CN116926303A - 一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电磁感应退火领域，具体公开了一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置。其结构包括底座、安装在底座上的电磁感应线圈，可将薄壁圆管装夹在电磁感应线圈内的夹具，所述电磁感应线圈与夹具间设有辅助加热套，所述辅助加热套为厚度梯度变化的金属套筒结构。利用辅助加热套的结构将电磁感应产生涡流升温的过程从工件上转移到辅助加热套上，利用辅助加热套的厚度梯度影响传热效率，进而影响工件升温后的温度梯度变化，进而控制工件的硬度梯度，解决了现有技术中薄壁管件感应退火工艺中无法实现梯度控制的技术问题。

Description

一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置

技术领域

本发明涉及电磁感应退火领域，具体为一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置。

背景技术

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却，从而改变金属工件的硬度的工艺方法。其中，电磁感应退火工艺是利用电磁感应的原理，使零件在交变磁场中的磁通量发生改变，在表面产生感应电流，电流以涡流形式对金属工件快速加热，而后在空气中缓慢冷却的退火方法。

目前，薄壁管件的局部退火工艺中，主要利用环状线圈对薄壁管进行感应退火处理。具体方法为：将薄壁圆管特定部位位置于环状感应线圈中心，对感应线圈施加高频交流电，利用电磁感应原理在薄壁管表面产生密度较高的感应电流，进而加热薄壁圆管对应区域实现局部退火。

由于制造业工艺的进步和精密加工的发展，迫使薄壁圆管在许多设备上应用上时，为了更好的空间布置，或结构更合理化，需要对薄壁管件进行更复杂、更精密的弯曲、压缩等操作，为保证这些操作的精度，就必须要求退火区域退火后的硬度梯度变化连续，精密、可控，方便后期的精细加工和保证加工后的薄壁圆管满足相关设备要求。

而现有的加工装置只能在该区域产生轴向的非均匀分布硬度，无法实现硬度的连续梯度状态的硬度控制，且无法满足精度要求。其技术难点及原因为：电磁感应线圈通电后在工件表面退火区内磁感线的密度梯度不够明显，且无法控制其密度呈现连续梯度状态，如果不能控制工件表面的磁感线分布密度呈现明显的连续梯度变化，就不能实现加热温度呈现明显的梯度变化，即不能产生可控硬度连续梯度状态分布，技术人员就无法控制退火后硬度的最大值与最小值，且无法控制最大值到最小值间的梯度变化曲线，也就无法达到精度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置，用以解决上述提到的现有技术中薄壁管件感应退火工艺中无法实现梯度控制的技术问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置，包括底座、安装在底座上的电磁感应线圈，可将薄壁圆管装夹在电磁感应线圈内的夹具，夹具与底座连接，其特征在于：所述电磁感应线圈与夹具间设有辅助加热套，所述辅助加热套的厚度为与设计曲线一致的梯度变化的金属套筒结构。

本实施方案的有益效果在于：

1.在现有技术中，由于无法控制电磁感应线圈产生磁感线在工件上的密度，因此无法控制电磁感应退火在工件上的升温温度，进而无法控制退火后工件上的硬度的梯度变化，而本申请不去控制磁感线的密度，而是将电磁感应产生涡流升温的过程从工件上转移到辅助加热套上，利用辅助加热套的热辐射对工件进行升温；由于集肤效应，电磁感应产生的涡流只发生在辅助加热套的表面，因此涡流也只在辅助加热套的表面产生的热量，这就使得涡流产生的热量传递给工件时，需要穿过辅助加热套的厚度方向，由于辅助加热套的厚度是梯度设计的，不同部位的热量穿过的厚度不同，传递的效率也不同，因此，在同一时间的对工件进行升温时，辅助加热套不同厚度对应工件部位升温后的最高温度不同，因此在完成退火后的硬度不同，因此，工程师只需要对辅助加热套的厚度进行梯度设计，就能得到工件上的硬度梯度。

2.在本申请中，利用辅助加热套的厚度变化去影响工件的硬度变化，因此工厂可配置不同厚度变化的辅助加热套，即可生产不同硬度梯度要求的工件，与现有技术相比，本申请不仅可完成硬度梯度的设计的生产，还可利用同一台设备，更换不同辅助加热套生产不同硬度梯度的产品。

