Indukcijas alumīnija cietlodēšana ar datoru

Indukcijas alumīnija cietlodēšana ar datoru

Indukcijas alumīnija cietlodēšana rūpniecībā kļūst arvien izplatītāka. Tipisks piemērs ir dažādu cauruļu cietlodēšana automobiļu siltummaiņa korpusā. The indukcijas sildīšanas spole Šim procesam plaši tiek izmantots neieskaužošs process, ko var dēvēt par stilu “Pakava-matadata”. Šīm spolēm magnētiskais lauks un tā rezultātā virpuļstrāvas sadalījums pēc būtības ir 3D raksturs. Šajos pielietojumos ir problēmas ar kopīgu kvalitāti un rezultātu konsekvenci no vienas puses uz otru. Lai atrisinātu vienu šādu problēmu lielam automobiļu ražotājam, procesa izpētei un optimizācijai tika izmantota Flux3D datorsimulācijas programma. Optimizācija ietvēra indukcijas spoles un magnētiskās plūsmas kontroliera konfigurācijas maiņu. Jaunas indukcijas spoles, kas eksperimentāli apstiprinātas laboratorijā, vairākās ražošanas vietās ražo detaļas ar augstākas kvalitātes savienojumiem.

Katrai automašīnai ir vajadzīgi vairāki dažādi siltummaiņi (sildītāju serdeņi, iztvaicētāji, kondensatori, radiatori utt.) Dzinēja dzesēšanai, gaisa kondicionēšanai, eļļas dzesēšanai utt. Lielākā daļa vieglo automašīnu siltummaiņu mūsdienās ir izgatavoti no alumīnija vai alumīnija sakausējumiem. Pat ja vienu un to pašu motoru izmanto vairākiem automobiļu modeļiem, savienojumi var atšķirties, pateicoties atšķirīgam izvietojumam zem pārsega. Šī iemesla dēļ detaļu ražotājiem ir standarta prakse izgatavot vairākus pamata siltummaiņa korpusus un pēc tam sekundārā darbībā piestiprināt dažādus savienotājus.

Siltummaiņa korpusi parasti sastāv no alumīnija spuras, caurulēm un galdiņiem, kas lodēti kopā krāsnī. Pēc cietlodēšanas siltummaiņi tiek pielāgoti attiecīgajam automašīnas modelim, piestiprinot vai nu neilona tvertnes, vai visbiežāk dažādas alumīnija caurules ar savienojuma blokiem. Šīs caurules ir piestiprinātas vai nu ar MIG metināšanas, liesmas vai indukcijas cietlodēšanas palīdzību. Cietlodēšanas gadījumā ir nepieciešama ļoti precīza temperatūras kontrole, jo alumīnija kausēšanas un cietlodēšanas temperatūras starpība ir maza (20-50 C atkarībā no sakausējuma, pildvielas metāla un atmosfēras), augsta alumīnija siltuma vadītspēja un neliels attālums līdz citiem locītavas, kas cietas ar iepriekšēju darbību.

Indukcijas apkure ir izplatīta metode dažādu cauruļu cietlodēšanai siltummaiņa galvenēs. 1. attēlā ir attēls Indukcijas cietināšana uzstādīšana caurules cietlodēšanai uz caurules uz siltummaini galvenes. Precīzas apkures prasību dēļ indukcijas spoles virsmai jāatrodas cietlodējamā savienojuma tiešā tuvumā. Tāpēc vienkāršu cilindrisku spoli nevar izmantot, jo detaļu nevarēja noņemt pēc savienojuma lodēšanas.

Šo savienojumu cietlodēšanai izmanto divus galvenos indukcijas spoles stilus: “gliemežvāku” un “pakava-matadata” stila induktorus. “Clamshell” induktori ir līdzīgi cilindriskiem induktoriem, taču tie tiek atvērti, lai varētu noņemt detaļas. Induktori “pakava-matadata” ir formas kā pakavs daļas iekraušanai un būtībā ir divas matadata spoles savienojuma pretējās pusēs.

“Clamshell” induktora izmantošanas priekšrocība ir tā, ka apkure ir vienmērīgāka apkārtmērā un samērā viegli prognozējama. “Clamshell” induktora trūkums ir tāds, ka nepieciešamā mehāniskā sistēma ir sarežģītāka un lielās strāvas kontakti ir salīdzinoši neuzticami.

