CN103949746A - 一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构及加热方法 - Google Patents

一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构及加热方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构及加热方法，其中感应器结构包括导磁体以及加热用感应线圈，感应线圈为双回线，该双回线感应线圈包括用于预热的第一线圈和用于钎焊的第二线圈，第一线圈和第二线圈沿砂轮轴线方向放置于砂轮基体外圆周上方；第一线圈和第二线圈具有与砂轮基体表面一致的随型结构，该随型结构包括凹陷部分和凸起部分；在第二线圈的凹陷部分设置导磁体。一方面，感应线圈采用随型结构，对砂轮基体进行感应钎焊，极大的缩短了成型砂轮的制作周期以及减小基体变形；另一方面，在成型面难加热区域镶嵌导磁体，减小磁路中的漏磁通，从而改变磁场分布，可以有效的解决成型面温度分布不均匀的问题。

Description

一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构及加热方法
技术领域
本发明涉及超硬磨料工具领域，具体涉及一种用于大尺寸异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构。
背景技术
目前，在实际生产中使用的异型砂轮一般采用单层电镀工艺来制作，镀层金属只是机械包埋金刚石磨粒，与磨粒和基体之间没有形成牢固的化学冶金结合，因此镀层金属对磨粒的把持力不大，当加工负荷较大时，工具容易因磨粒脱落或镀层金属成片剥落而导致整体失效。如要增加磨粒与镀层金属的结合力，只有增加镀层金属的厚度，其结果是导致容屑空间和磨粒出露高度的减小，工件容易发生堵塞，散热效果差，工件表面容易发生烧伤。
单层钎焊超硬磨料砂轮因其钎焊时在磨料、钎料与基体界面上发生的诸如溶解、扩散、化合之类的相互作用，从根本上改善了磨料、结合剂（钎料合金）、基体三者间的结合强度，与传统的单层电镀砂轮相比具有明显的优势。单层钎焊金刚石工具的主要制造方式有炉中钎焊和高频感应钎焊两种。炉中钎焊因其升降温速度慢，导致钎焊周期较长，而且其采用的是整体加热，对于大尺寸的砂轮基体变形较严重。目前，在大尺寸的钎焊砂轮，尤其是成型砂轮制造的时候，一般采用分体式，做成小的镶块，钎焊好了之后再组装成为砂轮整体。尽管这种方法制造出的单层钎焊砂轮能用于航空难加工材料镍基高温合金的成型磨削，但是由于机械装配精度有限，砂轮在高速旋转过程中节块连接处的应力非常高，从而产生极大的变形，因此其整体精度难以保证。
近年来，国内外研究学者提出了高频感应钎焊工艺，其出发点是采用局部加热代替真空炉中整体加热的方式，可以有效的减小基体变形，提高加工效率。然而在利用感应钎焊对成型面进行加热时，由于成型面的感应加热存在尖角效应，在曲率半径较小的区域会导致热量的集中，使得加热温度分布不均匀，而且随着电流频率的升高，温度不均匀的问题更加突出，目前还不能将超高频感应钎焊工艺应用在异型砂轮的制作中。
发明内容
发明目的：
为了解决成型砂轮感应加热时温度分布不均匀的问题，本发明提供了一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构及感应加热方法，能够实现成型面沿砂轮轴线方向温度均匀分布，同时也极大的缩短成型砂轮的制作周期。
技术方案：
本发明为实现上述目的采用如下技术方案：
一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，包括导磁体以及感应加热用线圈，其特征在于：所述的感应线圈为双回线，该双回线感应线圈包括用于预热的第一线圈和用于钎焊的第二线圈，所述的第一线圈和第二线圈沿砂轮轴线方向放置于砂轮基体外圆周上方，所述的第一线圈和第二线圈一端连接且第一线圈和第二线圈的电流方向相反；所述的第一线圈和第二线圈具有与所述砂轮基体表面一致的随型结构，该随型结构包括凹陷部分和凸起部分；在所述第二线圈的凹陷部分设置所述的导磁体，在所述导磁体上设置有槽口，所述的第二线圈位于所述的槽口内。
所述导磁体的槽口为矩形。
所述第一线圈和第二线圈之间具有8mm~12mm之间的间隙。
所述导磁体沿线圈轴线方向的截面尺寸是变化的。
所述异型超硬磨料砂轮基体直径大于或等于400mm。
一种用于异型超硬磨料砂轮的加热方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、在砂轮基体外圆周上方布置所述的双回线感应线圈，在感应线圈上连接频率为0.8~1.2MHz的感应加热电源，电源的电流大小为24A~30A；
步骤二、以0.5mm/s的线速度转动砂轮基体，接通所述的感应加热电源，钎焊的砂轮基体表面在转动到第一线圈的位置进行预热，钎焊的砂轮基体表面在转动到第二线圈的位置进行钎焊，砂轮基体转动一周，即完成整个钎焊过程。
本发明用于异型砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，采用频率为0.8~1.2MHz的感应加热电源作为热源，线圈采用双回线随型结构，并且在难加热区域（即砂轮基体的凹面部分）采用具有聚磁作用的截面尺寸变化的C型导磁体，从而改变成型面的温度分布，实现成型面温度的均匀分布。
