В соответствии с глубиной проникновения тока и на основании анализа работающего оборудования по накатыванию зубчатых колес определена наиболее рациональная частота тока. Одной из основных трудностей в технологическом процессе накатывания зубчатых колес является обеспечение стабильности индукционного нагрева заготовок.

Главным образом это зависит от колебания напряжения в распределительной сети, питающей двигатель преобразователя, от свойства металла нагреваемой заготовки и т. д. Для поддерживания постоянного напряжения в цепи генератор — индуктор высокочастотные установки оборудуются электромашинными усилителями, которые используются одновременно как возбудители высокочастотного генератора.

Для ликвидации или уменьшения резких колебаний напряжения питающей сети целесообразно питать высокочастотные установки через отдельный силовой трансформатор, или в сети, питающей высокочастотную установку, установить стабилизатор напряжения.

Для плавного регулирования напряжения, подводимого к индуктору, при неизменном значении питающего высокочастотного напряжения можно использовать автотрансформатор, представляющий собой высокочастотный двухкаскадный магнитный усилитель, включенный перед нагревательным контуром.

Поскольку индукторы с зигзагообразным индуктирующим токопроводом используются для нагрева крупных заготовок, передавая при этом сравнительно большие мощности, то очень важным является полное использование мощности генератора.

В случае накатывания большой номенклатуры зубчатых колес в этих целях необходимо иметь трансформатор с регулируемым коэффициентом трансформации. Важным фактором в процессе индукционного нагрева заготовки под накатывание является правильный выбор частоты тока.

Частота тока зависит от модуля объемного расширения металла и обжатия накатников, а в конечном итоге от глубины проникновения тока в металл заготовки.

Высокочастотную установку для нагрева следует выбирать с учетом явления поверхностного эффекта, когда наибольшая плотность тока будет в слое, который прилегает к поверхности заготовки, расположенной под индуктором и резко спадает по мере проникновения тока в металл. Расчеты по глубине проникновения тока в металл при нагреве кольцевым индуктором могут быть произведены математически.

Расчет показывает, что при быстром нагреве, т. е. когда процесс длится несколько секунд, а используемая для нагрева мощность, подведенная к единице нагреваемой поверхности, имеет величину, приблизительно равную 0,9-1,5 кВт/см2, на глубине проникновения выделяется 87% всей тепловой энергии, сообщаемой нагреваемой заготовке.

Это заставляет принимать ряд дополнительных мер для предотвращения перегрева и расплавления токопроводов.

Кольцевые индукторы изготовляются из профилированной медной трубки в виде кольца. Внутренний диаметр кольца индуктора должен быть больше диаметра накатываемого зубчатого колеса.

Так, при диаметре заготовки до 60 мм зазор между внутренним диаметром индуктора и заготовкой принимается равным 3 мм, при диаметре 60-150 мм — 4 мм, а при диаметре в пределах 150-240 мм — 5 мм. Конструкция секторных индукторов зависит в значительной степени от ширины нагреваемой заготовки. Для нагрева заготовок шириной до 60 мм применяются секторы — торцевые индукторы, состоящие из активных токопроводов, располагаемых над цилиндрической поверхностью заготовки, и обратных токопроводов, идущих вдоль ее торца.

Активная часть индуктирующего провода снабжается как правило магнитопроводом, к. п. д. такого индуктора составляет 70-75%. Для нагрева заготовок шириной более 60 мм может быть рекомендована конструкция секторного индуктора с зигзагообразным магнитопроводом. В таком индукторе активная часть ветви, расположенная над цилиндрической поверхностью заготовки, выполнена по винтовой линии под углами 30° к образующей.

При этом ее направление выбирается противоположным направлению зубьев накатываемого колеса.

Процесс накатывания зубчатых колес при штучном способе осуществляется медленнее, чем при прутковом.

Поэтому заготовка должна нагреваться со значительным запасом тепла, т. е. на большую глубину, чем необходимо для деформации. В противном случае температура деформируемых слоев к концу обжатия становится недопустимо низкой.

Это приводит к необходимости применения при накатывании цилиндрических зубчатых колес комбинированного нагрева, при котором заготовка нагревается предварительно с помощью кольцевого или секторного индукторов, а затем нужная температура ее поверхности поддерживается в процессе накатывания за счет включения дополнительного секторного индуктора. В целях повышения к. п. д. индуктора он должен располагаться с минимально допустимым зазором относительно нагреваемой поверхности заготовки.

Во избежание соприкосновения индуктора с зубьями заготовки индуктор по мере внедрения накатников автоматически отодвигается. Глубина нагрева в этом случае может рассчитываться не по глубине конечной деформации, а по глубине Деформации за один оборот заготовки.

Нагрев заготовок при накатывании конических зубчатых колес производится кольцевым индуктором, снабженным магнитопроводом из набора пластин трансформаторной стали.

Разработка кольцевых индукторов для нагрева заготовок под прутковую накатку не вызывает затруднений и производится так же, как и при поверхностной закалке токами высокой частоты.

Не менее важным является также стабильность температурного интервала процесса деформации, так как изменение температуры конца накатывания влияет не только на силовые параметры процесса, но и на точность элементов зацепления накатанного колеса.

Величина прогрева заготовок зависит от метода накатывания, размеров и модуля колеса. Если накатывание производится прутковым способом, когда основная деформация осуществляется последовательно по длине заготовки за сравнительно короткое время, то целесообразно нагрев заготовки осуществлять не по всей длине, а последовательно, по мере ее перемещения в зону деформации.

Как показывает практика, глубина проникновения пластической деформации при накатывании зубьев составляет примерно один модуль. При этом глубина прогрева заготовки до температуры деформации принимается равной примерно двум модулям, это позволяет избежать чрезмерно быстрого остывания заготовки, вызываемого значительным отбором тепла накатанными и внутренними слоями металла.

Нагрев заготовок при прутковом способе накатывания осуществляется, как правило, с помощью цилиндрического индуктора, состоящего из одного или нескольких витков индуктирующего провода.