CN103348019A - 用于进行感应硬化的设备 - Google Patents

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CN103348019A CN2010800706575A CN201080070657A CN103348019A CN 103348019 A CN103348019 A CN 103348019A CN 2010800706575 A CN2010800706575 A CN 2010800706575A CN 201080070657 A CN201080070657 A CN 201080070657A CN 103348019 A CN103348019 A CN 103348019A
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J.米尔斯
W.施蒂尔
J.贾杜斯
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Abstract

本发明提供了一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括磁性工具，所述磁性工具具有由大体上非磁性材料形成的本体部分。所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处。所述设备进一步包括磁性布置，所述磁性布置在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域。工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件。本发明提供了一种用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转的驱动布置，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化。

Description

用于进行感应硬化的设备
技术领域
本发明涉及部件的磁感应加热，且更具体而言，本发明涉及一种在部件的磁感应硬化（例如表面硬化或穿透硬化）的过程中所使用的设备。
背景技术
通过感应加热进行的表面硬化通常是利用铜线圈或感应器实施的，通过来自电源的交流电对所述铜线圈或感应器进行赋能。感应器所实现的硬化深度与所施加的交流电频率呈函数关系，所述交流电频率取决于电源和变压器。被硬化的表面积与电源所能够提供的功率和感应器的几何形状呈函数关系。
感应器的几何形状必须经过仔细设置以便与进行硬化的零部件相适配，从而防止该零部件的一些部分产生过热。感应器的该特定几何形状还必须经过仔细设置以便与特定频率范围的电源相协调。感应器与电源之间的设计关系如此紧密，从而使得感应系统在很大程度上受到被硬化的特定零部件的限制且因此是专门用于所述零部件的感应系统。对于不同的零部件而言，必须使用具有不同电源的不同感应器，这会使生产工艺的灵活性较差，且由于需要使用零部件专用工具而带来高成本。这些常规感应加热系统的电力消耗往往也较高，这进一步提高了工艺的成本。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种用于对工件进行磁感应硬化的设备。所述设备包括磁性工具，所述磁性工具具有由大体上非磁性材料形成的本体部分。所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻（in close proximity to）被硬化的工件的位置处。所述设备进一步包括磁性布置，所述磁性布置在所述本体部分的所述表面处或在与所述本体部分的所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域。工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件。本发明提供了一种用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转的驱动布置，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化。
在本发明的一个方面中，所述磁性布置限定出多个磁极（nP），所述驱动布置使所述工具以一定速度（RPM）相对于所述工件保持器进行旋转，且根据公式Hz=(nP*RPM)/60，实现了至少5kHz的频率。
在本发明的另一方面中，所述设备进一步包括淬火系统，所述淬火系统可运行以便在所述受到加热的工件受到所述工件保持器的支承的同时对所述受到加热的工件进行淬火。
在本发明的又一方面中，所述工件保持器支承所述工件以便防止所述工件围绕所述旋转轴线进行旋转且以便防止所述工件保持器中的所述工件沿所述旋转轴线进行平移，同时适于使所述工件保持器中的所述工件进行热膨胀。
在本发明的再一方面中，所述磁性布置包括多个永磁体，所述多个永磁体在所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分，且被构造以便提供具有交替极性的区域。所述本体部分可包括形成于其中且与所述表面隔开的多个凹穴，从而使得所述本体的壁部部分被限定在所述表面与所述多个凹穴中的每个凹穴之间。所述多个磁体中的每个磁体被定位在所述多个凹穴中相应的一个凹穴中。
在本发明的另一方面中，所述磁性布置包括构件，所述构件被磁化以便包括多个磁性区域，所述磁性区域限定出具有交替极性的区域。所述构件可呈现出环的形式，且可被连接至所述本体部分以便限定出所述表面。
通过具体实施方式和附图将更易于理解本发明的其他方面。
附图说明
图1是体现出本发明的用于对工件进行磁感应硬化的设备的部分透视图。
图2是图1所示磁性工具的剖视图。
图3是图1所示磁性工具的端视图。
图4是图1所示磁性工具的一部分的放大部分视图，图中示出了用于容纳磁体的凹穴。
图4a是示意图，图中示出了用于容纳磁体的另一种可选的凹穴布置。
图5是示意图，图中示出了与图3所示磁体布置相比的另一种可选磁体布置和相对应的通量（磁通量）图。
图6是示意图，图中示出了又一种可选的磁体布置和相对应的通量图。
图7是可与图1所示的用于进行磁感应硬化的设备一起使用的另一种磁性工具的剖视图。
图8是图7所示磁性工具的端视图。
图9是可与图1所示的用于进行磁感应硬化的设备一起使用的又一种磁性工具的剖视图。
图10是图9所示磁性工具的端视图。
图11是图1的部分剖视图，图中示出了体现出本发明的淬火系统。
图12是与图11相似的部分剖视图，图中示出了体现出本发明的另一可选淬火系统。
图13是根据本发明的另一实施例的磁性工具的剖视图，所述磁性工具具有与其成一整体的淬火系统。
图14是根据本发明的另一实施例的又一种磁性工具的剖视图，所述磁性工具具有与其成一整体的淬火系统。
图15是图1所示工件保持器的放大透视图。
图16是图15所示工件保持器的剖视图。
图17是用于与图15所示工件保持器一起使用的另一可选夹头垫（collet pad）的透视图。
图18是适于工件膨胀的磁体布置的示意图。
图19是适于工件膨胀的另一种磁体布置的示意图。
图20是适于工件膨胀的又一种磁体布置的示意图。
图21是用于进行穿透硬化的磁性工具的另一实施例的示意图。
图22是与图21相似的示意图，但图中示出了在没有穿透硬化的情况下对工件的两个表面进行热处理的情况。
图23a和图23b是示意图，图中示出了对工件表面的多个不同部段的硬化。
图24a和图24b是示意图，图中示出了磁体长度对工件表面上产生的表层（case）长度的影响。
图25是示意图，图中示出了磁体宽度对硬化表层深度的预期影响。
图26a、图26b和图26c是示意图，图中示出了成形磁体对所产生的硬化表层形状的预期影响。
图27a和图27b是示意图，图中示出了用于冷却磁体的潜在可能的系统。
