CN104737622B - 加热线圈和热处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热线圈（21），包括：至少一组加热导体（23，24），其中一组加热导体（23，24）布置在工件（10）的侧面，另一组布置在工件（10）的相反侧面；以及多个连接导体（29），用于将一组加热导体（23，24）的端部与另一组加热导体（23，24）的端部连接，其中所述一组加热导体（23，24）面向工件（10）的一部分，每个加热导体（23，24）与至少两个连接导体（29）连接；以及连接导体，其从每个加热导体（23，24）中的端部以彼此不同的方向延伸。

Description

加热线圈和热处理设备

技术领域

本发明涉及一种对工件的多个侧面进行感应加热的加热线圈，以及一种具有该加热线圈的热处理设备。

背景技术

照惯例，已经提出用于对工件的侧面处的多个地点进行部分感应加热的加热线圈(参见专利文献1)。例如，如图7所示，加热线圈40是众所周知的这样一种线圈，其具有一对加热导体41，其中一个加热导体41布置在工件10的侧面，另一个布置在工件10的相反侧面；并且加热导体41的端部分别与连接导体42连接。

在加热线圈40中，工件10布置在一对加热导体41之间；加热导体41面向工件10的侧面的一部分；电源与该对加热导体41的另一个端部连接；并且电力通过加热导体41和连接导体42供给，以对工件10的各侧面进行部分感应加热。

引用列表

专利文献PTL 1：JP 2002270357A

在常规的加热线圈40中，如图7所示，具有宽度对应于工件10的加热侧面或区域的一对加热导体41通过连接导体42彼此连接。然而，由于电流沿最短路径流动，因而电流不是均匀地流过加热导体41和连接导体42的所有连接部分，而是朝内侧偏置，如图7中的点划线所示。因此，沿偏置电流路径Ip，感应加热会进行得更强烈，而对工件10的所有加热侧面进行的热处理会不均匀，实际上，这是最近发现不均匀性会导致不良热处理。此外，观察到宽度越宽，趋势越明显。

因此，本发明的目的在于提供一种具有简单结构的加热线圈，使得沿宽度方向对工件进行均匀热处理，以及提供一种具有该加热线圈的热处理设备。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的加热线圈包括：

至少一组加热导体，其中一组加热导体布置在工件的侧面，另一组布置在工件的相反侧面；以及

多个连接导体，用于将一组加热导体的端部与另一组加热导体的端部连接，其中

每个加热导体与至少两个连接导体连接，并且

连接导体从每个加热导体的端部沿彼此不同的方向延伸。

在该加热线圈中，优选地，与连接导体连接的加热导体的端部面向工件的侧面。在那种情况下，优选的是一对连接导体设置成从各自的加热导体的一个端部对称地延伸。

进一步，至少一组加热导体可部分地面向工件并且彼此平行布置，并且至少两个连接导体可围绕工件对称地布置。

为了实现上述目的，本发明的处理设备包括：上述加热线圈和与每个加热导体的另一个端部连接的电源。

在热处理设备中，优选地，在加热线圈的加热期间，工件沿一个方向以预定速度移动。

本发明的有利效果:

根据本发明的加热线圈和热处理设备，连接加热导体的端部的连接导体布置成从每个加热导体的端部以彼此不同的方向延伸，因此，电流在各自加热导体和连接导体的连接部分处不偏置。因为其可防止电流集中地流动到连接部分的一部分中，所以在对应于连接部分的工件的侧面处可以更均匀地进行感应加热。

因此，本发明提供一种具有简单结构的加热线圈，使得工件沿宽度方向进行均匀感应加热，以及提供一种具有加热线圈的热处理设备。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的热处理设备的主要区段的结构的示意透视图。

图2是示出图1中的热处理设备中的加热线圈的前视图。

图3是示出图2中的加热线圈的左视图。

图4是示出图2中的加热线圈和工件之间的关系的示意透视图。

图5是示意性地示出图2中加热线圈的电流路径的透视图。

图6是示出各个导体之间的位置关系的示意前视图。

图7是示出传统热处理设备中加热线圈的示例的局部侧视图。

附图标记列表

10：工件

11：侧面部分

12：上部面和下部面

13：拐角部分

14：凹面部分

20：热处理设备

21：加热线圈

22：冷却区段

23：窄宽度导体

24：宽宽度导体

25，26：芯

27：端部导体

28：引线部分

28a：接触板

29：连接导体

29a：上连接导体

29b：下连接导体

31：用于冷却液体的入口

32：用于冷却液体的出口

具体实施方式

在下文中，参考图中所示的实施例将充分描述本发明。

首先，图1示出根据本发明的具有加热线圈的热处理设备的实施例的结构。

(工件)

