CN111733313B - 用于感应硬化系统的淬火喷嘴 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于感应硬化系统的孔口型淬火喷嘴(1)，包括多个喷嘴孔口(2)，淬火流体能够通过所述多个喷嘴孔口(2)施加到待淬火的工件上，其中，所述喷嘴孔口(2)成行(R)且成列(S)地布置在所述淬火喷嘴(1)的表面上，其中，每个喷嘴孔口(2)形成为在每个方向上距每个直接相邻的喷嘴孔口(2)的距离(d)相等。

Description

用于感应硬化系统的淬火喷嘴

技术领域

本发明涉及一种根据专利方案1的前序部分的用于感应硬化系统(/感应淬火系统)(induction hardening system)的孔口型淬火喷嘴。此外，本发明涉及一种包括这种淬火喷嘴的感应进料(/供料)硬化系统(inductive feed hardening system)。

背景技术

为了使工件硬化，可以使用感应硬化系统，例如，可以通过感应硬化系统使完整的工件硬化，但例如在进料硬化系统的情况下也可以使工件的各个区域硬化。在加热到所需的硬化温度之后，必须随后对工件进行淬火。在淬火期间，通过喷嘴将淬火流体(例如，水)施加到工件。

然而，在淬火期间，喷嘴与工件之间可能形成相对稳定的蒸汽层。这也称为莱顿弗罗斯特效应(Leidenfrost effect)。在此，将淬火流体施加到工件的热的、感应加热的表面上，其中实现快速的一次蒸发，随后淬火流体在引起的蒸汽垫(vapor cushion)上浮动或滑动。因此，淬火流体不再能到达工件并且冷却工件，而是在工件的热材料上的蒸汽垫上滑动。这种效应延长了在最短可能时间内进行的工件的冷却。因此，在淬火后，在硬化材料的结构中可能出现过软的区域。由于淬火喷嘴的运动，这种效应特别地可能会在感应进料硬化系统中产生。

可以通过以较高的压力施加淬火流体来刺穿蒸汽垫，从而避免上述效应。然而，以这种方式，由于淬火流体不是均匀地分布，而是由于高压以各个射流冲击在待冷却的表面上并且又在那里弹开，因此产生非常点状的冷却区域。

此外，通过使喷嘴距离工件非常远的喷射距离，可以避免莱顿弗罗斯特效应。由于距离大，因为由于该距离淬火流体可能会任意散布，因此喷嘴的形状不起作用，并且没有形成蒸汽垫。然而，由于远的喷射距离，很难对工件的特定区域进行目标冷却。另外，淬火流体的消耗可能增加。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于感应硬化系统的淬火喷嘴，使用该淬火喷嘴可以实现改善的冷却性能。

该目的通过根据方案1的用于感应硬化系统的孔口型淬火喷嘴来实现，所述孔口型淬火喷嘴包括多个喷嘴腔。

用于感应硬化系统的孔口型淬火喷嘴包括多个喷嘴孔口，淬火流体(例如，水)能够通过所述多个喷嘴孔口施加到待淬火的工件上。在此，所述喷嘴孔口成行且成列地(/以多行和多列的方式)布置在所述淬火喷嘴的表面上。现在，为了防止在待淬火或待冷却的工件与孔口型淬火喷嘴之间形成蒸汽层，每个喷嘴孔口形成为在每个方向上距每个直接相邻的喷嘴孔口的距离相等。在此，应注意的是，在所述孔口型淬火喷嘴的至少一个第一区域中，喷嘴孔口成行且成列地布置在淬火喷嘴的表面上，其中，在该区域中，每个喷嘴孔口形成为在每个方向上距每个直接相邻的喷嘴孔口的距离相等。另外，还可以具有第二区域，例如边缘区域或过渡区域，在所述第二区域中，喷嘴孔口以不同的方式配置。

由于喷嘴孔口相对彼此的这种配置，所引起的蒸汽从待淬火的工件与孔口型淬火喷嘴之间的区域排放，或者通过淬火流体的射流从待淬火的工件与孔口型淬火喷嘴之间被推出。由于所引起的蒸汽无法像蒸汽垫那样保持在该区域中，随后淬火流体可以到达工件上并且冷却其表面。因此，与现有的喷嘴相比缩短了淬火过程，并因此改善了冷却性能。另外，由于这种配置，旧的、已经加热的淬火流体也可以较好地流出。

