CN1184857C - 对形状复杂工件进行感应热处理的系统以及使用其进行热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种多站式感应热处理系统(10)，用于热处理具有多个大致为圆柱形的部件的金属工件，所述部件的轴线与工件轴线平行且相偏离。所述热处理系统(10)包括热处理站(31，32，33)，工件和感应器部件是固定的。所述系统(10)特别适于工件，例如曲轴的热处理，所述工件具有在两个大致为圆柱形的部件之间的非对称的部件，这些部件与那些必须被热处理的部件不是同轴的。

Description

对形状复杂工件的进行感应热处理的系统以及 使用其进行热处理方法
相关申请的参照
本申请要求2000年2月10日提交的美国临时申请No.60/181,513作为优先权。
发明领域
本发明涉及形状复杂的金属工件的感应热处理，所述形状复杂的工件包括多个大致为圆柱形的部件，这些圆柱形部件的轴线与工件轴线平行且相偏离，更具体而言，本发明涉及对曲轴的感应热处理。
发明背景
一圆柱形的金属工件通过绕一固定的弓形感应器线圈轴向转动可以使其受到感应热处理，所述弓形感应器线圈具有一大于所述工件的外部径向曲率的曲率。包括大致为圆柱形的，非同心的部件的金属工件，例如用于内燃机、泵、压缩机等中的曲轴很难通过感应加热有效地硬化和调质。一曲轴，一般是一体铸造出的或锻造出的，包括多个通过连接板相互连接起来的曲轴销(销)和主轴颈(主要部分)。虽然所有的销(和主要部分)大致为圆柱形的，每个连接板都是单独成型的，以用作特定的曲轴设计的平衡块。在另一种曲轴结构中，可以使用双宽度(普通的)销，其长度为标准销的轴向长度的两倍。两个销也可以彼此连接(而非由连接板分开)，具有分离的销轴线，如在已知的开口销中的结构。因此每个连接板的形状能背离所述实心圆柱体的形状。所述销和主要部分的圆柱形表面是连接杆轴承和主轴承的放置表面，并被称作销和主要部分的轴承表面。所有的主要部分有一共同的旋转轴线，此轴线被称为主轴线。每个销的轴线或销轴线径向从所述主轴线偏离。通过相邻的主要部分、销和连接板钻出有螺纹的通道，以提供一条从主轴承表面向销轴承表面的润滑液体路径。所述通道终止于主要部分和销的轴承表面上的有螺纹的开口内。此外一个或多个曲轴终端部件，例如油封，飞轮连接件和曲轴凸出部分一般连接到曲轴的一端。所述由每个销和主要部分以及相邻的连接板之间的圆周边界所限定的过渡区域一般称作连接边。通过热处理销和主要部分的支撑表面被硬化并被调质，以实现较高的耐磨和抗咬合性表面。所述连接边通过热处理或机械辊扎硬化被硬化并被调质，从而改进曲轴性能，因为连接边由于在使用曲轴过程中的弯曲力矩而受到较高的应力。根据特定的曲轴设计选则仅仅对销和主要部分的轴承表面进行热处理，或对和与这些表面相连的连接边一起的那些表面进行热处理。
通过使一个大致为U形的感应器靠近销或主要部分轴承表面，曲轴绕其主轴线进行旋转，能对每个销或主要部分进行热处理。由于所述销轴线是径向偏离所述主轴线，所述销将绕所述主轴线运行。因此所述U形的感应器必须与所述销的轨道运动一起运动，以360度热处理销。U.S专利No.3188,440和5,680,693公开了一种进行上述类型的热处理的感应器和热处理工艺。这种方法的主要优点在于，在热处理过程中，要求感应器在一个垂直于销轴线方向的平面内移动。因此需要复杂且较重的用于感应器组件、感应器运动控制和电源的部件，以使销的旋转与感应器相协调。由于热处理过程销和感应器的双重运动，维持销和感应器之间的最佳空间位置关系是很困难的。在销被热处理时，延伸过U形感应器表面的碳化物导向件位于销上。所述碳化物在热处理过程中磨损并导致从感应器线圈的表面和销或主要部分之间的最佳气隙的偏离。从最佳气隙的偏离导致不均匀的热处理。实质上，碳化物导向件的磨损导致过早的线圈失效。由于U形感应器组件必须在热处理过程中移动，因此优选感应器组件是轻质的并且是较小的。然而，这些设计强制要求工艺和线圈组件的强度和稳健性之间的折中。连接板形状的圆周变化和销和主要部分内的孔的存在，要求一种复杂的控制系统，其在热处理周期内施加不同的感应电源值。此外，曲轴(以及相连的孔和连接板)在热处理过程中的旋转使得这些技术特征周围的感应电源值的控制几乎就是不可能的。