图28是示意图，图中示出了与磁体一起使用的通量聚集器。
图29是部分剖视图，图中示出了与磁性工具一起使用的涡电流导管。
图30是体现出本发明的又一磁性工具的部分剖视图，且其中该磁性布置呈现出磁化构件的形式。
图31是图30所示磁性工具的端视图。
具体实施方式
在对本发明的任何实施例进行详细描述之前，应该理解：本发明并不限于以下具体实施方式所描述或以下图中所示的部件的构造和布置的细节。本发明能够以其他实施例实施，且能够通过多种方式被实践或实施。
图1示出了根据本发明的磁感应硬化设备10。图中所示的设备包括磁性工具14和工件保持器18，所述工件保持器被构造以便支承将要进行感应硬化的工件22。在所示实施例中，工件22是环形环，例如将被用作轴承座圈的那种环形环，但本发明还可应用于且可适于对具有其他不同几何形状的工件进行硬化。
本发明提供了一种以旋转驱动单元26的形式存在的驱动布置，所述驱动布置用于使磁性工具14相对于工件保持器18（且因此相对于工件22）围绕旋转轴线30进行旋转，以便对工件22进行感应加热，从而使其温度处于工件22的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现工件22的硬化，正如热处理和硬化领域的技术人员应该理解地那样。尽管如图所示的驱动单元26包括心轴34，所述心轴可运行以支承所述磁性工具14进行旋转，但在其他实施例中，驱动单元26还可运行以使工件保持器18或工件22本身进行旋转，而磁性工具14保持固定。在又一实施例中，可提供两个驱动单元26，一个驱动单元用于使磁性工具14旋转，且另一驱动单元用于使工件保持器18和工件22旋转。
如图所示的设备10进一步包括淬火系统38，所述淬火系统可运行以便在受到加热的工件被工件保持器18支承的同时对所述受到加热的工件22进行淬火。将淬火系统38与感应硬化设备10整合在一起使得感应硬化过程得到了简化且变得更为经济。如图所示的淬火系统38包括淬火套环42，所述淬火套环围绕着工件22以便用淬火介质（例如水或其他淬火流体）对工件进行喷淋，从而将奥氏体转变成马氏体。该设备可被封罩在壳体（图中未示出）中以便包含并收集淬火介质且以便保护操作者不受感应硬化过程中所产生热量的损害。正如下文将要进一步描述地那样，如图所示的淬火套环42仅是淬火系统38的一种可能的类型，其可与设备10成一整体。在另外的实施例中，淬火功能无需被整合在设备10内，而是可在远离设备10的独立的淬火站处实施淬火。在这种实例中，受到加热的工件22可从工件保持器18中被移除并被输运至该远程淬火站以便进行淬火。
图2至图4更详细地示出了磁性工具14。如图所示的磁性工具14包括以驱动轴形式存在的安装部分50和被联接至该安装部分50的本体部分54。安装部分50可被可释放地紧固到心轴34上，所述心轴被联接至驱动单元26以便与其一起旋转（参见图1）。安装部分50和本体部分54分别由大体上非磁性的材料或者被视为具有低相对磁导率的材料，如铝或奥氏体不锈钢，形成。本体部分54限定出表面58，所述表面被构造以便被定位在紧邻工件22的位置处。如图1和图2最佳示出地，图中所示的本体表面58是沿径向面向外的周向表面，所述表面是渐细的以便对应于在环形工件22的内表面上存在的锥度。如图2所示，空气间隙G被限定在表面58与工件22的经受硬化的内表面（在受到工件保持器18支承的同时）。在所示实施例中，空气间隙G小于约0.07英寸，可处于约0.02英寸与约0.06英寸之间，且如图所示为约0.02英寸。当然，对于具有不同几何形状的工件而言，表面58的几何形状和空气间隙G的尺寸可因此进行调节以便实现所需的硬化结果。下文将对这些性能进行更详细地讨论。
磁性工具14包括磁性布置，在本实施例中，所述磁性布置呈现出多个永磁体62的形式，所述多个永磁体在表面58处或与所述表面相邻的位置处被联接至本体部分54。在如图1至图4所示的实施例中，多个永磁体62被罩在相应的凹穴66中，所述凹穴被限定或成形于本体部分54中且与表面58隔开，从而在表面58与多个凹穴66中的每个凹穴之间限定出本体部分54的薄壁部分70。因此，通过将磁体62在与表面58相邻的位置处置于凹穴66中而将所述磁体联接至本体部分54。将凹穴66与表面58分开的壁部部分70在磁体62与受到加热的工件22之间提供了热屏障，从而使得磁体62的温度不大可能到达磁体62的居里温度，或者使得磁体62丧失其磁性特性（即变为顺磁性）的温度。壁部部分70的厚度可小于0.05英寸，且在所示实施例中厚度为约0.02英寸。在制造磁性工具14的本体部分54以便实现所需薄壁部分70的过程中，可在实施机加工或车工工艺以形成最终表面58之前使凹穴66成形。
磁体62在紧密配合的情况下被插入凹穴66内，从而使得磁体62将不会在凹穴66内大体上来回移动。如果磁体62可在凹穴66内大体上来回移动，则磁性工具14的平衡会受到不利影响。孔74（参见图1和图2）被成形以便在凹穴66与环境之间进行连通。当磁体62被插入凹穴66内时，空气可随着紧密配合的磁体62滑动进入凹穴66内而通过孔74逸出。一旦磁体62已被定位在凹穴66内从而将磁体62紧固在其中，则通过紧固件82将盖78联接至本体部分54。如果磁体62由于正常使用而受损或降级，则可移除盖78以便有利于更换磁体62。
在如图所示的实施例中，磁体62以及凹穴66的剖面大体上呈方形形状，但也可替代地采取其他剖面形状（例如圆形、梯形，参见图4a等）。凹穴66，且因此被插入的磁体62，具有与表面58大体上平行地进行延伸的纵向轴线86（参见图2）。如图3最佳示出地，磁体62的磁极（例如北N极和南S极）处于磁体62的两个彼此相对的细长面上，从而使得当磁体被定位在凹穴66中时，其N-S轴线沿径向延伸。换句话说，北极或南极都沿径向向外面向表面58。磁体62被插入凹穴66内，从而使得每个磁体62的极性围绕本体部分54的周向周部与相邻磁体62是交替的。因此，磁体62被设置成一定取向且被定位在凹穴66中，以便提供具有交替极性的区域，或使得在与表面58相邻的位置处实现了交替的极/极性布置：N-S-N-S-N-S等等。如图所示的磁性工具14包括三十二个磁体62，但正如下文将要讨论地那样，磁体62的数量可根据需要产生变化。无论在上述哪种磁体布置中，磁体62都应该被足够近地布置在一起，从而提供连续的磁场，以便与被硬化的工件22进行相互作用。
磁体62优选是稀土永磁体，所述稀土永磁体能够输送大于1特斯拉的连续通量密度。所示实施例使用连续通量密度为约1.2T且距离温度为约540华氏度的钕铁硼（NdFeB）磁体，但也可使用其他适当的稀土磁体。在另一种可选实施例中，陶瓷磁体可被交替地定位在每两个NdFeB磁体之间。NdFeB磁体的取向将是恒定的。陶瓷磁体可被电激活以便形成极性与NdFeB磁体相反的场。在其他实施例中，例如结合图30和图31所述的实施例中，磁性布置无需包括多个独立的永磁体，而是可呈现出这样的构件的形式，所述构件被磁化以便提供具有交替极性的区域。
图5和图6示出了可与磁性工具14一起使用的其他可选的磁体布置。在图5中，当磁体被定位在凹穴66中时，每个磁体62的极轴将沿周向延伸，从而使得磁体62被布置成如下方式：S-N|N-S|S-N|N-S|S-N|N-S等等，从而在与每个磁体62相邻的位置处提供具有交替极性的区域。通过将阵列中的极设置成如图所示的面向彼此取向，我们有理由相信：相邻的互斥极将会将更多的磁场沿径向向外想着工件22引出。图5示出了这种布置产生的通量图案。
图6示出了成一直线的布置。当磁体被定位在凹穴66中时，每个磁体62的极轴将同样沿周向延伸，但磁体62被布置成如下方式：S-N|N-S|S-N|N-S|S-N|N-S等等。在这种布置中，包括3个相邻磁体的位于中间的磁体组具有沿相同方向的取向：S-N|S-N|S-N|，而位于中间磁体组任一侧的包括3个相邻磁体的磁体组则具有N-S|N-S|N-S|的取向。对于这种布置而言，包括三个相邻磁体62的每个磁体组限定出与包括三个磁体的相邻磁体组交替的磁性。对于如图所示的十八个磁体阵列而言，将存在六个极。图6示出了由此产生的通量图案。
