유도 수축 피팅

Induction shrink fitting

유도 수축 피팅이란 유도 히터 기술을 사용하여 금속 부품을 150 °C(302 °F) ~ 300 °C(572 °F) 사이에서 예열함으로써 금속 부품을 팽창시켜 다른 구성 요소를 삽입 또는 탈거할 수 있도록 하는 것을 말한다.[1] 일반적으로 알루미늄과 같은 금속에는 낮은 온도 범위를 사용하고 저/중간 탄소강과 같은 금속에는 높은 온도를 사용한다. 이 프로세스는 구성 요소의 작동을 허용하면서 기계적 성질의 변경을 방지한다. 금속은 일반적으로 냉방과 열에 반응하여 팽창한다. 온도 변화에 대한 이 치수 반응은 열팽창 계수로 표현된다.[2]

과정

유도 가열은 전자 유도 원리를 사용하여 공작물에서 열을 생성하는 비접촉식 가열 과정이다. 이 경우 열팽창은 기계적 용도에 사용되어 부품들을 서로 위로 장착할 수 있다. 예를 들어 부싱의 내경을 축의 직경보다 약간 작게 만든 다음 축 위에 맞을 때까지 가열하고 축 위로 밀린 후에 냉각시켜 'sh'를 달성할 수 있다.'링크 핏' 전도성 물질을 강한 교번 자기장에 배치하면 금속에서 전류가 흐르게 되어 물질의 IR2 손실로 인한 열을 발생시킬 수 있다. 표면 층에서 주로 생성되는 전류 흐름. 교대장의 주파수와 재료의 투과도에 의해 지시되는 이 층의 깊이.[3] 수축 피팅을 위한 유도 히터는 크게 두 가지 범주로 나뉜다.

철 코어를 사용하는 주파수 단위

베어링 히터라고도 불리는 주파수 장치는 표준 변압기 원리를 사용하여 작동한다. 내부 권선은 표준 주 변압기와 유사한 적층 코어 주위에 감겨 있다. 그 후 코어는 공작물을 통과하여 1차 코일에 전원이 공급되면 코어를 중심으로 자속이 생성된다. 공작물은 생성된 변압기의 누전 2차적 역할을 하며, 유도의 법칙에 따라 공작물에 전류가 흐르고 열이 발생한다. 노심은 일반적으로 하역 또는 하역할 수 있도록 어떤 방식으로 경첩되거나 클램프로 고정되는데, 이는 대개 수동 조작이다. 부품 직경의 변화를 커버하기 위해 대부분의 장치는 성능 최적화에 도움이 되는 예비 코어를 사용할 수 있다. 부품이 올바른 온도로 가열되면 조립은 손으로 또는 관련 지그 또는 기계 누름으로 수행할 수 있다.[4]

전력 소비량

베어링 히터는 일반적으로 1kVA ~ 25kVA 범위이며 용도에 따라 1~650kg(2.2~1,433.0lb)의 부품을 가열하는 데 사용된다. 필요한 전력은 많은 제조업체가 그래프와 차트를 출판하는 것을 돕기 위해 중량, 목표 온도 및 주기 시간의 함수다.

산업 및 애플리케이션

  • 철도 - 변속기, 휠, 변속기
  • 공작기계 - 선반 기어박스, 밀스
  • 강철 작업 - 롤 베어링, 롤 넥 링
  • 발전 - 다양한 제너레이터 구성 요소

코어를 삽입할 필요성과 또한 효과적이기 위해서는 코어가 가열될 부품의 보어에 비교적 근접해야 하기 때문에, 위의 베어링 히터 타입 접근은 실현 가능하지 않은 응용이 많다.

솔리드 스테이트 MF 및 RF 히터

운용상 복잡성이 코어 주파수 접근방식을 부정하는 경우 표준 RF 또는 MF 유도 히터를 사용할 수 있다. 이 유형의 장치는 구리 튜브를 감아 전자 코일을 만드는 회전을 사용한다.[5] 코어가 필요하지 않으며, 코일을 단순히 감싸거나 가열할 부품에 삽입해야 하므로 공정이 간단하다. 또 다른 장점은 장착 부품을 수축시킬 뿐만 아니라 탈거할 수도 있다는 것이다.

유도 수축 피팅에 사용되는 RF와 MF 히터는 몇 킬로와트에서 여러 메가와트까지 전력이 다양하며, 대부분의 용도가 1 kHz와 100 kHz 사이의 범위를 사용하지만 구성 요소 기하학/지름계/크로스 섹션에 따라 주파수가 1 kHz에서 200 kHz까지 달라질 수 있다.[5]

일반적으로 수축 피팅을 할 때 가장 낮은 실제 주파수와 낮은 전력 밀도를 사용하는 것이 가장 좋다. 이는 일반적으로 더 균등하게 분산된 열을 제공하기 때문이다. 이 규칙의 예외는 열을 사용하여 샤프트에서 부품을 탈거할 때입니다. 이러한 경우 빠른 열로 부품을 충격하는 것이 가장 좋은 경우가 많으며, 이는 또한 시간 주기를 단축하고 축에 열이 쌓이는 것을 방지하여 두 부품이 모두 팽창하는 문제를 초래할 수 있다는 이점이 있다.

