CN115369230B - 一种刀具脉冲自动化淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具脉冲自动化淬火装置，包括脉冲加热机构、速冷机构和间歇转动的换位转盘，脉冲加热机构和速冷机构位于换位转盘外围，换位转盘上设有多个刀具定位组件，换位转盘外围设有上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位，换位转盘每次转动暂停时，上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位各自对应一刀具定位组件。本发明中上料、加热、速冷和卸料各工序执行位置形成环形路径，工艺始端和终端较接近，不仅使设备整体结构更为紧凑，还可大大方便操作。

Description

一种刀具脉冲自动化淬火装置

技术领域

本发明涉及一种工具加工装置，更具体地说，它涉及一种刀具脉冲自动化淬火装置。

背景技术

刀具类产品经过锻压等工艺成型后，还需进行热处理以强化刃口等关键部位。脉冲淬火工艺是当前较先进的金属热处理技术，它是利用12-27MHz的高频磁场甚至更高频率的超高频磁场所产生的强烈集肤效应，在金属表层瞬间产生很高的热量，然后迅速冷却形成极细马氏体组织，使产品具有超高的硬度、强度以及耐磨性，而心部又兼具较好的韧性。与传统的热处理工艺相比，脉冲淬火具有热损失少，加热速度极快，热效率高；生产过程清洁无高温，劳动条件好等显著优点。现有的脉冲淬火设备通常采用直线式布局，工件在脉冲淬火设备上沿直线路径移动完成各加工步骤。此种布局使得设备上料端和下料端距离拉长，不利于操作人员方便地进行操作及监控。还有的脉冲淬火设备因结构设计限制导致加热和冷却步骤间的转换周期较长。公开号为CN215251056U的实用新型公开了一种用于重轴表面淬火的自动淬火装置，包括直线行走机构、升降机构、机械爪、高频线圈、上料机构、油池和卸料机构。所述直线行走机构连接并带动升降机构水平往复移动。所述升降机构连接带动所述机械爪竖直往复移。所述高频线圈连接高频机并水平放置，且靠近所述机械爪的移动轨迹设置。所述上料机构设置在所述机械爪的移动轨迹范围内。所述油池设置在所述机械爪的下方。所述卸料机构靠近所述油池设置或者设置在所述油池内。给重轴表面淬火时，采用该实用新型提出的装置，能够全程自动化淬火，只需操作人员将重轴放置到上料机构即可，降低了工作人员的工作强度，提高了工作效率，且提高产品质量及其稳定性。但该实用新型采用油池冷却，且为了缩短工艺周期采用了双升降机构、双机械爪交叉运行，这些设计增大了设备的结构复杂性及占地面积。

发明内容

现有的脉冲淬火设备在结构紧凑性和操作便利性方面仍有改进余地，为克服这些缺陷，本发明提供了一种可优化整体布局，提高结构紧凑性和操作便利性，缩短工艺周期的刀具脉冲自动化淬火装置。

本发明的技术方案是，一种刀具脉冲自动化淬火装置，包括脉冲加热机构、速冷机构和间歇转动的换位转盘，脉冲加热机构和速冷机构位于换位转盘外围，换位转盘上设有多个刀具定位组件，换位转盘外围设有上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位，换位转盘每次转动暂停时，上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位各自对应一刀具定位组件。本发明工作时，将待进行淬火处理的刀具在上料工位用刀具定位组件定位，随着换位转盘转动，刀具相继经过加热工位、速冷工位和卸料工位，并间歇暂停，在间歇暂停时进行加热、冷却，最终从换位转盘上卸载。本刀具脉冲自动化淬火装置可实现淬火处理的自动化，提高淬火处理工作效率。本刀具脉冲自动化淬火装置围绕换位转盘进行工序布置，加热工位、速冷工位间距离短，刀具在加热工位通过加热机构加热到预设温度后可较快到达速冷工位并通过速冷机构实现迅速冷却，在更短时间内实现刀具的温差，取得更好的淬火效果；而且上料、加热、速冷和卸料各工序执行位置形成环形路径，工艺始端和终端较接近，不仅使设备整体结构更为紧凑，还可大大方便操作。