图4a示出了可用于磁性工具14’上的磁体凹穴90的另一可选实施例。多个磁体62’中的每个磁体被定位在相应的凹穴90中，从而使得多个磁体62’中的每个磁体的表面被暴露出来从而至少部分地限定出本体部分54’的表面58’。该实施例并未设置将磁体62’与表面58’分开的薄壁部分。如图4a所示，凹穴90和磁体62’具有梯形或燕尾形构型，从而使得磁体62’可沿轴向被插入凹穴90内，同时由于凹穴90和磁体62’的几何形状而沿径向被固持在凹穴90内。
磁性工具14（其因此磁体62）相对于工件22进行旋转所需的速度或旋转速率（RPM）与基于磁体62的构型所形成的磁极数量成函数关系。频率（Hz）、极的数量（nP）和旋转速率（RPM）之间的公式如下：Hz = (nP*RPM)/60。因子60是为了将RPM转换成每秒的转数（RPS），从而产生与来自电源的电流频率相似的频率。该频率与磁极数量和旋转速率成直接比例关系。因此，如果磁性工具14的旋转速率降低，则可通过增加磁极的数量实现相同的速率。我们发现：至少需要5kHz的频率才能将工件加热至奥氏体温度范围，从而实现微观结构的转变并导致硬化。因此，可选择足够数量的磁极以及足够大的旋转速率。可使用5kHz至21kHz的频率范围进行感应硬化，这取决于被硬化的特定工件和所需的硬化结果。
除了改变磁性工具14的磁极数量和旋转速率以外，其他变量也会影响加热并因此影响磁性工具14的硬化性能。可根据需要进行调节的其中一个变量是磁性工具14实现所需RPM所花费的时间，其可被称作“斜升时间（ramp time）”。驱动单元26的马力（扭矩）决定了可实现的最小斜坡时间。可根据需要进行调节的另一变量是磁性工具14在所需RPM下保持的时间，其可被称作“保持时间（soak time）”。空气间隙G是可根据需要进行调节的又一变量。空气间隙G的尺寸影响了驱动单元26的转矩需求，越小的空气间隙G需要越大的转矩来克服磁性工具14与工件22之间的吸引力。空气间隙G的尺寸还影响了实现所需硬度特性（例如硬化表层深度）的加热时间（例如斜升时间和保持时间）。所有这些变量可根据需要进行单独调节或彼此联合地进行调节，从而实现所需硬化特性（例如硬化表层深度）。
根据磁性工具14的构造和所需的旋转速度，可设置动态平衡系统可以对加工过程进行平衡。无论是否使用平衡系统，安装轴50与磁体62之间都应该保持约0.004英寸或更小的同心度。这将磁性工具14旋转过程中空气间隙G的变化最小化，从而有助于为工件22提供适当且一致的加热，由此有助于实现所需硬化结果。
图7和图8示出了可与设备10一起使用的另一种磁性工具94。与磁性工具14类似，工具94包括以驱动轴形式存在的安装部分98和被联接至该安装部分98的本体部分102。安装部分98可被可释放地紧固到心轴34上，所述心轴被联接至驱动单元26以便与其一起旋转（参见图1）。安装部分98和本体部分102分别由大体上非磁性的材料或者被视为具有低相对磁导率的材料，如铝或奥氏体不锈钢，形成。本体部分102限定出表面106，所述表面被构造以便被定位在紧邻工件22的位置处。如图7和图8最佳示出地，图中所示的本体表面106是本体部分102的面向轴向的端表面，所述端表面被构造以便对应于工件22的端表面。当然，对于具有不同几何形状的工件而言，表面106的几何形状可因此进行调节以便实现所需的硬化结果。
磁性工具94包括磁性布置，在本实施例中，所述磁性布置呈现出多个永磁体110的形式，所述多个永磁体在表面106处或与所述表面相邻的位置处被联接至本体部分102。在如图7和图8所示的实施例中，多个永磁体110被罩在相应的凹穴114中，所述凹穴被限定或成形于本体部分102中且与表面106隔开，从而在表面106与多个凹穴114中的每个凹穴之间限定出本体部分102的薄壁部分118。因此，通过将磁体110在与表面106相邻的位置处置于凹穴114中而将所述磁体联接至本体部分102。将凹穴114与表面106分开的壁部部分118在磁体110与受到加热的工件22之间提供了热屏障，从而使得磁体110的温度不大可能到达磁体110的居里温度，或者使得磁体110丧失其磁性特性（即变为顺磁性）的温度。壁部部分118的厚度可小于0.05英寸，且在所示实施例中厚度为约0.02英寸。
磁体110在紧密配合的情况下被插入凹穴114内，从而使得磁体110将不会在凹穴114内大体上来回移动。如果磁体110可在凹穴114内大体上来回移动，则磁性工具94的平衡会受到不利影响。如图7和图8所示，凹穴114被限定在盖122中，一旦磁体110已被定位在凹穴114内，则通过紧固件126将所述盖122联接至本体部分102且使其形成所述本体部分的一部分。在其他可选实施例中，凹穴114可在与盖122相邻的位置处被部分地或完全地成形于本体部分102中。如果磁体110由于正常使用而受损或降级，则可移除盖122以便有利于更换磁体110。
在如图所示的实施例中，磁体110以及凹穴114的剖面大体上呈方形形状，但也可替代地采取其他剖面形状（例如圆形、梯形，参见图4a等）。凹穴114，且因此被插入的磁体110，具有与表面106大体上平行地进行延伸的纵向轴线130（参见图8）。如图8最佳示出地，磁体110的磁极（例如北N极和南S极）处于磁体110的两个彼此相对的细长面上，从而使得当磁体被定位在凹穴114中时，其N-S轴线沿轴向延伸。换句话说，北极或南极都沿轴向面向表面106。磁体110被插入凹穴114内，从而使得当围绕本体部分102的端部沿周向进行观察时，每个磁体110的极性与相邻磁体110是交替的。因此，磁体110被设置成一定取向且被定位在凹穴114中，以使得在与表面106相邻的位置处实现了交替的极/极性布置：N-S-N-S-N-S等等。如图所示的磁性工具94包括五十个个磁体110，但磁体110的数量可根据需要产生变化。磁体110应该被足够近地布置在一起，从而提供连续的磁场，以便与被硬化的工件22进行相互作用。
磁性工具94可用于对工件22的端表面进行硬化，或换句话说，对工件的与磁性工具94的旋转轴线大体上垂直的表面进行硬化。上文对可使用的其他可选的磁体构型；频率、磁极与旋转速度之间的关系；多个变量如斜升时间、保持时间和空气间隙；以及安装轴与磁体之间的同心度等方面进行了讨论，这些内容同样适用于磁性工具94和下文讨论的其他磁性工具构型。
图9和图10示出了可与设备10一起使用的另一种磁性工具134。与磁性工具14和94类似，工具134包括以驱动轴形式存在的安装部分138和被联接至该安装部分138的本体部分142。安装部分138可被可释放地紧固到心轴34上，所述心轴被联接至驱动单元26以便与其一起旋转（参见图1）。安装部分138和本体部分142分别由大体上非磁性的材料或者被视为具有低相对磁导率的材料，如铝或奥氏体不锈钢，形成。本体部分142限定出表面146，所述表面被构造以便被定位在紧邻工件22的位置处。如图9和图10最佳示出地，图中所示的本体表面146是本体部分142的沿径向面向内的周向表面，所述周向表面被构造以便对应于环形（或圆柱形）工件22的沿径向向外的表面。当然，对于具有不同几何形状的工件而言，表面146的几何形状可因此进行调节以便实现所需的硬化结果。
磁性工具134包括磁性布置，在本实施例中，所述磁性布置呈现出多个永磁体150的形式，所述多个永磁体在表面146处或与所述表面相邻的位置处被联接至本体部分142。在如图9和图10所示的实施例中，多个永磁体150被罩在相应的凹穴154中，所述凹穴被限定或成形于本体部分142中以便形成表面146的一部分，且使得在表面146与多个凹穴154中的每个凹穴之间并未限定出薄壁部分。因此，通过将磁体150在与表面146相邻的位置处置于凹穴154中而将所述磁体联接至本体部分142。凹穴154部分地由本体部分142的环形部分158限定，且由盖162限定，所述盖通过紧固件166被联接至本体部分142且形成了所述本体部分的一部分。如果磁体150由于正常使用而受损或降级，则可移除盖162以便有利于更换磁体150。在其他实施例中，凹穴154可以不同方式成形。例如，凹穴154可以与上述凹穴66相似的方式成形。
