一种开合式感应加热器的制作方法

技术领域：

本发明属于感应加热技术领域，具体涉及一种开合式感应加热器。

背景技术：
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在汽车轻量化背景下，热冲压工艺将高强硼钢板料完全奥氏体化后淬火得到均匀的马氏体成型件的生产工艺得到了蓬勃发展。但对于汽车b柱类零件来说，零件不仅不需要性能均匀，还需要不同位置力学性能实现差异化即定制强度属性。现有技术中，普遍通过原始板料的工艺设计调整或者冲压分区模具以获得梯度性能冲压件，但普遍存在工艺复杂，效率低，成型板易开裂等技术问题。

技术实现要素：
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本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种开合式感应加热器，实现自由组合与拆卸铜管及导磁体，且适用于分区感应加热工艺，在现有感应加热方式的基础上，增加其可操作性与灵活性；而且可以在加热结束后打开感应器，为解决后续机器人抓取加热板料的难题提供了一种新途径。

具体的，基于感应加热的原理提出了新型的分区可控感应加热工艺，该工艺要求对原有的螺线管式加热器进行改革，因此提出设计并制造出一种新型开合式感应加热器。

分区可控感应加热工艺原理：利用高频螺线管式加热线圈可以获得一个均匀的电磁场，从而可以均匀加热2mm～3.5mm厚的22mnb5钢板。利用导磁体的相对磁导率比钢板的磁导率高的特点，将导磁体下方的钢板上的涡流场重新分配，即导磁体对应的钢板位置处涡流少，其他位置的涡流较多。根据焦耳定律可知，钢板上涡流强度低的位置温度也低，没有发生全部奥氏体转变，保留了一定比例的铁素体，从而获得了奥氏体和铁素体的混合组织；钢板上其他位置距离导磁体较远，其温度较高转变成奥氏体。冲压淬火后，低温区的混合组织转变为马氏体和铁素体的混合组织。由于低温区淬火后组织中含有铁素体，因此强度低，塑性高；高温区转变为板条状马氏体，强度高。通过这种方法实现了一次加热后冲压淬火获得了两种强度组织的差异化强度属性零件。汽车b柱就是这类零件的典型应用。汽车b柱要求零件的强度差异化较大，上部分强度高，保证碰撞时候不变形；下部分塑性高，能够吸收碰撞时的能量，保护乘客的安全。

由于分区可控感应加热工艺对螺线管的平行度要求高，且要求导磁体可以随意布置在钢板和铜管之间，更重要的是感应器要便于后续机器人对加热板料的抓取。因此，需要对传统螺线管形式的线圈进行重新设计。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种开合式感应加热器，包括上下两层空心铜管、并联铜座、串联铜座、通电软联接、通电插头和导磁体固定件和待加热件固定件，其中：

所述的上下两层空心铜管均为若干空心铜管水平方向平行铺设，所述的上下两层空心铜管之间为平行设置，所述的上下两层空心铜管左右两端分别连接有并联铜座和串联铜座，所述的并联铜座和串联铜座平行设置，具体的，所述的上层空心铜管左端连接上层并连铜座、右端连接上层串联铜座；所述的下层空心铜管左端连接下层并连铜座、右端连接下层串联铜座；所述的上层并排铜座与下层并排铜座端部对齐设置，上层串联铜座与下层串联铜座端部对齐设置；

所述的上层并联铜座内部垂直空心铜管方向插入若干根上层铜管，所述的上层铜管一端连接上层弯头空心铜管，另一端设有上层出水口；所述的上层弯头空心铜管另一端连接上层通电软连接，所述的上层通电软连接另一端通过卡箍a连接上层导电兼通水用弯头空心铜管；

所述的上层导电兼通水用弯头空心铜管同时连接电源和水箱；

所述的下层并联铜座内部垂直空心铜管方向设有下层铜管，所述的下层铜管与上层铜管相反方向一端连接下层弯头空心铜管，另一端设有下层出水口；所述的下层弯头空心铜管另一端连接下层通电软连接，所述的下层通电软连接另一端通过卡箍b连接下层导电兼通水用弯头空心铜管；