Induktori “pakava-matadata” rada sarežģītākus trīsdimensiju karstuma modeļus nekā “gliemežvāki”. Induktora “Pakava-matadata” priekšrocība ir tā, ka detaļu apstrāde ir vienkāršota.

Indukcijas alumīnija cietināšana

Datorsimulācija optimizē cietlodēšanu

Lielam siltummaiņa ražotājam bija problēmas ar 1. zīmējumā redzamā savienojuma cietlodēšanu, izmantojot pakavas-matadata stila induktoru. Līstes savienojums bija labs lielākajai daļai daļu, taču dažām daļām apkure būtu pilnīgi atšķirīga, kā rezultātā vietējās pārkaršanas dēļ savienojuma dziļums bija nepietiekams, auksti savienojumi un metāla caurules siena iet cauri caurules sienai. Pat pārbaudot katra siltummaiņa noplūdes, dažas detaļas joprojām noplūda šajā savienojumā. Lai analizētu un atrisinātu problēmu, tika noslēgts līgums ar Induction Technology Inc.

Darbam izmantotajai barošanas avotam ir mainīga frekvence no 10 līdz 25 kHz un nominālā jauda ir 60 kW. Cietlodēšanas procesā operators uz caurules gala uzstāda uzpildes metāla gredzenu un ievieto cauruli caurules iekšpusē. Siltummainis tiek novietots uz īpašas platformas un pārvietots pakavas induktora iekšpusē.

Visu cietlodēšanas laukumu iepilda. Daļas sildīšanai izmantotā frekvence parasti ir no 12 līdz 15 kHz, un sildīšanas laiks ir aptuveni 20 sekundes. Jaudas līmenis tiek ieprogrammēts ar lineāru samazinājumu apkures cikla beigās. Optiskais pirometrs izslēdz strāvu, kad temperatūra locītavas aizmugurē sasniedz iepriekš iestatīto vērtību.

Ir daudz faktoru, kas var izraisīt ražotāja novēroto neatbilstību, piemēram, savienojuma sastāvdaļu (izmēru un stāvokļa) izmaiņas un nestabils un mainīgs (laika ziņā) elektriskais un termiskais kontakts starp cauruli, cauruli, pildījuma gredzenu utt. Dažas parādības ir pēc būtības nestabilas, un nelielas šo faktoru variācijas var izraisīt atšķirīgu procesu dinamiku. Piemēram, atvērtais pildvielas metāla gredzens var daļēji atpūsties zem elektromagnētiskajiem spēkiem, un gredzena brīvo galu var kapilāru spēki iesūkt vai palikt neizkusuši. Trokšņa faktorus ir grūti samazināt vai novērst, un problēmas risinājumam bija nepieciešams palielināt visa procesa noturību. Datorsimulācija ir efektīvs rīks, lai analizētu un optimizētu procesu.

Cietlodēšanas procesa novērtēšanas laikā tika novēroti spēcīgi elektrodinamiskie spēki. Brīdī, kad strāva tiek ieslēgta, pakavas spole skaidri izplešas, pateicoties pēkšņai elektrodinamiskā spēka iedarbībai. Tādējādi induktors tika padarīts mehāniski izturīgāks, tostarp iekļaujot papildu stikla šķiedras (G10) plāksni, kas savieno divu matadatu spoles saknes. Otrs klātbūtnes elektrodinamisko spēku demonstrējums bija izkausētā pildvielas metāla novirzīšana no vietām, kas ir tuvu vara pagriezieniem, kur magnētiskais lauks ir spēcīgāks. Normālā procesā pildvielas metāls vienmērīgi sadalās pa savienojumu kapilāru spēku un gravitācijas dēļ, atšķirībā no patoloģiska procesa, kurā pildvielas metāls var izplūst no savienojuma vai virzīties uz augšu pa caurules virsmu.

Jo indukcijas alumīnija cietlodēšana ir ļoti sarežģīts process, nav iespējams sagaidīt precīzu visas savstarpēji saistīto parādību ķēdes simulāciju (elektromagnētiskā, termiskā, mehāniskā, hidrodinamiskā un metalurģiskā). Vissvarīgākais un kontrolējamākais process ir elektromagnētisko siltuma avotu ģenerēšana, kas tika analizēti, izmantojot Flux 3D programmu. Sakarā ar indukcijas cietlodēšanas procesa sarežģīto raksturu procesu projektēšanai un optimizēšanai tika izmantota datorsimulācijas un eksperimentu kombinācija.

 

Indukcijas_alumīnija_lodēšana ar datoru_palīdzēt