磁体150在紧密配合的情况下被插入凹穴154内，从而使得磁体150将不会在凹穴154内大体上来回移动。如果磁体150可在凹穴154内大体上来回移动，则磁性工具134的平衡会受到不利影响。
在如图所示的实施例中，磁体150以及凹穴154的剖面大体上呈方形形状，但也可替代地采取其他剖面形状（例如圆形、梯形，参见图4a等）。凹穴154，且因此被插入的磁体150，具有与表面146大体上平行地进行延伸的纵向轴线170（参见图9）。如图10最佳示出地，磁体150的磁极（例如北N极和南S极）处于磁体150的两个彼此相对的细长面上，从而使得当磁体被定位在凹穴154中时，其N-S轴线沿径向延伸。换句话说，北极或南极都沿径向面向表面146。磁体150被插入凹穴154内，从而使得每个磁体150的极性围绕本体部分142的表面146的圆周与相邻磁体150是交替的。因此，磁体150被设置成一定取向且被定位在凹穴154中，以使得在与表面146相邻的位置处实现了交替的极/极性布置：N-S-N-S-N-S等等。如图所示的磁性工具134包括四十个个磁体150，但磁体150的数量可根据需要产生变化。磁体150应该被足够近地布置在一起，从而提供连续的磁场，以便与被硬化的工件22进行相互作用。磁性工具134可用于对环形工件22的沿径向面向外的表面进行硬化。
图11是设备10的剖视图，如图所示，磁性工具14相对于工件保持器18沿轴向移动远离（即向上提升，如图11所示）其加热位置，以使得可通过淬火系统38对其进行淬火。换句话说，磁性工具14和工件保持器18可沿与旋转轴线30平行的方向且在用于对工件22进行加热的第一位置（参见图2）与用于对工件22进行淬火的第二位置（参见图11）之间相对于彼此移动。如图11所示，淬火套环42围绕着工件22以便用淬火介质174对工件22进行喷淋（参见图11）。如图1和图11所示，淬火套环42包括在成一定角度的壁部182中形成的多个孔178，且所述多个孔与供应有淬火介质174的室186连通（参见图11）。连接器190被流体连通地连接至供应管线（未示出），所述供应管线将淬火介质174选择性地供应至室186。
如图11最佳地示出地，淬火介质174被引导通过孔178且被引向磁性工具14的表面58，且向下转向到达工件22上，由此用淬火介质174对工件22进行喷淋。磁性工具14的第二位置或淬火位置可根据需要进行调节以便实现适当的喷淋效应。淬火套环42被支承结构194支承而处于工件保持器18上方的位置处。应该理解：可替换地使用不同于图中所示的淬火套环和支承布置。
图12示出了可与设备10一起使用的另一种可选的淬火系统198。在该淬火系统198中，导管202被连接至工件保持器18’且在所述工件保持器内延伸出来，从而使得当工件22受到工件保持器18’的支承时，导管202的远端206被至少部分地定位在工件22内。如图12所示，磁性工具14’’相对于磁性工具14略有变型，其中包括位于本体部分54’’中的孔或凹部210，所述孔或凹部被制成一定尺寸和构造，以使得当磁性工具14’’位于用于对工件22进行加热的第一位置处时（即，当表面58’’被定位在紧邻工件22的位置处时），所述孔或凹部接收导管202的远端206的一部分。图12示出了处于用于对工件22进行淬火的第二位置处的磁性工具14’’。淬火介质174从被联接至连接器214的供应源流动通过导管202，且通过在远端206中形成的孔218流出导管202。孔218在远端206周围沿周向延伸以便将淬火介质174以完整的360度喷射在远端206周围且喷射到工件22上。对于图12所示的布置而言，淬火系统198与工件保持器18’成一整体。
图13示出了与磁性工具14’’’成一整体的又一种可选的淬火系统222。磁性工具14’’’的安装部分50’’’和本体部分54’’’一起限定出导管226，淬火介质174可通过所述导管被供应。淬火介质174的供应可通过心轴（未示出）实现。如图13所示，盖78’’’产生变型以便包括延伸部或伸出部230，所述延伸部或伸出部沿轴向延伸远离安装部分50’’’且包括具有径向取向的沿周向被定位的孔234，所述孔与导管226连通，以使得当磁性工具14’’’被升高至第二淬火位置时，导管226中的淬火介质174可被喷射到工件22上。如果设置了足够数量的孔234且对其进行了充分定位，则可在不旋转磁性工具14’’’的情况下进行淬火，但在其他实施例中，磁性工具14’’’可在淬火阶段缓慢旋转以便更好地分布淬火介质174。
图14示出了与磁性工具14’’’’成一整体的又一种可选的淬火系统238。磁性工具14’’’’的安装部分50’’’’和本体部分54’’’’一起限定出导管242，淬火介质174可通过所述导管被供应。孔246从导管242延伸通过本体部分54’’’’且沿径向向外延伸至表面58’’’’，且被定位在相邻的磁体62’’’’之间。对于这种构型而言，磁性工具无需被升高至第二淬火位置就能实现淬火。取而代之的是，一旦加热操作完成，则磁性工具14’’’’的旋转可减慢或停止且淬火介质174可被供应至导管242以便在不升高磁性工具14’’’’的情况下对工件22进行淬火。
图15示出了工件保持器18，且为清晰起见，图中移除了淬火套环42和工件22。工件保持器18包括气动或空气卡盘250，所述卡盘被设计以便紧固地支承工件22，且夹持力足以防止工件22相对于旋转轴线30进行旋转和平移。由于磁性工具14与工件22之间存在磁性锡耶纳，因此为工件22提供足够的夹持力以防止其相对于旋转轴线30进行旋转和平移是很重要的。空气卡盘250利用空气压力运行以便借助于与多个夹头垫254的接合沿径向夹持工件22。如图15所示，在工件保持器18上设置了六个夹头垫254以便沿周向围绕并支承工件22。在其他实施例中，夹头垫254的数量可根据需要产生变化。
现在参见图15和图16，垫254由垫支承构件258支承，所述垫支承构件具有周向沟槽262（参见图16），所述周向沟槽被构造以便接收在每个垫254上形成的周向唇缘264（参见图16）。紧固布置268被设置以便将每个垫254进一步紧固到垫支承构件258上。如图16所示，垫支承构件258包括凸轮表面272，所述凸轮表面与上部支承构件280的与之相匹配的凸轮表面276接合。上部支承构件280经由紧固件288且经由多个压缩弹簧292（图中仅示出了一个）被联接至下部支承构件284，以便允许在上部支承构件280与下部支承构件284之间略微进行相对垂直移动，甚至当气动夹持力被施加到空气卡盘250上时也进行所述移动，以使垫254沿径向向内夹持或紧固方向受到偏压从而对工件22进行夹持。通过设置压缩弹簧292，且借助于凸轮表面272和276，空气卡盘250使得垫254可沿径向向外膨胀从而抵抗在工件22的热生长过程中的夹持偏压，从而可在硬化过程中弥补工件22的热膨胀。这有助于将硬化操作过程中工件22的任何翘曲或扭曲降至最低限度或消除这种翘曲或扭曲。
仍然参见图15和图16，垫254提供的径向夹持大体上防止了工件围绕旋转轴线30的旋转。垫254分别包括突部296，所述突部从垫254的大体上水平的表面300向上突出。工件22的下表面置靠在突部296中的每个突部上，从而实现点接触或小面积接触。垫254分别还包括大体上垂直的表面304，工件22的径向外表面或直径接靠在所述垂直表面上。图16最清晰地示出了由每个垫254提供的该工件支承布置。垫254由顺磁性材料如铝或不锈钢制成，且可被进一步构造以使得每个垫254与工件22之间的接合出现在垫254上的不导电的位置处。在图15和图16所示的实施例中，突部296中的每个突部和垂直表面304涂覆有不导电材料，如Teflon、陶瓷等，从而使得工件保持器18将工件22与地面电隔离开来。
