再生用誘導加熱

誘導加熱技術は 100 年以上商業化されていますが、その応用に詳しくない人にとっては依然として「新しい技術」とみなされています。 実証済みの成熟した熱技術であるにもかかわらず、この応用科学の応用には依然としてある程度の「謎または芸術」が存在します。

誘導は、溶解、鍛造、精密熱処理用途に最もよく利用されます。 さらに、誘導加熱は、ろう付け、はんだ付け、焼きばめ、接着などのさまざまな金属接合技術に広く使用されています。 誘導加熱システムの大部分は、新しいエンジンやドライブトレインのコンポーネントを製造し、寿命を延ばす目的で、OEM 自動車メーカーやオフロード エンジン メーカーに販売されています。

過去 10 年間、誘導加熱はドライブトレインの再製造作業にとって常に有益な技術であり、この業界内で世界規模で人気が高まり続けています。 販売と需要により、さまざまなドライブトレインの再製造用途に誘導加熱システムを使用する必要性が高まり続けています。 これらのコンポーネントは、シリンダー ヘッド、コネクティング ロッド、トランスミッション、ディファレンシャル、ギア、ベアリング、プーリー、リング ギア、フライホイールなどで構成されますが、これらに限定されません。

このホワイトペーパーで提供される情報は、誘導加熱技術、その無限の機能と多用途性によって生み出される利点、および高い ROI を生み出す実証済みの実績について、より深く理解することを目的としています。 これらの利点には、コア保持率の向上、スクラップの削減、生産の拡大、労働内容の削減、エネルギー消費の減少、消耗品の減少、従業員の安全性の向上、人間工学などが含まれます。

電磁誘導による誘導電流の理論は、1831 年にマイケル ファラデーによって証明されました。この技術は、1918 年にエドウィン フィンチ ノースラップ博士によって工業用加熱用途として初めて実用化されました。

誘導加熱は、導電性材料を変化する磁界内に置き、ヒステリシス (磁性材料のみ) および/または誘導電流 (すべての導電性材料) によって加熱する熱プロセスです。 変化する磁場は、電気巻線 (コイル/インダクター) に流れる高周波交流 (AC) によって生成されます。 誘導加熱は、再生用の他の加熱技術と比較して、非常に高速かつ効率的な非接触加熱方法です。 エネルギー変換効率は 90% にも達します。 加熱時間は、燃焼や加熱部品との物理的接触がなければ秒単位で測定されます。

興味のあるユーザーは、誘導加熱システムを指定する際に資格のある誘導加熱サプライヤーに相談することが重要です。 誘導加熱システムを選択する際には、電力 (kW)、動作周波数 (kHz)、加熱インダクターの設計、プロセス制御方法など、多くの変数があります。

複数の誘導加熱システムのパラメータは、構成合金、構成部品の寸法、許容加熱時間、目標温度、最高温度、マテリアルハンドリングの制約など、製造プロセスの多くの変数の影響を受けます。 プロセスの成功、信頼性、再現性を保証するために、誘導加熱の潜在的な用途をプロセス エンジニアが検討することをお勧めします。

加熱インダクター (コイル) は、AC 電流が流れる電気巻線で、導電性物体を加熱するための特定のパターンの電磁場を生成します。

多くの人は、加熱インダクタを、加熱される部品を囲む銅管で作られた単純な螺旋状の巻線として想像しています。 これも一つだろうが

インダクタの形式については、考慮すべき点が他にもたくさんあります。 加熱インダクターは、中空の銅管、中実ロッド、フレキシブル ケーブル、機械加工されたビレット、さらには粉末銅合金から 3D プリントして作成できます。 インダクタの設計は、プロセス要件、予算、およびインダクタを構築するユーザーの能力によって決まります。 銅は、その高い導電率（低電力損失）、高い熱伝導率（水で容易に冷却される）、および比較的低コストであるため、インダクタの製造に選ばれる材料です。 ほとんどのインダクタは、部品からの反射熱とインダクタ内を流れる非常に高い電流 (通常は数千アンペア) により水冷されます。

