一种可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置的制作方法

本实用新型属于感应加热领域，特别涉及一种可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置。

背景技术：

退火一般是将金属或者合金加热到适当温度，保温一定时间，随后随炉缓慢冷却的热处理工艺，其实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体的转变。退火的目的有三个：一个是降低硬度，提高塑性以利于切削加工以及冷变形加工；二是细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，均匀零件的组织成分，改善零件的性能或为以后的热处理作准备；三是消除内应力，防止变形或开裂。传统的煤、气、油加热，污染严重，工作环境恶劣，存在严重的安全隐患，并且传统方法加热慢、不均匀、工件易变形，氧化层多、质量差，表面不光滑、废品率高。而感应加热技术是将工件放到感应器内，感应器一般是空心铜管，输入中频或者高频交流电(300-300000Hz或者更高)，产生交变磁场在工件中产生中同频率的感应电流迅速加热零件表面，这种感应电流在工件上的分布是不均匀的，表面强，内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000摄氏度，而心部温度升高很小。根据热处理以及加热深度的要求进行频率选择，频率越高加热的深度越浅。感应加热过程中影响因素多，操作技术难以掌握，对工艺和精度的要求高，传统的感应器为单个圆形的感应圈，对于要求加热影响区温度场梯度相对平缓的工艺无法实现，需要改变电源的频率甚至完全更换设备，并且其效果仍存在不能满足工艺要求的可能。针对现有的感应加热设备存在加热不均匀，因此期望得到一种能够对被加热工件进行均匀加热，并且可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置，所述感应加热装置以非接触形式瞬间对被加热工件产生感应加热，达到退火功能，在加热过程中可将频率固定在某一个温度保持一段时间，稳定退火深度和时间，本实用新型中的感应加热专职具有加热均匀，加热温度高，加热速度快，节能效率高，并且氧化少，适用于金属表面的退火工艺。

本实用新型的技术方案如下：

一种可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置，其包括高频发生器、退火变压器、感应器、夹具、旋转盘、支撑架、自转驱动装置和减速机，其中

所述高频发生器配置用于输出高压高频小电流输出，其频率高低根据被加热工件而定；

所述退火变压器配置用于将高压、高频小电流变成低压、高频大电流，所述退火变压器末端具有伸出的两个铜排，其配置用于与所述感应器连接，所述铜排上开设有等间距布置的第一孔，所述第一孔配置用于与所述感应器通过螺纹连接件进行连接；

所述感应器采用缝隙式结构的铜板，所述感应器末端具有两个与所述退火变压器相连接的横臂，所述低压高频大电流经过所述横臂并在所述感应器周围形成对被加热工件进行通过式加热的磁场；

所述夹具包括上模套、下模套以及外套，所述外套具有第一台阶面和第二台阶面，所述上模套位于所述第一台阶面上，所述下模套位于所述第二台阶面上，且所述上模套与所述下模套互不接触，所述外套与所述上模套通过顶丝固定；

所述旋转盘上设有沿着所述旋转盘周向均匀对称布置的第三孔，所述第三孔配置用于容纳所述夹具；

所述自转驱动装置包括电机、链轮和链条，当所述被加热工件随所述旋转盘转动的同时，所述自转驱动装置带动所述被加热工件进行自转；

所述支撑架包括第一部分和第二部分，其中所述支撑架的第一部分具有向外伸出的搁板，所述搁板配置用于放置所述退火变压器，所述支撑架的第二部分配置用于搁置所述旋转盘。

优选地，所述感应器各个横臂上均开设有矩形孔，所述矩形孔在远离所述感应器的一端为开口，所述横臂上的矩形孔与所述退火变压器末端的铜排能在不同位置连接从而实现感应器的伸缩调节。

优选地，所述感应器各个横臂上开设有等间距布置的第二孔，所述第二孔的孔径与所述第一孔的孔径和孔间距相等。

优选地，所述感应器的铜板为实心。

优选地，所述感应器的铜板为中空。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用电磁感应加热的方式，其中感应器采用缝隙式结构，当被加热工件随所述旋转盘一起以预设速度通过所述感应器的同时进行通过式加热，自动驱动装置中的链轮带动所述夹具旋转，进而带动所述被加热工件进行自转，所述被加热工件在通过加热区域后不停留，始终随着所述旋转盘缓慢旋转，在加热过程中所述被加热工件需要进行加热的一侧被加热，另一侧进行散热，通过控制旋转盘的转速、被加热工件的自转速度、以及调整被加热工件的加热功率，可实现预期的温度场梯度的要求从而得到需要的组织和硬度。

附图说明

图1是根据本实用新型的可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置。

图2是根据本实用新型的可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置中感应器结构示意图。

图3是根据本实用新型的可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置中夹具以及自动驱动装置与夹具配合的结构示意图。

图4是根据本实用新型的可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置中夹具结构示意图的剖面图。

图5是根据本实用新型的可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置中自转驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型中采用高频感应加热，针对轴类工件需要改变组织、硬度的局部区域加热。俄日了获得理想的组织与硬度，对被加热工件的温度场梯度变化有较高的要求。下面以主动齿毛坯的局部退火为例，对所述可调节被加热工件温度场梯度的感应加热装置进行详细说明。

通常中小型零件，如小模数齿轮以及中小轴类零件会采用高频(10KHz以上)加热，其加热深度为0.5-2.5mm；一般直径大的轴类及大中模数的齿轮采用中频(1-10KHz)感应加热，其加热深度为2-10mm；而较大尺寸的零件透热，如，大直径零件，直径300mm以上的轧辊等，一般采用工频(50Hz)，其加热深度为10-20mm。