因此需要一种相对简单的热处理曲轴和其它金属工件的方法，所述金属工件包括多个大致为圆柱形的部件，和紧密的孔，所述部件轴线与工件轴线相平行且相偏离，以实现这种工件的改进的硬化和调质。
在本发明中，在热处理过程中，所述曲轴和感应器在硬化和调质过程中，在一个或多个热处理站内是固定的。所述曲轴在两个站之间以一工件运送系统进行传输，并定位在每个站内，以对预选的多个工件部件进行加热。所述装置和过程能明显地减少热处理工艺的复杂程度，并能以紧凑的且一体的部件来实施，同时保持了热处理过程中旋转曲轴而实现的生产率。所述曲轴能更准确地硬化和调质，具有改进的机械性能。
发明概述
一方面，本发明涉及一种感应热处理站，用于热处理诸如曲轴的金属工件，所述工件有一个或多个大致为圆柱形的工件部件，所述工件部件轴线偏离且平行于工件的主轴线，和两个或多个大致为圆柱形的工件部件，所述工件部件与所述工件的主轴线轴向对准。每个轴向对准和轴向偏离的工件部件连接到一个相邻的无需热处理的、不规则形状的部件上。所述系统安装在一个统一的基础结构上，并且具有至少一个交流高频电源。所述系统有至少一个用于感应热处理预选的工件部件的站。每个站包括一第一和第二托板组件。所述第一托板组件具有至少一个第一磁通集中器部分和至少一个第一感应器部分。所述第一感应器部分具有一个内部通孔，在所述内部通孔的两侧形成第一和第二感应器线圈部分。所述第一和第二感应器线圈部分具有第一部分元件开口。所述第一感应器部分还具有一个装置，用于将其连接到电源上，和用于将第一磁通集中器部分部分围绕所述部分的磁通集中器区域放置的装置。可以在电源和用于第一感应器部分的电源连接装置之间设置一单独的负荷匹配变压器。所述第二托板组件具有至少一个第二磁通集中器部分和至少一个第二感应器部分。所述第二感应器部分具有一个内部通孔，其在内部通孔的两侧形成第三和第四感应器线圈部分。所述第三和第四线圈部分中的一个或两个具有一第二部分部件开口。所述第二感应器部分还具有用于部分围绕所述部分的磁通集中器区域放置第二磁通集中器部分的装置。在第一或第二感应器部分的端面上放置绝缘材料。设置一工件运送系统将金属材料从每个热处理站运送出来或运送至热处理站。设置用于选则性地从第一托板组件移开或移近第二托板组件的装置。当所述第二托板组件相邻于所述第一托板组件时，所述第一和第二感应器部分的端面彼此相邻，这样相应的第一和第二部分部件开口形成一个大致封闭的感应器，有一预选的工件部件位于所述大致封闭的感应器内。当第二托板组件相邻于所述第一托板组件时，所述第一和第二磁通集中器部分的端面也彼此相邻。所述位于大致封闭的感应器内的预选的工件部件被封闭的感应器响应从电源的高频交流电流的励磁而产生的磁场被热处理。所述大致封闭的感应器能具有一个大致为圆形的形状或卵形形状，这种形状与感应器的形状一起以下面的方式来限定磁场的形状，即适应待在封闭的感应器内热处理的预选的工件部件中的间隙，例如孔。对于第一和第二磁通集中器部分而言，可以采用各种形状。每个站包括一个工件定位系统，当工件位于热处理站内时，能适当地定位所述工件。如果对预选的工件部件需要淬火，那么所述热处理系统能包括一淬火系统。所述第一和第二感应器部分能由实心铜块制成。如果使用实心铜块并且需要淬火剂，那么可以在铜块内设置内部通道，以向预选的工件部件供应淬火剂。在相邻于第一或第二部分部件开口的区域内在第一或第二感应器线圈部分的一侧或多侧可以使用层叠的侧防护板。每对第一和第二部分工件开口能形成为一弓形线圈表面，其具有一限定一对线圈边缘的孔。所述线圈边缘可以成型为相对于预选的工件部件，例如孔的特征或与预选的工件部件相邻的工件部件的特征控制所产生的磁场的分布。