所述的下层导电兼通水用弯头空心铜管同时连接电源和水箱；

所述的同层若干水平方向平行铺设的空心铜管相邻两根首尾通过水管联接，并用塑料管夹夹紧，实现密封，形成s型管路；所述的单层空心铜管首尾端部分别连接有进水管和出水管；

所述的上层串联铜座和下层串联铜座之间通过通电插头相连。

所述的开合式感应加热器上下层铜管间隙高度为14-16mm，所述的单层铜管排列间隙为8-12mm，所述的上下层铜管交错铺设。

所述的上层水管实现上层串联铜座和并联铜座降温，所述的下层水管实现下层串联铜座和并联铜座降温。

所述的通电插头为两个尾部相连的香蕉插头。

所述的开合式感应加热器两层空心铜管上下两端外侧分别连接上支撑电木板和下支撑电木板，具体的，所述支撑电木两端通过peek螺钉连接固定于各自对应的并联铜座和串联铜座。

所述的上支撑电木板和下支撑电木板表面设有若干螺纹孔，所述的下支撑电木板表面向下层空心铜管方向旋拧若干待加热件固定用陶瓷螺钉，所述的若干待加热件固定用陶瓷螺钉与下支撑电木板板组合，作为待加热件固定件；所述的上/或下支撑电木板向内旋拧若干导磁体固定用陶瓷螺钉，所述的若干导磁体固定用陶瓷螺钉与上/或下支撑电木板板组合，作为导磁体固定件，所述的导磁体通过黏结固定于导磁体固定用陶瓷螺钉。

所述的电源为高频加热电源，高频加热电源通过通电软连接与开合式感应器的上下排并联铜座的铜管相连。

所述的通电软连接是由铜编织带焊接在连接电源铜管与连接开合式加热器上铜管的下半部分，外面包裹耐高温的硅胶管，用塑料卡箍夹紧。其中通入冷却水对通电的铜管进行降温。

所述的开合式感应加热器通电后，电流流过路径为：电源-上层通电软连接-上层并联铜座-上层铜管-上层串联铜座-通电插头-下层串联铜座-下层铜管-下层并联铜座-下层通电软连接-电源，由此完成一圈感应电流的输入输出。

所述的开合式感应加热器通水后：水流流过路径为：

水箱-上层通电软连接-上层空心铜管-上层出水口，完成上层并联铜座和插入其中的铜管降温；

水箱-下层通电软连接-下层空心铜管-下层出水口，完成下层并联铜座和插入其中的铜管降温；

水箱-上层进水管-上层首尾相连s型空心铜管路，完成上层若干平行铺设空心铜管和串联铜座降温；

水箱-下层进水管-下层首尾相连s型空心铜管路，完成下层若干平行铺设空心铜管和串联铜座降温。

所述的开合式感应加热器通电后，电流在上下层铜管中流动，通水后，冷却水在同一层空心铜管中串联流动，实现电流与水的分离流动循环。

所述的电木厚度为30mm。

所述的开合式感应加热器中，上下两个支撑电木上都带有螺纹孔，能将串联铜管和并联铜座通过ppek螺钉固定在支撑电木上。上下支撑电木上面都钻了一些螺纹孔用于放置陶瓷螺钉，这些陶瓷螺钉作用为：

(1)固定和支撑钢板，使得钢板可以静止放置在加热器内，不需要其他的夹持装置；

(2)固定导磁体，通过将导磁体粘接在陶瓷螺钉上来使得导磁体位于铜管和钢板之间，这样设计的优点在于随意布置导磁体的位置和控制导磁体与钢板之间的距离。

所述的开合式感应加热器中，通过设计通电软连接的柔性连接方式，可以实现开合式感应器中关键的开合的动作。其中铜编织带只焊接在空心铜管横截面的一部分上，既实现导电又不会对冷却水的流动产生阻碍，且铜编织带与外部套的硅胶水管均材质柔软，在不拆卸的情况下可实现对感应器的上下层铜管灵活开合。

通过开合式感应器，可以灵活调节导磁体的位置，提供静止式钢板的准确放置位置，无需额外的夹持设备；通过柔性导电连接和上下层铜管的通电插头，实现了上下层铜管的导电与上下层铜管的水路单独连接。

