雙頻感應(yīng)淬火的計(jì)算與應(yīng)用

1、1雙頻感應(yīng)淬火的計(jì)算與應(yīng)用雙頻感應(yīng)淬火的計(jì)算與應(yīng)用作者：長(zhǎng)沙大學(xué)劉白汪大鵬廖珍摘要：提出一種新的通用性更好的計(jì)算方法。該方法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的感應(yīng)加熱裝置上，不僅可設(shè)計(jì)特殊需要的溫度分布，而且可對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析和模擬。試驗(yàn)結(jié)果表明雙頻加熱淬火比單頻加熱淬火獲得更好的表面硬化質(zhì)量。盡管通常雙頻加熱淬火比傳統(tǒng)的單頻加熱淬火費(fèi)用更昂貴，但在某些情況下證實(shí)還是節(jié)約的，在特殊情況下是唯一的工藝方法。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：雙頻感應(yīng)淬火；溫度場(chǎng)；計(jì)算引言雙頻淬

2、火裝置如圖1，其包含兩只并排的感應(yīng)器分別供給不相同頻率的電流。上感應(yīng)器通入較低的頻率，工件移動(dòng)使加熱深度較深(低頻率)；而下感應(yīng)器通入較高的頻率，工件移動(dòng)使加熱深度較淺，此深度相當(dāng)于所需的硬化層厚度。1工件；2，3頻率分別為f1和f2的感應(yīng)器；4，5磁芯(導(dǎo)磁體)圖1雙頻淬火裝置簡(jiǎn)圖選擇兩只感應(yīng)器的功率使上感應(yīng)器加熱工件到居里溫度，下感應(yīng)器在相同時(shí)間內(nèi)沿著順磁性的工件加熱到淬火溫度。要設(shè)計(jì)雙頻淬火裝置的各種參數(shù)，有必要作系統(tǒng)的電磁計(jì)算，

3、但在專門的文獻(xiàn)中缺乏適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法介紹［1］。1軋輥雙頻感應(yīng)淬火的數(shù)學(xué)分析軋輥雙頻感應(yīng)淬火的數(shù)學(xué)分析1.1簡(jiǎn)化的假設(shè)和計(jì)算模型求解雙頻感應(yīng)淬火過(guò)程的電磁問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，困難在于系統(tǒng)零件的有限尺寸、工件電磁參數(shù)的非線性變化以及感應(yīng)器移動(dòng)速度對(duì)特征現(xiàn)象的影響。充分考慮所有的這些因素，則解法復(fù)雜，以致于無(wú)法實(shí)用。于是在對(duì)解答的精確性影響不大的前提下，引入三類簡(jiǎn)化的假設(shè)：(1)有關(guān)工件感應(yīng)器系統(tǒng)的幾何形狀假設(shè)：a.以無(wú)限長(zhǎng)的軋輥代替有

4、限長(zhǎng)度的加熱工件；b.以有限高度和微小厚度的環(huán)代替有限尺寸感應(yīng)器；c.一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的圓柱體代替兩個(gè)有限尺寸感應(yīng)器的磁芯。(2)有關(guān)工件電磁參數(shù)的假設(shè)：a.淬火加熱過(guò)程可以分成兩個(gè)階段。第一階段，鐵磁性工件僅僅由頻率f1的感應(yīng)器在一定厚度內(nèi)加熱到居里溫度(這厚度近似等于穿透深度即趨膚深度)；第二階段，頻率為f2的感應(yīng)器加熱的工件可分兩層，外層是順磁性材料(μr=1)，而內(nèi)層是仍保持高導(dǎo)磁率的鐵磁性材料，參數(shù)μ和σ在每一層的體積內(nèi)作為一常數(shù)。

5、b.兩層中導(dǎo)磁率可由眾所周知的方法［2］為基礎(chǔ)計(jì)算得到，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)內(nèi)層的導(dǎo)磁率均作為無(wú)窮大；c.把頻率f1感應(yīng)器加熱得的表面鐵磁性層厚度與頻率f2感應(yīng)器加熱得的表面順磁性層厚度看作相等。3在圖2的特殊計(jì)算區(qū)間中，(6)式的解有多種形式。事實(shí)上從應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)，最本質(zhì)的是工件的外層(區(qū)域Ⅱ)，僅僅這個(gè)區(qū)域解的結(jié)果如下：式中：p1=k2jω1μ21σ21，p2=k2jω2μ22σ22符號(hào)Ⅱ表示計(jì)算的Ⅱ區(qū)域，而記號(hào)1和2分別表示頻率f1［圖2