Chauffage par induction pour la remise à neuf

La technologie de chauffage par induction est commercialisée depuis plus de 100 ans, mais elle est toujours considérée comme une « nouvelle technologie » pour ceux qui ne connaissent pas son application. Bien qu'il s'agisse d'une technologie thermique éprouvée et mature, un certain "mystère ou art" existe toujours dans l'application de cette science appliquée.

L'induction est le plus souvent utilisée pour les applications de fusion, de forgeage et de traitement thermique de précision. De plus, le chauffage par induction est largement utilisé pour diverses techniques d'assemblage de métaux telles que le brasage, le soudage, le rétrécissement et le collage. La majorité des systèmes de chauffage par induction sont vendus aux fabricants de moteurs automobiles et hors route OEM dans le but de fabriquer et de prolonger la durée de vie des nouveaux composants de moteur et de transmission.

Au cours de la dernière décennie, le chauffage par induction a toujours été une technologie bénéfique pour les opérations de remise à neuf des transmissions et continue de gagner en popularité au sein de cette industrie à l'échelle mondiale. Les ventes et la demande continuent d'augmenter le besoin d'utiliser des systèmes de chauffage par induction pour mener une variété d'applications de remise à neuf de transmission. Ces composants comprennent, mais ne sont pas limités à : des culasses, des bielles, des transmissions, des différentiels, des engrenages, des roulements, des poulies, des couronnes dentées, des volants d'inertie, etc.

Les informations fournies dans ce document visent à illustrer une meilleure compréhension de la technologie de chauffage par induction, des avantages qu'elle crée grâce à ses capacités et sa polyvalence infinies, ainsi qu'à ses antécédents éprouvés en matière de retour sur investissement élevé. Certains de ces avantages incluent une rétention accrue des noyaux, une réduction des rebuts, une production accrue, un contenu de main-d'œuvre réduit, une consommation d'énergie réduite, une diminution des consommables, une sécurité des employés améliorée et une ergonomie.

La théorie des courants électriques induits par induction électromagnétique a été prouvée par Michael Faraday en 1831. La technologie a été commercialisée pour la première fois pour des applications de chauffage industriel par le Dr Edwin Finch Northrup en 1918.

Le chauffage par induction est un processus thermique dans lequel un matériau électriquement conducteur est placé dans un champ magnétique variable et est chauffé par hystérésis (matériaux magnétiques uniquement) et/ou par courant électrique induit (tous les matériaux conducteurs). Le champ magnétique changeant est généré par un courant alternatif haute fréquence (CA) traversant un enroulement électrique (bobine/inductance). Le chauffage par induction est une méthode de chauffage sans contact qui est extrêmement rapide et efficace par rapport aux autres technologies de chauffage pour la remise à neuf. L'efficacité de la conversion d'énergie peut atteindre 90 %. Les temps de chauffage sont mesurés en secondes sans combustion ni contact physique avec la pièce chauffée.

Il est important qu'un utilisateur intéressé consulte un fournisseur qualifié de chauffage par induction pour obtenir de l'aide dans la spécification d'un système de chauffage par induction. Il existe de nombreuses variables lors du choix d'un système de chauffage par induction, telles que la puissance (kW), la fréquence de fonctionnement (kHz), la conception de l'inducteur de chauffage et la méthode de contrôle du processus.

Les multiples paramètres du système de chauffage par induction sont influencés par les nombreuses variables du processus de fabrication, telles que l'alliage des composants, les dimensions des composants, le temps de chauffage autorisé, la température cible, la température maximale et les contraintes de manipulation des matériaux. Il est recommandé qu'une application potentielle pour le chauffage par induction soit examinée par un ingénieur de procédé afin de garantir un processus réussi, fiable et reproductible.

Un inducteur de chauffage (bobine) est un enroulement électrique dans lequel passe un courant alternatif, générant un champ électromagnétique avec un motif spécifique pour chauffer un objet électriquement conducteur.

Beaucoup envisagent un inducteur de chauffage comme un simple enroulement hélicoïdal fabriqué à partir de tubes en cuivre qui entourerait la pièce à chauffer. Même si ce serait un

forme d'inductance, il y en a beaucoup d'autres à considérer. Les inducteurs de chauffage peuvent être fabriqués à partir de tubes de cuivre creux, de tiges solides, de câbles flexibles, de billettes usinées et même imprimés en 3D à partir d'alliages de cuivre en poudre. La conception de l'inducteur est déterminée par les exigences du processus, le budget et la capacité de l'utilisateur à construire des inducteurs. Le cuivre est le matériau choisi pour fabriquer des inducteurs en raison de sa conductivité élevée (faibles pertes de puissance), de sa conductivité thermique élevée (facilement refroidi avec de l'eau) et de son coût relativement faible. La plupart des inducteurs sont refroidis à l'eau en raison de la chaleur réfléchie de la pièce et du courant extrêmement élevé circulant dans l'inducteur (des milliers d'ampères sont typiques).

