВЧ
Закалка ТВЧ основана на способности переменного электрического тока проходить по поверхности детали, находящейся в индукторе и этим вызывается нагрев, который может проникать на разную глубину за счет образования магнитного поля. В то же время середина детали остается или вовсе не нагретой или незначительно нагревается. На поверхности закаливаемой детали образуется необходимая толщина слоя, по которому проходит эл. ток. Это и есть глубина проникновения тока, которая зависит от следующих факторов:
- удельного сопротивления металла;
- магнитной проницаемости;
- частоты переменного тока.
Установлено, что с увеличением частоты тока глубина проникновения токов в изделие уменьшается, что позволяет получать детали с малой толщиной закалки. ТВЧ для нагрева металлических деталей получают от специальных установок – генераторов, умножителей и преобразователей частоты, которые позволяют получать частоту в разных пределах (от 150 до 15000 Гц).
Кроме частоты переменного тока, на качество полученной поверхности влияют размеры и конфигурация изделия, а также материал и конструкция индуктора. Чем проще форма детали и меньше ее размеры, тем выше качество закаливаемой поверхности, а также меньше расход эл. энергии высокочастотной установки.
Индукторы выполняют из меди. Их внутренняя поверхность чаще всего имеет специальные отверстия для подачи воды для охлаждения, т. е. он одновременно нагревает до необходимой температуры, а затем охлаждает при отключенном токе. Происходит все это в автоматическом режиме. Конфигурация индуктора может быть самой разной – кольцевой, зигзагообразной, петлевой и др. типа. Его устройство зависит от формы детали, которую необходимо закаливать.
Некоторые установки в своей конструкции имеют индукторы без отверстий, в этом случае охлаждение деталей происходит в специальном баке, который называется закалочным. Основное требование – зазор между индуктором и деталью в процессе закалки должен быть постоянным, в этом случае качество закаливаем ой поверхности будет самым высоким.
Закалочная операция может выполняться 3 способами:
- непрерывно-последовательным;
- одновременным;
- последовательным.
При непрерывно-последовательной закалке изделие неподвижно, а индуктор перемещается вдоль нее. При одновременном способе наоборот — деталь вращается, а индуктор неподвижен. Последовательный метод позволяет проводить поочередную закалку отдельных частей детали.
Преимущества закалки ТВЧ
К основным преимуществам закалки ТВЧ относят:
- возможность контроля режима закалки;
- возможность замены легированных сталей на углеродистые;
- равномерность нагрева дет али;
- отсутствие прогрева изделия целиком, что приводит к экономии ресурсов;
- высокие прочностные свойства закаленных деталей;
- поверхность в процессе закалки не обезуглероживается и не окисляется;
- отсутствие закалочных трещин;
- отсутствие коробления;
- возможность подвергать закалке отдельные участки детали;
- экономию времени на проведение закалки;
- возможность монтажа и эксплуатации установок в технологический процесс изготовления деталей.
Недостатки закалки ТВЧ
Единственный недостаток закалки ТВЧ заключается в высокой стоимости установок, поэтому их рационально использовать при крупно- и многосерийном производстве деталей, что вполне оправдает столь высокую цену.