インダクタは、誘導加熱システムの最も重要なコンポーネントです。 インダクタは、ソレノイド、ヘアピン、パンケーキ、トランスバース、ID、チャネル、クラムシェル、機械加工/3D プリント プロファイルなど、さまざまな構成で設計できます。 ソレノイド インダクタのみが部品を囲んでいます (図 1)。 インダクタが部品を完全に囲む必要があるというのは、よくある誤解です。 実際、インダクタは外側、内側、片面、両面、さらには 3 面から加熱する可能性があります。 インダクタは一般に、加熱される部品および/または部品の領域の形状に合わせてプロファイルされます。 インダクタのスタイルは効率に影響します。 たとえば、内部加熱インダクタはソレノイド インダクタの約 2 倍の電力を必要とします。

結合ギャップとして知られる加熱部品とインダクターの間のギャップも効率に影響します。 結合ギャップが増加すると、効率が低下します。 プロセスの成功の可能性を最大限に高めるためには、アプリケーションのプロセス開発段階の早い段階でインダクタ設計の専門家に相談することが重要です。

非効率的なインダクタは過剰な電力を消費し、再現性が悪く、部品の後加工が必要になるか、まったく動作しない可能性があります。 誘導加熱プロセスの性能は、そのプロセスに使用されるインダクタによって決まります。

高品質インダクタの主な設計特性は次のとおりです。

たとえば、誘導バルブ シート加熱インダクタは、正確な位置合わせとピンポイントの加熱ゾーンを提供するために、非常に厳しい工作機械公差に合わせて設計および構築されています。 したがって、熱をバルブシート領域のみに制限し（図2a）、バルブシートポケットの親ボアへの熱損傷を防ぎます。 大部分のインダクタと同様に、これらは水冷式であり、プロセスから推測作業を排除し、オペレータの手順を簡素化するための特定の位置合わせおよび間隔機能が装備されています。

このスタイルのインダクタ (図 2b) には、さまざまなインダクタ形状をサポートするクイックチェンジ機能が装備されており、処理されるヘッドのメーカーとモデルに基づいて数秒で交換できます。 この設計の耐久性と耐熱性素材により、単一の誘導弁シート加熱インダクターで何千ものシートを加熱することができます。

最新の制御は誘導加熱プロセス全体に統合され、加熱プロセスを正確かつ一貫して制御できます。 最新の誘導加熱システムは多数のマイクロプロセッサを採用しており、プロセスのパフォーマンス特性に関するデータを提供できます。

誘導加熱は非常に制御可能で再現性があるだけでなく、非常に予測可能です。

有限要素解析 (FEA) ソフトウェアと独自のシミュレーション ソフトウェア パッケージを使用することで、誘導 OEM は、単一の部品が物理的に加熱される前に、部品の熱パターン、温度上昇、温度分布、応力、ひずみ、さらには冶金的変化を正確に予測できます (図 3)。

誘導加熱には、精度、速度、制御、エネルギー効率など、他の加熱方法に比べて多くの優れた特性があることが簡単にわかります。 ただし、誘導は加熱プロセスの一部にすぎません。 電磁誘導によって得られる優れた熱制御にもかかわらず、精度と再現性は、部品の公差、部品の位置、部品の清浄度、部品の材質、プロセスの一貫性、およびその他のいくつかの要素など、各プロセスの他の変数を制御できるかどうかによって決まります。 。

Ajax TOCCO Magnethermic Corporation などの誘導加熱 OEM 企業は、顧客に実際の生産部品のラボ トライアルを提供しています。 お客様は、あらゆるタイプの誘導加熱アプリケーション用の部品を送って、誘導加熱プロセスの実証済みの結果を直接体験することができます。

当社の誘導加熱装置を使用することの明確な利点は次のとおりです。 再現性、信頼性、品質、安全性、スピード。

さらに、リマンユーザーは良好な ROI を獲得しており、大多数は労働力、安全性、効率性、さらには医療保険コストの削減の節約により、コストを正当化することができています。

REMAN アプリケーションに誘導加熱を選択する理由

誘導加熱は従来の化石燃料を燃やしません。 これはクリーンで汚染のないプロセスですが、誘導が環境に優しいことが過去 100 年間の最大の小さな秘密だったようです。 誘導は常に「グリーンテクノロジー」でした。

