CN102548705B

CN102548705B - 用于加热工件的方法和对应的工具

Info

Publication number: CN102548705B
Application number: CN201080036786.2A
Authority: CN
Inventors: 佩卡·索米宁; 里斯托·萨罗
Original assignee: Hollming Oy; Prizztech Oy
Current assignee: Hollming Oy; Prizztech Oy
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: HK1172866A1; WO2011020952A1; FI20095863A; CN102548705A; FI122466B; FI20095863A0; JP2013502680A; EP2467229A4; JP5774589B2; EP2467229A1; US20120205364A1

Abstract

用于处理金属工件的方法和对应的工具。在该方法中，通过将包括永磁体结构的感应加热工具附接到机床上，并通过使待加热的金属工件和感应加热工具以适当的距离相对于彼此旋转和/或移动，在机床中加热该金属工件。在该情况下，在工件中感应出加热涡流，其中加热所需的能量从机床的马达中获得。

Description

用于加热工件的方法和对应的工具

技术领域

本发明涉及用于加热金属工件的方法，并涉及用于在机床中加热金属工件或其一部分的感应加热工具。

背景技术

感应加热基于变化的磁场，该变化的磁场在待加热的工件中感应出涡流，该涡流相应地加热工件。传统上，变化的磁场由电磁体提供，该电磁体环绕待加热的工件并在适当的频率下联接到交流电源上。

然而，用于感应加热的变化的磁场也可由机械运动提供，从而磁场的强度不可变。在该情况下，主要是磁场向量的方向而不是磁场向量的强度变化。如果适当的永磁体结构在感应工件附件旋转，则工件“意识到”变化的磁场，并且在该变化的磁场中感应出涡流，从而强烈地加热工件。

在机械工程工业中，经常制造必须用热进行处理(例如感应硬化)的零件。为了热处理，将工件从机床(例如铣床或车床)上卸下，在别处执行热处理。然而，所需的感应加热器非常昂贵，因此，通常，热处理服务从分包商那里购买，即，为了进行处理，将工件打包并传输甚至很长的距离。

通常，不是整个工件，而是仅一部分工件被硬化。作为示例可提及嵌齿轮，其中仅轮齿及其可能的仅一些特定区域被硬化。硬化经常在加工的特定步骤中进行，即，在硬化之后，工件必须精确地重新定位在机床中。因此，硬化导致对工件的许多单独的工作步骤、加工中的中断以及延迟，这些当然增加工件的制造成本和制造时间。

发明内容

本发明的目的在于消除上述现有技术中的缺点。特别是，本发明的目的在于公开一种新的加工方法和待使用在该方法中的工具，通过该方法，可与工件的加工关联地执行硬化，而无需将工件从机床上卸下。

本发明涉及用于加热、例如硬化、金属工件的方法。根据本发明，通过将包括永磁体结构的感应加热工具附接到机床上，并通过使待加热的金属工件和感应加热工具以适当的距离相对于彼此旋转和/或移动，在机床中加热该金属工件。因此，在工件中感应出加热涡流，其中加热所需的能量仅仅从机床的马达中获得。这样，不需要单独的感应加热器电源。此外，在根据本发明的方法中，功率调节非常简单。这仅仅通过调节相对于彼此旋转或移动的工件的旋转速度或相互间距离即可实现。

在该方法中，加工中心或绞孔机可用作所述机床，在该情况下，感应加热工具在该机床的心轴上、在工件中的待加热的区域附近旋转。此外，车床可用作所述机床，在该情况下，至少待加热的工件旋转。而且，在一个实施例中，所使用的机床为铣床或钻床，其中感应加热工具在心轴上、在工件中的待加热的区域附近旋转。

在本发明中优选地，加热工件所用的功率通过从机床的马达的旋转功率中减去马达的空载功率而测量出。这样，加热功率或由工件获得的温度不必单独测量，而是，工件的准确且精确的加热纯粹通过测量马达功率而实现。

甚至可以不执行加热工件的单独的工作步骤；取而代之的是，金属工件通过与碎屑移除相同的机床并在与碎屑移除相同的操作中加热。

而且，本发明涉及一种用于在机床中加热(例如硬化)金属工件或其一部分的感应加热工具。根据本发明，该工具包括用于将该感应加热工具附接到机床上的心轴和附接到该心轴上的永磁体，其中在工件中感应出的加热涡流的能量从机床的马达获得。

优选地，一由磁性材料制成的结构与永磁体连接，该结构以工件的形状和加热功率的最佳传输所需的方式成形。换言之，其优选成形在外表面上，以对应于待加热的表面的形状，从而磁体的形状包括简单的基本形状。由磁性材料制成的结构主要包括铁或其他适当的金属或合金。

用于硬化金属工件的温度通常在900℃的量阶。同时，永磁体材料的磁性性质不能抵抗超过200℃的温度。因此，优选地，整个磁体或工具的铁部件或这二者都设有适当的冷却成形件，例如翅片、翼片或等同的通道。这些成形件能够冷却流动，该流动可为待引导到工具或工具周围的空气、气体或液体流。另一可能性在于一实施例，其中工具的永磁体工件封装在弱导热的壳体中。然而，该壳体由基本上不会使待硬化的工件中的旋转磁场变弱的材料制成。例如，适当的陶瓷材料可考虑作为这种材料。

与现有技术相比，重大优点通过根据本发明的加热方法和工具实现。本发明简单且快速地提供用于部分地或整个地加热、硬化或其他热处理与工件的加工关联的金属工件。由于所需的能量从机床自身的旋转马达中获得，因此不需要用于加热的单独的能量源。这样，通过本发明，在装置成本方面和在处理步骤和处理时间方面都得到重大节省。