图17示出了可与工件保持器18一起使用的夹头垫308的另一可选实施例。代替突部296的是，每个垫包括不导电插入件或附接件312，所述插入件或附接件被联接至（例如通过紧固件316）垫308的径向内表面，从而使得插入件312的一部分在由垫308限定的一个或多个水平表面320上方垂直地进行延伸。工件22的底部将在水平表面320上方置靠在插入件312上且由所述插入件支承。尽管如图所示的插入件312是大体上呈菱形的陶瓷零部件，但也可使用其他不导电材料和构型。
此外，垫308包括多个进一步设置的不导电插入件或附接件324，所述插入件或附接件被制成一定尺寸和构造以便与工件22的外表面或直径接合并支承所述外表面或直径。如图17所示，垫308包括大体上垂直的表面328，所述表面终止于垫308的远端上表面332。三个不导电插入件324被连接至上表面332以便沿径向向内延伸超出大体上垂直的表面328。在每个插入件324与工件22的外表面之间将发生大体上的线接触，且工件22的外表面将不会与该大体上垂直的外表面接触。在如图17所示的实施例中，插入件324是陶瓷圆柱体。在不同实施例中，可使用其他不导电材料和构型。插入件312和324共同支承工件22，从而使得工件保持器18将工件22与地面电隔离开来。
再次参见图15和图16，工件保持器18进一步包括一个或多个夹具336，所述夹具可操作以便紧固工件22从而有助于在工件被垫254、308支承时，防止工件22沿旋转轴线30平移（例如向上平移）。如图所示的夹具336沿外周被连接至空气卡盘250且包括夹具构件340，所述夹具构件沿径向向内朝向旋转轴线30、在垫245、308的上端上、且在工件22的上端表面上（参见图16）进行延伸。夹具构件340在夹具构件340上的不导电位置处与工件22接合，这同样是为了将工件22与地面电隔离开来。在如图所示的实施例中，夹具336（包括夹具构件340）由不导电陶瓷材料制成。在其他实施例中，可使用顺磁性材料且可将不导电涂层施加到夹具构件340的与工件22接合的端部上。如图所示的夹具构件340分别包括与工件22接合的两个隔开的远端突部346，而每个夹具构件340的剩余部分并不与工件接合，且并不妨碍磁性工具14。应该理解：也可使用夹具336的其他构型。此外，如果需要还可使用两个以上的夹具336。
如图所示的工件保持器18近视可与设备10一起使用的工件保持器的一个实例。例如，可使用常规的三爪卡盘来保持工件22。然而，我们发现：上述工件保持器18非常适于防止工件22旋转和平移、有助于防止一些工件22在加热过程中产生扭曲、且其性能有利于将工件22与地面电隔离开来。
如上文所述，工件保持器18可被设计以便允许工件22产生热膨胀或热生长。根据特定工件22在用于硬化的加热工程中可能经受的热膨胀的两，可能希望还能对介于磁性工具14的表面58与工件22的相邻表面之间的空气间隙G进行调节以便实现所需的硬化特性，例如硬化表层深度。图18示出了一种可能的磁性布置，所述磁性布置被设计以便容许工件22产生热膨胀且可用于上文讨论的任何一种磁性工具中（与图9所示磁性工具134相似的磁性工具）。特别地，磁体62可分别由叠置的一组（例如一对）磁体形成，所述磁体包括第一或上部磁体62a和沿径向偏移离开该第一磁体62a的第二或下部磁体62b。换句话说，对于磁体62的整个圆形阵列而言，上部磁体62a的阵列可以说在第一轴向位置处限定出了第一磁性直径，下部磁体62b的阵列在第二轴向位置处限定出了第二磁性直径，且所述第一磁性直径不同于所述第二磁性直径。为了保持大体上恒定的间隙G，工件22可在相对于磁性工具14位于上部的位置（例如图18所示的实线）处开始，从而使得工件22与上部磁体62a的阵列相邻。当工件22的直径由于热膨胀而生长时，磁性工具可相对于工件22移动（例如升高），从而使得工件22（如图18所示的虚线）与下部磁体62b的阵列相邻。磁体62a的阵列相对于磁体62b的阵列产生的径向偏移与工件22的预期径向生长是相同的，从而使得可实现一致的硬化。
图19示出了原则上与图18所示磁性布置相似的另一种可选的磁性布置，以便容许工件22的热膨胀。代替设置叠置的成组单独磁体的是，磁体62可以如图所示的方式被成型或成形以便具有上部部分，所述上部部分在第一轴向位置处限定出第一磁性直径，磁体62的下部部分在第二轴向位置处限定出第二磁性直径，所述第一磁性直径不同于（例如小于）所述第二磁性直径。
图20示意性地示出了被设计以便容许工件22产生热膨胀的又一种磁性布置。磁体62中的每个磁体被安装以便可沿径向方向移动，从而改变由磁体62的阵列限定的磁性直径。在如图所示的实施例中，每个磁体62是弯曲或成型的且被联接至活动臂（例如枢转臂）350。臂350围绕枢转点352进行枢转且与凸轮表面354（例如锥形表面）接合，所述凸轮表面可沿轴线30的方向相对于臂部350进行调节以便导致磁体62产生所需的径向移动，从而在工件22膨胀时保持或实现所需间隙G。
图21示意性地示出了磁性工具358的另一种布置，所述布置包括磁体的内环或内部阵列Mi，所述内环或内部阵列限定出磁性工具358的本体的第一径向内表面部分，且所述布置包括磁体的外环或外部阵列Mo，所述外环或外部阵列限定出磁性工具358的本体的第二径向外表面部分。磁体的内环Mi和外环Mo具有如上所述的交替的磁极。磁体的内环Mi紧邻环形工件22的内表面Wi，而磁体的外环Mo紧邻工件的外表面Wo。磁体的内环Mi和外环Mo相对于工件22进行旋转，从而使得磁体的每个环对工件22的环形宽度的一半进行加热，从而使得工件22将会被穿透硬化（如图21中工件22的完整的剖面线部分所示）。为了补偿工件外表面Wo比工件内表面Wi更长这一事实，磁体的内环Mi和外环Mo可以不同速率进行旋转、可具有不同数量的磁极、可以不同速率向上斜升至所需RPM、和/或可在所需RPM下运行不同的时间。此外或另一种可选方式是，可改变空气间隙G。
图22示意性地示出了将磁性工具358用于非穿透硬化应用场合中的情况。磁体Mi和Mo被制成一定尺寸（即具有磁场），或磁性工具358被操作以便在工件的内表面Wi和外表面Wo上形成硬化的表层C，而不是对工件进行穿透硬化。这将导致工件22具有更具延展性的内部。
磁性工具的磁体还可被布置以便对工件的选择区域（且可能是独立的区域）进行硬化，从而形成具有不同深度的硬化表层C，或者从而在工件22上形成具有更复杂的几何形状（即大体上并不呈圆柱形）的硬化表层。图23a示意性地示出了磁性工具362，所述磁性工具具有被定位在与工件22的下部部分相邻的位置处的磁体的下部环ML，和被定位在与工件22的上部角相邻的位置处的磁体的上部环MU。该构型将产生下部硬化表层CL和上部硬化表层CU，且二者之间存在并未进行表面硬化的区域。
图23b示意性地示出了另一种磁性工具366，所述磁性工具具有上部磁体环MU和下部磁体环ML，所述上部磁体环和所述下部磁体环被制成一定尺寸和构造以使工件22实现所需的表面硬化。下部表面硬化区域CL比上部表面硬化区域CU更长。这是通过使下部磁体环ML的有效轴向长度比上部磁体环MU的有效轴向长度更长而实现的。这可通过在下部磁体环ML上使用更长的磁体来实现，或者通过叠置磁体以便产生具有更长的有效长度的下部磁体环ML来实现。
图24a示意性地示出了具有磁体环M的磁性工具370，所述磁体环的轴向长度小于工件22的轴向长度。如图所示，磁体环M预期可产生硬化的表层C，所述硬化的表层并未在工件22的整个轴向长度上进行延伸，而是在进行了表层硬化的表面区域上方和/或下方留下了未硬化的表面区域。
图24b示出了与图24a所示的情况相对的情况。图中示意性地示出的磁性工具374具有磁体环M，所述磁体环的轴向长度大于工件22的轴向长度。如图24b所示，该布置预期可产生硬化的表层C，所述硬化的表层在工件22的整个轴向长度上进行延伸。