采用上述方案后，本发明用于异型砂轮超高频感应钎焊用的感应器结构，可以实现超高频感应加热时成型面温度均匀分布，同时，有效的解决了当前电镀工艺存在的磨料与基体结合力弱以及炉中钎焊工艺存在的钎焊周期长、砂轮基体热变形量大等问题。首先，由于导磁体的聚磁效应，可以减少空气中的漏磁通，进而减小回路中的磁阻，提高凹面感应加热时的效率，实现了异型砂轮的超高频感应钎焊。其次，线圈采用双回线结构，先对砂轮基体进行预热，再进行感应钎焊，可以缩短加热时间，从而缩短砂轮制作的周期。
附图说明
图1 为本发明所述的用于异型砂轮超高频感应钎焊的感应器结构局部放大正视图；
图2 为导磁体与感应线圈配合部位局部放大俯视图；
图3 为导磁体与感应线圈配合部位局部放大左视图；
图中：1―感应线圈，11―第一线圈，12―第二线圈，2—导磁体，3—砂轮基体。
具体实施方式
本发明用于大尺寸异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，线圈采用双回线随型结构，并且在难加热区域（即凹面加热区域）采用截面变化的矩形槽口导磁体，从而提高凹面的加热效率，以实现成型面温度的均匀分布。
本发明用于异型砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，如图1―图2所示，包括感应线圈1，导磁体2，砂轮基体3。
感应线圈1为导电元件，形状为双回线，即由第一线圈11和第二线圈12在砂轮基体3的一侧连接，而另一侧则分别接感应加热电源的正负极，利用交变的磁场产生电场，以实现对砂轮基体的加热。第一线圈和第二线圈均采用随型结构，截面为矩形，且线圈截面宽度为2mm~4mm，壁厚为0.5mm，中间通水冷却。在第二线圈12的凹陷部分镶嵌导磁体2，导磁体2为具有槽口的C型结构，其中槽口的形状可以为矩形或其他形状，导磁体的磁轭尺寸取线圈宽度的2~3倍。如图1所示，感应钎焊时，感应线圈1内部通入频率1MHz的交变电流，不加导磁体的第一线圈对砂轮基体先进行预热，以提高加热效率。
导磁体2为聚磁元件，一方面，由于导磁体2具有较高的相对磁导率，使得绝大部分磁通都从导磁体内部流过，从而减小了空气中的漏磁通；另一方面，由于导磁体2具有槽口效应，将磁力线趋向导磁体矩形槽口处，使得加热区域减小，从而提高加热效率。本发明中的导磁体采用矩形槽口结构，仅在加热凹面区域加装导磁体2，以提高难加热区域的加热效率，改善成型面加热时的尖角效应。导磁体2可以在1MHz的频率下正常工作，且相对磁导率稳定在18左右。砂轮基体3为直径大于或等于400mm异型超硬磨料砂轮，用于成型磨削。
如图1所示，感应钎焊时，在感应线圈1中通入频率1MHz，大小为24A~30A的交变电流，感应线圈1固定在砂轮基体上方，砂轮基体3以0.5mm/s的线速度转动，由没有安置导磁体的第一线圈对砂轮基体3先进行预热，当砂轮基体3转至安置导磁体的第二线圈下方便进行感应钎焊，砂轮基体3转动一圈即可完成整个钎焊过程。
采用上述感应器结构后，可以实现超高频感应加热时成型面温度均匀分布，同时，有效的解决了当前炉中钎焊工艺存在的钎焊周期长、大尺寸砂轮基体热变形量大等问题。首先，由于导磁体的聚磁效应，可以减少空气中的漏磁通，进而减小回路中的磁阻，提高凹面感应加热时的效率，实现了异型砂轮的超高频感应钎焊。其次，线圈采用双回线结构，先对砂轮基体进行预热，再进行感应钎焊，可以缩短加热时间，从而缩短砂轮制作的周期。
应该指出，虽然结合附图及实施方式已对本发明做了详细描述，但本发明的构思并不局限于此，凡利用本发明的构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，包括导磁体以及感应加热用感应线圈，其特征在于：所述的感应线圈为双回线，该双回线感应线圈包括用于预热的第一线圈和用于钎焊的第二线圈，所述的第一线圈和第二线圈沿砂轮轴线方向放置于砂轮基体外圆周上方，所述的第一线圈和第二线圈一端连接且第一线圈和第二线圈的电流方向相反；所述的第一线圈和第二线圈具有与所述砂轮基体表面一致的随型结构，该随型结构包括凹陷部分和凸起部分；在所述第二线圈的凹陷部分设置所述的导磁体，在所述导磁体上设置有矩形槽口，所述的第二线圈位于所述的槽口内。
2.根据权利要求1所述的用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，其特征在于：所述导磁体的槽口为矩形。
3.根据权利要求1所述的用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，其特征在于：所述第一线圈和第二线圈之间具有8mm~12mm之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，其特征在于：所述的导磁体沿线圈轴线方向的截面尺寸是变化的。
5.根据权利要求1所述的用于异型超硬磨料砂轮超高频感应钎焊的感应器结构，其特征在于：所述的大尺寸砂轮基体直径大于或等于400mm。
6.一种基于权利要求1所述感应器结构用于异型超硬磨料砂轮的加热方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、在砂轮基体外圆周上方布置所述的双回线感应线圈，在感应线圈上连接频率为0.8~1.2MHz的交变感应加热电源，电源的电流大小为24A~30A；
步骤二、以0.5mm/s的线速度转动砂轮基体，接通所述的感应加热电源，钎焊的砂轮基体表面在转动到第一线圈的位置进行预热，钎焊的异砂轮基体表面在转动到第二线圈的位置进行钎焊，砂轮基体转动一周，即完成整个钎焊过程。
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