CN109275216B - 一种感应加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种感应加热装置及加热方法，属于感应加热技术领域。包括用于加热待加热零件的加热单元、用于安装所述加热单元的安装架、调节单元以及用于控制加热单元的工艺参数的控制单元，安装架上设有多个用于放置加热单元的安装孔，调节单元使加热单元在其安装孔内竖向移动，以调节加热单元与待加热零件表面之间的距离使其适应待加热零件的尺寸。本发明提供的感应加热装置及加热方法，适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，实现了零件的一次性加热，且可以根据加热温度实时调节加热参数，优化加热效果，大大提高了零件的加热效率。

Description

一种感应加热装置及加热方法

技术领域

本发明属于感应加热技术领域，更具体地说，是涉及一种感应加热装置及方法。

背景技术

目前具有复杂不规则空间曲面的零件十分常见，比如应用广泛的车身模具的型面，用于铸造成形的金属模等，为了提高工作性能与使用寿命，需要对其进行表面强化处理。目前的强化技术主要包括整体化学热处理、火焰加热表面强化处理、激光加热表面热处理、表面涂覆强化技术处理。但化学热处理对较大零件难以控制强化质量，表面涂覆强化会造成零件精度的变化、激光加热成本较高且硬化层相对较浅，难以办证工艺余量要求，而火焰加热表面强化处理，温度的精确控制难度较大，同时容易造成表面硬度不均匀以及降低表面光洁度几何精度的问题。

感应加热采用的是内热源加热的方式，加热效率高、能减少表面氧化脱碳的现象，易于实现机械化与自动化，并且环保节能。但目前对零件的感应加热均采用点式感应加热，与激光束扫描加热类似，加热效率低，不能实现零件的一次性覆盖；或者针对具体的待加热零件进行加热感应器的设置，成本高昂，且只能适用于本零件的加热处理。

发明内容

本发明提供了一种感应加热装置及加热方法，旨在解决现有技术中感应加热装置不能实现复杂不规则空间曲面的零件一次性覆盖式加热、适用范围窄的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种感应加热装置，包括

加热单元，用于加热待加热零件；

安装架，用于安装所述加热单元，所述安装架上设有多个用于放置所述加热单元的安装孔；

调节单元，使所述加热单元在其安装孔内竖向移动，以调节所述加热单元与待加热零件表面之间的距离使其适应待加热零件的尺寸；

控制单元，用于控制所述加热单元的工艺参数，所述控制单元与所述加热单元电连接。

进一步地，所述加热单元上设有用于监测待加热零件表面温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制单元电连接。

进一步地，所述安装孔沿左右和前后两个方向平行均布，所述加热单元贯穿所述安装孔，所述加热单元上设有用于标记所述加热单元与待加热零件之间竖向距离的刻度尺。

进一步地，还包括

扫描单元，用于获取所述待加热零件几何尺寸，所述扫描单元设置在滑动架上，所述滑动架沿垂直于所述加热单元的调节方向滑动。

进一步地，所述扫描单元与所述控制单元电连接用于将待加热零件的几何尺寸发送至所述控制单元，所述扫描单元为激光扫描仪或图像处理装置。

进一步地，所述加热单元为电磁感应加热器，所述电磁感应加热器包括用于产生涡流的电磁线圈。

进一步地，所述安装架下方设有用于抬升和降低所述安装架的升降机构。

本发明提供的感应加热装置有益效果在于，通过加热单元和控制单元实现待加热零件的加热，加热单元通过安装架固定，安装架设置有多个安装孔，可在安装架上同时设置多个加热单元，使加热单元的一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，实现一次性加热；同时每个加热单元通过调节单元单独调节，使得每个加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离可调，以适应待加热零件的尺寸，同时加热单元均与控制单元电连接，可以设置加热单元的工艺参数以适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件。实际应用中，完成一种规格的待加热零件的距离及工艺参数设定后，即可进行该零件的批次加热处理，快捷高效。本发明提供的感应加热装置，通过设置安装架和调节单元实现了加热单元一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，且可以任意调节每个加热单元与待加热零件之间的距离，以适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，结构简单，适用范围广泛。

本发明还提供了一种感应加热装置的加热方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据待加热零件的几何尺寸，布置多个加热单元并利用控制单元初始化所述加热单元的工艺参数，利用调节单元初次调节所述加热单元与待加热零件表面上对应加热点之间的距离；