通过本发明的开合式感应加热器进行钢板加热，可实现分区可控，分区可控感应加热工艺原理：利用高频螺线管式加热线圈可以获得一个均匀的电磁场，从而可以均匀加热2mm～3.5mm厚的22mnb5钢板。利用导磁体的相对磁导率比钢板的磁导率高的特点，将导磁体下方的钢板上的涡流场重新分配，即导磁体对应的钢板位置处涡流少，其他位置的涡流较多。根据焦耳定律可知，钢板上涡流强度低的位置温度也低，没有发生全部奥氏体转变，保留了一定比例的铁素体，从而获得了奥氏体和铁素体的混合组织；钢板上其他位置距离导磁体较远，其温度较高转变成奥氏体。冲压淬火后，低温区的混合组织转变为马氏体和铁素体的混合组织。由于低温区淬火后组织中含有铁素体，因此强度低，塑性高；高温区转变为板条状马氏体，强度高。通过这种方法实现了一次加热后冲压淬火获得了两种强度组织的差异化强度属性零件。汽车b柱就是这类零件的典型应用。汽车b柱要求零件的强度差异化较大，上部分强度高，保证碰撞时候不变形；下部分塑性高，能够吸收碰撞时的能量，保护乘客的安全。

由于分区可控感应加热工艺对螺线管的平行度要求高，且要求导磁体可以随意布置在钢板和铜管之间，更重要的是感应器要便于后续机器人对加热板料的抓取。因此，本发明对传统螺线管形式的线圈进行重新设计。

本发明的有益效果：

1、本发明的开合式感应加热器通过通电插头和铜编织带形成的软连接结构设计，实现感应器的开合性特征。该结构能保证通电的稳定性，还使得导磁体的布置和钢板的布置可设计性大大增强。

2、支撑电木上布满螺纹孔，通过螺纹孔连接陶瓷螺钉，可在支撑电木上随意布置和调节钢板与导磁体位置、高度并固定，不仅避免使用了传统感应加热工艺的夹持钢板的装置，还为后续机器人抓取加热板料提供了新途径。

2、采用本发明的开合式感应加热器，使得电流在上下排铜管中流动，冷却水在同层空心铜管中流动，实现电流与水的分离流动循环。

3、该开合式感应加热器的铜编织带只焊接在空心铜管横截面的一部分上，既实现导电又不会对冷却水的流动产生阻碍，形成了不影响开合的软连接结构。

4、采用本发明的开合式感应加热器，在不采用导磁体时即可实现钢板的均匀加热，还能够能够通过灵活调控导磁体来获得钢板上各个高低温区的位置和大小及温度的差异度。从而使得淬火后的零件得到不同的可定制的力学属性。

附图说明：

图1为本发明实施例1的开合式感应加热器去除上支撑电木板的内部结构示意图；

图2为本发明实施例1的开合式感应加热器主视图；

图3为本发明实施例1的开合式感应加热器俯视图；

图4为本发明实施例1的开合式感应加热器左视图；

图5为本发明实施例1的开合式感应加热器立体图；

图6为采用本发明实施例1的开合式感应加热器加热淬火处理获得钢板的800℃低温区金相组织图；

图7为采用本发明实施例1的开合式感应加热器加热淬火处理获得钢板的930℃高温区金相组织图；其中：

1-peek螺钉，2-上层串联铜座，3-水管，4-通电插头，5-下层串联铜座，6-下支撑电木板，7-陶瓷螺钉，8-导磁体，9-钢板，10-空心铜管，11-上层出水口，12-进水管，13-上层并联铜座，14-出水管，15-上层通电软连接，16-卡箍a，17-上支撑电木板，f-铁素体，m-马氏体。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的开合式感应加热器，布满螺纹孔的支撑电木上用peek螺钉固定一排串联铜座和一排并联铜座，串联铜座之间，并联铜座之间都保持一定距离，具体的，同一排的串联铜座、并联铜座之间有1mm的间隙，防止相邻的铜座之间连电。所述串联铜座与并联铜座之间插入空心铜管，用塑料螺钉顶住固定，所述空心铜管相邻两根首尾用水管相连，连接处用管夹夹紧；