另外，利用喷嘴孔口的这种设计，可以在孔口型淬火喷嘴与工件之间实现短的、最小的距离，特别地，该距离为2mm至5mm。在此，可以将淬火流体非常均匀地施加到工件上。

淬火喷嘴可以由塑料(例如，PA12)或金属(例如，1.4404)制造。特别地，在选择材料期间，可以考虑淬火流体的温度。优选地，可以通过3D打印方法生产淬火喷嘴。

根据另一实施方式，对于所有的喷嘴孔口，第一行的彼此相邻的两个喷嘴孔口与相邻的第二行的布置在所述第一行的所述两个喷嘴孔口之间的喷嘴孔口形成等边三角形。由于这种配置，可以防止从喷嘴孔口涌出的流体射流相对于彼此的干扰。由于各个喷嘴孔口的配置，各个喷嘴孔口的流体射流之间的相互作用的风险很低。以这种方式，还可以避免在孔口型淬火喷嘴与待淬火的工件之间的接触区域中发生淬火流体的湍流。由于这种湍流可能会延迟和/或改变淬火流体对工件的冲击，因此如上所述的方式也改善了冷却性能。

根据另一实施方式，两个喷嘴孔口之间在列方向上的距离是两个喷嘴孔口之间在行方向上的距离的至少两倍。由于这种距离以及喷嘴孔口相对于彼此的相关配置，也可以避免各个喷嘴孔口或从喷嘴孔口涌出的淬火流体之间相互作用的风险。由此，减少在待淬火的工件与孔口型淬火喷嘴之间的接触区域中发生淬火流体的湍流。

根据另一实施方式，所述喷嘴孔口的尺寸和/或形状和/或数量在淬火喷嘴的表面上变化(/有所不同)。特别地，所述淬火喷嘴可以包括至少一个第一区域，在所述第一区域中，所述喷嘴孔口的尺寸和/或形状和/或数量适合于(/被适配成)(adapted)使得实现具有第一流体量和/或第一流体速度的第一淬火流体排放，并且所述淬火喷嘴包括至少一个第二区域，在所述第二区域中，所述喷嘴孔口的尺寸和/或形状和/或数量适合于使得实现具有第二流体量和/或第二流体速度的第二淬火流体排放。由于喷嘴孔口的这种可变配置，可以在待淬火的工件的各个(/不同)区域上改变冷却速率。由于在不同的区域处有不同的冷却速率，因此工件能够具有不同的硬度。另外，冷却速率可以适应工件的不同区域的尺寸和/或厚度。例如，可以同时使圈的凸缘和滚道硬化。这些可以具有相同或不同的硬度。这可以在单个硬化和冷却过程中实现。

根据另一实施方式，至少一个间隔件设置在所述淬火喷嘴的面对待淬火的工件的表面上；所述间隔件被构造用于限定所述淬火喷嘴与待淬火的工件之间的最小间距。以这种方式，可以在各个情况下确保淬火喷嘴与待淬火的工件之间的最小距离。最小距离确保可能在待淬火的工件上产生的蒸汽垫能够流出。

根据另一实施方式，在至少一个喷嘴孔口上，优选地在所有的喷嘴孔口上，所述淬火喷嘴包括小块状凸起(nub-shaped elevation)，所述喷嘴孔口形成在所述小块状凸起中。由于这种小块状凸起，淬火流体以尽可能直的射流从喷嘴孔口排放。这能够进一步减少在各个喷嘴孔口之间发生淬火流体的湍流。因此，可以实现限定的排放方向，而不是分散朝向不同方向的淬火流体的雾。

根据另一实施方式，所述淬火喷嘴被构造用于对待感应硬化的轴承圈进行淬火，并且包括第一平坦淬火表面和第二平坦淬火表面，所述第一平坦淬火表面和所述第二平坦淬火表面相对于彼此成角度地设定并且通过连接表面彼此连接，其中，所述第一平坦淬火表面、所述第二平坦淬火表面和所述连接表面中的每一者包括多个喷嘴孔口。由于两个淬火表面的成角度的布置，能够确保淬火喷嘴沿着轴承圈的最佳引导。在此，淬火喷嘴的形状适于尽可能精确地匹配轴承圈的形状。特别地，所述第一平坦淬火表面被构造用于对待感应硬化的轴承圈的滚道进行淬火，并且所述连接表面被构造用于对待感应硬化的轴承圈的保持凸缘进行淬火。以这种方式，可以对不同材料、尺寸、形状等的工件进行淬火，其中，淬火喷嘴或淬火流体分散可以相应地调整或引导。由于不同的表面，可以将淬火喷嘴非常靠近地沿着工件或工件的不同区域进行引导，并且可以同时对这些区域的冷却进行最佳调整。特别地，淬火流体喷嘴适用于大型工件。