如图1至5中所示的感应加热装置1，包括高频发生器2、退火变压器3、感应器4、夹具5、旋转盘6、支撑架7、自转驱动装置8以及减速机9。高频发生器2配置用于将普通电源(380V/50Hz)变成高压高频电流输出，其频率高低根据被加热工件而定，例如针对主动齿毛坯的感应加热退火中一般是3000Hz。如图5中所示，退火变压器3配置用于将高压、高频小电流变成低压、高频大电流，退火变压器3末端具有伸出的两个铜排，其配置用于与所述感应器4连接，铜排上开设有等间距布置的第一孔，所述孔配置用于与感应器4通过螺纹连接件进行连接；感应器4采用缝隙式结构的铜板，其可作成如图1中所示的框架式结构，底部开口可供被加热工件通过。进一步，如图2中所示，感应器4的第一侧面41和第二侧面42上均具有阶梯形缺口43，用于容纳被加热工件通过，感应器4末端具有两个用于与退火变压器相连接的横臂44，感应器4配置用于将通过其上的低压高频大电流在感应器周围形成较强的磁场，用于对被加热工件10进行通过式加热。如图3和图4中所示，夹具5配置用于夹持被加热工件10，其包括上模套51、下模套52、外套53，上模套51位于外套53的第一台阶面531上，下模套52位于外套53的第二台阶面532上，且上模套51与下模套52不接触，外套53与上模套51通过顶丝54固定；旋转盘6上设有沿着旋转盘周向均匀对称布置的第三孔61，孔61配置用于容纳夹具5；自转驱动装置8包括电机(未示出)、链轮81、链条(未示出)，所述设置于各个夹具5外套53外侧的链轮与链条(未示出)啮合，通过电机带动链轮转动，其配置用于当被加热工件10随旋转盘6转动的同时，带动被加热工件10进行自转，确保被加热工件在加热过程中旋转以便保证退火均匀性；支撑架7包括第一部分71和第二部分72，其中支撑架7的第一部分71具有向外伸出的搁板711，搁板配711置用于放置所述退火变压器3，所述支撑架的第二部分72配置用于搁置所述旋转盘6。

优选地，感应器4各个横臂44上均开设有矩形孔45，矩形孔45在远离所述感应器4的一端为开口，横臂44上的矩形孔45与所述退火变压器3末端的铜排31能在不同位置连接从而实现感应器的伸缩调节。

优选地，感应器4各个横臂44上开设有等间距布置的第二孔，所述第二孔的孔径D’和孔间距H’与所述第一孔的孔径D和孔间距H相等。

优选地，感应器4的铜板为实心。

优选地，感应器4的铜板为中空。

优选地，支撑架7第一部分71上配置有等间距布置的第四螺栓孔，所述搁板711与支撑架第一部分71接触的边缘上具有与搁板711垂直向上或者向下的矩形条，所述矩形条具有第五螺栓孔，所述第五螺栓孔的孔径和孔间距与所述支撑架第一部分上的第四螺栓孔的孔径和孔间距相等，便于调节所述退火变压器相对于被加热工件的纵向距离，从而调整感应器相对于被加热工件的纵向距离。

在工作过程中，将需要进行退火处理的被加热工件10逐个装入位于旋转盘6上的夹具5中夹持固定，启动电机(未示出)，通过减速机9带动旋转盘6转动，旋转盘6按照设定的速度转动，此时被加热工件10随旋转盘6一起运动，即被夹具5所夹持固定的被加热工件10随着夹具5一起的自转运动，通过变频器(未示出)实现调节电机(未示出)的输出速度变化，通过减速机9将电机输出的扭矩变大，增大减速比倍数，满足运行时的扭矩需要，即通过变频改变旋转盘6的转速。所述夹具5下部设有轴承11，轴承外圈设有定位套12，所述定位套12与支撑架7第二部分72固定，例如，焊接在一起。通过旋转盘6的旋转运动将需要进行退火处理的被加热工件10带入所述感应器4进行加热，当被夹具5夹持住的被加热工件10进入感应加热区域后，自转驱动装置8中的链轮71带动夹持所述被加热工件夹具5进行旋转，即带动被加热工件10自身进行旋转，从而实现在加热过程中被加热工件10的自转，即当被加热工件10在一侧进行加热的时候，被加热工件的另一侧释放一部分热量。本实用新型中采用旋转盘6带动被加热工件10随旋转盘6一起转动以及被加热工件10本身的自转，以及通过调整感应器4的功率提供不同强度的表面电流，实现退火的均匀性，当温度到达预设温度后，例如，加热5min后，停止加热，经过感应加热退火的被加热工件10从感应加热区域中转出，自然冷却后手动从夹持所述被加热工件10的夹具5中取出。

本实用新型中的感应加热装置可对需要进行退火处理的主动齿毛坯等轴类零件进行快速加热，其加热均匀、温升快，氧化少，退火后废品率比较低，使主动齿毛坯的退火质量稳定，大大缩短了整个退火过程，通过设定加热时间来控制工件加热的温度，可满负载连续工作，占地面积小，调整方便，节省了厂房空间，环保节能安全没有噪音，适用于对被加热工件温度场梯度要求较高的场合，可满足不同尺寸、不同材质的工件的需求。

此外，过控制旋转盘的转速、被加热工件的自转速度、以及调整被加热工件的加热功率，通过高频感应加热装置实现了高频、中频以及工频的功能，达到了预期的温度场梯度的要求从而得到需要的组织和硬度。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。