CN102251083A - 用于长形材料的热处理的夹紧装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热处理由金属制成的长形材料(9)的装置和方法，该装置包括感应单元(11)，该感应单元具有用以加热长形材料的感应器和为感应器配置的、用以冷却长形材料的淬火喷嘴，长形材料能固定于夹紧装置中，该夹紧装置包括至少两个沿长形材料的纵向方向以彼此间距设置的夹紧单元，并且在热处理时感应单元和长形材料能彼此相对移动，各夹紧单元在热处理时为了感应单元的通过能被打开并且在通过以后能被闭合。

Description

用于长形材料的热处理的夹紧装置和方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用以热处理由金属、优选钢材制成的长形材料的装置。本发明还涉及一种按照权利要求8所述的用以热处理长形材料的方法。
背景技术
由现有技术已知用于长形的工件的感应淬火装置。淬火装置具有多个感应器环线和为这些感应器环线配置的淬火喷嘴。
利用这些感应淬火装置例如将汽车的车轴、万向轴、用于顶盖拦杆的管或稳定器淬火。
在实践中主要使用进给方法和全表面方法。两种方法在许多应用中是技术的可选方法。但目前可看到在机床制造中向柔性化的趋势。
各个材料类型的批量变成较小的，用于重新装备需要的时间消耗按照传统的方法对此按百分比上升。因此将向其它的工件型式和工具的转换自动化。
在基本上长形的直工件的应用中可使用全表面淬火和进给淬火。
在不直的长形工件时，例如自由成形线或曲线延伸的形状，进给淬火在自动化的方法中提供优点。
在两种淬火方法中或在热处理时以几秒的停止加热时间在长形材料的一端上开始淬火，然后开始进给运动。
但不利的是，由随带的内应力引起的不可避免的淬火变形，其已在淬火过程中或在从淬火装置中取出以后在构件上产生。也可以以通过内应力引起的松弛的形式产生变形。因此在某些情况下有可能，由于淬火，与批次相关的尺寸变化不再处于允许的生产误差内。
发明内容
因此本发明的目的在于，这样淬火长形材料，使得生产误差减至最小并同时可经济上有利地实施淬火。
按照本发明通过一种按照权利要求1用于热处理由钢材制成的长形材料的装置达到上述目的。还通过一种按照权利要求8用于热处理长形材料的方法达到上述目的。诸从属权利要求中描述有利的实施形式的特征。
按照本发明用于热处理由金属、优选钢材制成的长形材料的装置，包括感应单元，该感应单元具有用以加热长形材料的感应器和为感应器配置的、用以冷却长形材料的淬火喷嘴，其中长形材料可固定于夹紧装置中，其包括至少两个沿长形材料的纵向方向以彼此间距设置的夹紧单元并且在热处理时感应单元和长形材料可彼此相对移动，其特征在于，各夹紧单元为了在热处理时感应单元的通过是可打开的和在通过以后是可闭合的。
在本发明的范围内，所谓长形材料和感应单元的彼此相对移动应该被理解为，沿长形材料的纵向方向移动感应单元或沿感应单元移动长形材料连同整个夹具。对此例如固定设置感应单元，而用于热处理的装置连同夹紧的长形材料可沿感应单元移动。也可设想混合形式，其中不仅感应单元而且装置连同夹紧的长形材料分别实现绝对的运动并同时实现相互相对运动。
在这种情况下在感应单元沿长形材料的纵向方向相对移动时在到达一个夹紧单元前不远处打开该夹紧单元。打开的夹紧单元开放通道可以将感应单元继续沿长形材料的纵向方向相对移动。在感应单元已通过长形材料的处在该夹紧单元区域内的长度部分以后，闭合该夹紧单元。此时通过感应器加热和通过借助淬火喷嘴引起快速的冷却将长形材料淬火。通过夹紧单元在长形材料的区域内已在冷却阶段期间的抓住，因此特别有利的是，可控制产生的变形，其由在淬火过程中产生的内应力引起。
所谓金属在本发明的范围内应该被理解为包括例如在锰合金、钛合金等的基础上的金属材料。所谓金属也应被理解为包括轻金属合金。在这方面例如铝合金。优选在本发明的范围内将钢材淬火。但并不排除其它的金属合金。
通过按照本发明用于热处理长形材料的装置的另一得出的优点是，可以将结构特别优选结合于自动化的生产过程中。借此得出低的经济的生产成本和相对传统淬火方法成本较低的生产可能性。