图25示意性地示出了磁性工具378，其中下部磁体环ML的环形宽度大于上部磁体MU的环形宽度。改变磁体环的环形宽度可通过对更宽的磁体环使用更宽的磁体来实现，或者可通过径向叠置磁体来实现。如图25所示，当两个环以相同速率斜升、以相同所需速度旋转、且具有相同的保持时间时，更宽的磁体环预期可产生比更薄的磁体环更薄的硬化表层深度CL。
图26a-图26c示出了在磁性工具中使用成型磁体可产生的预期结果。在图26a中，磁体M大体上呈U形，具有上部部分MU和下部部分ML，所述上部部分和下部部分彼此沿轴向隔开。磁体上部部分MU沿轴向且沿径向比下部磁体部分ML更短。如图所示，该磁体构型预期可产生下部硬化表层CL，所述下部硬化表层沿轴向比上部硬化表层CU更长且沿径向比所述上部硬化表层更深。
在图26b中，磁体M具有表面S，所述表面设有所需形状或轮廓。在具有面向磁体表面S的扁平表面的工件22中，表面S的形状预期可产生这样的硬化表层C，其中硬化表层与芯体之间的过渡部分T的形状或轮廓将大体上对应于工件表面S的形状。
如图26c所示，成型磁体M还可用于对工件22的成型表面进行表面硬化。在这种情况下，磁体表面S具有与将要被硬化的表面的轮廓相对应的轮廓。这将在磁体M与工件表面之间保持恒定的空气间隙，且应该产生这样的硬化的表层C，该硬化表层相对于工件表面具有大体上恒定的深度。
应该理解：在感应硬化操作过程中，磁性工具中使用的磁体将被加热。如果磁体超过其居里温度，则其将丧失磁性且磁性工具将无法有效运行。因此，在一些应用场合中，为磁性工具中的磁体提供冷却系统可能是有用的。图27a和图27b示意性地示出了两种可能的冷却系统，所述冷却系统可与上述磁性工具中的任何磁性工具一起使用。在图27a中，磁性工具382包括多个磁体M（图中仅示出了一个磁体），所述磁体具有面向将要被硬化的工件22的表面S。壁部386（所述壁部可与本体部分54成一整体）限定出环形室390且与磁体M的环相邻并与所述环存在热传递关系。环形室390包含冷却剂394，所述冷却剂可通过适当的系统被供应并进行循环。壁部386由易于传热的材料，如铝，制成。壁部386和冷却剂394将吸收来自磁体M的热量并将其传导远离磁体M从而将磁体M保持在居里温度下。
图27b示出了另一种可选的冷却系统。在该系统中，磁性工具398包括底部402，所述底部可与本体部分成一整体，所述底部包括多个间隔件406，所述多个间隔件限定出接收磁体M的凹穴410。底部402包括室414，所述室具有在磁体M后面经过的主要部分414a和延伸进入间隔件406内的指部部分414b。冷却剂418被包含在室414内且通过适当的系统被供应并进行循环。对于该冷却系统而言，磁体M具有与底部402和冷却剂418存在传热关系的三个表面以便将热量抽离磁体M。
尽管如图所示的磁性工具382和398都具有基于冷却剂的冷却系统，但另一种可选方式是或此外，冷却系统也可包括由具有较高传热系数的材料制成的固体吸热装置，所述固体吸热装置包括其他器件如风扇以便将热量辐射离开磁体。
图28示出了可应用于上述磁性工具中的任何磁性工具的又一种变型。特别地，一个或多个通量聚集器422可被定位在磁性工具中的磁体M周围以便实现所需磁场增强，由此实现所需硬化效应。通量聚集器422可由多种合金钢、粉末金属等制成。此外，可使用带编码的磁体，即印有在磁体的表面范围内有所变化的磁场的磁体，以便根据需要改变或改动磁场。
图29示出了可与上述磁性工具中的一种或多种磁性工具一起使用的涡电流导管（eddy current conduit）430。如图29所示，磁性工具134与涡电流导管430相结合地使用以便将涡电流从表面146引导或导引穿过涡电流导管430并到达工件438的表面434。由于表面434所限定的直径较小，因此将磁性工具构造成装配在将要被硬化的小直径开口中可能是不可行或不可能的。可被定位在小空间中的磁极的数量可被限制，从而使得实现所需频率所需的旋转速率高于设备10所能够达到的旋转速率。在这种情况下，涡电流导管，如导管430，可被设计用于特定应用场合。
如图所示的涡电流导管430被成形为硅钢层压件。由旋转工具134产生的涡电流被导管430接收，所述导管进一步感应出涡电流并使其进入工件438的表面434内。硅钢层压件可被机加工或成形以便容纳特定的磁性工具和特定的工件。导管430的表面442被成形以便与表面146的轮廓相匹配，且具有所需空气间隙G，而导管430的表面446被成形以便与表面434的轮廓相匹配，且具有所需空气间隙。上面结合如图18、图19和图21-26所示磁性布置的特定构型所描述的原则同样可适用于形成导管430的表面446。
导管430的单独的板片状钢制层压件被夹持布置450捕获并保持在一起，所述夹持布置位于导管430内的中心位置处。上部夹具构件454和下部夹具构件458分别被一个或多个紧固件462保持在一起。导管430被固定支承件466支承，所述固定支承件可以任何适当方式被紧固到工件保持器18上。在如图所示的实施例中，固定用支承件466、导管430、工件保持器18和工件438都是固定的，而磁性工具134则进行旋转。在其他实施例中，可通过使工件保持器18、固定用支承件466和导管430进行旋转的方式来实现磁性工具134与工件438之间的相对旋转。
如果需要，可通过冷却系统对导管430进行冷却。冷却剂可在所述单独的层压件之间进行循环以便从层压件中移除热量，正如所属领域技术人员应该理解地那样。
图30和图31示出了实施本发明的又一种磁性工具470。磁性工具470在许多方面与上述磁性工具134是相似的，但具有不同的磁性布置。更特别地，工具470的磁性布置并不包括多个单独的永磁体，而是替代地呈现出构件474的形式，所述构件被磁化以便提供具有交替磁性的区域478。区域478取代了单独的磁体，但运行方式与单独的磁体是相同的。即，区域478提供了具有交替极性的区域，从而使得可借助于构件474相对于工件22的旋转来实现对工件22的加热。
如图30和图31所示，构件474呈现出金属环的形式，所述金属环被成形或机加工成所需形状，所述形状取决于特定应用场合。该环可由粉末金属形成以便实现最大的形状选择自由度。上面结合如图18、图19和图21-26所示磁性布置的特定构型所描述的原则同样可适用于环的成形和构造。此外，与上文结合图27a和图27b所述的冷却系统类似的冷却系统可与构件474一起使用。
一旦实现了所需形状，则金属环被磁化以便提供区域478的所需数量和取向，从而实现所需数量的磁极。如图31所示，构件474包括四十个区域，每个区域分别具有沿径向取向的南-北轴线。相邻的区域478具有交替的磁极，所述磁极面向径向向内的方向以便实现与上文结合磁性工具134所述的布置相似的效应。应该理解：区域478的其他取向可应用于构件474以便实现与上文详细描述的不同磁性工具中的任何磁性工具的特定磁体布置相似的效应。正如本文和所附权利要求书中所使用地那样，术语“磁性布置”旨在包括使用多个单独的永磁体以及使用磁化的构件的情况，所述磁化的构件例如为构件474或具有以下这种区域的其他磁化构件，所述区域的构造与上述单独的磁体构型中的任何磁体构型类似且实现的效应与所述构型实现的效应相同。
在经过磁化之后，构件474可通过一个或多个紧固件486被联接至磁性工具470的本体部分482且将限定出磁性工具470的表面490。应该理解：可准备多个不同构件474，且每个构件具有不同数量的磁极、不同的构型等，以便根据特定的硬化应用场合快速且方便地更换这些构件。
另一种可选方式是，构件474可通过其他适当的紧固方法被紧固到本体部分482上。在另一个可选实施例中，构件474可被定位在限定于本体部分482中的环形通道中，从而使得环形通道以与上述实施例中将单独的磁体放置在多个凹穴内的方式相类似的方式运行。即，环形通道可提供薄壁部分，所述薄壁部分将在构件与表面之间提供热屏障。盖可以与上述盖相似的方式将构件474紧固在通道中。
以下权利要求书中阐述了本发明的多种特征和优点。

Claims (69)