进一步，所述电磁感应线圈外设有内凹环状结构的聚磁套，所述电磁感应线圈安装在所述的聚磁套内，所述聚磁套内设有可将电磁感应线圈聚集在辅助加热套表面的导磁体。聚磁套的设计使得一方面使磁感线密集分布在辅助加热套表面，增加加热套表面的磁感应强度和温度，使工件局部退火区温度快速提升，提高加热效率；另一方面减少了薄壁圆管非退火区的磁感线密度，避免非退火区被加热，保证非退火区原始硬度，加大退火区与非退火区的硬度变化，保证薄壁圆管其他不在辅助加热套覆盖的薄壁圆管不被加热，保证非退火区不被加热，控制了加热范围。且将磁感线聚集在辅助加热套上，可增加整体的涡流损耗，辅助加热套的涡流损耗大于薄壁圆管，所以薄壁圆管温度提升主要通过辅助加热套的热量传递，能有效控制薄壁圆管的温度梯度。

进一步，所述夹具包括有与底座固定连接的电机，电机输出轴固定连接有可装夹薄壁管件的夹持头，在夹持头相对的底座上设有可与夹持头配合的顶针。由于装夹薄壁圆管的夹持头与电机的输出轴相连，因此薄壁圆管可在电机的带动下旋转，在退火时，旋转的薄壁圆管可使得薄壁圆管的周向上的温度一致，退火后的硬度一致，后期加工方便。

进一步，所述底座上固定连接有电机支架，所述电机支架与电机可拆卸连接。电机支架与电机可拆卸连接，当电机发生故障时，可将电机拆卸下来进行检修或更换。

进一步，所述顶针为圆柱形结构，且所述顶针上设有螺钉孔，所述辅助加热套通过螺钉安装在顶针上。因此可利用螺钉更换不同厚度的辅助加热套加工出不同的硬度梯度。

进一步，所述辅助加热套分为圆筒状结构和凹陷结构，所述的圆筒状结构与顶针连接。圆筒状结构部分与顶针的圆柱形结构更容易贴合，使得安装更加稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图，

图2为本发明实施例的纵向剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一侧板1、底板2、第二侧板3、顶针4、薄壁圆管5、电磁感应线圈6、聚磁套7、辅助加热套8、紧固螺栓9、卡盘10、夹持头11、弹簧12、转轴13、联轴器14、电机支架15、电线管道16、电源17、电机18、螺钉19。

实施例如附图1～2所示：一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置，包括底座、夹具，底座由第一侧板1、底板2和第二侧板3焊接形成凹字型结构；底板2的材质为铸铁，且底板2的质量大于第一侧板1与第二侧板2的质量和。

夹具包括有电机支架15、电机18、联轴器14、顶针4、夹持头11、卡盘10等结构，电机支架15焊接在第一侧板1上，电机支架15上设有螺栓孔，因此电机18通过螺栓与电机支架15固定连接。当电机18故障时，由于电机18和电机支架15是螺栓连接，可将电机18拆卸下来进行检修或者更换，因此拆卸式的连接方式方便后期电机18的维护和检修。

电机18的输出轴固定连接有联轴器14、联轴器14为波纹管联轴器，波纹管联轴器可吸收振动,同时补偿径向,角向和轴向偏差能力强，弹性高,当薄壁圆管在转动时，吸收震动，保证薄壁圆管在震动旋转中稳定性更好；联轴器14通过自身螺栓结构一端连接电机18的输出轴，另一端连接转轴13，因此联轴器14可将电机18传导到转轴13上。转轴13上套接有夹持头11，且转轴13上设有弹簧12，夹持头11上螺栓连接有卡盘10，卡盘10可通过紧固螺栓9将薄壁圆管5夹紧在卡盘10中。