作为优选，所述刀具定位组件包括刀具固定杆和进给气缸，刀具固定杆端部设有刀具插接口，进给气缸沿换位转盘的径向固定在换位转盘盘面上，刀具固定杆与进给气缸的活塞杆通过连接块连接。刀具插接在刀具插接口内，进而被定位在刀具固定杆上并可随换位转盘在各工位间换位。换位转盘转动时，进给气缸带动刀具固定杆乃至其上的刀具切换至回缩状态，避免随换位转盘转动的刀具与加热、速冷等工序执行机构发生干涉；换位转盘暂停时，进给气缸带动刀具固定杆乃至其上的刀具切换至伸出状态，使得刀具与加热、速冷等工序执行机构对接配合完成相应工艺处理。

作为优选，刀具固定杆端部设有弹性瓣爪，刀具固定杆周面上固定有凸台，弹性瓣爪外滑动套接有收紧环，收紧环与凸台间设有弹簧。弹性瓣爪具有弹性，径向不受约束时可向外扩张。刀具插入刀具插接口后，收紧环在弹簧驱动下滑动到弹性瓣爪外，将弹性瓣爪收拢，并径向约束弹性瓣爪使其保持收紧状态，将刀具抱紧，从而确保刀具可稳定地随换位转盘转动并精准地与加热、速冷等工序执行机构对接配合，在上料工位和卸料工位上，可通过逆弹簧弹力反推收紧环解除对弹性瓣爪的径向约束，从而顺利装载或释放刀具。

作为优选，所述刀具定位组件还包括刀具固定杆延长管，刀具固定杆与刀具固定杆延长管适配嵌套并通过花键连接，刀具固定杆延长管通过延长管固定座安装在换位转盘盘面上，刀具固定杆延长管与延长管固定座转动连接，刀具固定杆与连接块转动连接，刀具固定杆延长管末端设有从动锥齿轮，换位转盘盘面中心固定有延长管自转驱动电机，延长管自转驱动电机输出端连有一主动锥齿轮，从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合。脉冲加热机构、速冷机构中的热源、冷却介质往往不能均匀分布，为使刀具能在脉冲加热机构、速冷机构中均匀快速的加热或冷却，设置刀具固定杆延长管，刀具固定杆延长管末端通过从动锥齿轮从主动锥齿轮上引入扭矩，使刀具固定杆延长管转动，刀具固定杆延长管再通过花键带动刀具固定杆同步转动，使得刀具在加热或冷却时转动，加热或冷却更为均匀快速，取得更好的淬火效果。

作为优选，脉冲加热机构包括脉冲加热机构主机、悬臂板和脉冲加热线圈，悬臂板固定在脉冲加热机构主机顶部并悬空于换位转盘上方，脉冲加热线圈固定在悬臂板底部。换位转盘将待淬火处理的刀具送到脉冲加热线圈下方时，刀具固定杆垂直上升，即可将刀具送入脉冲加热线圈。此种脉冲加热机构与换位转盘配合时充分利用了垂直空间，有利于提高本发明的整体结构紧凑性。

作为优选，速冷机构包括速冷机构机体、制冷机组、风轮和冷却腔，制冷机组位于速冷机构机体内，冷却腔设于速冷机构机体侧壁上并通过风管与制冷机组连通，风轮设于风管末端。此种速冷机构用低温空气作为冷却介质，可提供刀具加热后急剧降温的条件，确保取得更好的淬火效果。

作为优选，所述上料工位处设有一自动上料机构，该自动上料机构包括上料机架、上料坡面和推送气缸，上料坡面和推送气缸固定于上料机架上，上料坡面底端设有V形槽，V形槽的近换位转盘端设有漏斗状的导向套，推送气缸固定于V形槽的远换位转盘端，推送气缸的活塞杆与导向套同轴。该自动上料机构工作时，待淬火处理的刀具从上料坡面顶端输入，滚落到V形槽后自行调整成与V形槽槽底同向，并确保刀具与导向套中心通道以及暂停此处的刀具固定杆上刀具插接口同轴对准，然后推送气缸启动，将刀具轴向推送，在导向套的引导及制约下插入刀具插接口，完成刀具的装载。