在另一特别优选的实施形式中，长形材料垂直定向地固定于夹紧装置中。由此得出优点，使用的冷却剂，其通过淬火喷嘴加到长形材料上，通过垂直的定向沿长形材料流动。在感应器关于垂直的平面从下向上相对移动的情况下因此确保冷却剂的更好的充分利用。新加上的冷却剂流过已淬火的位置，借此发生附加的冷却。因此设定较少的冷却剂用量。另一得出的优点是，因此可以几乎在中心在长形材料的下方接收冷却剂。因此整个装置不需要大型地和宽大地设计尺寸的冷却剂槽用来接收冷却剂。
优选夹紧单元在圆周面至少局部地包围长形材料。由此则得出优点，即通过至少局部地在圆周面上的包围将长形材料位置正确地保持额定几何形状。另一得出的优点在于，可多功能地使用夹紧单元。这样例如通过多用途夹紧单元可以容纳具有极不同的横截面面积的长形材料，而不必进行工具更换。可以例如使用一种夹紧单元以便包围基本上圆形的具有不同直径尺寸的长形材料。
在本发明的范围内也可以将具有不同的直径和/或横截面的长形材料多功能地夹紧于夹紧单元中。这些横截面具有例如圆润的、椭圆的、圆形的、多角的横截面几何形状或上述横截面几何形状的混合形状。按照本发明的装置的另一可能性是，处理液压成型的元件，它沿其纵向方向具有不同几何形状和/或不同的直径尺寸。
在另一优选的实施方案中夹紧单元具有两个夹紧器，其中可转动支承至少一个夹紧器。通过可转动的支承特别得出优点，即各夹紧器作为夹紧单元的构件可最好地加入自动化的生产过程中。对此在本发明的范围内例如可以以曲柄杠杆机构的形式构成可转动的支承。另一可能的可转动的支承在于夹钳头的形式。所谓夹紧器在本发明的范围内应该被理解为具有支承体和/或夹紧钳口的装置。
在另一特别优选的实施方案中，每个夹紧器利用促动器可打开和可闭合，或夹紧单元利用促动器可打开和可闭合。促动器在本发明的范围内是用气动、液压、电磁或电机方式可控制的执行装置。它例如在本发明的范围内是伺服电机或步进马达。但不排除其它的控制型式。于是经由执行装置可转动夹紧器或夹紧单元。在这方面又在本发明的范围内作为优选的实施方案将夹紧单元构成为具有两个作为曲柄杠杆机构的夹紧器。不过也可以为压接钳的形式，其由现有技术例如用于套筒加压组成。
优选可单独打开和闭合每个夹紧单元，所谓单独的打开在本发明的范围内应该被理解为各个夹紧单元分别独立于其它的夹紧单元是可打开和可闭合的。这样例如可设想，将三个或更多个夹紧单元、特别优选五个或更多个夹紧单元设置在长形材料上。在长形材料用感应单元走过时是这样的，即按照感应单元的进给速度可设定，例如打开下一个处在前面的夹紧单元并且紧接着的下一个夹紧单元开始打开过程，相反已被通过的一个夹紧单元处于闭合过程。在本发明的范围内可分别进行和对每个夹紧单元可单独实施这样的控制。
在本发明的另一优选的实施形式中根据感应单元的位置，在热处理时可打开和可闭合夹紧单元，此时为了感应单元的通过，每次打开一个夹紧单元，而相邻的夹紧单元是闭合的。对此在本发明的范围内应该被理解为，在两个夹紧单元的情况下必须闭合一个夹紧单元，以便工件不从其夹紧中落下来。如果安装多个夹紧单元、例如三个或优选五个、特别是七个或更多个夹紧单元，则特别有利的是，为了避免由内应力引起的无意的变形，将各邻近的夹紧单元保持闭合。特别是在本发明的范围内在这种情况下也可以闭合关于进给方向位于前面的和位于后面的夹紧单元。
还通过一种用于热处理长形材料的方法达到按照本发明的目的，其包括下列方法特征：利用至少两个夹紧单元夹紧长形材料，感应单元沿长形材料的纵向方向相对运动，打开夹紧单元以便沿长形材料的纵向方向通过感应单元，在感应单元通过以后闭合夹紧单元。
在本发明的范围内利用至少两个夹紧单元，其中夹紧单元基本上处于长形材料的端部部分的区域内。为此相对于位置固定的长形材料移动感应单元。但也有可能，位置固定感应单元而移动夹紧的长形材料。只要感应单元碰到一个夹紧单元，就打开该夹紧单元，从而感应单元可以通过长形材料的处在该夹紧单元高度上的长度部分。在感应单元通过该长度部分以后，重新闭合该夹紧单元。按照本发明的方法特别提供优点，即在生产过程内控制长形材料的构件变形或同样控制其构件收缩。通过长形材料以预定的额定几何形状的固定有可能，将生产误差保持在特别窄的间隔内。该方法因此提供可能性，特别成本有利地将长形材料淬火，同时保持少的废品。
优选在时间上在感应单元到达用夹紧单元固定的长度部分之前打开该夹紧单元。借此确保，保持感应单元的连续的优选线性的进给速度。因此不中断进给。这特别有利地对通过淬火调整的在长形材料的材料内的组织产生作用，因为利用感应器确保均匀的热处理。