每一层铜管之间平行布置，且上、下两层铜管完全交错布置。根据钢板的最大厚度(3.5mm)、导磁体最大厚度(8mm)，钢板与导磁体之间间距(1mm)，将上下层铜管间距为15mm。铜管需要与铜支撑座相连，铜支撑座简称铜座，可分为并联铜座和串联铜座。并联铜座用于连接并联铜管，串联铜座用于连接串联铜管，都用于导电。具体的，串联铜座用于支撑两层铜管和传导电流，将铜管中流入的电流通过通电插头与另外一层的串联铜座连通；并联铜座用于支撑铜管和传导电流，将加热电源的电流引入整个感应器内部，再向内传导。

所述一排并联铜座插入一根一端为弯头的空心铜管，所述弯头空心铜管弯头处焊接铜编织带，焊接后铜编织带所占面积为空心铜管截面积的三分之一，以留有通水的空间，所述铜编织带另一端焊接弯头空心铜管，所述弯头空心铜管连接电极一端，弯头处外接水管，管夹夹紧，

所述铜编织带与焊接在一起的两部分铜管(连接电源用弯头铜管和连接并联铜座用弯头铜管)套在耐高温硅胶管中，所述耐高温硅胶管与空心铜管接头处用管夹夹紧，所述耐高温硅胶管与铜管接头处插入水管，用管夹夹紧，所述水管连通储水桶；铜编织带在软连接管内部，是软连接的导电零件，软连接包括：铜编织带和外面的硅胶管及卡箍；

所述串联铜座上插入由香蕉插头尾尾相连焊接而成的通电插头，所述通电插头上方插在布置相同的支撑电木上的串联铜座中，通过通电插头的插入和拔出来解决开合式感应器的开合问题，类似于插头和插座的关系。

所述下支撑电木上插入四根陶瓷螺钉，所述陶瓷螺钉上放置钢板，钢板位于上下两层空心铜管之间，且不与空心铜管接触；

所述上支撑电木上插入两根陶瓷螺钉，所述陶瓷螺钉上放置导磁体片，用耐高温胶固定，所述导磁体片位于钢板与上层空心铜管之间，且不与空心铜管和钢板接触。电木为保证刚度，厚度为30mm。

电流走向：电极→弯头空心铜管→铜编织带→上层并联铜座上的弯头空心铜管→上层并联铜座→上层串并联铜座间的空心铜管→上层串联铜座→通电插头→下层串联铜座→下层串并联铜座间的空心铜管→下层并联铜座→下层并联铜座上的弯头空心铜管→铜编织带→弯头空心铜管→电极。

采用本发明的开合式感应加热器，并联铜座位于一侧，串联铜座位于另外一侧。从电流原理来看，并联铜座将电流从加热电源处引入整个加热器，电流通过铜管进入串联铜座，再通过通电插头进入另外一层的串联铜座，将上下两层的电流连通起来。电流进入了下层或者上层的串联铜座后，又流经该层与串联铜座相连的铜管，最终电流回到该层的并联铜座上，由并联铜座回到加热电源。完成电流的整个闭合回路。

实施例1

一种开合式感应加热器，其内部结构示意图如图1所示，主视图如图2所示，俯视图如图3所示，左视图如图4所示，立体图如图5所示；

包括上下两层空心铜管10、并联铜座、串联铜座、通电软联接、通电插头4和导磁体固定件和待加热件固定件，其中：

所述的上下两层空心铜管10均为若干空心铜管水平方向平行铺设，所述的上下两层空心铜管10之间为平行设置，所述的上下两层空心铜管10左右两端分别连接有并联铜座和串联铜座，所述的并联铜座和串联铜座平行设置，具体的，所述的上层空心铜管10左端连接上层并连铜座、右端连接上层串联铜座2；所述的下层空心铜管10左端连接下层并连铜座、右端连接下层串联铜座5；所述的上层并排铜座与下层并排铜座端部对齐设置，上层串联铜座2与下层串联铜座5端部对齐设置；

所述的上层并联铜座13内部垂直空心铜管10方向插入若干根上层铜管，所述的上层铜管一端连接上层弯头空心铜管，另一端设有上层出水口11；所述的上层弯头空心铜管另一端连接上层通电软连接15，所述的上层通电软连接15另一端通过卡箍a-16连接上层导电兼通水用弯头空心铜管；

所述的上层导电兼通水用弯头空心铜管同时连接电源和水箱；

所述的下层并联铜座内部垂直空心铜管10方向设有下层铜管，所述的下层铜管与上层铜管相反方向一端连接下层弯头空心铜管，另一端设有下层出水口；所述的下层弯头空心铜管另一端连接下层通电软连接，所述的下层通电软连接另一端通过卡箍b连接下层导电兼通水用弯头空心铜管；