步骤S2，加热并获取每个所述加热单元对应的待加热零件表面上加热点处的表面温度；

步骤S3，根据所述加热点处的表面温度利用调节单元再次调节所述加热点与对应的加热单元之间的距离，直至所述加热点处的表面温度满足设定要求。

进一步地，步骤S1包括：

利用扫描单元扫描待加热零件，获取待加热零件的几何尺寸；

布置多个加热单元，使多个所述加热单元覆盖待加热零件的加热表面；

设置所述加热单元的工艺参数，所述工艺参数包括加热时间、电磁线圈的电流频率、电磁线圈的功率；

预调节每个所述加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离，加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离不超过设定距离。

进一步地，步骤S3包括：

判断所述加热点处的表面温度是否低于第一设定温度；

若低于第一设定温度，利用调节单元调节所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离；

若不低于第一设定温度，判断是否存在表面温度差值大于第二设定温度的加热点；

若存在，利用调节单元调节所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离；

若不存在，保持所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离不变直至加热完成。

本发明提供的感应加热装置的加热方法的有益效果在于，设置多个加热单元使其一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，根据待加热零件的尺寸调节每个加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离，并设置每个加热单元的工艺参数，适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，且可一次性加热完成，高效快捷；加热过程中，可以实时监测待加热零件加热表面上各加热点处的温度，并根据该温度优化和调整每个加热点处对应的加热单元与该加热点之间的距离，在满足最低加热温度的情况下，使得具有复杂不规则空间曲面的零件各加热点处加热温度偏差小，加热时间偏差小，完成加热参数调整及优化后即可进行同规格的零件的批次加热，大大提高了加热效率。本发明提供的感应加热装置的加热方法，适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，实现了零件的一次性加热，且可以根据加热温度实时调节加热参数，优化加热效果，大大提高了零件的加热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的感应加热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制单元的控制原理图；

图3为本发明实施例提供的感应加热装置的加热方法步骤图。

其中，各附图标记：

1、待加热零件；2、加热单元；201、刻度尺；202、电磁感应加热器；3、安装架；301、安装孔；4、调节单元；5、控制单元；6、温度传感器；7、扫描单元；8、滑动架；9、升降机构；901、固定架；902、气缸。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本发明提供的感应加热装置进行说明。感应加热装置包括用于加热待加热零件1的加热单元2、用于安装加热单元2的安装架3、调节单元4以及用于控制加热单元2的工艺参数的控制单元5，安装架3上设有多个用于放置加热单元2的安装孔301，调节单元4使加热单元2在其安装孔301 内竖向移动，以调节加热单元2与待加热零件1之间的距离使其适应待加热零件1的尺寸，控制单元5与加热单元2电连接。

X、Y、Z构成直角坐标系，Z方向为竖向方向，X方向为水平面上的前后方向，Y方向为水平面上的左右方向。

感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件在交变磁场中切割磁力线，在表面产生感应电流，又根据交流电集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。一般是将待加热零件1放到感应器内，感应器一般为输入中频或高频交流电的空心铜管。本方案用多个离散的加热单元2模拟感应器，根据待加热零件1的尺寸布置加热单元2。可选地，待加热零件1 位于加热单元2的下方，加热单元2有多个，多个加热单元2将待加热零件1 的加热表面完全覆盖，调节单元4与加热单元2一一对应，调节单元4可以为设置在安装孔301上的卡簧，加热单元2贯穿安装孔301，通过卡簧调节加热单元2在安装孔301内的位置，即调节加热单元2沿Z方向的移动，进而调节加热单元2与待加热零件1表面之间的距离，使得加热单元2的下端形成与待加热零件1的加热表面外形尺寸相适配的空间曲线，使其适应待加热零件1的尺寸。应理解的是，调节单元4为卡簧仅为示例性实施例，调节单元4可以为任意可调节加热单元2在Z方向上位置的机构，包括但不限于卡箍、电动推杆等。

实际应用中，控制单元5与加热单元2电连接，加热单元2的工艺参数包括电磁线圈的电流频率、电磁线圈的功率及加热单元的加热时间，控制单元5 根据待加热零件1的材质、尺寸以及加热要求的限制，设置加热单元2的工艺参数，具体的设置原则包括但不限于，电磁线圈电流频率不同，加热时感应电流透入深度不同；待加热零件存在尖角时，对应位置的加热单元2远离带加热零件1避免待加热零件1局部过热。

本发明提供的感应加热装置有益效果在于，通过加热单元和控制单元实现待加热零件的加热，加热单元通过安装架固定，安装架设置有多个安装孔，可在安装架上同时设置多个加热单元，使加热单元的一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，实现一次性加热；同时每个加热单元通过调节单元单独调节，使得每个加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离可调，以适应待加热零件的尺寸，同时加热单元均与控制单元电连接，可以设置加热单元的工艺参数以适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件。实际应用中，完成一种规格的待加热零件的距离及工艺参数设定后，即可进行该零件的批次加热处理，快捷高效。本发明提供的感应加热装置，通过设置安装架和调节单元实现了加热单元一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，且可以任意调节每个加热单元与待加热零件之间的距离，以适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，结构简单，适用范围广泛。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，加热单元2上设有用于监测待加热零件1表面温度的温度传感器6，温度传感器6与控制单元5电连接。

每个加热单元2下端均设有温度传感器6，温度传感器6与控制单元5电连接，用于将待加热零件1上各加热点的表面温度发送至控制单元5。控制单元5可根据各表面温度控制加热单元2的加热工艺参数，加热单元2的加热工艺参数包括加热时间、电磁线圈的频率、电磁线圈的加热功率。

可选地，调节单元4为电动推杆，控制单元5根据待加热零件1的几何尺寸控制电动推杆的伸缩，进而实现加热单元2与待加热零件1上加热点之间距离的自动调节。通过温度传感器可以实时获取待加热零件1上各加热点处的温度，进而判断加热温度是否满足加热条件，通过调节单元进行加热单元2与待机热零件1之间位置的调节，同时可进行待加热单元2本身加热参数的调节，优化了加热参数，大大提高了批次生产零件的加热效率。

请参阅图1，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，安装孔301沿左右和前后两个方向平行均布，加热单元2贯穿安装孔301，加热单元2上设有用于标记加热单元2与待加热零件1之间竖向距离的刻度尺201。

安装孔301沿X和Y两个方向平行均布，加热单元2可以沿X方向和Y方向两个方向任意布置，匹配待加热零件1具有复杂不规则空间曲面的特点。通过刻度尺201的设置，可以手动调节加热单元2与待加热零件1之间的距离，可选地，刻度尺201为雕刻在加热单元2外壳上的刻度盘，每个加热单元2上刻度盘位置及刻度相同，互换性好，加热单元2安装在安装孔301上时无X方向和Y方向上的位置要求。

请参阅图1，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，还包括用于获取待加热零件1几何尺寸的扫描单元7，扫描单元7设置在滑动架8 上，滑动架8沿垂直于加热单元1的调节方向滑动。

滑动架8沿X方向或Y方向上滑动，实现扫描单元7对待加热零件1几何尺寸的扫描，可选地，滑动架8为设置在平行布置的滑轨上的滑架。本方案中，通过扫描单元7获取待加热零件1的几何尺寸，数据准确、高效快捷。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，扫描单元7与控制单元5电连接用于将待加热零件1的几何尺寸发送至控制单元5，扫描单元7为激光扫描仪或图像处理装置。

可选地，扫描单元1与控制单元5电连接，用于将待加热零件1的几何尺寸信息发送至控制单元5，控制单元5可以根据该几何尺寸信息，给出加热单元2与待加热零件1之间推荐距离参数与加热工艺参数，作为加热单元2的初始设置值，提高效率。激光扫描仪是借着扫描技术来测量零件的尺寸及形状等工作的一种仪器；图像处理装置包括相机和图像处理软件，采用相机对待加热零件1进行拍照，通过图像处理技术，对待加热零件1进行实时尺寸测量，激光扫描仪以及图像处理装置均实现了待加热零件1非接触及高精度测量。

请参阅图1，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，加热单元2为电磁感应加热器202，电磁感应加热器202包括用于产生涡流的电磁线圈。

电磁感应加热的原理是感应加热电源产生的交变电流通过感应器(即电磁线圈)产生交变磁场，导磁性物体(即加热管)置于其中切割交变磁力线，从而在导磁性物体内部产生交变的电流(即涡流)，涡流使物体内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而使加热管加热。每一个加热单元2均为一个加热点，通过多个加热单元2的设置，实现了感应加热点在待加热零件1上的一次性全面覆盖，实际应用中可以通过控制电磁线圈的频率和功率调节加热效果，进而得到优化的加热参数。