1. 一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括：
磁性工具，所述磁性工具具有：
     由大体上非磁性材料形成的本体部分，所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处；和
     磁性布置，所述磁性布置在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域；
工件保持器，所述工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件；以及
驱动布置，所述驱动布置用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化。
2. 根据权利要求1所述的设备，进一步包括淬火系统，所述淬火系统可运行以便在所述受到加热的工件被所述工件保持器支承的同时对所述受到加热的工件进行淬火。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中所述磁性工具和所述工件保持器可沿与所述旋转轴线平行的方向且在用于对所述工件进行加热的第一位置与用于对所述进行淬火的第二位置之间相对于彼此移动。
4. 根据权利要求2所述的设备，其中所述淬火系统包括淬火套环，所述淬火套环围绕着所述工件以便用淬火介质对所述工件进行喷淋。
5. 根据权利要求2所述的设备，其中所述淬火系统包括导管，所述导管被联接至工件保持器，所述工件保持器将要被至少部分地定位在所述工件内。
6. 根据权利要求5所述的设备，其中所述磁性工具的所述本体部分包括凹部，所述凹部被制成一定尺寸和构造，以使得当所述本体部分的所述表面被定位在紧邻所述工件的位置处时，所述凹部接收所述导管的至少一部分。
7. 根据权利要求2所述的设备，其中所述淬火系统与所述磁性工具成一整体。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述磁性工具的所述本体部分限定出导管，淬火介质流动通过所述导管。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置包括多个永磁体，所述多个永磁体在所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分，且被构造以便提供具有交替极性的区域。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述本体部分包括在其中形成且与所述表面隔开的多个凹穴，从而使得所述本体部分的壁部部分被限定在所述表面与所述多个凹穴中的每个凹穴之间，且其中所述多个磁体中的每个磁体被定位在所述多个凹穴中相应的一个凹穴中。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中所述壁部部分的厚度小于0.05英寸。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中所述壁部部分的厚度为约0.02英寸。
13. 根据权利要求9所述的设备，其中所述本体部分包括在其中形成的多个凹穴，且其中所述多个磁体中的每个磁体被定位在所述多个凹穴中相应的一个凹穴中，从而使得所述多个磁体中的每个磁体的表面被暴露出来以便至少部分地限定所述本体部分的所述表面。
14. 根据权利要求1所述的设备，其中所述本体部分的所述表面是沿径向面向外的周向表面，所述表面被构造以便对环形工件的内表面进行感应硬化。
15. 根据权利要求1所述的设备，其中所述本体部分的所述表面是沿径向面向内的周向表面，所述表面被构造以便对环形工件的外表面进行感应硬化。
16. 根据权利要求1所述的设备，其中所述本体部分的所述表面是轴向面向的表面，所述表面被构造以便对环形工件的端表面进行感应硬化。
17. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置被构造以便容许所述工件在加热过程中产生热膨胀。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中所述磁性布置在第一轴向位置处限定出第一磁性直径，且在所述第二轴向位置处限定出第二不同的磁性直径。
19. 根据权利要求17所述的设备，其中所述磁性布置包括多个永磁体，所述多个永磁体在所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域，且其中所述多个磁体可沿径向方向移动以便改变由所述磁体限定的磁性直径。
20. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性工具包括被联接至所述本体部分的安装部分，其中所述安装部分包括安装轴，所述安装轴被制成一定尺寸和构造以便被接收在心轴中，且其中所述驱动布置包括驱动单元，所述驱动单元可操作以使所述心轴旋转。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中所述安装轴和所述多个磁体具有约0.004英寸或更小的同心度。
22. 根据权利要求1所述的设备，其中所述本体部分由具有低磁导率的材料制成。
23. 根据权利要求22所述的设备，其中所述本体部分由铝和奥氏体不锈钢中的一种材料制成。
24. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性工具进一步包括至少一个通量聚集器。
25. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置包括多个区域，每个所述区域具有北-南轴线，所述磁性布置被布置以使得所述多个区域中的每个区域的北-南轴线沿大体上径向的方向和大体上轴向的方向中的至少一个方向进行延伸。
26. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置包括多个区域，每个所述区域具有北-南轴线，所述磁性布置被布置以使得所述多个区域中的每个区域的北-南轴线沿大体上周向的方向进行延伸。
27. 根据权利要求1所述的设备，其中所述本体的所述表面包括第一径向内表面部分和第二外表面部分，所述第一径向内表面部分被构造以便紧邻环形形状的工件的内表面，所述第二外表面部分被构造以便紧邻所述环形形状的工件的外表面。
28. 根据权利要求27所述的设备，其中所述工件被穿透硬化。
29. 根据权利要求27所述的设备，其中硬化的表层被成形于所述环形形状工件的所述内表面和外表面上。
30. 根据权利要求1所述的设备，其中所述工件保持器通过夹持力来支承所述工件，所述夹持力足以防止所述工件围绕所述旋转轴线进行旋转且足以防止所述工件沿所述旋转轴线平移。
31. 根据权利要求30所述的设备，其中所述工件保持器包括多个垫，所述垫可操作以便紧固所述工件，从而防止所述工件围绕所述旋转轴线进行旋转。
32. 根据权利要求31所述的设备，其中所述垫中的每个垫都包括突部，所述工件置靠在所述突部上。
33. 根据权利要求31所述的设备，其中每个垫与所述工件之间的接合发生在所述垫上的不导电的位置处。
34. 根据权利要求33所述的设备，其中所述位置涂覆有不导电材料。
35. 根据权利要求33所述的设备，其中所述位置由被联接至所述垫的不导电插入件限定。
36. 根据权利要求31所述的设备，其中所述垫中的每个垫沿紧固方向受到偏压且通过允许相对于所述偏压进行移动的所述垫来容许所述工件的热膨胀。
37. 根据权利要求30所述的设备，其中所述工件保持器包括夹具，所述夹具可操作以便紧固所述工件，从而防止所述工件沿所述旋转轴线进行平移。
38. 根据权利要求37所述的设备，其中所述夹具与所述工件之间的接合发生在所述夹具上的不导电的位置处。