在另一方面，本发明是一种热处理金属工件的预选的部件的方法，所述金属部件具有至少两个第一大致为圆柱形的部件，所述第一大致为圆柱形的部件与工件的主轴同轴设置，和一个或多个第二大致为圆柱形的、放置在所述第一大致为圆柱形的部件之间的部件。第二大致为圆柱形的部件中的每一个都具有一独立的与所述主轴相平行且相偏离的轴线。每个第一和第二大致为圆柱形的部件连接到相邻的无需热处理的不规则形状的部件上。所述金属工件被配合并被运送至感应热处理站。所述工件旋转以有角度地定向所述预选的第二大致为圆柱形的部件中的每一个，使其位于感应热处理站的固定的部分感应器开口内。所述工件被运送并轴向定向每一预选的第一和第二大致为圆柱形的部件，使其位于感应热处理站内的固定的部分感应器开口内。所述工件位于感应热处理站内，并且一个非固定的部分感应器接近所述每一固定的部分感应器开口，以形成在预选的第一和第二大致为圆柱形的部件周围的大致封闭的感应器。高频交流电流通入每个固定部分感应器。所述高频交流电流感应偶合至每个非固定的部分感应器。所述预选的第一和第二大致为圆柱形的部件通过在预选的部件上施加由高频交流电流产生的磁场而被感应热处理。所述非固定的部分感应器远离所述固定的部分感应器放置，这样所述金属工件从所述感应热处理站运送走。
在本发明的又一方面，本发明是一种感应热处理金属工件的至少一个大致为圆柱形的部件的感应器，其中所述大致为圆柱形的部件在至少一侧连接到一个不规则形状的部件上，以在不规则形状的部件和大致为圆柱形的部件之间形成过渡部分。所述感应器由第一和第二感应器部分形成，并且第二感应器部分磁性偶合到第一感应器部分上。所述第一感应器部分连接到一交流高频电源上。在第一感应器部分的一部分和第二感应器部分的一部分中形成一大致封闭的开口，以放置大致为圆柱形的部件，通过施加由感应器相应于高频交流电源的高频交流电流的励磁产生的磁场而对部件进行热处理，所述感应器由第一感应器部分和第二感应器部分形成。所述第一感应器部分由实心导电材料制成。第一感应器部分具有第一端面和一通孔，形成设置在通孔的两侧的第一和第二线圈部分。一在所述第一或第二线圈部分中的第一部分开口具有由一个孔分开的弓形线圈表面，以形成一对线圈边缘。所述第一对线圈边缘形成与相邻的第一端面的接触区域。所述第一对线圈边缘成型成能选择性地补偿不规则形状的部件的不规则质量，大致为圆柱形部件的表面上的开口，或选择性地加热所述过渡区域。
第二感应器部分由实心导电材料制成。第二感应器部分具有大致相邻于所述第一端面并与第一端面电绝缘的第二端面。在第二感应器部分内的通孔形成设置在通孔两侧的第三和第二线圈部分。在第三或第四线圈部分上的第二部分开口具有由一个孔分开的弓形线圈表面，以形成第二对线圈边缘。所述第二对线圈边缘形成与相邻的第二端面的接触区域。所述第二对线圈边缘成型为能选择性地补偿不规则部件的不规则质量，大致为圆柱形的部件的表面上的开口，或选则性地加热所述过渡区域。
从下面参照附图的描述和所附的权利要求书可以更明显地看出本发明的这些以及其它特征。
附图简述
为了说明本发明，附图中示出本发明的优选实施例；可以理解，本发明并不局限于图中所示出的具体的方案。其中：
图1(a)是本发明的感应热处理系统的一个实施例的俯视图；
图1(b)是图1(a)所示的感应热处理系统由A-A线所表明的部分前视图；
图1(c)是图1(a)所示的感应热处理系统由B-B线所表明的侧试图；
图2(a)是本发明的第一或底部感应器部分的立体图，所述感应器部分用于对一个或两个工件部件进行热处理，所述工件部件的轴线与一工件轴线相平行且相分离；
图2(b)是本发明的第二或顶部感应器部分的立体图，所述感应器部分用于对一个或两个工件部件进行热处理，所述工件部件的轴线与一工件轴线相平行且相分离；
图2(c)是用于热处理站的部分托盘组件的立体图，其示出了一对用于热处理工件部件的顶部和底部感应器部分，所述工件部件的轴线与一工件轴线相平行且相分离；还示出了其示出了一对用于热处理工件部件的顶部和底部感应器部分，所述工件部件的轴线与所述工件的轴线相重合，所述顶部感应器部分都处于关闭的位置；
图2(d)是用于感应器部分的普通的间隔件；
图3(a)是用于与本发明的热处理站一起使用的磁通量集中器的一个实施例的立体图；
图3(b)是用于与本发明的热处理站一起使用的磁通量集中器的一个实施例的侧试图；