请参阅图1，作为本发明提供的感应加热装置的一种具体实施方式，安装架3下方设有用于抬升和降低安装架3的升降机构9。

升降机构9包括用于固定安装架3的固定架901和位于固定架901下方的气缸，气缸伸缩实现安装架3的抬升和下降。升降机构9有两个，平行布置在安装架3的两侧，保障安装架3平稳的运动。可选地，气缸902通过电磁阀与控制单元5电连接，加热完成后，控制单元5发送控制电磁阀得电，气缸902 驱动安装架3上升，使得加热单元2远离待加热零件1，同样开始实验前，升降机构9驱动安装架3靠近待加热1零件，满足不同高度的待加热零件1，本方案实现了安装架3高度的自动调节，适用于不同高度的待加热零件。

现对本发明提供的感应加热装置控制方法进行说明。包括如下步骤：

步骤S1，根据待加热零件1的几何尺寸，布置多个加热单元2并利用控制单元5初始化加热单元2的工艺参数，利用调节单元4初次调节加热单元2与待加热零件1表面上对应加热点之间的距离；

步骤S2，加热并获取每个加热单元2对应的待加热零件1上加热点处的表面温度；

步骤S3，根据加热点处的表面温度利用调节单元4再次调节加热点与对应的加热单元2之间的距离，直至加热点处的表面温度满足设定要求。

设定要求包括但不限于待加热零件1的最低加热温度，以及待加热零件1 上各加热点的表面温度差的最大值。待加热零件1的几何尺寸为三维尺寸，待加热零件1的材质会影响加热时间。根据待加热零件1的几何尺寸布置加热单元2，调整加热单元2的数量及布置方式使得加热单元2完全覆盖待带加热零件1的加热表面；每个加热单元2均为一个单独的感应加热点，进行加热单元 2的初始化设置即初步预设加热单元2的加热时间、电磁线圈的频率、电磁线圈的功率；可单独设置每个加热单元2与待加热零件1之间的距离，使得加热单元2的下端形成与待加热零件1的加热表面外形尺寸相适配的空间曲线。

本发明提供的感应加热装置的加热方法的有益效果在于，设置多个加热单元使其一次性完整覆盖待加热零件的加热表面，根据待加热零件的尺寸调节每个加热单元与待加热零件对应加热点之间的距离，并设置加热单元的工艺参数，适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，且可一次性加热完成，高效快捷；加热过程中，可以实时监测待加热零件加热表面上各加热点处的温度，并根据该温度优化和调整每个加热点处对应的加热单元与该加热点之间的距离，在满足最低加热温度的情况下，使得具有复杂不规则空间曲面的零件各加热点处加热温度偏差小，加热时间偏差小，完成加热参数调整及优化后即可进行同规格的零件的批次加热，大大提高了加热效率。本发明提供的感应加热装置的加热方法，适用于多种具有复杂不规则空间曲面的零件，实现了零件的一次性加热，且可以根据加热温度实时调节加热参数，优化加热效果，大大提高了零件的加热效率。

请参阅图3，作为本发明提供的感应加热装置的加热方法的一种具体实施方式，步骤S1包括：

S101，利用扫描单元7扫描待加热零件1，获取待加热零件1的几何尺寸；

S102，布置多个加热单元2，使多个加热单元2覆盖待加热零件1的加热表面；

S103，设置加热单元2的工艺参数，工艺参数包括加热时间、电磁线圈的电流频率、电磁线圈的功率；

S104，调节每个加热单元2与待加热零件1上对应加热点之间的距离，加热单元2与待加热零件1上对应加热点之间的距离不超过设定距离。

可选地，通过激光扫描仪扫描待加热零件1，激光扫描仪将扫描获取的几何尺寸信息发送至控制单元5，控制单元5与加热单元2电连接，用于初始化加热单元2的工艺参数，提高工作效率。电磁线圈电流频率不同，加热时感应电流透入深度不同，使用高频时，感应电流透入深度很小(约0.2-2mm)，主要用于小模数齿轮和小轴类零件的表面淬火；使用中频时，感应电流透入深度 (约2～5mm)，主要用于中、小模数的齿轮、凸轮轴、曲轴的表面淬火；使用超高频时，感应电流透入深度极小，主要用于锯齿、刀刃、薄件的表面淬火；使用工频时，电流透入深度较大(超过10mm)，主要用于冷轧辊表面淬火，根据待加热零件1的加热要求设置电磁线圈的电流频率。

