Poza tym formowanie nagrzewania indukcyjnego może szybko tworzyć bardzo złożony kształt geometryczny, może również zapewniać dużą liczbę przepływów ziarna metalu i korzyści w zakresie wydajności mechanicznej, wytłaczanie i kucie, tworzenie włóknistej struktury ziarna może zapobiegać rozwojowi pęknięć i poprawiać właściwości udarowe i zmęczeniowe ze zwykłej temperatury formowania na gorąco materiałów metalowych, najczęstsza jest stal węglowa. Ale wraz z aluminium, magnezem, tytanem i nadstopami oraz innymi częściami do kucia lub wytłaczania metali nieżelaznych w szeroko stosowanym przemyśle samochodowym, kolejowym, lotniczym i innych, rośnie również zapotrzebowanie na materiały z metali nieżelaznych.
Temperatura znacząco wpływa na odkształcalność stopu i jego zdolność do formowania wyrobów o wysokiej jakości. Temperatura formowania na gorąco większości stali węglowych wynosi zwykle około 1200 ~ 1300 ℃ (temperatura formowania na ciepło może być znacznie niższa), ale temperatura docelowa różnych gatunków stopów metali nieżelaznych jest bardzo różna. W większości zastosowań klient wymaga nie tylko podwyższenia średniej temperatury przedmiotu obrabianego, ale także kładzie nacisk na równomierność temperatury. Te wymagania dotyczące jednorodności temperatury są zwykle definiowane w jednym kierunku (np. jednorodność promieniowa, jednorodność wzdłużna itp.) lub ogólnie. Ponadto, niektóre zastosowania formowania wymagają osiągnięcia pewnej niejednorodności temperatury po podgrzaniu. Na przykład, aby utrzymać stan izotermiczny podczas procesu formowania dużego, izotermicznego wytłaczania do przodu ze stopu aluminium, zwykle wymagany jest pewien wzdłużny gradient temperatury, aby poprawić jakość produktu i żywotność narzędzia.
Praktyczne znaczenie właściwości materiałów
Aluminium, miedź, srebro, stop magnezu i inne materiały do ogrzewania indukcyjnego mają nie tylko stosunkowo wysoką przewodność cieplną, ale także wysoką przewodność elektryczną (tj. niską rezystywność). Dlatego efekt naskórkowania wywołany przez prąd przemienny będzie bardzo znaczący w tych materiałach, ciepło wytwarzane przez indukcję będzie skoncentrowane w pobliżu powierzchni materiału, 100 mm puste aluminium (Al6061) i austenityczna stal nierdzewna (SS304) umieszczone w tym samym czujnika i radialnej gęstości mocy pola elektromagnetycznego.
Gdy docelowa temperatura nagrzanego materiału jest bliska jego temperaturze topnienia, gęstość linii strumienia magnetycznego w pobliżu powierzchni tych materiałów spowoduje również przegrzanie końca przedmiotu obrabianego. Zjawisko to jest spowodowane zniekształceniem linii pola magnetycznego na końcu przedmiotu obrabianego. W statycznym systemie grzewczym można to zrobić, wybierając odpowiednią częstotliwość, gęstość mocy, długość cewki i średnicę cewki. Zjawisko to należy również zauważyć podczas ciągłego ogrzewania. Chociaż kęs jest podawany od końca do końca systemu, nadal ma oczywisty elektromagnetyczny efekt końcowy w pewnych przejściowych warunkach produkcyjnych.
Ponieważ gradient temperatury generowany w materiale będzie tworzył duże naprężenia termiczne, powodujące powstawanie pęknięć w obrabianym przedmiocie, jak pokazano na rysunku 3. Ryzyko powstawania i propagacji pęknięć jest szczególnie godne uwagi, gdy duży przedmiot obrabiany jest nagrzewany lub gdy przedmiot obrabiany mikrostruktura jest w stanie „odlanym”, ponieważ porowatość i potencjalna niejednorodność odlewanego materiału znacznie zwiększają to prawdopodobieństwo.
Ze względu na te potencjalne problemy, przy wyborze częstotliwości, gęstości mocy i czasu nagrzewania, a także przy projektowaniu i sterowaniu urządzeniami grzewczymi, należy uwzględnić miejscowe przegrzanie materiału.
Efektywność elektromagnetyczna nagrzewania indukcyjnego jest zasadniczo związana z rezystancją ładunku (półfabrykat, pręt, rura itp.), A materiały o wysokiej rezystywności mają wyższą wydajność grzewczą. Jak widać z porównania dwóch wspomnianych powyżej krzywych gęstości mocy, na początku procesu nagrzewania, całkowita indukcyjna moc grzejna na jednostkę długości półwyrobu z aluminium 6061 wynosi około jednej czwartej mocy półwyrobu ze stali nierdzewnej tej samej średnicy, co odzwierciedla, że sprawność elektromagnetyczna stopu o niskiej rezystywności nagrzewania indukcyjnego jest niższa niż w przypadku materiału o wysokiej rezystywności. Nagrzewanie indukcyjne elektromagnetyczne nadal oferuje znaczną przewagę wydajności nad innymi metodami ogrzewania tego typu materiałów.
Zgodnie z właściwościami elektronicznymi stopów aluminium, miedzi, srebra i magnezu, stosunkowo wysokie natężenie pola magnetycznego jest ogólnie wymagane, aby spełnić wymagania produktywności. Czasami w celu uzyskania większej głębokości wnikania prądu stosuje się bardzo niską częstotliwość. W tym czasie siła pola magnetycznego będzie duża, a siła elektromagnetyczna będzie bardzo wysoka. Podczas ciągłego ogrzewania półfabrykatu, gdy półfabrykat zbliża się i przechodzi przez końcowy wylot cewki, pole magnetyczne na końcu półfabrykatu ulegnie zniekształceniu. W obszarze końcowym cewki promieniowa składowa pola magnetycznego wywiera znaczną siłę wzdłużną na półfabrykat. Ze względu na małą gęstość aluminium, magnezu i innych stopów metali nieżelaznych tarcie jest również niewielkie. Kiedy siła wzdłużna przekracza siłę tarcia, kęs jest wyrzucany ze zwoju. W takich przypadkach należy rozważyć dodatkowe metody projektowania lub schematy postępowania z materiałami za pomocą symulacji komputerowej, aby uniknąć tego potencjalnego zagrożenia.
Jak opisano powyżej, zastosowanie prądu o niskiej częstotliwości ma szereg zalet termicznych do ogrzewania materiałów o niskiej rezystywności. Oprócz tych zalet termicznych, niższa częstotliwość może znacznie zwiększyć współczynnik mocy cewki. Jednak przy niskich częstotliwościach napięcie cewki i spadek napięcia na zwój cewki mogą być niskie, a prąd cewki może być dość duży, co może powodować szereg potencjalnych problemów, w tym wzrost wzdłużnej siły elektromagnetycznej między cewkami na końcu cewki, wysokie straty transmisji i testy dopasowania obciążenia. Aby uniknąć tych wad, w niektórych przypadkach zastosowanie cewki wielowarstwowej może przynieść znaczne korzyści.
