Исследование и разработка индукционных систем прецизионного нагрева длинномерных цилиндрических заготовок из титановых сплавов

• Автор: Оленин, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ

СПЛАВОВ ИНДУКЦИОННЫМ СПОСОБОМ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Физико-химические свойства и особенность нагрева титановых

сплавов перед пластической обработкой

1.2. Особенности нагрева титановых сплавов индукционным

способом

1.3. Пути решения проблемы обеспечения качества нагрева заготовок

индукционным способом в титановом производстве
1.4. Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ
СИСТЕМ НАГРЕВА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
2.1. Методы численного моделирования индукционных нагревателей
2.2. Особенности численного моделирование электромагнитных и
тепловых полей в устройствах индукционного нагрева в среде Universal 2D
2.3. Модель численного расчета индукционной системы с организацией
возвратно-поступательных движений нагреваемого изделия
2.4. Выводы по главе

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ
ПРЕЦИЗИОННОГО НАГРЕВА ДЛИННОМЕРНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
3 Л. Особенности нагрева длинномерных изделий в индукционных
нагревателях с организацией возвратно-поступательных движений заготовки
3.2 Исследование электрических параметров индукционных систем с
организацией возвратно-поступательных движений заготовки
3.3. Исследование параметров перемещения в индукционных системах с организацией возвратно-поступательных движений заготовки
3.4. Выводы по главе
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕЦИЗИОННОГО НАГРЕВА ДЛИННОМЕРНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
4.1. Описание конструктивных особенностей и режимов работы
индукционной системы прецизионного нагрева длинномерных заготовок перед правкой
4.2. Описание системы управления индукционной установкой
прецизионного нагрева длинномерных заготовок
4.3. Методика проверки индукционных систем на технологическую
точность нагрева и протоколирование процесса нагрева
4.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. На сегодняшний момент в период мирового экономического кризиса в России особое внимание уделяется стратегически важным отраслям промышленности, в частности, связанным с авиакосмическим комплексом.
Традиционным для авиастроения материалом является титан и его сплавы. Основная доля использования титана приходится на самолетостроение, основная страна потребитель - США. На рис. В.1. представлены данные потребления титана в мире по областям и по странам на 2007 г [1].
Рис. В.1. Структура реализации титановой продукции по областям и по странам (2007 г.)
В нашей стране лидером в поставке титана и единственным предприятием полного цикла его обработки является ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА", г. Верхняя Салда. Основные потребители выпускаемой продукции это отечественные и зарубежные производители аэрокосмической техники (ОАО "Компания "Сухой", Boeing, Airbus). На рис. В.2. представлена динамика развития производства предприятия в последние годы и прогноз на увеличение мировой потребности в титане [1].

В индукционном нагревателе осуществляется ускоренный нагрев: на максимальной мощности до момента времени 11 и на пониженной мощности до времени 2. Время нагрева в индукторе составляет 27 мин и конечное температурный перепад по объему заготовки равняется 170 °С. После нагрева в печи сопротивления температурный перепад уменьшается до требуемых 16 °С. Общее время нагрева заготовки не превышает 120 мин. Нагрев в печи сопротивления при тех же технологических параметрах составляет 270-300 минут.
Исходя из проведенного анализа следует, что для обеспечения прецизионного индукционного нагрева длинномерных цилиндрических заготовок из титановых сплавов требуется создания нагревателя обеспечивающего нагрев заготовки в одном индукторе с роликовой системой перемещения.
Очевидно, что установка роликов внутри индуктора значительно увеличивает внутренний диаметр индуктора, уменьшая электрический КПД, и фактически делает невозможной реализацию системы перемещения заготовки с приводом. Решением данной проблемы является разделение индуктора на несколько отдельных секций на расстояние друг от друга и размещение роликов между ними.
Такой принцип конструкции индукционного нагревателя заложен в индукционных системах с организацией возвратно-поступательных движений (ВПД) нагреваемых заготовок в нескольких индукторах [26,32]. Схема индукционного нагревателя с ВПД изображена на рис. 1.20. Подробное устройство нагревателя с описанием работы механизмов перемещения, работы датчиков перемещения и фотопирометра рассматривается в главе 4 данной работы.