Loading article…
誘導鍛造とは、プレスやハンマーで変形させる前に誘導加熱器を使用して金属を予熱することを指します。通常、金属は1,100〜1,200°C（2,010〜2,190°F）に加熱され、可鍛性を高め、鍛造金型内での流れを促進します。[1]
プロセス
誘導加熱は、電磁誘導の原理を利用してワークピースに熱を発生させる非接触プロセスです。導電性材料を強力な交流磁場に置くと、材料に電流が流れ、ジュール熱が発生します。磁性材料では、ヒステリシス損失によりキュリー点以下でさらに熱が発生します。発生した電流は主に表面層に流れ、この層の深さは交流磁場の周波数と材料の透磁率によって決まります。 [2]
消費電力
誘導鍛造用の電源は、数キロワットから数メガワットまで電力が異なり、部品の形状に応じて周波数は50Hzから200kHzまで変化します。ほとんどのアプリケーションでは1kHzから100kHzの範囲が使用されます。[3]
適切な電力を選択するには、まず割り当てられた時間内に材料を必要な温度まで上げるのに必要な熱エネルギーを計算する必要があります。これは、通常 1 トンあたりの KW 時間で表される材料の熱量、処理する金属の重量、および時間サイクルを使用して行うことができます。これが確立されると、コンポーネントからの放射損失、コイル損失、およびその他のシステム損失などの他の要因を考慮に入れる必要があります。伝統的に、このプロセスには、実際の経験と経験式を組み合わせた長くて複雑な計算が含まれていました。現代の技術では、有限要素解析[4]やその他のコンピューター支援モデリング技術が使用されていますが、このような方法のすべてと同様に、誘導加熱プロセスに関する徹底した実用的な知識が依然として必要です。
出力周波数
考慮すべき 2 つ目の主要パラメータは、電源の出力周波数です。熱は主に部品の表面で発生するため、電流の打ち消しのリスクを冒すことなく、材料への最も深い浸透深さを提供する周波数を選択することが重要です。[5]表面のみが加熱されるため、熱が部品の中心に浸透するのに時間がかかること、また、電力が多すぎる場合や急激に適用された場合、部品の表面が溶けてコアが冷たいままになる可能性があることは理解できます。材料の熱伝導率データ[6]と、断面 ∆T に関する顧客が指定した均質性 (物理的)要件を利用すると、必要な加熱時間を確立するためのモデルを計算または作成できます。多くの場合、許容可能な ∆T を達成するのにかかる時間は、部品を 1 つずつ加熱することによって達成できる時間を超えます。コンベア、インライン フィーダー、プッシャー システム、ウォーキング ビーム フィーダーなどのさまざまな処理ソリューションを利用して、複数の部品の加熱を容易にしながら、必要な時間サイクルで単一の部品をオペレーターに渡します。
利点
- プロセスの制御性 – 従来のガス炉とは異なり、誘導システムでは予熱サイクルや制御されたシャットダウンは必要ありません。熱は必要に応じて利用できます。下流の生産が中断した場合に迅速に利用できるという利点に加えて、電源をオフにできるため、エネルギーを節約し、コンポーネントのスケーリングを軽減できます。
- エネルギー効率 – 部品内で熱が発生するため、エネルギーの伝達が非常に効率的です。誘導加熱器は部品のみを加熱し、周囲の空気は加熱しません。
- 急速な温度上昇 – 高い電力密度により、コンポーネントが極めて急速に温度に達します。スケールが低減され、表面欠陥や表面冶金への望ましくない影響も軽減されます。
- プロセスの一貫性 – 誘導加熱プロセスは、極めて均一で安定した熱を生成します。これにより、鍛造の精度が向上し、極端な場合には鍛造後の機械加工代が削減され、金型寿命にプラスの影響を与える可能性があります。[7]
- 有害な副産物なし – 誘導加熱は環境廃棄物を生成せず、煙や有毒ガスを発生させる従来の加熱方法とは対照的にクリーンなプロセスです。[8]
種類
バーエンドヒーター
バーエンド加熱は、通常、バーの一部のみを鍛造する場合に使用されます。バーエンド加熱の一般的な用途は次のとおりです。
- ボルトの熱間圧造
- アンチロールバー
- 採掘ツール
必要なスループットに応じて、ハンドリング システムは、単純な 2 ステーションまたは 3 ステーションの空気圧プッシャー システムからウォーキング ビームやコンベアまでさまざまです。
ビレット加熱
誘導ビレットヒーターでは、ビレットまたはスラグ全体が加熱されます。通常、短いビレットまたはスラグの場合、ホッパーまたはボウルを使用して、ピンチローラー、チェーン駆動のトラクターユニット、または場合によっては空気圧プッシャーにビレットを自動的に並べます。次に、ビレットは水冷レール上で次々にコイルに通されるか、コイルボアにセラミックライナーが使用され、摩擦が軽減され、摩耗が防止されます。コイルの長さは、必要なソーク時間、コンポーネントあたりのサイクル時間、およびビレットの長さによって決まります。大量の大断面作業では、4つまたは5つのコイルを直列に接続して5メートル（16フィート）以上のコイルを作ることも珍しくありません。[10]
インラインビレット加熱で処理される典型的な部品：[11]
シングルショット
長いビレットの場合は、シングルショット加熱を使用できます。このプロセスは、ビレット全体が個別のコイルに打ち込まれることを除いて、バーエンド加熱と同様のシステムを使用します。バーエンド加熱と同様に、コイルの数は必要な ∆T と加熱される材料の熱特性によって決まります。
シングルショットビレット加熱で加工される代表的な部品：[12]
参照
参考文献
注記
- ^ ロジンスキー、594ページ。
- ^ ロジンスキー、2ページ。
- ^ ルドネフ、142ページ。
- ^ ルドネフ、166ページ。
- ^ ルドネフ、627ページ。
- ^ ルドネフ、16ページ。
- ^ デイヴィス、11ページ。
- ^ パワーパーツインターナショナル
- ^ パワーパーツインターナショナル
- ^ ルドネフ、447ページ。
- ^ ルドネフ、78ページ。
- ^ ルドネフ、249ページ。
文献
- デイヴィス、ジョン、シンプソン、ピーター（1979）、誘導加熱ハンドブック、マグロウヒル、ISBN 0-07-084515-8。
- ロジンスキー、ミハイル・グリゴレヴィッチ（1969年）、誘導加熱の産業応用、ペルガモン・プレス、ISBN 0-08-011586-1。
- ラポポート、エドガー、プレシフツェワ、ユリア（2006）、誘導加熱プロセスの最適制御、CRC Press、ISBN 0-8493-3754-2。
- ルドネフ、ヴァレリー、ラヴレス、ドン、クック、レイモンド、ブラック、ミカ（2002）、誘導加熱ハンドブック、CRC Press、ISBN 0-8247-0848-2。
外部リンク
- 誘導加熱とは何か - 誘導加熱の利点。