La trempe par induction est un processus de trempe qui utilise l'effet thermique généré par le courant d'induction traversant la pièce forgée pour chauffer la surface et la partie locale de la pièce forgée à la température de trempe, suivi d'un refroidissement rapide. Pendant la trempe, la pièce forgée est placée dans un capteur de position en cuivre et connectée à un courant alternatif d'une fréquence fixe pour générer une induction électromagnétique, ce qui entraîne un courant induit sur la surface de la pièce forgée qui est opposé au courant dans la bobine d'induction. La boucle fermée formée par ce courant induit le long de la surface de la pièce forgée est appelée courant de Foucault. Sous l'action des courants de Foucault et de la résistance du forgeage lui-même, l'énergie électrique est convertie en énergie thermique à la surface du forgeage, provoquant un échauffement rapide de la surface jusqu'au débordement de trempe, après quoi le forgeage est immédiatement et rapidement refroidi pour atteindre l'objectif de trempe superficielle.
La raison pour laquelle les courants de Foucault peuvent provoquer un chauffage de surface est déterminée par les caractéristiques de distribution du courant alternatif dans un conducteur. Ces caractéristiques comprennent :
- Effet peau :
Lorsque le courant continu (DC) traverse un conducteur, la densité de courant est uniforme sur toute la section transversale du conducteur. Cependant, lors du passage du courant alternatif (AC), la répartition du courant sur la section transversale du conducteur est inégale. La densité de courant est plus élevée à la surface du conducteur et plus faible au centre, la densité de courant diminuant de façon exponentielle de la surface vers le centre. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet cutané de l’AC. Plus la fréquence de l’AC est élevée, plus l’effet cutané est prononcé. La trempe par chauffage par induction utilise cette caractéristique pour obtenir l’effet souhaité.
- Effet de proximité :
Lorsque deux conducteurs adjacents traversent le courant, si la direction du courant est la même, le potentiel inverse induit du côté adjacent des deux conducteurs est le plus grand en raison de l'interaction des champs magnétiques alternatifs générés par eux, et le courant est entraîné vers le côté extérieur du conducteur. Au contraire, lorsque la direction du courant est opposée, le courant est entraîné vers le côté adjacent des deux conducteurs, c'est-à-dire vers le flux interne, ce phénomène est appelé effet de proximité.
Pendant le chauffage par induction, le courant induit sur la pièce forgée est toujours dans le sens opposé du courant dans l'anneau d'induction, de sorte que le courant sur l'anneau d'induction est concentré sur le flux intérieur, et le courant sur la pièce forgée chauffée située dans l'anneau d'induction est concentrée en surface, résultat de l'effet de proximité et de l'effet de peau superposés.
Sous l'action de l'effet de proximité, la répartition du courant induit à la surface de la pièce forgée n'est uniforme que lorsque l'écart entre la bobine d'induction et la pièce forgée est égal. Par conséquent, le forgeage doit tourner en continu pendant le processus de chauffage par induction pour éliminer ou réduire les irrégularités de chauffage causées par l'espace inégal, afin d'obtenir une couche chauffante uniforme.
De plus, en raison de l'effet de proximité, la forme de la zone chauffée sur la pièce forgée est toujours similaire à la forme de la bobine d'induction. Par conséquent, lors de la fabrication de la bobine d'induction, il est nécessaire de rendre sa forme similaire à la forme de la zone de chauffage du forgeage, afin d'obtenir un meilleur effet de chauffage.
- Effet circulatoire :
Lorsqu'un courant alternatif traverse un conducteur en forme d'anneau ou hélicoïdal, en raison de l'action du champ magnétique alternatif, la densité de courant sur la surface extérieure du conducteur diminue en raison de l'augmentation de la force électromotrice auto-inductive, tandis que la surface intérieure de l'anneau atteint la densité de courant la plus élevée. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet de circulation.
L'effet de circulation peut améliorer l'efficacité et la vitesse de chauffage lors du chauffage de la surface extérieure d'une pièce forgée. Cependant, cela est désavantageux pour chauffer les trous intérieurs, car l'effet de circulation éloigne le courant dans l'inducteur de la surface de la pièce forgée, ce qui entraîne une efficacité de chauffage considérablement réduite et une vitesse de chauffage plus lente. Par conséquent, il est nécessaire d’installer des matériaux magnétiques à haute perméabilité sur l’inducteur pour améliorer l’efficacité du chauffage.
Plus le rapport entre la hauteur axiale de l'inducteur et le diamètre de l'anneau est grand, plus l'effet de circulation est prononcé. Par conséquent, il est préférable de rendre la section transversale de l’inducteur rectangulaire ; une forme rectangulaire est meilleure qu'un carré, et une forme circulaire est la pire et doit être évitée autant que possible
- L’effet Angle pointu :
Lorsque les parties saillantes présentant des angles vifs, des bords et un petit rayon de courbure sont chauffées dans le capteur, même si l'écart entre le capteur et la pièce forgée est égal, la densité de ligne de champ magnétique à travers les angles vifs et les parties saillantes de la pièce forgée est plus grande. , la densité de courant induit est plus grande, la vitesse de chauffage est rapide et la chaleur est concentrée, ce qui entraînera une surchauffe et même une brûlure de ces pièces. Ce phénomène est appelé effet d’angle aigu.
Afin d'éviter l'effet d'angle vif, lors de la conception du capteur, l'écart entre le capteur et l'angle vif ou la partie convexe de la pièce forgée doit être augmenté de manière appropriée pour réduire la concentration de la ligne de force magnétique à cet endroit, de sorte que la vitesse de chauffage et la température du forgeage partout est aussi uniforme que possible. Les angles vifs et les parties saillantes du forgeage peuvent également être modifiés en coins de pied ou en chanfreins, afin d'obtenir le même effet.
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Heure de publication : 24 juillet 2024