39. 根据权利要求38所述的设备，其中所述位置涂覆有不导电材料。
40. 根据权利要求38所述的设备，其中所述夹具由不导电材料制成。
41. 根据权利要求1所述的设备，其中所述工件保持器将所述工件与地面电隔离开来。
42. 根据权利要求1所述的设备，其中所述工件保持器以容许所述工件产生热膨胀的方式支承所述工件。
43. 根据权利要求1所述的设备，其中所述工件保持器在与所述磁性工具的所述表面间隔一定距离的位置处支承所述工件，所述距离小于约0.07英寸。
44. 根据权利要求42所述的设备，其中所述距离为约0.02英寸至约0.06英寸。
45. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置限定出足够数量的磁极（nP），且所述驱动布置使所述磁性工具以足够的速度（RPM）相对于所述工件保持器进行旋转，以便根据公式Hz=(nP*RPM)/60，实现至少5kHz的频率。
46. 根据权利要求45所述的设备，其中所述频率介于5kHz与21kHz之间。
47. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置限定出具有所需形状的表面轮廓，所述表面轮廓对应于所述工件的所需表层硬化轮廓。
48. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置限定出具有所需形状的表面轮廓，所述表面轮廓对应于所述工件的表面轮廓。
49. 根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性布置包括构件，所述构件被磁化以便包括多个磁性区域，所述磁性区域限定出具有交替极性的区域。
50. 根据权利要求49所述的设备，其中所述磁化构件是被连接至所述本体部分的环，所述环限定出所述表面。
51. 根据权利要求1所述的设备，进一步包括涡电流导管，所述涡电流导管被定位在与所述表面相邻的位置处且被构造以便将涡电流从所述磁性工具导引至所述工件的表面。
52. 根据权利要求51所述的设备，其中所述涡电流导管包括硅钢的层压件。
53. 一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括：
磁性工具，所述磁性工具具有：
     由大体上非磁性材料形成的本体部分，所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处；和
     多个永磁体，所述多个永磁体在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供所述具有交替极性的区域； 
工件保持器，所述工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件；以及
驱动布置，所述驱动布置用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化；
其中所述本体部分包括在其中形成且与所述表面隔开的多个凹穴，从而使得所述本体部分的壁部部分被限定在所述表面与所述多个凹穴中的每个凹穴之间，且其中所述多个磁体中的每个磁体被定位在所述多个凹穴中相应的一个凹穴中。
54. 根据权利要求53所述的设备，其中所述壁部部分的厚度小于0.05英寸。
55. 根据权利要求54所述的设备，其中所述壁部部分的厚度为约0.02英寸。
56. 一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括：
磁性工具，所述磁性工具具有：
     由大体上非磁性材料形成的本体部分，所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处；和
     磁性布置，所述磁性布置在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域；
工件保持器，所述工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件；以及
驱动布置，所述驱动布置用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化；
其中所述工件保持器支承所述工件以便防止所述工件围绕所述旋转轴线进行旋转且以便防止所述工件沿所述旋转轴线进行平移，同时容许所述工件保持器中的所述工件产生热膨胀。
57. 根据权利要求56所述的设备，其中所述工件保持器将所述工件与地面电隔离开来。
58. 根据权利要求56所述的设备，其中所述工件保持器包括多个垫，所述垫可操作以便紧固所述工件，从而防止所述工件围绕所述旋转轴线进行旋转。
59. 根据权利要求58所述的设备，其中所述垫中的每个垫都包括突部，所述工件置靠在所述突部上。
60. 根据权利要求58所述的设备，其中每个垫与所述工件之间的接合发生在所述垫上的不导电的位置处。
61. 根据权利要求60所述的设备，其中所述位置涂覆有不导电材料。
62. 根据权利要求60所述的设备，其中所述位置由被联接至所述垫的不导电插入件限定。
63. 根据权利要求58所述的设备，其中所述垫中的每个垫沿紧固方向受到偏压且通过允许相对于所述偏压进行移动的所述垫来容许所述工件的热膨胀。
64. 根据权利要求56所述的设备，其中所述工件保持器包括夹具，所述夹具可操作以便紧固所述工件，从而防止所述工件沿所述旋转轴线进行平移。
65. 根据权利要求64所述的设备，其中所述夹具与所述工件之间的接合发生在所述夹具上的不导电的位置处。
66. 根据权利要求65所述的设备，其中所述位置涂覆有不导电材料。
67. 根据权利要求65所述的设备，其中所述夹具由不导电材料制成。
68. 一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括：
磁性工具，所述磁性工具具有：
     由大体上非磁性材料形成的本体部分，所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处；和
     磁性布置，所述磁性布置在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域，由此限定出多个磁极（nP）；
工件保持器，所述工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件；以及
驱动布置，所述驱动布置用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线以一定速度（RPM）进行旋转，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化；
其中根据公式Hz=(nP*RPM)/60，实现了至少5kHz的频率。
69. 一种用于对工件进行磁感应硬化的设备，所述设备包括：
磁性工具，所述磁性工具具有：
     由大体上非磁性材料形成的本体部分，所述本体部分具有表面，所述表面被构造以便被定位在紧邻被硬化的工件的位置处；和
     多个永磁体，所述多个永磁体在所述本体部分的所述表面处或在与所述表面相邻的位置处被联接至所述本体部分且被构造以便提供具有交替极性的区域；
工件保持器，所述工件保持器被构造以便在紧邻所述磁性工具的所述表面的位置处支承所述工件；
驱动布置，所述驱动布置用于使所述磁性工具相对于所述工件保持器围绕旋转轴线进行旋转，以便对所述工件进行感应加热，从而使其温度处于所述工件的奥氏体温度范围内，由此通过微观结构的转变实现所述工件的硬化；以及
淬火系统，所述淬火系统可运行以便在所述受到加热的工件受到所述工件保持器的支承的同时对所述受到加热的工件进行淬火。
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