附图说明

下文中，将参照附图详细地描述本发明，附图中：

图1示出根据本发明的一个工具；

图2示出根据本发明的第二工具；

图3示出根据本发明的第三工具；

图4示出图2的工具的使用；

图5示意性地示出工具中的磁体的数量；

图6示意性地示出根据本发明的一个工具；

图7示意性地示出根据本发明的另一工具；

图8示意性地示出由根据本发明的工具加热一平面；

图9示意性地示出用于加热一平面的另一实施例；并且

图10示出根据本发明的工具中的磁场的方向。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的工具1包括心轴5，通过该心轴，该工具可附接到使用该工具的机床上，例如磨床或车床。附接到心轴上的是圆筒形永磁体6。

在图2的对应的实施例中，工具2包括附接到心轴5上的两个圆形和盘形的磁体6或设有磁体的金属片。这些片彼此间隔开适当距离，从而在这些片之间保持适当尺寸的开口，用于待硬化的金属工件或待硬化的金属工件的一部分。

图3示出第三实施例，其中工具3仅仅包括附接到心轴5上的具有磁性性质的一个圆形片6。所有三个工具以相似的方式使用，即，旋转工具以另一方式放置为尽可能接近于待硬化或加热的金属工件，而不是与该金属工件接触。这样，旋转磁体在工件中感应出涡流，该涡流强烈地加热工件。用于使磁体旋转的能量从机床的使该磁体旋转的马达获得，并且其如同热一样几乎完全传输到金属工件。

图4例示出图2的工具在硬化嵌齿轮9的轮齿时的使用。在工具2中，两个磁性圆片彼此间隔开与轮齿的厚度相等的距离，并且其内表面的形状对应于轮齿、略微倾斜，从而该工具可放置在距轮齿的表面一精确的近的距离处。通过使工具旋转并使工具沿轮齿的长度方向从一个边缘移动到另一边缘，轮齿可容易且快速地加热到希望的硬化热。这样，嵌齿轮可通过单一附接的与其加工关联的工件而硬化。而且，加热功率可通过改变磁体的旋转速度或磁体与工件之间的距离而容易地调节。

由图5的示意图可知，一个或多个永磁体可使用在工具中，从而，当工具旋转时，在工具外部静止的待加热的工件意识到变化的磁场。

图6和7示出根据本发明的工具，显示永磁体可沿任意方向磁化，从而在工具的外部形成强烈的磁场。在图6中，在工具中，通过其精确的外边缘，磁体8位于圆片4的平坦表面上，即，磁化方向为工具中的轴向。在图7中，磁体9位于圆片7的外边缘上，即位于其圆周上，从而磁化方向为工具中的径向。还绘制于图7中的下面的图中的是可替代实施例，其中永磁体封装在弱导热的陶瓷壳体17中。该壳体防止过量地加热磁体，但基本上不影响系统的磁性性质。

图8示出根据本发明的用于在磨床中加热平坦工件的工具实施例。该工具包括用于沿待加热的平面10的方向旋转的心轴11，并设有横向的圆形和盘形的主体12，该主体具有提供在其周界上的磁体13。工具越接近于平面而不是与该平面接触地旋转，在平面中感应出的加热涡流越强。

图9示出对应于图8的实施例，其中工具的轴线倾斜，即相对于待加热的平面倾斜45°的角度。

图10示出本发明的有利实施例，其特别是用于硬化或加热多种形状的工件或工件的一部分，待加热的工件14附接到车床上，并且工件由车床的马达旋转，而工具静止。工具可包含一个或多个永磁体15。磁场由位于一个或多个磁体周围或一个或多个磁体中心的由铁或其他等同材料制成的片或工件16成形和引导。通过这些工件，旋转磁场可引导为尽可能接近于工件或工件的一部分，在该情况下，磁体自身不必成形。

本发明不仅仅限于上述示例；相反，在由权利要求限定的本发明构思的范围内可以进行许多变化。

Claims

1.一种用于加热金属工件的方法，其特征在于，通过将包括永磁体结构的感应加热工具(1，2，3)附接到机床上，并通过使待加热的金属工件和感应加热工具以适当的距离相对于彼此旋转和/或移动，在机床中加热该金属工件(9)，在该情况下，在工件中感应出加热涡流，其中加热所需的能量从机床的马达中获得；金属工件通过与碎屑移除相同的机床并在与碎屑移除相同的步骤中加热。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加工中心或绞孔机用作所述机床，在该情况下，感应加热工具(1，2，3)在该机床的心轴上、在工件中的待加热的区域附近旋转。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，车床用作所述机床，在该情况下，至少待加热的工件旋转。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的机床为铣床或钻床，其中感应加热工具在心轴上、在工件中的待加热的区域附近旋转。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，加热工件所用的功率通过从机床的马达的旋转功率中减去马达的空载功率而测量出。

6.一种用于在机床中加热金属工件或其一部分的感应加热工具，其特征在于，该感应加热工具(1，2，3)包括用于将其附接到机床上的心轴(5)和附接到该心轴上的永磁体(6)，其中用于在工件中感应出的加热涡流的能量从机床的马达获得。

7.如权利要求6所述的工具，其特征在于，一由磁性材料制成的结构(16)与永磁体连接。

8.如权利要求7所述的工具，其特征在于，由磁性材料制成的结构包括铁。

9.如权利要求6至8中任一项所述的工具，其特征在于，该工具包括通过气体或液体流冷却所述工具的翅片或者翼片。

10.如权利要求6至8中任一项所述的工具，其特征在于，该工具的永磁体工件至少部分地封装在弱导热的壳体中。