Forja por inducción
La forja por inducción se refiere al uso de un calentador de inducción para precalentar metales antes de la deformación usando una prensa o un martillo. Por lo general, los metales se calientan entre 1100 y 1200 °C (2010 y 2190 °F) para aumentar su maleabilidad y facilitar el flujo en la matriz de forja. [1]
El calentamiento por inducción es un proceso sin contacto que utiliza el principio de inducción electromagnética para producir calor en una pieza de trabajo. Al colocar un material conductor en un fuerte campo magnético alterno , se hace que la corriente eléctrica fluya en el material, provocando así el calentamiento Joule . En los materiales magnéticos, se genera más calor por debajo del punto de Curie debido a las pérdidas por histéresis . La corriente generada se encuentra predominantemente en la capa superficial, siendo dictada la profundidad de esta capa por la frecuencia del campo alterno y la permeabilidad del material. [2]
Las fuentes de alimentación para el forjado por inducción varían en potencia desde unos pocos kilovatios hasta muchos megavatios y, dependiendo de la geometría del componente, pueden variar en frecuencia desde 50 Hz hasta 200 kHz. La mayoría de las aplicaciones utilizan el rango entre 1 kHz y 100 kHz. [3]
Para seleccionar la potencia correcta es necesario primero calcular la energía térmica requerida para elevar el material a la temperatura requerida en el tiempo asignado. Esto se puede hacer usando el contenido de calor del material que es normal expresado en KW horas por tonelada el peso del metal a procesar y el ciclo de tiempo. Una vez que esto se ha establecido, se deben tener en cuenta otros factores, como las pérdidas radiadas del componente, las pérdidas de la bobina y otras pérdidas del sistema. Tradicionalmente, este proceso implicaba cálculos largos y complejos junto con una combinación de experiencia práctica y fórmula empírica . Las técnicas modernas utilizan análisis de elementos finitos [4]y otras técnicas de modelado asistidas por computadora, sin embargo, como con todos estos métodos, aún se requiere un conocimiento práctico completo del proceso de calentamiento por inducción.
El segundo parámetro importante a considerar es la frecuencia de salida de la fuente de alimentación. Como el calor se genera predominantemente en la superficie del componente, es importante seleccionar una frecuencia que ofrezca la mayor profundidad de penetración práctica en el material sin correr el riesgo de cancelación de corriente. [5] Se apreciará que, dado que solo se calienta la piel, se necesitará tiempo para que el calor penetre en el centro del componente y que, si se aplica demasiada energía demasiado rápido, es posible que se derrita la superficie del componente. dejando el núcleo fresco. Utilizando datos de conductividad térmica para el material [6] y la homogeneidad especificada por los clientes (física)requisitos con respecto a la sección transversal ∆T es posible calcular o crear un modelo para establecer el tiempo de calentamiento requerido. En muchos casos, el tiempo para lograr un ∆T aceptable superará el que se puede lograr calentando los componentes de uno en uno. Se utiliza una gama de soluciones de manejo que incluyen transportadores, alimentadores en línea, sistemas de empuje y alimentadores de balancín para facilitar el calentamiento de múltiples componentes mientras se entregan componentes individuales al operador en el ciclo de tiempo requerido.
El calentamiento del extremo de la barra generalmente se usa cuando solo se va a forjar una parte de la barra. Las aplicaciones típicas del calentamiento del extremo de la barra son:
