CN106282504A - 用于感应淬火系统的感应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于感应淬火系统(100)的感应器(6)，该感应器具有加热元件(8)，其用于在加热区(12)中加热待淬火的工件(2)，其中加热元件(8)具有第一感应线圈(24)和第二感应线圈(26)，其中气体排放装置(28)设置在第一感应线圈(24)与第二感应线圈(26)之间，本发明还提出了一种具有此类感应器的感应淬火系统和一种感应淬火方法。

Description

用于感应淬火系统的感应器
技术领域
本发明涉及一种根据专利权利要求1前序部分所述的、用于感应淬火系统的感应器，以及所述感应淬火系统和用于对工件感应淬火的方法。
背景技术
在对轴承圈(特别是大型滚动轴承)的滚道进行淬火时，现在普遍采用的是感应淬火工艺，在此工艺过程中借助感应器通过感应加热滚道，然后用从淬火喷淋器中流出的冷却液将其淬火冷却。在这种情况下，特别是对大型的轴承圈，选择性地在感应器的部分区域中将其滚道加热至奥氏体化温度(Austenitisierungstemperatur)以上的温度并采用淬火喷淋器将其迅速冷却到马氏体转变起始温度(Martensit-Starttemperatur)以下的温度，从而使到奥氏体组织的转变在滚道外层中进行，而内部区域依然保持初始组织不变。这样可以实现滚道能够承受大的机械载荷，但与此同时，通过未奥氏体化的内部区域可以确保轴承圈仍保持其预定的韧性并具有足够的稳定性以防止龟裂的形成(Rissbildung)。
为了实现选择性地加热，采用感应器，并使感应器相对于工件(特别是相对于轴承圈)移动。在此可以移动感应器和工件这两者中的任何一个。此外，为了得到最佳结果还使感应器配合待处理工件的轮廓形状。
在此，感应器通常包括：用于加热工件的感应线圈，以及，用于淬火冷却被加热部分的淬火喷淋器。如上所述，冷却液就被用于以下用途，即其使得被加热部分的温度迅速从奥氏体化温度降低至马氏体转变起始温度以下的温度，由此尽最大可能完成马氏体转变过程。但是在这里必须注意的是，当感应器运行时，液态冷却介质不可触及感应线圈的加热区，否则可能会因蒸发引起的温度波动而增加龟裂的形成或发生不希望的组织变化。
因此，像在例如DE 10 2010 002 531中描述的那样，提出用冷却气体将液 体冷却介质雾化成冷却剂雾流(Kühlnebel)，该冷却剂雾流会即时在加热后的工件上蒸发掉，所以不会再作为液体落在工件上。
但现有技术的缺点在于，在相对于工件移动的感应器上不可能使用冷却剂雾流，因为冷却剂雾流也可能不受控制地沉降到实际上要被加热的表面上。这样会使加热区大大冷却，结果必须得向感应器提供明显较多的能量，以达到工件加热区要求的奥氏体化温度以上的温度。
或者也已公知的是，在感应线圈与淬火喷淋器之间使用密封空气喷淋器(Sperrluftdusche)，该密封空气喷淋器将提供用于确保对冷却液进行限制使其进入加热区的密封空气幕(Sperrluftvorhang)。
但使用密封空气的装置却表明，淬火喷淋器和感应线圈彼此之间必须相距非常远，以便使密封空气能够发挥足够的作用。这样一来使得最佳淬火过程的加热和骤冷之间的时间太长。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种改善现有技术上述缺点的感应器。
该目的通过专利权利要求1所述的感应器，专利权利要求8所述的感应淬火系统，以及专利权利要求9所述用于感应淬火的方法得以实现。
根据本发明，提供一种用于感应淬火系统的感应器，该感应器包含用于在加热区中加热待淬火工件的加热元件，其中加热元件具有第一和第二感应线圈，这两个线圈之间设置有气体排放装置(特别是冷却气体排放装置)。根据本发明，气体排放装置在此负责确保加热区不接触后续设置的淬火装置的冷却液入口，因为气体在碰到待处理的工件时从工件表面偏离，由此产生使冷却液远离加热区的定向气流。在此应特别注意，气体出口不是如现有技术公知的那样被设置在淬火喷淋器上，而实际上是设置在感应线圈的加热区中的。这样一来就可将淬火装置设置得比现有技术更加靠近感应线圈，从而缩短加热与淬火之间的时间并且可以实现更好的淬火效果。
但在加热区范围内因气流引起的冷却不如使用同样从现有技术公知的冷却剂雾流那般彻底，后者的蒸发冷却产生重大的影响，致使在加热区范围内发生非常强的冷却。有利的是，已经表明可以容许甚至将工件在气体出口区域中冷却至奥氏体化温度以下的温度。只是将温度降低 到低于马氏体转变起始温度，如淬火时那样，将很可能会对能量平衡和组织的形成造成非常负面的影响。
如优选的实施例所示，气体排放装置甚至可以被构造成冷却气体排放装置，通过它将冷却气体引导到工件上。由于气体排放装置被设置在两个感应线圈之间，因此通过它的气流会碰到由感应线圈加热的表面。在此已经表明，使用冷却气体时气体在工件表面上的偏转流动可以通过额外的热动力学组件得以增强，从而可以实现特别好的气体流动来使待加热的表面远离冷却液。
根据另一个优选的实施例，对特别好且有针对性地使气体置于工件表面进一步有利的是，气体排放装置具有至少一个气体喷嘴，通过该气体喷嘴，气体，特别是压缩空气，能被引导至待淬火的工件上。通过该气体喷嘴产生很好定向的气流，该气流在碰到工件表面时产生强烈的偏转流动，它可以可靠地阻止冷却液进入加热区。
根据另一个优选的实施例，位于第二感应线圈的后面，感应器上包括用冷却液来淬火的淬火装置。该淬火装置在此除了用于排出冷却液的出口之外也可具有用于排出冷却气体的出口，其中冷却气体确保在用冷却液进行实际淬火之前预冷却工件。由此可以提供将感应淬火法所需的全部部件集成在一个位置的感应器。由于另外还要确保通过设置在第一和第二感应线圈之间的气体排放装置不会发生冷却液进入两个感应线圈的加热区这种情况，因此有可能使淬火装置与第二感应线圈直接相邻设置。总而言之，这样做可以加速感应淬火过程并优化加热和淬火之间的间隔时间，从而使工件的淬火过程得以优化。
在这种情况下应该特别注意，从气体排放装置排出的气流的冷却效果不会对淬火过程产生负面影响。因为如另一个优选的实施例所示，通过气体排放装置的气体量可以调节，所以可以对气体出口区域的温降进行控制和监控。在此特别有利的是，控制气体量使气体出口区域的温降不会降至马氏体转变起始温度以下。但同时也表明，可以容许温度降至奥氏体化温度以下并且不会对淬火产生负面影响。实际上淬火冷却至马氏体转变起始温度以下的温度是通过采用淬火装置施加的冷却液来实现的，因为通过气体冷却不能实现所需要的、非常迅速地冷却至马氏体转变起始温度以下的温度。
优选使用产生足够大气流的压缩空气来作为用于防止淬火装置中的冷却 液进入加热区的气体。
由于这样的装置特别适合用于轴承圈(例如大型滚动轴承的轴承圈)的淬火，因此进一步有利的是，感应器具有以下几何形状，即被构造成轴承圈(尤其是具有至少一处凸缘(Bord)的轴承圈)的负轮廓(Negativkontur)。但原则上在感应淬火其它任何一个组件时都可以使用该装置。
如果采用上述感应器来淬火具有凸缘的轴承圈，则已经证实，特别有利的是将气体排放装置设置在其几何形状对应于至少一处凸缘的负轮廓的区域中。在此已经表明，可以通过在轴承圈的凸缘上气流的气流偏转来增强在淬火装置方向上沿轴承圈表面的侧面外流，从而可以实现特别可靠的阻挡效应以阻止冷却液进入。
本发明的另一方面涉及一种具有至少一个(优选被可移动地设置的)上述感应器的感应淬火系统。