图3(c)是用于与本发明的热处理站一起使用的磁通量集中器的另一个实施例的侧试图；
图3(d)是用于与本发明的热处理站一起使用的磁通量集中器的又一个实施例的侧试图；
图4(a)是用于一对底部和顶部感应器部分的线圈部分第一和第二部分工件开口的局部剖视侧试图；
图4(b)是沿图4(a)的A-A线看去的一弓形线圈表面和接触区域的部分剖视图；
图4(c)是沿图4(a)的A-A线看去的一弓形线圈表面和接触区域的部分剖视图，其示出了用于热处理有孔的工件部件的线圈压型；
图4(d)是沿图4(a)的A-A线看去的一弓形线圈表面和接触区域的部分剖视图，其示出了用于热处理有孔的工件部件的线圈压型，所述孔是轴向倾斜的；
图4(e)是沿图4(a)的A-A线看去的一弓形线圈表面和接触区域的部分剖视图，其示出了内侧和外侧防护板的使用，用于补偿工件部件的空隙或改变工件部件的质量，所述工件部件与待加热的工件部件相邻；
图4(f)是沿图4(a)的A-A线看去的一弓形线圈表面和接触区域的部分剖视图，其示出了内侧和外侧防护板的使用，用于补偿待加热的工件部件的孔或其它空隙；
图5(a)是与本发明的线圈部分一起使用的侧防护板的侧试图；
图5(b)是与本发明的线圈部分一起使用的侧防护板的放大比例的侧试图；
图5(c)是与本发明的线圈部分一起使用的外侧防护板的侧试图；其用于热处理有孔的工件部件；
图5(d)是与本发明的线圈部分一起使用的内侧防护板的侧试图；其用于热处理有孔的工件部件；
图6(a)是位于所述线圈部分的第一和第二部分工件开口内的工件部件的部分横截面图，所述线圈部分用于成对的顶部和底部感应器部分；
图6(b)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，如沿图6(a)中的线A-A所示，其仅仅用于热处理工件部件的表面；
图6(c)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，如沿图6(a)中的线B-B所示，其仅仅用于热处理工件部件的表面；
图6(d)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，所述感应器线圈成型为热处理有由于小的相连部件导致的孔或间隙的工件部件，或如沿图6(a)中的线C-C所示，其仅仅用于热处理工件部件的表面；
图7(a)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，如沿图6(a)中的线A-A所示，其用于热处理工件部件的表面和过渡部分；
图7(b)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，如沿图6(a)中的线B-B所示，其用于热处理工件部件的表面和过渡部分；
图7(c)是位于所述部分工件开口内的工件部件和与其相邻的部件和带有侧护板的感应器的局部剖视图，所述感应器线圈成型为热处理有由于小的相连部件导致的孔或间隙的工件部件，如沿图6(a)中的线C-C所示，其用于热处理工件部件的表面和过渡部分；
图8(a)是用于一对底部和顶部感应器部分的、位于线圈部分的第一和第二部分工件开口中的工件部件的局部剖视图，其中第一和第二部分工件开口形成一卵形形状；
图8(b)是位于一对部分工件开口内的工件部件、连接元件和感应器线圈的局部截面图，所述感应器线圈带有侧防护板，所述侧防护板放置成嵌入图8(a)中的截面线A-A所表示的弓形线圈表面的边缘；
图8(c)是位于一对部分工件开口内的工件部件、连接元件和感应器线圈的局部截面图，所述感应器线圈带有侧防护板，其位置低于弓形线圈表面的边缘，所述弓形线圈表面成型为能容纳工件部件中的孔，如图8(a)中的截面线A-A所示的；
图8(d)是位于一对部分工件开口内的工件部件、连接元件和感应器线圈的局部截面图，所述感应器线圈成型为能容纳小连接部件所导致的孔或间隙，如图8(a)中的截面线A-A所示的；
图9(a)是热处理站的托板组件在打开的位置的立体图，没有工件放置在所述底板组件中；