如图1所示，在该实施例中用于热处理的工件是具有大致恒定横截面表面的长构件，其垂直于纵向方向并沿一个方向延伸。工件10的轴线可以是弧形或圆形的。在该实施例中，工件具有直的轴线。

工件10具有大致矩形的横截面表面。在该图中，左侧面部分和右侧面部分11具有不同于形成为平坦的上部面和下部面12的形状。侧面部分11在拐角部分13处与上部面和下部面12相邻。将侧面部分11连接至上部面和下部面12的拐角部分13可具有任何期望的形状，诸如尖锐的、圆的、斜面的和有沟槽的。在拐角部分13处的热传递速度比在侧面部分11或上部面和下部面12快。

侧面部分11具有凹面部分14，在该实施例中，凹面部分14宽度方向上在侧面部分11的中心处并沿纵向方向与拐角部分13分离。凹面部分14的形状不限，但必须比两个相邻侧面要凹。在该实施例中，凹面部分14设于侧面部分11处、设于上部面和下部面12的两个侧面处。

凹面部分14在工件10的上侧面部分11、上部面和下部面12以及下侧面部分11处形成，并且沿整个工件10在纵向方向上以大致恒定形状设置。

(热处理设备)

热处理设备20用于对工件10进行热处理如硬化，这里的该实施例中，其用于进行侧面11的表面层的硬化。如图1所示，热处理设备20具有进行侧面部分11的感应加热的加热线圈21和布置在下游的以吹冷却剂来冷却工件10的冷却区段22。此外，热处理设备20还具有给料机(未示出)以预定恒定速度沿纵向方向移动工件10至方向X。

(加热线圈)

如图1至图3所示，加热线圈21具有窄宽度导体23和宽宽度导体24，窄宽度导体23对着凹面部分14。宽宽度导体24对着侧面部分11和凹面部分14。窄宽度导体23和宽宽度导体24连接形成加热导体以部分加热工件10的侧面，并布置在工件10的两侧。

在图2中，每个宽宽度导体24具有对应于分别面向工件10的Y1、Y2的长度，即图中竖直方向的长度，并以预定间隙面向侧面部分11。每个窄宽度导体23的长度比宽宽度导体24的长度短，并以预定间隙面向具凹面部分14。

宽宽度导体24是矩形柱或块状，并具有面向侧面部分11的大致平坦表面。在竖直方向上的表面长度可比Y1、Y2的长度略短，但是其优选在该表面可加热整个侧面部分11的范围内。

窄宽度导体23的横截面形状是椭圆形，并具有对应于凹面部分14的凸面部分。凸面部分的尺寸优选为收存在凹面部分14中。

窄宽度导体23和宽宽度导体24沿着工件10的纵向方向的轴线平行布置，并沿该纵向方向设有预定长度。窄宽度导体23沿纵向方向的长度比宽宽度导体24沿纵向方向的长度长，并且窄宽度导体23可布置成与宽宽度导体24至少部分重叠，优选为完全重叠。

在图1中，窄宽度导体23沿纵向方向布置成与宽宽度导体24部分重叠。

窄宽度导体23和宽宽度导体24可为适当的构造，以将芯25，26布置在不面向工件10的部分，从而使磁通(flux)集中到侧面部分11或凹面部分14。

各窄宽度导体23的端部与端部导体27连接，并且各端部导体27设有电源(未示出)和引线部分28。多个连接导体29在工件10的侧面处与各宽宽度导体24的端部连接，以将宽宽度导体24彼此连接，而形成加热导体对。

多个连接导体29分开地布置。具体地，这些连接导体29布置成从宽宽度导体24的同一端部延伸并沿不同方向分开。在该实施例中，如图4所示，连接导体29布置成从工件周围宽宽度导体24的端部对称地延伸，即，如图中所示的竖直方向Y1、Y2。在该实施例中，一对连接导体29由上连接导体29a和下连接导体29b组成，上连接导体29a和下连接导体29b分别为U形并且设于宽宽度导体24与窄宽度导体23连接的表面的相反表面上。