L'inducteur est le composant le plus important d'un système de chauffage par induction. Les inducteurs peuvent être conçus dans de nombreuses configurations différentes telles que solénoïde, épingle à cheveux, crêpe, transversal, ID, canal, clapet et profil usiné/imprimé en 3D. Seule l'inductance du solénoïde entoure la pièce (Figure 1). C'est une idée fausse courante que l'inducteur doit entourer complètement la pièce. Le fait est qu'un inducteur peut chauffer de l'extérieur, de l'intérieur, d'un côté, de deux côtés ou même de 3 côtés. Les inducteurs sont généralement profilés à la forme de la pièce et/ou de la surface de la pièce à chauffer. Le style de l'inducteur influence l'efficacité. Par exemple, une inductance de chauffage interne nécessite environ deux fois plus d'énergie qu'une inductance solénoïde.

L'espace entre la partie chauffée et l'inducteur, connu sous le nom d'espace de couplage, influence également l'efficacité. Lorsque l'écart de couplage augmente, l'efficacité diminue. Il est important qu'un expert en conception d'inducteurs soit consulté au début de la phase de développement du processus de votre application pour les meilleures chances de succès du processus.

Un inducteur inefficace utilisera une puissance excessive, aura une mauvaise répétabilité, nécessitera un post-usinage des pièces ou peut ne pas fonctionner du tout. Le processus de chauffage par induction est aussi bon que l'inducteur utilisé pour le processus.

Les principaux attributs de conception d'un inducteur de qualité sont les suivants :

Par exemple, un inducteur de chauffage de siège de soupape à induction est conçu et construit selon des tolérances de machine-outil très serrées afin de fournir un alignement précis et des zones de chauffage précises. Ainsi, limitant la chaleur à la seule zone du siège de soupape (Figure 2a), empêchant les dommages causés par la chaleur à l'alésage parent de la poche du siège de soupape. Comme pour la majorité des inducteurs, ceux-ci sont refroidis à l'eau et équipés de fonctions d'alignement et d'espacement spécifiques pour éliminer les conjectures du processus et simplifier la procédure pour les opérateurs.

Ce style d'inducteur (Figure 2b) est équipé d'une fonction de changement rapide qui prend en charge différentes géométries d'inducteur et peut être remplacé en quelques secondes en fonction de la marque et du modèle de la tête en cours de traitement. La durabilité de cette conception, ainsi que les matériaux résistants à la chaleur, permettent de chauffer des milliers de sièges avec un seul inducteur de chauffage de siège de soupape à induction.

Les commandes modernes peuvent être intégrées tout au long du processus de chauffage par induction pour contrôler avec précision et cohérence le processus de chauffage. Les systèmes de chauffage par induction modernes utilisent de nombreux microprocesseurs et peuvent fournir des données sur les caractéristiques de performance d'un processus.

Non seulement le chauffage par induction est très contrôlable et reproductible, mais il est également très prévisible.

À l'aide d'un logiciel d'analyse par éléments finis (FEA) et de progiciels de simulation propriétaires, les équipementiers d'induction peuvent prédire avec précision les modèles de chaleur, les augmentations de température, la distribution de température, les contraintes, les déformations et même les changements métallurgiques dans les pièces avant qu'une seule pièce ne soit physiquement chauffée (Figure 3).

Il est facile de voir que le chauffage par induction offre de nombreux attributs supérieurs par rapport aux autres méthodes de chauffage, notamment la précision, la vitesse, le contrôle et l'efficacité énergétique. Cependant, l'induction n'est qu'une partie du processus de chauffage. Malgré le contrôle supérieur de la chaleur offert par l'induction électromagnétique, il ne sera aussi précis et reproductible que la capacité de contrôler les autres variables de chaque processus telles que la tolérance de la pièce, l'emplacement de la pièce, la propreté de la pièce, le matériau de la pièce, la cohérence du processus et plusieurs autres facteurs. .

Les OEM de chauffage par induction tels que Ajax TOCCO Magnethermic Corporation fournissent aux clients des essais en laboratoire sur leurs pièces de production réelles. Les clients peuvent envoyer des pièces pour tous les types d'applications de chauffage par induction et découvrir directement les résultats éprouvés du processus de chauffage par induction.

Certains des avantages distincts de l'utilisation de notre équipement de chauffage par induction sont ; Répétabilité, fiabilité, qualité, sécurité et rapidité.

De plus, les utilisateurs de reman ont obtenu un retour sur investissement favorable et la majorité ont pu justifier les coûts grâce aux économies de main-d'œuvre, de sécurité, d'efficacité et même de réduction des coûts d'assurance médicale.

Pourquoi choisir le chauffage par induction pour vos applications REMAN ?

Le chauffage par induction ne brûle pas les combustibles fossiles traditionnels. C'est un processus propre et non polluant, mais il semble que l'induction verte ait été le plus grand petit secret des 100 dernières années. L'induction a toujours été une "technologie verte".