图9(b)是热处理站的托板组件的立体图，一典型的工件放置在所述底板组件中；
图10(a)是用于本发明的热处理系统的顶板组件的立体图，其示出了提起和下降顶板组件的一个实施例；
图10(b)是示出使用平衡重块和淬火剂流体通道的、用于顶板组件的背板的立体图；
图11是用于在本发明的热处理系统的站中的顶板和底板组件的安装元件的一个立体图；
图12(a)是一个可选则的工件站定位系统结合用于本发明的热处理系统的工件传输系统的起重机的立体图；
图12(b)是位于热处理站内的可选则的工件站内定位系统的立体图；
图13是用于移出和安装底板和顶板组件的装置的立体图；
图14是包括六销曲轴的工件的侧试图，其示出了在销之间的有角度的空间关系；
图15(a)是图14的六销曲轴的立体图，其适当地定位在本发明的第一热处理站中；
图15(b)是适当地放置在本发明的第二热处理站中的图14所示的六销曲轴的立体图；
图15(c)是适当地放置在本发明的第三热处理站中的图14所示的六销曲轴的立体图；
图16(a)是本发明的第一或底部感应器部分的立体图，其用于热处理一个端部工件部件，其中所述工件的端部不具有一个伸出的无需热处理的端部元件；
图16(b)是本发明的第二或顶部感应器部分的立体图，其用于热处理一个端部工件部件，
图16(c)是本发明的第一或底部感应器部分的立体图，其用于热处理一个端部工件部件，其中所述工件的端部具有一个伸出的无需热处理的端部元件。
发明详述
参见附图，相同的标号表示相同的部件，在附图1(a)至图1(c)中示出了根据本发明的感应加热系统10的一个实施例，所述感应加热系统用于热处理金属工件，所述金属工件有一个或多个部件，这些部件的轴线与公共的工件轴线相平行并与其分离。
所述感应热处理系统10包括一个基础结构(在附图中未示出)，所述热处理系统组件安装在所述基础结构上。在一优选的实施例中，相互连接的柱，板和其它结构元件用于形成用于感应热处理系统的组合的基础结构。提供组合的基础结构的优点在于，感应热处理系统10能以普通的方式进行运送或传送。在热处理系统的另一个实施例中，对系统的各个部件提供了分立的基础结构。
一个或多个感应器电源20装在电气壳体25中。所述电源是本领域所熟知的交流高频电源并且能由现场的电源充电。一般电源的额定功率在100～500KW之间，工作频率是在3kHZ～60kHZ之间。每个电源的单向、双导线输出端被连接到负荷匹配变压器22的初级绕组接线端上。电导线29a和29b，例如母线，从每个变压器的次级绕组的接线端向与其相连的底部感应器部分提供电源，所述底部感应器部分如为在图2(c)中的底部感应器部分107和107a，下面将详细描述。虽然，示出了每个底部感应器部分都有一专用的电源，但在另一实施例中，可以使用一单一的电源或多个电源的组合体与一个或多个交换(机械的或电子的)输出总线一起从一单一的电源向一个以上的底部感应器部分提供电源。或者设置一个变压器和母线组件来在站之间进行传输电源。或者在电源20内可以包括负荷匹配变压器22。
所述热处理系统10可以设有一淬火系统以提供快速冷却的装置，以硬化预选的热处理过的工件部件。包括水，有机聚合物和腐蚀抑制剂的混合物的淬火剂可以通过一流体分配系统进行循环和调节。所述淬火剂如下面所进一步描述的通过管道或其它通道泵出，喷洒并迅速冷却预选的加热的工件部件，所述工件位于热处理站的托板组件上。借助于重力流出的淬火剂流进入位于热处理站下方的淬火剂污染物存储塔50内。虽然在附图中未示出，所述淬火系统一般包括一电驱动泵，所述电驱动泵用于从存储塔50通过过滤器，热交换器和流量控制阀将用过的淬火剂泵出，以在淬火过程中释放淬火剂。