本文在图中，上连接导体29a和下连接导体29b是一体的，然而，它们也可分离，此外，可以连接单独导体。

上连接导体29a和下连接导体29b布置在工件10移动方向的上方和下方，但与工件10分开，并平行地连接各宽宽度导体24的端部。总的来说，连接导体29布置成沿工件10移动方向以方形方式围绕工件10。

由于连接导体29的两端部分别与宽宽度导体24的端部连接，因而连接导体29的中心部分与宽宽度导体24电气性连接。在连接部分，宽宽度导体24与连接导体29弯曲地连接，并沿轴线方向大体垂直于连接导体29。宽宽度导体24和连接导体29的整个连接部分布置成面向工件10的侧面部分11。

在加热线圈21中，如图5所示，电力通过端部导体27从其中一个引线部分28依次供给到窄宽度导体23和宽宽度导体24中的一个，然后电流并联地流经上连接导体29a和下连接导体29b到另一窄宽度导体23和宽宽度导体24，进一步，通过端部导体27到达引线部分28。

加热线圈21具有用于冷却液体的入口31和用于冷却液体的出口32。使用诸如铜管的构件，形成中空的导体23，24，27和29，并以该顺序连通导体24，23，27和引线28。引线28的端部连接至其上设有用于冷却液体的出口32的接触板28a，用于冷却液体的出口32在接合点处与引线28的中空部连通。连接导体29与用于冷却液体的入口31连接，即连接导体29在接合点处与用于冷却液体的入口31连通。用于冷却液体的入口31、连接导体29、宽宽度导体24、窄宽度导体23、端部导体27、引线28和用于冷却液体的出口32以该顺序连通以形成冷却剂流动路径。在图2所示的实施例中，连接导体29与用于冷却液体的入口31连接并在每个连接导体29的中间处阻塞以形成另一个冷却剂流动路径。接触板28a与诸如汇流条的电源路径的端部连接，电源与诸如汇流条的电源路径的另一个端部连接。

在图1所示的热处理设备20中，当热处理设备20用加热线圈21提供高频电力以及冷却区段22提供冷却剂时，工件10以预定速度沿纵向方向相对移动到X方向，以穿过加热线圈21和冷却区段22。

当工件10穿过窄宽度导体23的位置时，工件10两侧面的凹面部分14及其周围通过感应加热被加热。然后，当工件10穿过宽宽度导体24的位置时，工件10两侧面部分11通过感应加热被完全加热。

藉由冷却区段22吹来的冷却剂，工件10紧接在通过加热线圈21的连接导体29后的位置迅速冷却，从而沿工件10的两侧面部分11的形状使表面层硬化以完成热处理。随后，即可进行切割工作，如在工件10的未硬化的上部面和下部面12上的螺钉孔。

(本实施例的操作效果)

根据本发明的实施例的热处理设备20使得沿工件10的纵向方向的侧面以恒定速度沿X方向均匀地移动而均匀地感应加热。

如图4和图6所示，连接导体29布置成沿彼此不同的方向从宽宽度导体24的端部延伸。因此，在感应加热期间，通过宽宽度导体24从窄宽度导体23到连接导体29的电流并联流动到上连接导体29a和下连接导体29b。

具体地，如图6所示，宽宽度导体24和连接导体29之间的电流沿倾斜于竖直方向Y1，Y2的最短路径I1，I2流动。因此，这些最短路径I1，I2防止宽宽度导体24内的偏置电流，特别是在宽宽度导体24和连接导体29的连接部分附近的偏置电流，使得电流分至两个最短路径I1，I2中。因此，本发明防止如常规热处理设备20中所发现的不均匀加热，如工件10中沿宽度方向的单侧偏置感应加热，并且通过宽宽度导体24沿宽度方向对工件10的两个侧面感应加热和热处理而有更均匀的加热。

特别是在该实施例中，宽宽度导体24形成为具有面向工件10的宽宽度面。此外，宽宽度导体24对宽宽度导体24和连接导体29的轴线方向是相当弯曲的。在此类加热线圈21中，偏置电流在宽宽度导体24和连接导体29的连接部分处显著。因此，多个连接导体29布置成沿彼此不同的方向延伸，从而有效地防止工件10沿宽度方向的不均匀加热。因此，得以在工件10的侧面部分11处改善热处理质量。