정확한 전력을 선택하기 위해서는 우선 할당된 시간 내에 필요한 온도까지 자재를 끌어올리는 데 필요한 열 에너지를 계산해야 한다. 이 작업은 tonne당 kW 시간으로 정규 표현되는 재료의 열함량, 가공할 금속의 중량 및 시간 주기를 사용하여 수행할 수 있다.[6] 일단 이것이 확립되면, 구성품으로부터의 복사 손실, 코일 손실 및 기타 시스템 손실과 같은 다른 요소들을 고려해야 한다. 전통적으로 이 과정은 실제 경험과 경험적 공식의 혼합과 함께 길고 복잡한 계산을 포함했다. 현대 기법은 유한 요소 분석과 기타 컴퓨터 지원 제조 기법을 사용하지만, 그러한 모든 방법에서 유도 가열 프로세스에 대한 철저한 실무 지식이 여전히 필요하다. 올바른 접근법을 결정할 때 충분한 흡수 시간이 구성 요소 전체에 고른 열을 발생시킬 수 있도록 보장하기 위해 공작물의 전체 크기와 열 전도성 및 팽창 특성을 고려해야 하는 경우가 많다.

출력 주파수

수축 피팅은 확장될 구성부품의 균일한 난방이 필요하므로 수축 피팅을 위해 난방에 접근할 때 가장 낮은 실제 주파수를 사용하는 것이 좋다. 이 규칙의 예외는 샤프트에서 부품을 탈거할 때 있을 수 있다.

산업 및 애플리케이션

솔리드 스테이트 RF와 MF 히터를 이용한 유도 수축 피팅 또는 제거로 이득을 보는 산업과 응용분야가 매우 많다. 실제로 채택된 방법론은 운영자가 부품을 조립하거나 분해하는 단순한 수동 방식에서 완전히 자동 공압 및 유압 프레스 배치까지 다양할 수 있다.[7]

  • 플라이휠에 연결된 자동차 스타터 링
  • 기어를 크랭크축에 타이밍 설정
  • 모터 스타터를 모터 본체로 이동
  • 모터 샤프트를 스타터로 연결
  • 가스 터빈 임펠러 탈거 및 장착
  • 발전기 중공 볼트 탈거 및 장착
  • 고정밀 롤러 베어링 조립
  • 선박 엔진용 2행정 크랭크축 축소 장착

장단점

장점:

  • 프로세스 제어 가능성 - 기존의 전기 또는 가스 용해로와 달리 유도 시스템은 예열 사이클이나 제어된 정지를 필요로 하지 않는다. 온 디맨드는 온 디맨드로 사용할 수 있다. 다운스트림 생산 중단 시 빠른 가용성의 이점 외에도 전원을 끌 수 있어 에너지를 절약할 수 있다.
  • 에너지 효율성 - 구성 요소 에너지 전달 내에서 발생하는 열로 인해 매우 효율적이다. 유도 히터는 주변 공기가 아닌 부분만 가열한다.
  • 프로세스 일관성 - 유도 가열 프로세스는 매우 균일한 일관적인 열을 생성하며, 이는 종종 주어진 프로세스에 더 적은 열을 사용할 수 있게 한다.
  • 불꽃 없음 - 이를 통해 특히 석유화학 용도에 있어 휘발성 환경의 다양한 용도에 유도 난방을 사용할 수 있다.

이 공정의 주요 단점은 일반적으로 원통형 모양의 부품으로 제한된다는 점이다.[4]

참고 항목

참조

메모들

  1. ^ 루드네프, 페이지 185.
  2. ^ 루드네프, 페이지 88.
  3. ^ 루드네프, 페이지 11.
  4. ^ a b 루드네프, 페이지 433.
  5. ^ a b 루드네프, 91쪽
  6. ^ 루드네프, 22페이지
  7. ^ 루드네프, 페이지 434.

참고 문헌 목록

  • Davies, John; Simpson, Peter (1979), Induction Heating Handbook, McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8.
  • Rapoport, Edgar; Pleshivtseva, Yulia (2006), Optimal Control of Induction Heating Processes, CRC Press, ISBN 0-8493-3754-2.
  • Rudnev, Valery; Loveless, Don; Cook, Raymond; Black, Micah (2002), Handbook of Induction Heating, CRC Press, ISBN 0-8247-0848-2.

외부 링크