所述感应加热系统10包括一工件运送系统，这种工件运送系统在一个实施例中示为在一龙门架(附图中未示出)上移动的X-Z轴电驱动式起重机40。所述龙门架能支撑在电气壳体的25的壁12上，并且向外朝向热处理站伸出悬臂。相对于附图所示出的热处理系统，X轴移动指的是工件的水平移动，Z轴移动指的是工件的竖直移动，如图1(a)和图1(b)的箭头所示的。虽然下面会详细描述热处理系统10的细节，但整个过程是相对于工件运送系统的操作来描述的。在一般的操作中，所述起重机40在一装载站(附图中未示出)配合一待热处理的工件，所述装载站一般相邻于所述第一热处理站31。所述起重机将工件运送至站31上方的预定的位置。所述起重机40将工件降低到站31的位置，并与工件定位系统(下面将描述)相互作用，以适当地在站31中定位所述工件。所述起重机40与定位后的工件脱离配合，并上升以离开热处理站的托板组件500。所述顶板组件500朝向热处理托板组件中的底板组件400转动到一封闭位置。为清楚起见，在图1(a)至图1(c)中，未示出完整的顶板和底板组件。然而为了以所述组件为参照，示出形成顶板组件一部分的背板505和形成底板组件一部分的基板405。在所述封闭的位置，在一个或多个待在站31中热处理的预选工件周围形成一大致封闭的感应器。在每个站中热处理的部件的预选是基于热处理站的特定的设置和结构来进行的，以对站中的所有要求热处理的工件部件进行热处理。通过电导线29a和29b，例如母线从适当的电源负荷匹配变压器22向每个底部感应器部分通电。在热处理和淬火(如果需要)之后，所述顶板组件500从所述底板组件400旋离开到达一打开位置，在此位置允许起重机40下降并配合位于站31中的工件。在配合工件之后，所述起重机40提起工件并将其运送至站32，以类似于站31的方式对预选部件进行热处理。这种在热处理站之间的移动和在每个站对预选的工件部件进行热处理的过程一直进行直至工件到达最后一个热处理站，在图1(c)的实施例中，最后一个热处理站是站33。在站33中进行热处理之后，所述起重机40提升工件并将工件运送至一卸载站(附图中未示出)，在该卸载站，所述起重机40放下热处理过的工件。本领域技术人员可以理解，所述起重机和龙门架在不脱离本发明的前提下，可以其它方式构成。例如，可以提供多个起重机40，这样同时可以有多个工件被放置在多个站中。所述X-Z轴工件传输系统对于图1(a)所示的热处理系统的组件的布局是最为理想的。本领域技术人员可以理解，工件运送系统的变形，包括独立式起重机系统能用于部件的其它布局形式中。
在本发明的一个实施例中，热处理系统10的控制部件一般集中在控制部分27中。在一种普通的安装中，所述控制部件包括一个或多个计算机处理装置，例如可编程的逻辑控制器，其与用于感应热处理系统10的部件的输入和输出装置接口。在一个实施例中，所述控制系统包括控制以下部分的控制装置：电源，淬火系统，工件运送系统，和工件定位系统。控制板28提供控制部件和操作员之间的输入/输出接口部件。
每个热处理站31，32或33包括一热处理托板组件，其由底和顶板组件组成。每个底板组件400包括一个或多个第一(底部)感应器部分，如图9(a)中的底部感应器部分107，107a。底部感应器部分107是底部感应器部分的代表，所述底部感应器部分能热处理至多两个工件部件，这两个工件部件的轴线与公共的工件轴线相平行并与其分离。底部感应器部分107a是底部感应器部分的代表，其能热处理至多两个工件部件，所述工件部件的轴线与公共的工件轴线相平行且相重合。每个顶板组件500包括一个或多个第二(顶部)感应器部分，如图9(a)中的顶部感应器部分109，109a。所述顶部感应器部分109是顶部感应器部分的代表，所述顶部感应器部分能热处理至多两个工件部件，这两个工件部件的轴线与公共的工件轴线相平行并与其分离。顶部感应器部分109a是顶部感应器部分的代表，其能热处理最多两个工件部件，这些部件的轴线平行于工件的轴线且与其重合。如图2(c)所示，绝缘材料410将底部感应器部分和顶部感应器部分的相对的端面隔开。虽然空气不是优选的绝缘材料，但在本发明的另一个实施例中，气隙能起到绝缘的作用。绝缘材料410能用在顶部感应器部分或底部感应器部分的端面上。虽然使用顶部和底部方向来参照说明热处理站的部件，但所述术语不用于构成对第一和第二感应器部件的功能性方向的限制。如下面进一步描述的，当用于图9(a)所示的热处理站(示出为打开的位置)的托板组件100移到关闭的位置时，所述顶部感应器部分109和109a分别配合底部感应器部分107和107a，以形成工件的预选部件周围的大致封闭的感应器。在图2(c)中示出感应器部分107和109，和107a和109a的顶部和底部感应器对的关闭位置。