本发明的再一方面涉及一种方法，其用于采用上述感应器或采用上述感应淬火系统来感应淬火金属工件，其中该方法包括以下步骤：
采用第一感应线圈和第二感应线圈将工件的至少部分区域加热至高于工件奥氏体化温度的温度T1；
采用由淬火装置施加的淬火液将工件的至少部分区域淬火冷却至低于马氏体转变起始温度的温度T2；以及
通过采用设置在第一感应线圈和第二感应线圈之间的气体排放装置来施加气流(特别是压缩空气的气流)，来阻止淬火液进入工件的待加热的部分区域。
该方法有可能一方面在优化的时限内将工件置于奥氏体化温度或可将其淬火冷却至低于马氏体温度的温度，由此可优化淬火过程。如已知的那样，第一和第二感应线圈被用于加热，而淬火装置保证骤然冷却并根据所用的材料尽可能完成钢的组织转变。但与此同时可通过设置气体出口来阻止冷却液进入工件的待加热部分区域。由于气体排放装置被设置在第一和第二感应线圈之间，因此由于气流的阻挡效应可直接随后将冷却液施加到加热部分上，从而使淬火过程可以进行得比使用现有技术已知的感应器更快。
根据另一个更优的实施例，该方法还包括以下步骤，即调节经由气体排放装置导入的气体量，使通过施加气流导致的温度下降引发超过马氏体转变 起始温度的问题，从而使实际淬火和停止转变过程仅通过淬火装置来实现。但是在这种情况下可以容许在不超过奥氏体化温度的范围内产生温度下降。通过这种容许(Toleranz)可以实现向工件施加最大气流，该气流确保可以可靠地阻止液体进入待加热部分区域。
其它优点和有利的实施例在从属权利要求、说明书和附图中进行描述。说明书和附图中的特征组合在此仅为示例性的，本领域的技术人员清楚这些特征不必非得以指定的组合形式使用，而是也可以单独使用或者以不同于指定的组合形式使用，并且不会因此而超出本发明的范围。
附图说明
下面借助附图所示实施例来更加详细地描述本发明的原理。实施例在此仅为示例性的且不应限定本发明的范围。这一点特别适用于组合描述的特征，这些特征在本发明范围内也可实现为单独的特征。本申请的保护范围仅由所附权利要求来限定。
图中显示：
图1示出了轴承圈的感应淬火系统的示意性顶视图；
图2示出了通过感应器的示意性剖视图，该感应器设置在待淬火的轴承圈上；以及
图3以透视图示意性地描述了在图1中所示感应淬火系统中所用感应器的优选实施例。
在下文中相同或相似的组件用同一参考标记表示。
具体实施方式
图1示意性地示出了大型轴承圈2的感应淬火系统100的顶视图。在此类感应淬火系统100中通常将轴承圈2水平设置，其中轴承圈的滚道4上设置了感应器6-1、6-2，它们沿轴承圈2移动(参照箭头)，以便连续加热滚道4，然后再将其淬火冷却。感应器6-1、6-2在此沿轴承圈2的圆周运动至它们到达与其起始位置相距180度左右的位置为止，从而使整个轴承圈2硬化。此类感应淬火系统100是现有技术公知的，并且除了这里所描述的感应 器6-1、6-2外还具有其它元件(例如其它感应器6或其它单独的淬火喷淋器)以实施淬火过程。图1所示的感应器6-1、6-2是根据本发明构造而成的并且通常包括加热元件8，以便将在(加热区12内的)部分区域中的轴承圈2置于奥氏体化温度以上的温度，并且感应器还具有在(箭头指示的)运动方向上设置在后面的淬火装置10，该设备将(在淬火区14内)被加热的部分区域迅速淬火冷却到在马氏体转变起始温度以下的温度并从而停止奥氏体化过程。由此可将边缘区域中轴承圈2的滚动轴承钢转变成保证了高硬度的奥氏体组织，而在余下的轴承圈2中仍保持初始的钢结构，以便获得轴承圈2期望的的韧性。图1在感应器上示意性地示出了加热区12和淬火区14。当感应器6在箭头方向上移动时，加热元件8将加热区12加热至奥氏体化温度以上的温度。当感应器在箭头方向上进一步移动时，加热区12不受加热元件8的影响并通过后面设置的淬火装置10淬火冷却至马氏体转变起始温度以下的温度，从而转换成淬火后的淬火区14。与此同时，加热元件8已经将轴承圈2上的下一个部分区域16加热。