作为优选，导向套的近换位转盘端设有上料工位刀具解锁筒。换位转盘暂停时，到达上料工位处的刀具固定杆在进给气缸驱动下伸出，刀具固定杆端部的收紧环与上料工位刀具解锁筒端口发生相互触压，上料工位刀具解锁筒逆弹簧弹力反推收紧环解除对弹性瓣爪的径向约束，使弹性瓣爪自由扩张，增大刀具插接口端口口径，提高配合容差，从而顺利装载刀具。

作为优选，换位转盘连接在一凸轮分割器的输出端。凸轮分割器接收主电机输入的动力后，可间歇输出扭矩，带动换位转盘间歇转动。

作为另选，换位转盘连接在一减速电机的输出端。减速电机配合编码器、刹车装置，也可以间歇输出扭矩，带动换位转盘间歇转动。

本发明的有益效果是：

结构紧凑，操作便利。本发明中上料、加热、速冷和卸料各工序执行位置形成环形路径，工艺始端和终端较接近，不仅使设备整体结构更为紧凑，还可大大方便操作。

改善淬火效果。本发明围绕换位转盘进行工序布置，加热工位、速冷工位间距离短，刀具在加热工位加热到预设温度后可较快到达速冷工位并实现迅速冷却，在更短时间内实现刀具的温差，取得更好的淬火效果。

提高淬火处理工作效率。本发明可实现淬火处理的自动化，提高淬火处理工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明局部的侧视图；

图3为本发明中自动上料机构的结构示意图；

图4为本发明的工作状态示意图。

图中，1-脉冲加热机构，2-速冷机构，3-换位转盘，4-刀具固定杆，5-进给气缸，6-连接块，7-收紧环，8-凸台，9-弹簧，10-弹性瓣爪，11-刀具固定杆延长管，12-延长管固定座，13-从动锥齿轮，14-延长管自转驱动电机，15-主动锥齿轮，16-悬臂板，17-脉冲加热线圈，18-冷却腔，19-上料机架，20-上料坡面，21-推送气缸，22-导向套，23-上料工位刀具解锁筒，24-转盘支架，25-卸料工位刀具解锁挡板，26-收料输送带，27-凸轮分割器，28-刀具。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图4所示，一种刀具脉冲自动化淬火装置，包括脉冲加热机构1、速冷机构2和间歇转动的、竖立的换位转盘3，换位转盘3安装于一转盘支架24上，脉冲加热机构1和速冷机构2位于换位转盘3外围，换位转盘3上均布有四个刀具定位组件，换位转盘3外围设有上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位，相邻工位间相对换位转盘3中心成90°角。换位转盘3每次转动暂停时，上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位各自对应一刀具定位组件。所述刀具定位组件包括刀具固定杆4和进给气缸5，刀具固定杆4端部设有刀具插接口，进给气缸5沿换位转盘3的径向固定在换位转盘3盘面上，刀具固定杆4与进给气缸5的活塞杆通过连接块6连接。刀具固定杆4端部设有三道贯通所述刀具插接口腔体内外壁的纵向切口，相邻纵向切口间的刀具插接口腔壁形成弹性瓣爪10，弹性瓣爪10自有端设有径向外突的防脱钩，刀具固定杆4周面上固定有凸台8，弹性瓣爪10外滑动套接有收紧环7，收紧环7与凸台8间设有弹簧9，上料工位、卸料工位均设有收紧环回退机构。所述刀具定位组件还包括刀具固定杆延长管11，刀具固定杆4下半段与刀具固定杆延长管11适配嵌套并通过花键连接，刀具固定杆延长管11通过两个延长管固定座12安装在换位转盘3盘面上，刀具固定杆延长管11通过轴承与延长管固定座12转动连接，刀具固定杆4与连接块6也通过轴承转动连接。刀具固定杆4上安装有两个，刀具固定杆延长管11上安装有两个轴环，两延长管固定座12位于两轴环间，使刀具固定杆延长管11被轴向定位。刀具固定杆延长管11末端设有从动锥齿轮13，换位转盘3盘面中心固定有延长管自转驱动电机14，延长管自转驱动电机14输出端连有一主动锥齿轮15，从动锥齿轮13与主动锥齿轮15啮合。脉冲加热机构1包括脉冲加热机构主机、悬臂板16和脉冲加热线圈17，悬臂板16固定在脉冲加热机构主机顶部并悬空于换位转盘3上方，脉冲加热线圈17固定在悬臂板16底部，脉冲加热线圈17与换位转盘3上停留在加热工位的刀具定位组件上的收紧环7位置对应。速冷机构2包括速冷机构机体、制冷机组、风轮和冷却腔18，制冷机组位于速冷机构机体内，冷却腔18设于速冷机构机体侧壁上并通过风管与制冷机组连通，风轮设于风管末端。所述上料工位处设有一自动上料机构，该自动上料机构包括上料机架19、上料坡面20和推送气缸21，上料坡面20和推送气缸21固定于上料机架19上，上料坡面20底端设有V形槽，V形槽的近换位转盘端设有漏斗状的导向套22，导向套22具有中心通道，中心通道的直径与刀具直径适配，中心通道朝向上料工位的一端设有喇叭口结构。推送气缸21固定于V形槽的远换位转盘端，推送气缸21的活塞杆与导向套22同轴，导向套22与换位转盘3上停留在上料工位上的刀具位置对应。上料工位的收紧环回退机构包括上料工位刀具解锁筒23，导向套22整体固定于上料工位刀具解锁筒23内并与上料工位刀具解锁筒23同轴，上料工位刀具解锁筒23焊接固定在上料机架19上，且上料工位刀具解锁筒23的近换位转盘端悬伸于上料机架19外，上料工位刀具解锁筒23与换位转盘3上停留在上料工位上的刀具位置对应，上料工位刀具解锁筒23的内径小于收紧环7外径而大于弹性瓣爪10所在的刀具固定杆4端部外径。推送气缸21活塞杆端部滑动套接一顶块，顶块与推送气缸21活塞杆间设有一顶簧。上料时，待淬火处理刀具被推送进入刀具插接口后，从进给气缸5开始回缩到收紧环7重新收紧弹性瓣爪10，顶块可在顶簧作用下持续顶紧刀具，避免因刀具固定杆4回退的同时弹性瓣爪10未恢复抱紧力而导致刀具不能在刀具插接口内插接到位。卸料工位位于换位转盘3正下方，卸料工位处设有一收料输送带26。卸料工位的收紧环回退机构包括一固定在转盘支架24上的卸料工位刀具解锁挡板25，卸料工位刀具解锁挡板25架空于换位转盘3下方，卸料工位刀具解锁挡板25上设有一解锁孔，解锁孔孔径小于收紧环7外径而大于刀具固定杆4端部直径。换位转盘3连接在一凸轮分割器27的输出端，凸轮分割器27固定在转盘支架24上。

