ニュース - 鍛造品における高周波焼入れの基本原理

高周波焼入れとは、鍛造品に流れる誘導電流による熱効果を利用し、鍛造品の表面および局部を焼入れ温度まで加熱し、急冷する焼入れ方法です。焼入れ中、鍛造品は銅製の位置センサーに置かれ、固定周波数の交流電流に接続されて電磁誘導が発生します。その結果、鍛造品の表面には誘導コイルの電流とは逆の誘導電流が発生します。この誘導電流が鍛造品の表面に沿って形成する閉ループを渦電流といいます。渦電流と鍛造品自体の抵抗の作用により、電気エネルギーが鍛造品の表面で熱エネルギーに変換され、表面が急冷オーバーフローまで急速に加熱され、その後、鍛造品は即座に急速に加熱されます。表面焼入れの目的を達成するために冷却されます。

渦電流が表面加熱を達成できる理由は、導体内の交流電流の分布特性によって決まります。これらの特徴には次のようなものがあります。

皮膚への影響:

直流 (DC) が導体を通過するとき、電流密度は導体の断面全体で均一になります。ただし、交流 (AC) が流れる場合、導体の断面全体の電流分布は不均一になります。電流密度は導体の表面で高く、中心で低くなり、電流密度は表面から中心に向かって指数関数的に減少します。この現象はACの表皮効果として知られています。 ACの周波数が高くなるほど、表皮効果はより顕著になります。誘導加熱焼入れはこの特性を利用して効果を発揮します。

近接効果:

隣接する 2 つの導体に電流が流れるとき、電流の方向が同じであれば、2 つの導体の隣接する側の誘導逆電位は、それらによって発生する交流磁場の相互作用により最大となり、電流は次のように駆動されます。導体の外側。逆に、電流の方向が逆の場合、電流は 2 本の導体の隣接する側、つまり内部の流れに駆動されます。この現象は近接効果と呼ばれます。

誘導加熱中、鍛造品に流れる誘導電流は常に誘導リングに流れる電流と逆方向になるため、誘導リングに流れる電流は内側の流れに集中し、誘導リング内にある加熱された鍛造品に電流が集中します。近接効果と表皮効果が重畳された結果、表面に集中します。

近接効果の作用により、誘導コイルと鍛造品とのギャップが等しい場合に限り、鍛造品表面の誘導電流の分布は均一となる。したがって、均一な加熱層を得るために、誘導加熱プロセス中に鍛造品を連続的に回転させて、不均一なギャップによって引き起こされる加熱ムラを解消または軽減する必要があります。

さらに、近接効果により、鍛造品の加熱領域の形状は常に誘導コイルの形状と同様になります。したがって、誘導コイルを作成するときは、より良い加熱効果を達成するために、その形状を鍛造品の加熱領域の形状と同様にする必要があります。

循環効果:

リング状または螺旋状の導体に交流電流が流れると、交流磁界の作用により、自己誘導逆起電力が増加するため導体の外表面の電流密度が減少しますが、導体の内面では電流密度が減少します。リングは最高の電流密度に達します。この現象は循環効果として知られています。

循環効果により、鍛造品の外表面を加熱する際の加熱効率と加熱速度が向上します。しかし、内孔の加熱には循環効果によりインダクタに流れる電流が鍛造品の表面から遠ざかり、加熱効率が大幅に低下し、加熱速度が遅くなるというデメリットがあります。そのため、加熱効率を高めるためにインダクタに透磁率の高い磁性体を設置する必要があります。

リングの直径に対するインダクタの軸方向の高さの比率が大きいほど、循環効果はより顕著になります。したがって、インダクタの断面は長方形にするのが最適です。長方形の形状は正方形よりも優れており、円形の形状は最悪であり、できるだけ避ける必要があります。

鋭い角度効果:

センサー内で鋭角、刃先、曲率半径が小さい突起部を加熱すると、センサーと鍛造品の隙間が同じでも、鋭い角や鍛造品の突起部を通る磁力線密度が大きくなります。、誘導電流密度が大きく、加熱速度が速く、熱が集中するため、これらの部品が過熱して発火する可能性があります。この現象はシャープアングル効果と呼ばれます。

鋭角効果を回避するには、センサーを設計する際に、センサーと鍛造品の鋭角または凸部との間のギャップを適切に大きくして、そこに磁力線が集中するのを減らし、加熱速度と鍛造の温度はどこでも可能な限り均一になります。鍛造品の鋭角な角や突起部分を足角や面取りに変更しても同様の効果が得られます。