与此同时，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对本发明作出各种变型和更改。

例如，上述实施例指的是具有一对平行加热导体的加热线圈21来描述加热由具有恒定横截面表面的长构件制成的工件10的示例。然而，工件的形状不限于某物并且可以不是直的；其可以被弯曲的或具有曲面的侧面。在这些情况中，如果使用加热线圈，且该加热线圈包括：面向工件W的侧面的一部分的多个加热导体；以及平行连接加热导体并且布置在加热导体之间以沿彼此不同的方向延伸的多个连接导体，即可实施本发明。

进一步，上述实施例示出由窄宽度导体23和宽宽度导体24组成的一体加热导体，然而，即使加热导体的横截面在纵向方向上具有确定的以及不变的形状，其也可用作本发明的加热线圈。

此外，上述实施例示出上连接导体29a和下连接导体29b分别在垂直于窄宽度导体23和宽宽度导体24的纵向方向的方向Y1，Y2上突出。然而，不限于以上所述，这些部分可在不同于纵向方向的方向上突出。

在上述实施例中，宽宽度导体24布置成至少部分与窄宽度导体23重叠。然而，不限于以上所述，窄宽度导体23和宽宽度导体24可沿工件10的纵向方向布置在不同位置。在这种情况下，优选地，窄宽度导体23比宽宽度导体24布置在更上游处。该布置使得凹面部分14由窄宽度导体23加热之后，整个侧面部分11由宽宽度导体24加热，因此，凹面部分14在到达冷却区段22之前其温度不会过度下降。

在上述实施例中，加热导体设有窄宽度导体23和宽宽度导体24。然而，不限于以上所述，当工件10不具有凹面部分14或只有工件10的整个侧面部分11被加热时，窄宽度导体23可以省略并仅设有宽宽度导体24。

另外，虽然上述实施例采用一对加热导体，但是其他的可应用于本发明，例如，通过多个连接导体连接三个或更多个加热导体的加热线圈；通过三个或更多个连接导体连接多个加热导体的加热线圈。当使用三个或更多个连接导体时，优选的是将各加热导体与连接导体连接使得电流在连接部分处尽可能均匀地流动。

上述实施例经构造通过给料机以恒定速度移动长工件10并且通过热处理设备20进行均匀的感应加热。然而，不限于以上所述，通过提供具有与布置在纵向方向上的工件10相应长度的加热导体可以沿纵向方向对静止的整个工件10进行均匀的感应加热。即使工件10不是长构件，其也允许通过根据本发明的实施例的热处理设备20对工件10进行均匀感应加热。

Claims (7)

1.一种加热线圈，其包括：

至少一组加热导体，所述一组加热导体中的一个布置在工件的侧面，所述一组加热导体中的另一个布置在所述工件的相反侧面；以及

多个连接导体，用于将所述加热导体中的一个的端部与所述另一个加热导体的端部连接，

其中，每个所述加热导体与至少两个连接导体连接，并且

所述连接导体从每个所述加热导体的端部沿彼此不同的方向延伸；

其中，每个所述加热导体包括：窄宽度导体和宽宽度导体，所述窄宽度导体和所述宽宽度导体连接；所述窄宽度导体和所述宽宽度导体沿着所述工件的纵向方向的轴线平行布置；所述连接导体的两端部分别与所述宽宽度导体的端部连接。

2.根据权利要求1所述的加热线圈，其中，每个所述加热导体部分地面向所述工件，至少包括与所述连接导体连接的所述端部。

3.根据权利要求1所述的加热线圈，其中，至少两个所述连接导体围绕所述工件对称地布置。

4.根据权利要求2所述的加热线圈，其中，至少两个所述连接导体围绕所述工件对称地布置。

5.根据权利要求1所述的加热线圈，其中，

所述工件是沿一个方向延伸的长构件，

所述至少一组加热导体部分地面向所述工件并且彼此平行地布置，以及

至少两个所述连接导体围绕所述工件对称地布置。

6.一种热处理设备，其包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的加热线圈；

与每个所述加热导体的另一个端部连接的电源。

7.根据权利要求6所述的热处理设备，其中，在加热期间，所述工件沿一个方向以预定速度移动。