根据另一方面，提出一种感应进料硬化系统，包括至少一个如上所述的淬火喷嘴。如果使用多个淬火喷嘴，则可以对单个工件的多个区域进行同时淬火。特别地，进料硬化系统可以在(一个或多个)淬火喷嘴例如在与加热工件的电导体相反的方向上运动的情况下进行操作。其他运动方向(例如，振荡的运动方向)也是可行的。

说明书、附图和权利要求书中指明了其他优点和有利的实施方式。在此，特别地，说明书和附图中指明的特征的组合仅是示例性的，使得特征也可以单独呈现或以其他方式组合呈现。

在下文中，将使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和示例性实施方式中示出的组合仅是示例性的，并不意图限定本发明的范围。该范围仅由未决权利要求限定。

附图说明

图1示出了淬火喷嘴的立体平面图；和

图2示出了图1的淬火喷嘴的细节的放大图。

在下文中，相同或功能上等效的元件由相同的附图标记表示。

1 淬火喷嘴

2 喷嘴孔口

4 区域

6 区域

8 区域

10 间隔件

12 凸起

14 开口

a,b 间距

d 距离

D 三角形

R,R1,R2 行

S 列

具体实施方式

图1示出了淬火喷嘴(quenching nozzle)1的立体图，图2示出了图1的淬火喷嘴1的放大细节。淬火喷嘴1包括多个喷嘴孔口(nozzle orifice)2，淬火流体能够通过多个喷嘴孔口2施加到待淬火的工件(未示出)。在此，喷嘴孔口2成行R且成列地(/以多行R和多列S的方式)布置在淬火喷嘴1的表面上。

为了防止在淬火流体接触待淬火的工件时产生蒸汽垫(vapor cushion)，该蒸汽垫防止随后的淬火流体到达待淬火的工件，将喷嘴孔口2设置在这里提出淬火喷嘴1中，使得每个喷嘴孔口2形成为在每个方向上距每个直接相邻的喷嘴孔口2的距离相等。这意味着从每个喷嘴孔口到每个直接相邻的喷嘴孔口2的距离d是相同的。

由于喷嘴孔口2的这种配置，淬火流体的蒸汽(该蒸汽在淬火流体冲击在工件上期间产生)从待淬火的工件与淬火喷嘴1之间的区域排出，或者通过淬火流体的射流而从该区域压出。所产生的蒸汽无法保持为蒸汽垫，结果是后续的淬火流体能够到达工件上并且冷却其表面。由于喷嘴孔口2的这种配置，还可以引导淬火喷嘴1尽可能地靠近工件，特别是处于2mm至5mm的最小距离处。

此外，第一行R1的彼此相邻的两个喷嘴孔口2和相邻的第二行R的布置在第一行R1的两个喷嘴孔口2之间的喷嘴孔口形成等边三角形D。由于这种配置，能够防止从喷嘴孔口2涌出的流体射流相对于彼此的干扰。能够避免流体射流之间的相互作用，并且能够避免在淬火喷嘴1与待淬火的工件之间的接触区域中发生淬火流体的湍流。

此外，两个喷嘴孔口2在列方向S上的间距a是两个喷嘴孔口2在行方向R上的间距b的两倍。由于这些间距a、b以及喷嘴孔口2相对彼此的相关配置，避免了各个喷嘴孔口2或从中涌出的淬火流体之间发生相互作用的风险。

优选地，淬火喷嘴1可以包括可以在喷嘴孔口2的尺寸和/或形状和/或数量方面变化(/有所不同)的多个区域4、6、8。以这种方式，淬火喷嘴1可以使不同区域4、6、8中的淬火流体排放适合于工件。淬火流体排放可以在流体量和/或流体速度方面变化(/有所不同)。以这种方式，由于喷嘴孔口2的可变配置，冷却速率可以在待淬火的工件的各个(/不同)区域上变化。

区域4、8与位于它们之间的区域6可以相对于彼此成角度地设定，其中，区域6表示相对于彼此成角度地设定的两个区域4、8之间的连接表面。由于两个区域或淬火表面4、8的成角度的定位，能够确保淬火喷嘴1沿着工件(例如，轴承圈)的最佳引导。因此，淬火喷嘴1的形状可以适合于例如轴承圈的形状。

淬火喷嘴1还可以包括一个或多个间隔件10。这用于限定淬火喷嘴1与待淬火的工件之间的最小距离。该最小距离确保可能在待淬火的工件上产生的蒸汽垫能够流出。

在此，图1的淬火喷嘴1沿着行的行方向R相对于待淬火的工件运动。然而，也可以将成行R且成列S的喷嘴孔口配置在淬火喷嘴上，使得淬火喷嘴沿着列方向S相对于待淬火的工件运动。这种配置是有利的，这是由于孔口在行方向R上的距离较小，行方向R垂直于运动方向，另外下一行相对于运动方向垂直地偏移(/错开)相邻孔口的间距的一半，因此非常均匀分布的淬火流冲击在工件上。此外，由于同一点还横跨列的下一喷嘴孔口，因此，孔口在列方向S上的较大间距由列方向上的运动补偿。

如图2中所示，喷嘴孔口2可以包括小块状凸起(/中心状凸起)(nub-shapedelevation)12。在小块状凸起12的中间，设置有开口14，用于排放淬火流体。由于小块状凸起12，淬火流体以尽可能直的射流从喷嘴孔口2排放。由于淬火流体的这种直线排放，能够实现限定的排放方向，从而能够进一步减少各个喷嘴孔口2之间发生淬火流体的湍流。

由于在此提出的淬火喷嘴以及喷嘴孔口相对于彼此的特殊配置，可以防止喷嘴孔口之间发生淬火流体的湍流或扰动。此外，在淬火流体冲击在待淬火的工件上期间可能产生的蒸汽能够较好地流出。由此能够改善工件的冷却速率。

Claims (10)

1.一种用于感应硬化系统的孔口型淬火喷嘴（1），包括多个喷嘴孔口（2），淬火流体能够通过所述多个喷嘴孔口（2）施加到待淬火的工件上，其中，所述喷嘴孔口（2）成行（R）且成列（S）地布置在所述淬火喷嘴（1）的表面上，其特征在于，每个喷嘴孔口（2）形成为在每个方向上距每个直接相邻的喷嘴孔口（2）的距离（d）相等；

在至少一个喷嘴孔口（2）上，所述淬火喷嘴（1）包括小块状凸起（12），所述喷嘴孔口形成在所述小块状凸起（12）中。

2.根据权利要求1所述的淬火喷嘴，其特征在于，对于所有的喷嘴孔口（2），第一行（R1）的彼此相邻的两个喷嘴孔口（2）与相邻的第二行（R2）的布置在所述第一行（R1）的所述两个喷嘴孔口（2）之间的喷嘴孔口（2）形成等边三角形（D）。

3.根据权利要求1或2所述的淬火喷嘴，其特征在于，两个喷嘴孔口（2）在列方向（S）上的间距（a）是两个喷嘴孔口（2）在行方向（R）上的间距（b）的至少两倍。

4.根据权利要求1或2所述的淬火喷嘴，其特征在于，所述喷嘴孔口（2）的尺寸和/或形状和/或数量在所述淬火喷嘴（1）的表面上变化。

5.根据权利要求4所述的淬火喷嘴，其特征在于，所述淬火喷嘴（1）包括至少一个第一区域（4），在所述第一区域（4）中，所述喷嘴孔口（2）的尺寸和/或形状和/或数量适合于使得实现具有第一流体量和/或第一流体速度的第一淬火流体排放，并且所述淬火喷嘴（1）包括至少一个第二区域（8），在所述第二区域（8）中，所述喷嘴孔口（2）的尺寸和/或形状和/或数量适合于使得实现具有第二流体量和/或第二流体速度的第二淬火流体排放。

6.根据权利要求1或2所述的淬火喷嘴，其特征在于，至少一个间隔件（10）设置在所述淬火喷嘴（1）的面对待淬火的工件的表面上；所述间隔件（10）被构造用于限定所述淬火喷嘴（1）与待淬火的工件之间的最小间距。

7.根据权利要求1或2所述的淬火喷嘴，其特征在于，在所有的喷嘴孔口（2）上，所述淬火喷嘴（1）包括小块状凸起（12）。

8.根据权利要求1或2所述的淬火喷嘴，其特征在于，所述淬火喷嘴（1）被构造用于对待感应硬化的轴承圈进行淬火，并且所述淬火喷嘴（1）包括第一平坦淬火表面和第二平坦淬火表面，所述第一平坦淬火表面和所述第二平坦淬火表面相对于彼此成角度地设定并且通过连接表面（6）彼此连接，其中，所述第一平坦淬火表面、所述第二平坦淬火表面和所述连接表面（6）中的每一者包括多个喷嘴孔口（2）。

9.根据权利要求8所述的淬火喷嘴，其特征在于，所述第一平坦淬火表面被构造用于对待感应硬化的所述轴承圈的滚道进行淬火，并且所述连接表面（6）被构造用于对待感应硬化的所述轴承圈的保持凸缘进行淬火。

10.一种感应进料硬化系统，包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的淬火喷嘴（1）。