本刀具脉冲自动化淬火装置用于圆柱形铣刀的淬火加工，在PLC控制下工作，其工作方法包括下列步骤：

步骤一.人工将待淬火处理的刀具28放在上料坡面20顶端，刀具28的前端即刀头端朝后，刀具28滚落到V形槽内后自行调整成与V形槽槽底同向；换位转盘3暂停时，对应上料工位处的进给气缸5驱动刀具固定杆4伸出，刀具固定杆4端部的收紧环7触压上料工位刀具解锁筒23，收紧环7克服弹簧9弹力后退，弹性瓣爪10扩张，此时刀具与导向套22的中心通道以及暂停于上料工位处的刀具固定杆4上刀具插接口同轴对准，在PLC控制下，推送气缸21启动，将刀具轴向推送，在导向套22喇叭口结构的引导及制约下插入刀具插接口，直至刀具的尾端抵住刀具插接口口底，然后上料工位处的进给气缸5回缩，收紧环7离开上料工位刀具解锁筒23重新收紧弹性瓣爪10，抱紧刀具，完成刀具的装载；

步骤二.换位转盘3转动90°后再次暂停，刀具28随换位转盘3转移到加热工位，刀具28处于脉冲加热线圈17正下方，刀具28与脉冲加热线圈17同轴，在PLC控制下，进给气缸5驱动刀具固定杆4垂直上升，将刀具的前端送入脉冲加热线圈17，然后延长管自转驱动电机14启动，通过主动锥齿轮15带动从动锥齿轮13转动，驱动刀具固定杆延长管11转动，进而驱动驱动刀具固定杆4携刀具转动，在脉冲加热线圈17内均匀加热；按预设电流及时间参数加热后，进给气缸5驱动刀具固定杆4下降，刀具28退出脉冲加热线圈17，延长管自转驱动电机14停止；