Les systèmes de chauffage par induction sont respectueux de l'environnement et améliorent les conditions de travail des employés en éliminant la fumée, la chaleur résiduelle, les émissions nocives et le bruit fort.

Ce procédé à efficacité énergétique unique convertit jusqu'à 90 % de l'énergie détendue en chaleur utile, par rapport aux fours discontinus qui ne sont généralement efficaces qu'à 45 %. Étant donné que l'induction ne nécessite aucun cycle de préchauffage ou de refroidissement, les pertes de chaleur en veille sont réduites au strict minimum. La répétabilité et la cohérence du processus d'induction le rendent hautement compatible avec les systèmes automatisés économes en énergie.

L'industrie de la remise à neuf est l'une des industries les plus importantes qui illustrent le passage au vert. Paraphrasant du RIC (Remanufacturing Industries Council), Reman prend un produit ou un composant précédemment vendu, usé ou non fonctionnel et le remet dans un état « comme neuf » ou « meilleur que neuf » et garantit son niveau de performance et qualité.

Très similaire à la communauté du chauffage par induction, l'industrie de la remise à neuf partage également un groupe très uni d'organisations et d'associations à travers le monde.

Ressemblant également à la technologie à induction, figurent certains des principaux avantages de la remise à neuf, notamment la conservation des matériaux, la réduction de la consommation d'énergie pendant la fabrication, la réduction des déchets et l'obtention d'un retour sur investissement plus élevé en ayant un prix inférieur pour des articles de qualité équivalente.

La technologie de chauffage par induction a déjà fait ses preuves dans de nombreuses applications de l'industrie de la remise à neuf. Un échantillon de ces applications de chauffage innovantes comprend :

Chauffage par induction pour le retrait/démontage

Applications de frettage

L'une des applications de remise à neuf les plus populaires est le chauffage par induction pour le retrait des sièges de soupape. Ajax TOCCO Magnethermic propose des solutions techniques pour cette application qui est appelée en interne Retrait du siège de soupape d'induction (IVSR). Les systèmes IVSR d'ingénierie fournis par Ajax TOCCO Magnethermic ont révolutionné l'industrie de la remise à neuf de moteurs lourds, en particulier la tâche de retirer les sièges de soupape pressés des culasses de moteur. Le processus d'Ajax TOCCO consiste à chauffer rapidement des sièges de soupape pressés en quelques secondes. Une fois les sièges refroidis, ils rétrécissent et peuvent être facilement retirés avec des outils portatifs simplement modifiés (Figure 4). Dans certains cas, les sièges ont pu être retirés en utilisant uniquement une main gantée.

Des dizaines de systèmes IVSR ont été fournis aux principaux équipementiers ainsi qu'aux principales sociétés de remise à neuf de moteurs du monde entier.

Des sièges de toutes tailles (figures 5 à 7) dans des culasses ferreuses et non ferreuses ont été chauffés, rétrécis et extraits avec succès à l'aide du procédé IVSR. Les systèmes IVSR sont relativement compacts, transportables (Figure 8) et adaptables, ce qui permet de transporter facilement le processus jusqu'au point de besoin.

Le chauffage par induction est un processus très contrôlable, reproductible et évolutif. Des élévations de température de quelques degrés à plusieurs milliers de degrés peuvent être obtenues en quelques secondes ou sur une durée spécifiée en fonction des exigences du processus.

Des températures difficiles à atteindre avec des torches, des résistances et/ou des fours peuvent être obtenues avec la technologie de chauffage par induction. Contrairement aux méthodes de combustion ou de chauffage par rayonnement, le chauffage par induction n'est pas affecté par les changements environnementaux tels que le point de rosée, les courants d'air, la température ambiante ou la pression.

L'induction peut être très sélective, ne chauffant qu'une petite partie (quelques millimètres) d'une pièce ou elle peut chauffer des assemblages entiers dans un flux de pièce unique ou une production continue de type convoyeur.

L'induction est extrêmement adaptable pour chauffer une grande variété de géométries de pièces.

L'efficacité énergétique de l'induction peut atteindre jusqu'à 90 %. La chaleur s'allume et s'éteint instantanément, ce qui évite de gaspiller de l'énergie pendant la veille ou les retards de production.

Les avantages de l'utilisation de la technologie de chauffage par induction dans l'industrie de la remise à neuf sont illimités. Les parties intéressées sont encouragées à rechercher en permanence de nouvelles applications potentielles. Remplacez la "clé bleue" (torche) par un système de chauffage par induction pour améliorer vos résultats.

Les systèmes de chauffage par induction sont mobiles et adaptables à différents types d'applications en changeant simplement l'outillage en très peu de temps. Le chauffage par induction devrait certainement être une considération primordiale en tant que source de chaleur souhaitée pour vos opérations de chauffage Reman actuelles ou à venir.

Contact:John Lormin, ingénieur commercial sur le terrain, produits de faible puissance, Ajax TOCCO Magnethermic - 248-691-2299 ou [email protected]