在附图中示出的顶部和底部感应器组件表示热处理站选定的结构，其能加热最多两个工件部件，所述部件的轴线与工件的轴线相平行且与其分离，或加热最多两个工件部件，所述部件的轴线与工件的轴线相同。在另一种结构中，大致封闭的顶部和底部感应器部分能热处理由工件部件以任何组合形式而成的工件，所述工件部件包括轴线与中心的工件轴线平行并且相分离的工件部件和轴线与工件轴线相同的工件部件，并且所述工件部件包括任何类型的单个或奇数个工件部件。所述工件热处理站的数量和站的结构取决于工件的特定的结构。虽然附图中所示的顶部和底部感应器部分使用单一的线圈，本领域技术人员可以理解在不脱离本发明的范围内，也可以使用两个或多个线圈来硬化相当大的工件部件。
由实心铜块可以制成底部或顶部感应器部分。在每个感应器部分内有一个内部通孔。图2(a)图2(b)示出分别在底部和顶部感应器部分107，和109中的内部通孔117a和117b。每个通孔形成第一和第二线圈部分，其基本上围绕一通孔。所述通孔也用于在感应器部分周围放置一个磁通集中器部分，如下面将详细描述的。所述第一和第二线圈部分用作电流通过一底部感应器部分的路径。在一个顶部感应器部分中，所述第一和第二线圈部分形成一大致为圆形的感应电流路径。当底部感应器部分中的电流大致是由图2(a)中的箭头所表示的方向时，顶部感应器部分中的感应电流一般是在相反的反向上，如图2(b)中的箭头所表示的。根据在特定的热处理站加热的工件部件，所述通孔能用作在一对顶部和底部感应器部分中的无需热处理的工件部件的放置位置，所述无需热处理的工件部件与一个或多个需要热处理的工件部件相连。一般在底部和顶部感应器部分内的通孔的宽度稍微大于无需热处理的工件部件的宽度。在本发明的优选实施例中，所述第一和第二线圈的每一个都有一部分开口，如在图2(a)和图2(b)中分别示出的开口121a和121b。在所述底部感应器部分上的部分开口设置成为顶部感应器部分中的相应的部分开口的镜像。例如对在图2(a)中示出的底部感应器部分107而言，所述底部感应器部分中工件部分开口121设置为图2(b)中所示的顶部感应器部分中的工件开口121b的镜像。当一顶板组件是位于所述封闭位置时，顶板组件中的一个或多个顶部感应器部分的端面相邻于底板组件中的一个或多个底部感应器部分放置(但与其电绝缘)。在相应的顶部和底部感应器部分提供所述一个或多个磁通集中器偶合区域，如在图2(a)和图2(b)中分别示出的磁通集中器偶合区域119a，119b。每个底部感应器部分具有连接至如图2(c)所示的电源的结构，其中两个电导线29a和29b在电源接头区域122连接到底部感应器部分107上。一绝缘材料411使两个电导线彼此电绝缘。如前所述的，所述电导线29a和29b将每个底部感应器部分通过一个负荷匹配变压器22连接至电源20上。在另一种结构中，通过将变压器的功能包含到电源中，而取消所述负荷匹配变压器。
如图2(c)和图3(a)所示出的，磁通集中器部分103a和103b形成一磁通集中器，当所述顶板组件在封闭位置上，并且有电源加到一个或多个底部感应器部分上时，所述磁通集中器将通电的底部感应器部分上的磁通偶合至顶部感应器部分上。每个磁通集中器通过定位器105固定在与其相连的感应器部分的周围。每个集中器包括一种高导磁材料，例如多个层叠的钢片。当顶板组件在封闭位置时，集中器103a的表面104a和106a分别与集中器103b的相对的表面104b和106b相靠近或相接触。理想的情况下，磁通集中器相对的表面应当彼此接触以在顶板组件处于封闭的位置时，最大化磁通偶合。然而，在优选的实施例中，保留一最小的气隙构成机械公差，当所述顶板组件500移到所述封闭位置时，会防止相对的表面彼此撞击。