步骤三.换位转盘3再转动90°，刀具28转移至速冷工位，刀具28与冷却腔18同轴，在PLC控制下，进给气缸5驱动刀具固定杆4水平伸出，将刀具28的前端送入冷却腔18，然后延长管自转驱动电机14启动，驱动驱动刀具固定杆4携刀具转动，在冷却腔18内均匀快速冷却；按预设温度及时间参数冷却后，进给气缸5驱动刀具固定杆4回缩，刀具28退出冷却腔18，延长管自转驱动电机14停止；

步骤四.换位转盘3再转动90°，刀具28转移至卸料工位，刀具28与卸料工位刀具解锁挡板25上的解锁孔同轴，在PLC控制下，进给气缸5驱动刀具固定杆4垂直向下伸出，刀具固定杆4端部的收紧环7抵住解锁孔外围而弹性瓣爪10穿入解锁孔，收紧环7受阻，从而克服弹簧9弹力后退，弹性瓣爪10扩张，对刀具28的抱紧力消失，刀具28自由落体，落到收料输送带26上，输送到指定位置回收。

实施例2：

换位转盘3上均布有八个刀具定位组件。换位转盘3连接在一减速电机的输出端。其余同实施例1。

Claims (8)

1.一种刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是包括脉冲加热机构（1）、速冷机构（2）和间歇转动的换位转盘（3），脉冲加热机构（1）和速冷机构（2）位于换位转盘（3）外围，换位转盘（3）上设有多个刀具定位组件，换位转盘（3）外围设有上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位，换位转盘（3）每次转动暂停时，上料工位、加热工位、速冷工位和卸料工位各自对应一刀具定位组件，所述刀具定位组件包括刀具固定杆（4）和进给气缸（5），刀具固定杆（4）端部设有刀具插接口，进给气缸（5）沿换位转盘（3）的径向固定在换位转盘（3）盘面上，刀具固定杆（4）与进给气缸（5）的活塞杆通过连接块（6）连接，脉冲加热机构（1）包括脉冲加热机构主机、悬臂板（16）和脉冲加热线圈（17），悬臂板（16）固定在脉冲加热机构主机顶部并悬空于换位转盘（3）上方，脉冲加热线圈（17）固定在悬臂板（16）底部。

2.根据权利要求1所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是刀具固定杆（4）端部设有弹性瓣爪（10），刀具固定杆（4）周面上固定有凸台（8），弹性瓣爪（10）外滑动套接有收紧环（7），收紧环（7）与凸台（8）间设有弹簧（9）。

3.根据权利要求1所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是所述刀具定位组件还包括刀具固定杆延长管（11），刀具固定杆（4）与刀具固定杆延长管（11）适配嵌套并通过花键连接，刀具固定杆延长管（11）通过延长管固定座（12）安装在换位转盘（3）盘面上，刀具固定杆延长管（11）与延长管固定座（12）转动连接，刀具固定杆（4）与连接块（6）转动连接，刀具固定杆延长管（11）末端设有从动锥齿轮（13），换位转盘（3）盘面中心固定有延长管自转驱动电机（14），延长管自转驱动电机（14）输出端连有一主动锥齿轮（15），从动锥齿轮（13）与主动锥齿轮（15）啮合。

4.根据权利要求1所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是速冷机构（2）包括速冷机构机体、制冷机组、风轮和冷却腔（18），制冷机组位于速冷机构机体内，冷却腔（18）设于速冷机构机体侧壁上并通过风管与制冷机组连通，风轮设于风管末端。

5.根据权利要求1所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是所述上料工位处设有一自动上料机构，该自动上料机构包括上料机架（19）、上料坡面（20）和推送气缸（21），上料坡面（20）和推送气缸（21）固定于上料机架（19）上，上料坡面（20）底端设有V形槽，V形槽的近换位转盘端设有漏斗状的导向套（22），推送气缸（21）固定于V形槽的远换位转盘端，推送气缸（21）的活塞杆与导向套（22）同轴。

6.根据权利要求5所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是导向套（22）的近换位转盘端设有上料工位刀具解锁筒（23）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是换位转盘（3）连接在一凸轮分割器的输出端。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的刀具脉冲自动化淬火装置，其特征是换位转盘（3）连接在一减速电机的输出端。