在另一优选的实施方案中在时间上在感应单元通过长度部分以后闭合夹紧单元。通过闭合，将长度部分或长形材料重新保持在期望的几何形状。因此在最大程度上避免因内应力引起的变形，该内应力因淬火决定地产生。闭合过程的另一得出的优点是，在长形材料仍未发生完全硬化的过程中将其成形为期望的几何形状。
在另一优选的实施形式中通过各夹紧单元以期望的额定几何形状夹紧长形材料。通过借助于各夹紧单元的位置固定，不仅在淬火之前、过程中而且在以后占有额定几何形状。借此按照本发明在最大程度上避免构件收缩或变形。
在另一优选的实施方案中，通过各夹紧单元不同于要求的额定的几何形状地夹紧长形材料，从而在长形材料松开以后通过期望的变形占有最终形状。在这方面或在调质过程中或也在调质过程结束以后实现长形材料的松开。通过在构件中有意地引起的内应力，因此构件在松开以后占有其期望的几何形状。在本发明的范围内在这种情况下也有可能将一个或多个夹紧单元在为了感应单元的通过而打开以后不再闭合。
在本发明的另一优选的实施形式中将与打开的夹紧单元相邻的夹紧单元总是保持闭合。因此确保，将构件总是通过至少一个夹紧单元保持在期望的位置。
优选利用三个或更多个夹紧单元夹紧长形材料，其中单独或成组打开或闭合各夹紧单元。在这种情况下在本发明的范围内按照使用情况有利的是，分开和独立地打开或闭合每个夹紧单元或例如也可成组控制多个夹紧单元。
在三个夹紧单元的情况下可以例如同时打开或闭合两个夹紧单元，相反一个夹紧单元是闭合的。按照要求的使用情况这可以特别有利地对淬火过程产生作用。因此例如在期望的变形的范围内可以特别有利的是，一组夹紧单元被松开并在淬火以后不再被闭合。
在本发明的范围内对此也可设想共同的控制，其包括时间上的间隔错开。作为实例在这里为了感应单元的通过拟描述一个夹紧单元的打开。在该夹紧单元之后紧接着的一个夹紧单元也已打开，但这以时间上的偏移进行。
附图说明
由以下描述得出本发明的其它优点、特征、特性和方面。各优选的实施形式示于各简化的附图中。它们用作本发明的容易理解。其中：
图1用于热处理长形材料的装置；
图2夹紧的装置包括感应单元的详图；
图3用于淬火的方法的示意过程的部分图；
图4用于长形材料的淬火的装置在打开夹紧单元之前的情况；
图5装置处在打开夹紧单元的方法步骤的过程中；
图6装置在打开夹紧单元的方法步骤以后的情况；
图7装置在通过夹紧单元的方法步骤以后的情况。
具体实施方式
在各图中对于相同的或类似的元件采用相同的标记，其中即使由于简化原因而取消重复的描述，仍达到相应的或可比的优点。
图1示出用于热处理长形材料9的装置1。装置1为此具有多个夹紧单元2，其中各夹紧单元2基本上以相互间变化的间距(a)垂直设置。各夹紧单元2分别包括两个夹紧器3。各夹紧器3本身构成曲柄杠杆机构的形式。每一夹紧器3可绕固定轴承6转动地设置在机架5。夹紧器3具有夹紧体6和处在夹紧体6上的夹紧钳口7。在夹紧器3上还设置促动器8。促动器8在一侧可旋转地支承在夹紧器3上和可旋转地在固定轴承4上支承在机架5上。图1中示出用于热处理长形材料9的装置1的初始状态，其中全部夹紧单元2是打开的。
图2示出由图1已知的用于热处理的装置1的详图，其中长形材料9处于装置1的夹紧中。经由各夹紧器3或在各夹紧钳口7之间夹紧长形材料9。在这种情况下长形材料9的多个长度部分10至少局部地由各夹紧器3包围。长度部分10沿长形材料9的纵向方向L延伸。此外图2中示出感应单元11，其包括感应器12和为感应器12配置的淬火喷嘴13。又由在这里未更详细示出的运动装置接纳感应单元11，该运动装置例如可以是机器人臂等。
图3示出用于热处理的装置1的另一透视详图。在图3所示方法步骤中，感应单元11仍未与长形材料9处于接合。将感应单元11从初始位置向长形材料9的纵向方向L的开始位置运动。在这里所示的实施方案中，一个长度部分10处在长形材料9的末端上，其由夹紧器3夹紧。但夹紧器3本身在图3的方法步骤中为打开状态，从而感应单元11可以通过长形材料9的末端的长度部分10。但其它的示出的夹紧单元2处于闭合位置，从而位置固定相应被夹紧的长度部分10。
图4示出图3的相同的透视的详图，但处在一个前进的方法阶段。感应单元11与长形材料9已处于接合。此时感应单元11已通过处在长形材料9末端的夹紧单元2。感应单元11现在沿长形材料9的纵向方向L运动。