誘導加熱システムは環境に優しく、煙、廃熱、有害な排出物、騒音を排除することで従業員の労働環境を改善します。

この独自のエネルギー効率の高いプロセスは、一般にエネルギー効率が 45% しかないバッチ炉と比較して、膨張したエネルギーの最大 90% を有用な熱に変換します。 IH ではウォームアップやクールダウンのサイクルが不要なため、待機時の熱損失が最小限に抑えられます。 誘導プロセスの再現性と一貫性により、エネルギー効率の高い自動化システムとの互換性が高くなります。

グリーン化を代表する最も著名な産業の 1 つは、再製造産業です。 RIC (Remanufacturing Industries Council) の言葉を言い換えると、リマンは、以前に販売された、磨耗した、または機能しない製品またはコンポーネントを「新品同様」または「新品よりも優れた」状態に戻し、その性能レベルと保証を保証します。品質。

誘導加熱コミュニティと非常に似ており、再製造業界も世界中の組織や協会の緊密なグループを共有しています。

また、誘導技術と同様に、再製造の主な利点には、材料の節約、製造中のエネルギー消費の削減、廃棄物の軽減、同等品質の品目の価格を下げることによる高い ROI の獲得などがあります。

誘導加熱技術は、再生産業の多くの用途で成功していることがすでに証明されています。 これらの革新的な加熱アプリケーションのサンプルには次のようなものがあります。

取り外し・分解時の誘導加熱

焼きばめ用途

最も一般的なリマン アプリケーションの 1 つは、バルブ シートの取り外しのための誘導加熱です。 Ajax TOCCO Magnethermic は、社内では Induction Valve Seat Removal (IVSR) と呼ばれるこのアプリケーション向けに設計されたソリューションを提供します。 Ajax TOCCO Magnethermic が提供する設計された IVSR システムは、大型エンジンの再製造業界、特にエンジンのシリンダー ヘッドから圧入されたバルブ シートを取り外す作業に革命をもたらしました。 Ajax TOCCO のプロセスでは、圧入されたバルブ シートを数秒で急速に加熱します。 シートが冷えると収縮し、簡単に改造した手持ち工具を使用して簡単に取り外すことができます (図 4)。 場合によっては、手袋をした手だけを使ってシートを取り外すことができた。

数十の IVSR システムが、世界中の主要なエンジン再製造会社とともに主要な OEM に提供されています。

鉄製および非鉄製シリンダーヘッドのあらゆるサイズのシート (図 5 ～ 7) は、IVSR プロセスを使用して加熱、収縮、抽出されることに成功しました。 IVSR システムは比較的コンパクトで、可搬性があり (図 8)、適応性に優れているため、プロセスを必要な場所まで簡単に移動できます。

誘導加熱は、非常に制御可能、反復可能、拡張可能なプロセスです。 数秒から数千度の温度上昇は、プロセス要件に応じて、数秒以内、または指定された時間をかけて達成できます。

誘導加熱技術を使用すると、トーチ、抵抗、炉では容易に到達できない温度を得ることができます。 燃焼や輻射加熱方式とは異なり、誘導加熱は露点、通風、周囲温度、圧力などの環境変化の影響を受けません。

誘導は非常に選択的で、部品のごく一部 (数ミリメートル) のみを加熱することも、単一部品の流れまたは連続コンベアタイプの生産でアセンブリ全体を加熱することもできます。

誘導は、さまざまな形状の部品の加熱に非常に適応性があります。

IHのエネルギー効率は最大90%に達します。 加熱は瞬時にオンおよび瞬時にオフになるため、待機中や生産の遅延中に電力を無駄にすることはありません。

再生産業で誘導加熱技術を使用する利点は無限です。 興味のある方は、新たな潜在的なアプリケーションを継続的に探すことをお勧めします。 「青いレンチ」(トーチ) を誘導加熱システムに置き換えて、収益を向上させます。

誘導加熱システムは可動性があり、ツールを短時間で交換するだけでさまざまなタイプの用途に適応できます。 現在または今後のリマン加熱操作に必要な熱源として、誘導加熱を第一に考慮する必要があります。

接触：John Lormin、フィールド セールス エンジニア、低消費電力製品、Ajax TOCCO Magnethermic – 248-691-2299 または [email protected]