为了取得特别好的淬硬结果，将根据本发明的感应器6的轮廓构造成待淬火工件的负轮廓。因此，例如图2就示意性地示出了通过轴承圈2和感应器6的剖视图。如图所示，在其滚道面4侧面，轴承圈2还具有限制滚道面4的凸缘18、20。为了尽可能模拟轴承圈的轮廓，感应器6因此具有与滚道4和凸缘18、20的形状相对应的负轮廓22，从而使感应器6能够在轴承圈2的整个轮廓上被设置得尽量接近轴承座圈2。
常规感应器的常见问题是，淬火装置10通常采用冷却液来工作，但冷却液尽量不要进入加热元件8的区域中，以避免由于冷却液的蒸发冷却造成在加热区12内温度不均。但是由于淬火装置10和加热区12(也如图1所示)在空间上通常毗邻设置，所以在已知的感应器中避免冷却液进入加热区12是很难避免的。
因此根据本发明的感应器6(如图3所示)具有分成两部分的加热元件8，该元件具有第一感应线圈24和第二感应线圈26。在第一感应线圈24和第二感应线圈26之间又设置了气体出口28。气体可以通过该气体出口流到轴承圈2的表面上，并从后者偏转，从而形成不靠近加热区12的强气流(参照图2和图3中的箭头)。此外，图3的空间透视图还示出，感应线圈24、26形式 的加热元件8由支承结构40所支撑，淬火装置10也设置在该支承结构上。为简单起见，未示出感应线圈24、26或淬火装置10的电源线和软管。
此外，图3还示出淬火装置10被构造成两部分并具有(带冷却液喷嘴32的)淬火喷淋器30，可通过所述喷嘴可将冷却液施加到轴承圈2上来进行淬火。此外，淬火装置10还具有用于预冷却轴承圈2上的加热区12的空气出口喷嘴34，然后将轴承圈冷却至马氏体转变起始温度以下的温度。虽然气体流有一定的阻挡作用，但是这种阻挡作用不足以可靠地阻止冷却液进入加热区12。但设置在第一感应线圈24和第二感应线圈26之间的、根据本发明的气体出口28(如图2和3所示)可能使得从气体出口28流出的气体在侧面沿轴承圈2(特别是沿轴承圈2的滚道面4)流出，并在图2中箭头所示的轴向方向上和在图3中箭头所示的圆周方向上将其偏转。由如此生成的气流可靠地阻止冷却液进入加热区8。
此外还表明，在使用从气体出口28流出的、相对冷的气体时，由于在碰到加热过的表面时产生的热量故可以进一步提高气体相对于冷却液的流出效应和阻挡效应。在这种情况下特别表明，在轴承圈2的加热区12中，伴随在感应线圈24、26之间气体流出而发生温度下降时可毫无问题地容许温度下降至奥氏体化温度以下的温度。这仅仅在以下情况是有利的，即通过将气体从气体出口28排出不能冷却至马氏体转变起始温度以下的温度并因此淬火过程会被完全中断的情况。
设置在第一和第二感应线圈24、26之间的气体出口28的另一优点是，由于这样设置使气流产生可靠的阻挡效应26，因此可使淬火装置10在空间上更接近加热元件8，从而总体上可将感应器6构造得更小一点。
气体出口28的设置可以不同于图3所示设置。因此例如可将气体出口28也设置在轴承圈2的凸缘18所在的区域中，例如图2所示。由于向凸缘流动可以导致有利的流动速度和方向，因此这种设置会产生特别好的阻挡效应。
此外，由于通过气体出口28有可能精确调节流经气体出口28的气体量，所以可以控制加热区12中的温度下降。为此所需的装置并未示出。流出气体特别优选使用容易提供且其气体量简单可调的压缩空气。此外，不需要其它保护措施，例如排气罩或封闭空间。
总的来说，可以采用经过设置的感应器提供感应淬火系统和感应淬火方 法，通过它可以可靠地阻止冷却液进入加热区12。从而可以避免待淬火工件上因蒸发冷却造成部位加热不均。此外还要指出的是，上述方法不仅可用于所示轴承圈，而且也用于其它工件。