第二侧板3上焊接有顶针4，顶针4为圆柱形结构，且顶针4上设有螺钉孔，因此顶针4和辅助加热套8之间可采用螺钉19连接，顶针4对薄壁圆管5可以起到定位的作用。

底板2上设置有电源17，电源17上设有电线管道16，电源17的电线通过电线管道16与电源17上方的电磁感应线圈6连接，因此电磁感应线圈6为非封闭设计，在电源17与电磁感应线圈6的连接处存在缺口，这样使得在装夹薄壁圆管5时，可从缺口处直接伸入装夹，提高了装夹效率。电线管道16为硬质塑料，其具有一定强度，可对电磁感应线圈6起支撑作用，在电磁感应线圈6的外周设有聚磁套7，聚磁套7为内凹环状结构，且凹槽尺寸与电磁感应线圈6外经相同，因此，电磁感应线圈6镶嵌在聚磁套7的凹槽内。

聚磁套7的外壳为两半圆结构，均为硅钢材质，在加工时，现将电磁感应线圈6装入聚磁套7外壳的两个半圆结构内后，再将聚磁套7外壳焊接焊接固定为一体。聚磁套7内排列一圈导磁体，(导磁体：如同输电系统中的导电体，电阻很小，易于电流通过相似，导磁体的磁阻很小，易于磁通通过；因此利用导磁体的磁阻小性质，能够控制磁通的密度和方向，改变感应器中的电流分布，达到所需要的各种加热要求。)在电磁感应线圈通电后，导磁体可以将磁感线进行聚集，将磁感线聚集在辅助加热套8上，辅助加热套8有圆筒状结构和厚度变化的凹陷结构两部分，辅助加热套8的环状凹陷部位是涡流感应加热的主要部位，其厚度变化为梯度设计；薄壁圆管5的热处理范围等于辅助加热套8的凹陷结构长度范围；圆筒状结构主要为螺钉19在顶针4上固定使用。

具体实施过程如下：

工人在退火时，由于感应线圈6设计有缺口。因此工人可将薄壁圆管5从缺口处，直接将薄壁圆管5夹紧在卡盘10中，然后利用弹簧12将薄壁圆管5顶入辅助加热套8中，使其与顶针4接触。感应线圈6通入高频交流电，启动电机18，使薄壁圆管5在辅助加热套8内旋转的同时对辅助加热套8加热，辅助加热套8外表面温度升高，同时辅助加热套8外表面的热量穿过辅助加热套8的厚度到达辅助加热套8的内表面，通过热辐射传递给薄壁圆管5使其温度升高。由于聚磁套7的设计，使得磁感线被聚集在辅助加热套8上，保证薄壁圆管5其他不在辅助加热套8覆盖的薄壁圆管不被加热，保证非退火区不被加热。

由于辅助加热套8凹陷结构的厚度呈梯度变化，为事先设计的，因此热量在辅助加热套8上传递的效率也会呈梯度变化，导致升温后薄壁圆管5的温度呈梯度变化，因此退火后硬度会呈梯度变化。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种薄壁圆管退火硬度梯度控制装置，包括底座、安装在底座上的电磁感应线圈，可将薄壁圆管装夹在电磁感应线圈内的夹具，夹具与底座连接，其特征在于：所述电磁感应线圈与夹具间设有辅助加热套，所述辅助加热套为厚度梯度变化的金属套筒结构。

2.根据权利要求1所述的薄壁圆管退火硬度控制装置，其特征在于：所述电磁感应线圈外设有内凹环状结构的聚磁套，所述电磁感应线圈安装在所述的聚磁套内，所述聚磁套内设有可将电磁感应线圈聚集在辅助加热套表面的导磁体。

3.根据权利要求1所述的薄壁圆管退火硬度控制装置，其特征在于：所述夹具包括有与底座固定连接的电机，电机输出轴固定连接有可装夹薄壁管件的夹持头，在夹持头相对的底座上设有可与夹持头配合的顶针。

4.根据权利要求3所述的薄壁圆管退火硬度控制装置，其特征在于：所述底座上固定连接有电机支架，所述电机支架与电机可拆卸连接。

5.根据权利要求3所述的薄壁圆管退火硬度控制装置，其特征在于：所述顶针为圆柱形结构，且所述顶针上设有螺钉孔，所述辅助加热套通过螺钉安装在顶针上。

6.根据权利要求5所述的薄壁圆管退火硬度控制装置，其特征在于：所述辅助加热套分为圆筒状结构和凹陷结构，所述的圆筒状结构与顶针连接。