所述的下层导电兼通水用弯头空心铜管同时连接电源和水箱；具体为高频加热电源，通过通电软连接与开合式感应器的上下排并联铜座的铜管相连。

所述的同层若干水平方向平行铺设的空心铜管10相邻两根首尾通过水管3联接，并用塑料管夹夹紧，实现密封，形成s型管路；所述的单层空心铜管10首尾端部分别连接有进水管12和出水管14；

所述的上层串联铜座2和下层串联铜座5之间通过通电插头4相连。

所述的开合式感应加热器上下层铜管间隙高度为14-16mm，所述的单层铜管排列间隙为8-12mm，所述的上下层铜管交错铺设。

所述的上层水管实现上层串联铜座2和并联铜座降温，所述的下层水管实现下层串联铜座5和并联铜座降温。

所述的通电插头4为两个尾部相连的香蕉插头。

所述的开合式感应加热器两层空心铜管10上下两端外侧分别连接上支撑电木板17和下支撑电木板6，具体的，所述支撑电木两端通过peek螺钉1连接固定于各自对应的并联铜座和串联铜座。

所述的上支撑电木板17和下支撑电木板6表面设有若干螺纹孔，所述的下支撑电木板6表面向下层空心铜管10方向旋拧若干待加热件固定用陶瓷螺钉7，所述的若干待加热件固定用陶瓷螺钉7与下支撑电木板下支撑电木板6板组合，作为待加热件固定件；所述的上/或下支撑电木板下支撑电木板6向内旋拧若干导磁体固定用陶瓷螺钉7，所述的若干导磁体固定用陶瓷螺钉7与上/或下支撑电木板下支撑电木板6板组合，作为导磁体固定件，所述的导磁体8通过黏结固定于导磁体固定用陶瓷螺钉7。

所述的通电软连接是由铜编织带焊接在连接电源铜管与连接开合式加热器上铜管的下半部分，外面包裹耐高温的硅胶管，用塑料卡箍夹紧。其中通入冷却水对通电的铜管进行降温。

所述的开合式感应加热器通电后，电流流过路径为：电源-上层通电软连接15-上层并联铜座13-上层空心铜管10-上层串联铜座2-通电插头4-下层串联铜座5-下层铜管-下层并联铜座-下层通电软连接-电源，由此完成一圈感应电流的输入输出。

所述的开合式感应加热器通水后：水流流过路径为：

水箱-上层通电软连接15-上层空心铜管10-上层出水口，完成上层并联铜座和插入其中的铜管降温；

水箱-下层通电软连接-下层空心铜管10-下层出水口，完成下层并联铜座和插入其中的铜管降温；

水箱-上层进水管-上层首尾相连s型空心铜管路，完成上层若干平行铺设空心铜管和串联铜座降温；

水箱-下层进水管-下层首尾相连s型空心铜管路，完成下层若干平行铺设空心铜管和串联铜座降温。

采用本实施例的开合式感应加热器进行钢板加热，钢板温度控制通过变化导磁体的尺寸来获得，加热时电流最大为150a；钢板放在陶瓷螺钉上，钢板距离导磁体表面距离为1mm；具体参数为：向感应器内放置22mnb5钢板9，厚度为3.5mm，导磁体片材质为铁氧体，工作频率为500khz以上；开启电源，向感应器通入交流电，交流电频率为100khz，电流为150a，电压为380v，加热时间为30s，钢板9上形成低温区和高温区，导磁体垂直投影部分为低温区，其余部分为高温区，高温区温度为930℃，低温区温度为800℃，完成加热后，将加热后钢板进行冲压淬火获得成型件，可用于制造汽车b柱，该成型件包括高温区和低温区，低温区淬火后金相组织图如图6所示，显微组织为铁素体和马氏体，高温区淬火后金相组织图如图7所示，显微组织为马氏体。

冲压淬火后钢板低温区抗拉强度为900mpa，总延伸率为18％，高温区强度为1680mpa，总延伸率为10％。

该使用例仅作为示意，根据工程实际需要，通过等间隙布置若干导磁体，可实现低温区更高塑性区域的获取。