加热单元2通过安装架3设置在待加热零件1的上面，设置加热单元2的数量及布置方式使加热单元完全覆盖带加热零件1的加热表面，保障一次性覆盖完成加热。

具体地，设定距离为加热单元2与待加热零件1上对应加热点之间的距离的最大值，一般由待加热零件1的材质及厚度决定。可选地，通过调节单元4 调节加热单元2与待加热零件1上对应加热点之间的距离，调节单元4与控制单元5电连接，控制单元5可以实现调节单元4的自动调节。

请参阅图3，作为本发明提供的感应加热装置的加热方法的一种具体实施方式，步骤S3包括：

S301，判断加热点处的表面温度是否低于第一设定温度；

S303，若低于第一设定温度，利用调节单元4调节加热点处对应的加热单元2与加热点之间的距离；

S302，若不低于第一设定温度，判断是否存在表面温度差值大于第二设定温度的加热点；

S303，若存在，利用调节单元调节加热点处对应的加热单元2与加热点之间的距离；

S304，若不存在，保持加热点处对应的加热单元2与加热点之间的距离不变直至加热完成。

具体地，第一设定温度为待加热零件1的最低加热温度，一般由待加热零件1的材质及表面处理的要求决定；第二设定温度为待加热零件1上各加热点的表面温度差的最大允许值。可选地，在加热过程中，可以进行加热单元2的加热工艺参数的调节，实际应用中，在保证加热时间和加热深度情况下，可以调节加热点处对应的加热单元2的电磁线圈的电流频率和功率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.感应加热装置，其特征在于,包括

加热单元，用于加热待加热零件；多个所述加热单元离散设置于所述待加热零件的一侧；

安装架，用于安装所述加热单元，所述安装架上设有多个用于放置所述加热单元的安装孔；

调节单元，与加热单元一一对应，使所述加热单元在其安装孔内竖向移动，以调节所述加热单元与待加热零件表面之间的距离使其适应待加热零件的尺寸，使得加热单元靠近待加热零件的端部形成与待加热零件的加热表面外形尺寸相适配的空间曲线；

控制单元，用于控制所述加热单元的工艺参数，所述控制单元与所述加热单元电连接；

所述加热单元上设有用于监测待加热零件表面温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制单元电连接；

所述安装孔沿左右和前后两个方向平行均布，所述加热单元贯穿所述安装孔，所述加热单元上设有用于标记所述加热单元与待加热零件之间竖向距离的刻度尺；

所述安装架下方设有用于抬升和降低所述安装架的升降机构；

扫描单元，用于获取所述待加热零件几何尺寸，所述扫描单元设置在滑动架上，所述滑动架沿垂直于所述加热单元的调节方向滑动，所述扫描单元与所述控制单元电连接用于将待加热零件的几何尺寸发送至所述控制单元。

2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于,所述扫描单元为激光扫描仪或图像处理装置。

3.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于,所述加热单元为电磁感应加热器，所述电磁感应加热器包括用于产生涡流的电磁线圈。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的感应加热装置的加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据待加热零件的几何尺寸，布置多个加热单元并利用控制单元初始化所述加热单元的工艺参数，调节单元初次调节所述加热单元与待加热零件表面上对应加热点之间的距离；

步骤S1包括：

利用扫描单元扫描待加热零件，获取待加热零件的几何尺寸；

布置多个加热单元，使多个所述加热单元覆盖待加热零件的加热表面；

设置所述加热单元的工艺参数，所述工艺参数包括加热时间、电磁线圈的电流频率、电磁线圈的功率；

预调节每个所述加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离，加热单元与待加热零件上对应加热点之间的距离不超过设定距离；

步骤S2，加热并获取每个所述加热单元对应的待加热零件表面上加热点处的表面温度；

步骤S3，根据所述加热点处的表面温度，利用调节单元再次调节所述加热点与对应的加热单元之间的距离，直至所述加热点处的表面温度满足设定要求；

步骤S3包括：

判断所述加热点处的表面温度是否低于第一设定温度；

若低于第一设定温度，利用调节单元调节所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离；

若不低于第一设定温度，判断是否存在表面温度差值大于第二设定温度的加热点；

若存在，利用调节单元调节所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离；

若不存在，保持所述加热点处对应的加热单元与所述加热点之间的距离不变直至加热完成。

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