参考标记列表
100 感应淬火系统
2 轴承圈
4，6 感应器
8 加热区
10 淬火区
12、14 轴承圈上被加热的或待加热的部分区域
16 轴承圈的滚道
18、20 凸缘
22 感应器的负轮廓
24 第一感应器
26 第二感应器
28 气体出口
30 淬火喷淋器
32 冷却液喷嘴
34 冷却气流喷嘴
40 支架。

Claims (11)

1.一种用于感应淬火系统(100)的感应器(6)，包含用于在加热区(12)中加热待淬火工件(2)的加热元件(8)，其特征在于，所述加热元件(8)具有第一感应线圈(24)和第二感应线圈(26)，所述第一感应线圈(24)与所述第二感应线圈(26)之间设置有气体排放装置(28)。
2.如权利要求1所述的感应器(6)，其特征在于，所述气体排放装置(28)具有至少一个气体喷嘴，通过该气体喷嘴，气体，特别是压缩空气，能被引导至所述感应器(6)感应淬火的工件(2)上。
3.如前述权利要求中任一项所述的感应器(6)，其特征在于，所述感应器(6)上一体设置有淬火装置(10)，位于所述第二感应线圈(26)的后面。
4.如权利要求3所述的感应器(6)，其特征在于，所述淬火装置(10)具有淬火喷淋器(30)，所述喷淋器包含多个用于排出冷却液的出口(32)和/或多个用于排出冷却气体的出口(34)，所述冷却气体尤其是指压缩空气。
5.如前述权利要求中任一项所述的感应器(6)，其特征在于，通过所述气体排放装置(28)的气体量是可调节的。
6.如前述权利要求中任一项所述的感应器(6)，其特征在于，所述感应器(6)的几何形状(22)被构造成轴承圈(2)的负轮廓，尤其是具有至少一处凸缘(18，20)的轴承圈(2)。
7.如权利要求6所述的感应器(6)，其特征在于，所述感应器(6)的几何形状(22)对应于具有至少一处凸缘(18、20)的轴承圈(2)的负轮廓，并且至少一个所述气体排放装置(28-1)被设置在所述几何形状(22)对应于至少一处所述凸缘(18，20)的负轮廓的所在区域。
8.一种感应淬火系统(100)，其特征在于，包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的感应器(6)，所述感应器(6)在优选情况下可被移动设置。
9.一种采用权利要求1至7中任一项所述的感应器(6)或者权利要求8中所述的感应淬火系统(100)来感应淬火金属工件(2)的方法，其特征在于，具有以下步骤：
-采用所述第一感应线圈(24)和所述第二感应线圈(26)，将所述工件(2)的至少部分区域(12)加热至高于所述工件(2)奥氏体化温度的温度T1；
-采用淬火装置(10)施加的冷却液，将所述工件(2)的至少部分区域(14)淬火冷却至低于马氏体转变起始温度的温度T2；以及
-通过采用设置在所述第一感应线圈(24)和所述第二感应线圈(26)之间的气体排放装置(28)施加气流，特别是压缩空气的气流，来阻止冷却液进入所述工件(2)的待加热的部分区域(12)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，施加气流包括以下步骤：调节气体的导入量，使待处理的工件(2)在部分区域(10)中因施加气流量而导致的温度下降引发超过马氏体转变起始温度的温度。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，施加气流到所述部分区域(10)上时，容许在不超过奥氏体化温度的范围内产生温度下降。
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