图5示出方法的另一前进的阶段，其中已闭合处在长形材料9末端上的夹紧单元2。感应单元现在连续进一步沿长形材料9的纵向方向L运动。
图6中示出方法的另一阶段，其中打开用于热处理长形材料9的装置1的沿纵向方向L的第二夹紧单元2并且感应单元11通过由第二夹紧单元2夹紧的长度部分10。
图7示出按照本发明的方法的另一阶段，其中第二夹紧单元2的长度部分10已由感应单元11通过并且接着已闭合第二夹紧单元2。
按照图4至7表明，可以依次彼此独立地打开和闭合各夹紧单元2。在本发明的范围内也可设想，成组联合若干夹紧单元2并且于是将它们同时或在时间上彼此错开地打开和闭合。
附图标记列表
1    装置
2    夹紧单元
3    夹紧器
4    固定轴承
5    机架
6    夹紧体
7    夹紧钳口
8    促动器
9    长形材料
10   长度部分
11   感应单元
12   感应器
13   淬火喷嘴
L    长形材料的纵向方向
a    间距

Claims (14)

1.用于热处理由金属、优选钢材制成的长形材料(9)的装置(1)，其包括感应单元(11)，该感应单元具有用以加热长形材料(9)的感应器(12)和为感应器(12)配置的、用以冷却长形材料(9)的淬火喷嘴(13)，长形材料能固定于夹紧装置中，该夹紧装置包括至少两个沿长形材料的纵向方向以彼此间距(a)设置的夹紧单元(2)，并且在热处理时感应单元(11)和长形材料(9)能彼此相对移动，其特征在于，各夹紧单元(2)在热处理时为了感应单元(11)的通过能被打开并且在通过以后能被闭合。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，长形材料(9)垂直定向地固定于夹紧装置中。
3.按照权利要求1和2所述的装置，其特征在于，夹紧单元(2)在圆周面上至少局部地包围长形材料(9)。
4.按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，夹紧单元(2)具有两个夹紧器(3)，其中至少一个夹紧器(3)是可转动地支承的。
5.按照权利要求1至4之一项所述的装置，其特征在于，每个夹紧器(3)能利用促动器(8)打开和闭合，或夹紧单元(2)能利用促动器(8)打开和闭合。
6.按照权利要求1至5之一项所述的装置，其特征在于，每个夹紧单元(2)能单独地打开和闭合。
7.按照权利要求1至6之一项所述的装置，其特征在于，各夹紧单元(2)在热处理时能根据感应单元(11)的位置打开和闭合，在此为了感应单元(11)的通过，每次打开一个夹紧单元(2)，而相邻的夹紧单元(2)是闭合的。
8.用于热处理长形材料(9)的方法，包括下列方法特征：
利用至少两个夹紧单元(2)夹紧长形材料(9)，
感应单元(11)沿长形材料(9)的纵向方向(L)相对运动，
打开夹紧单元(2)，以便沿长形材料(9)的纵向方向(L)通过感应单元(11)，
在感应单元通过以后闭合夹紧单元(2)。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在时间上在感应单元(11)到达用夹紧单元(2)固定的长度部分(10)之前打开夹紧单元(2)。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在时间上在感应单元(11)通过长度部分(10)以后闭合夹紧单元(2)。
11.按照权利要求8至10之一项所述的方法，其特征在于，通过各夹紧单元(2)以期望的额定几何形状来夹紧长形材料(9)。
12.按照权利要求8至11之一项所述的方法，其特征在于，通过各夹紧单元(2)以不同于要求的额定几何形状来夹紧长形材料(9)，从而在长形材料(9)松开以后通过期望的变形得到最终形状。
13.按照权利要求8至12之一项所述的方法，其特征在于，将与打开的夹紧单元(2)相邻的夹紧单元(2)总是保持闭合。
14.按照权利要求8至13之一项所述的方法，其特征在于，利用三个或更多个夹紧单元(2)夹紧长形材料(9)，各夹紧单元被单独或成组打开或闭合。
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