Das Formen durch Induktionserwärmung kann außerdem schnell hochkomplexe geometrische Formen bilden, kann auch eine große Anzahl von Metallkornfluss- und mechanischen Leistungsvorteilen bieten, das Extrudieren und Schmieden, die Bildung einer faserigen Kornstruktur kann die Rissentwicklung verhindern und die Schlag- und Ermüdungseigenschaften verbessern Beim Warmumformen von Metallwerkstoffen bei normaler Temperatur ist Kohlenstoffstahl am weitesten verbreitet. Aber zusammen mit Aluminium, Magnesium, Titan und Superlegierungen und anderen NE-Metall-Schmiede- oder Extrusionsteilen, die in der Automobil-, Eisenbahn-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Industrien weit verbreitet sind, steigt auch die Nachfrage nach NE-Metallmaterialien.
Die Temperatur beeinflusst signifikant die Formbarkeit der Legierung und ihre Fähigkeit, qualitativ hochwertige Produkte zu bilden. Die Warmumformtemperatur der meisten Kohlenstoffstähle liegt normalerweise bei etwa 1200 ~ 1300 ° C (die Temperatur der Warmumformanwendung kann viel niedriger sein), aber die Zieltemperatur verschiedener Sorten von Nichteisenmetalllegierungen variiert stark. In den meisten Anwendungen fordert der Kunde nicht nur eine Erhöhung der Durchschnittstemperatur des Werkstücks, sondern legt auch Wert auf Temperaturgleichmäßigkeit. Diese Anforderungen an die Temperaturgleichmäßigkeit werden normalerweise in einer Richtung (z. B. radiale Gleichmäßigkeit, Längsgleichmäßigkeit usw.) oder allgemein definiert. Darüber hinaus erfordern einige Umformanwendungen, dass nach dem Erhitzen eine gewisse Temperaturheterogenität erreicht wird. Beispielsweise ist zur Aufrechterhaltung der isothermen Bedingung während des Formprozesses eines großen Aluminiumlegierungs-Rohlings durch isothermes Vorwärts-Fließpressen gewöhnlich ein gewisser Temperaturgradient in Längsrichtung erforderlich, um die Produktqualität und die Werkzeuglebensdauer zu verbessern.
Die praktische Bedeutung von Materialeigenschaften
Aluminium, Kupfer, Silber, Magnesiumlegierungen und andere Induktionsheizmaterialien haben nicht nur eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit (dh einen niedrigen spezifischen Widerstand). Daher ist der durch den Wechselstrom verursachte Skin-Effekt bei diesen Materialien sehr signifikant, die durch Induktion erzeugte Wärme wird nahe der Oberfläche des Materials konzentriert, 100 mm blankes Aluminium (Al6061) und austenitischer Edelstahl (SS304) werden darin platziert Sensor und der radialen Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes.
Wenn die Zieltemperatur des erhitzten Materials nahe seinem Schmelzpunkt liegt, bewirkt die magnetische Flussliniendichte nahe der Oberfläche dieser Materialien auch eine Überhitzung des Endes des Werkstücks. Dieses Phänomen wird durch die Verzerrung der magnetischen Feldlinie am Ende des Werkstücks verursacht. In einem statischen Heizsystem kann dies durch Auswahl der geeigneten Frequenz, Leistungsdichte, Spulenlänge und Spulendurchmesser erfolgen. Dieses Phänomen sollte auch während des Dauerheizens beachtet werden. Obwohl der Knüppel von einem Ende zum anderen System zugeführt wird, hat er unter bestimmten transienten Produktionsbedingungen immer noch einen offensichtlichen elektromagnetischen Endeffekt.
Da der im Material erzeugte Temperaturgradient große thermische Spannungen erzeugt, führt dies zur Bildung von Rissen im Werkstück, wie in Abbildung 3 gezeigt. Das Risiko der Rissbildung und -ausbreitung ist besonders bemerkenswert, wenn ein großes Werkstück erhitzt wird oder wenn das Werkstück Die Mikrostruktur befindet sich im „gegossenen“ Zustand, da die Porosität und mögliche Inhomogenität des Gussmaterials diese Wahrscheinlichkeit erheblich erhöhen.
Aufgrund dieser potenziellen Probleme muss eine lokale Überhitzung des Materials bei der Auswahl von Frequenz, Leistungsdichte und Heizzeit sowie bei der Konstruktion und Steuerung von Heizgeräten berücksichtigt werden.
Die elektromagnetische Effizienz der Induktionsheizung hängt im Wesentlichen vom Widerstand der Last ab (Rohling, Stab, Rohr usw.), und Materialien mit hohem spezifischen Widerstand haben eine höhere Heizeffizienz. Wie aus dem oben erwähnten Vergleich der beiden Leistungsdichtekurven ersichtlich ist, beträgt die gesamte induktive Heizleistung pro Längeneinheit des Aluminium-6061-Rohlings zu Beginn des Erwärmungsprozesses etwa ein Viertel der des Edelstahl-Rohlings des gleichen Durchmesser, was widerspiegelt, dass die elektromagnetische Effizienz der Induktionsheizungslegierung mit niedrigem spezifischen Widerstand niedriger ist als die des Materials mit hohem spezifischen Widerstand. Die elektromagnetische Induktionserwärmung bietet immer noch erhebliche Effizienzvorteile gegenüber anderen Methoden zum Erwärmen dieser Art von Material.
Entsprechend den elektronischen Eigenschaften von Aluminium-, Kupfer-, Silber- und Magnesiumlegierungen ist im Allgemeinen eine relativ hohe Magnetfeldstärke erforderlich, um die Produktivitätsanforderungen zu erfüllen. Manchmal wird eine sehr niedrige Frequenz verwendet, um eine größere Eindringtiefe des Stroms zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist die Magnetfeldstärke groß und die elektromagnetische Kraft sehr hoch. Während des kontinuierlichen Erhitzens des Rohlings wird das Magnetfeld am Ende des Rohlings verzerrt, wenn sich der Rohling dem letzten Spulenauslass nähert und diesen passiert. Im Endbereich der Spule übt die Radialkomponente des Magnetfelds eine erhebliche Längskraft auf den Rohling aus. Aufgrund der geringen Dichte von Aluminium, Magnesium und anderen Nichteisenlegierungen ist auch die Reibung gering. Wenn die Längskraft die Reibungskraft übersteigt, wird der Knüppel von der Spule ausgestoßen. In solchen Fällen müssen zusätzliche Konstruktionsmethoden oder Materialhandhabungsschemata durch Computersimulation in Betracht gezogen werden, um diese potenzielle Gefahr zu vermeiden.
Wie oben beschrieben, hat die Verwendung von Niederfrequenzstrom eine Reihe von thermischen Vorteilen zum Erhitzen von Materialien mit niedrigem spezifischem Widerstand. Zusätzlich zu diesen thermischen Vorteilen kann eine niedrigere Frequenz den Leistungsfaktor der Spule deutlich erhöhen. Bei niedrigen Frequenzen können jedoch die Spulenspannung und der Spannungsabfall pro Windung der Spule niedrig sein, während der Spulenstrom ziemlich hoch sein kann, was eine Reihe potenzieller Probleme mit sich bringen kann, einschließlich der Zunahme der elektromagnetischen Längskraft zwischen den Spulen am Ende der Spule, hohe Übertragungsdämpfung und Lastanpassungstests. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann es in einigen Fällen erhebliche Vorteile geben, eine Mehrschichtspule zu verwenden.