虽然在图2(c)中示出了在一对底部和顶部感应器部分周围的一对U型磁通集中器，也可以在多个相应的底部和顶部感应器部分的磁通集中器区域周围放置多对磁通集中器，以增强磁通偶合。在图3(b)至3(d)中示出了磁通集中器对的其它形式。图3(b)中示出的结构在与顶部感应器部分相连的集中器部分103b′的重量被最小化的情况下是特别有用的，这有助于最小化可移动的顶板组件的重量。
在线圈部件中的部分开口一般是半圆形的，下面将描述可选则的其它形式。当顶部感应器部分，适当地在底部感应器部分上对准时(具有绝缘分离)，相应的部分开口形成一个完全的感应器线圈开口，其大致围绕预选工件部件，当所述工件部件适当地定位在一个站中，并且有电源通到底部感应器线圈上时，所述工件部件被热处理。当顶部和底部感应器部分用于热处理大致为圆柱形的工件部件时，所述工件部件不是与所述工件的主轴中心对准的，所述部分开口的轴线与工件的主轴线相分离，如图2(a)和图2(b)示意性地示出。当大致为圆柱形的工件部件的轴线与工件的中心轴线相同时，所述部分开口与所述工件的主轴同轴。所述部分开口和通孔的宽度和直径取决于特定工件的工件部件的宽度和直径。此外，部分开口的直径可以选则成满足多种要求，包括在其表面和位于所述开口中的工件部件之间的适当的气隙；气隙中的充足的淬火剂流量；和工件部件在热处理过程中的热膨胀要求。每个部分开口形成一个大致为弓形的线圈表面。特别是当进行淬火时，感应器部分的大致弓形的线圈表面被一个淬火孔分开。在此实施例中，所述淬火孔将大致为弓形的线圈表面分为内和外线圈“边缘”(lip)，如图2(a)所示的底部感应器部分107，其中有淬火孔131，外和内线圈边缘123a和123b。在另一个实施例中，所述孔131无需是一个单独的开口。例如可以使用多个在孔131所在的区域内的单独的孔。由线圈边缘形成的接触面和与其相连的线圈端面限定了一鱼尾形接触区域，如在图2(a)所示出的由线圈边缘123a和123b在它们的线圈端面115a形成的线圈接触区域127。所述线圈边缘对的区域最深地穿透进入顶部或底部感应器组件(换句话说，从所述界面区域偏离大致90度)，被称作是基本区域，并分别由用于底部感应器部分107的一个开口的元件129来表示。线圈边缘一般有一在接触区域127内的轴向宽度(即，在位于线圈边缘的弓形表面形成的部分开口内的工件组件的轴向上的线圈边缘的宽度)，其大于在基本区域129附近的轴向宽度。这可以通过斜移所述边缘的壁来实现，所述壁可以倾斜，如图2(a)所示以实现变窄的效果。
在另一个实施例中，所述成对的相连的顶部和底部感应器部分107b和109中的部分开口形成一个大致为卵形的开口，如图8(a)所示。以此结构，所述最小的径向气隙将位于接触区域127内，而最大的气隙将位于这样一个区域内，所述区域没有工件部件中的相邻的块，所述工件部件与被进行热处理的工件部件相连，所述最大的气隙和/或位于热处理的工件部件的孔的区域内，如图8(a)中的气隙区域128。对于这样的结构，用于底部感应器部分107b的基本区域129b将有一个小于最大的气隙但是大于最小的气隙的气隙。这种结构特别适合于补偿无需热处理的工件的非对称的形状，所述无需热处理的工件部件位于相邻于所述热处理的工件部件的通孔内，或当被热处理的工件部件有开口时，用于补偿例如孔或其它在所述热处理的工件部件内的空隙。
在另一个实施例中，所述底部通电的(或主动的)部分感应器能包括一个单一的线圈，如图2(a)所示，而所述顶部(或被动的)部分感应器包括一个双圈线圈。一双圈线圈类似于图2(b)所示出的两个单一的线圈，其中一个单一的线圈放置在另一个单一的线圈的内部(或在其通孔内)。可以使用一对磁通集中器来将主动部分感应器的磁偶合到两个单一的线圈上，所述两个单一的线圈构成被动部分感应器。在此结构中，所述两个单一的线圈彼此电绝缘并且与主动的部分感应器也电绝缘。在两个被动的部分感应器的邻接线圈部分中形成的一对被动部分工件开口与主动部分感应器内的单一部分的工件开口相反组合。每个被动部分工件开口中的每一个都能成型成具有一对线圈边缘，线圈边缘可以以上文所述的方式成型或以其它方式成型，这样被动部分工件开口的组合对形成一单一的线圈边缘对。在此第二结构中，由电绝缘的相邻的线圈部分之间的分离形成由孔分开的线圈边缘。
一个淬火孔131被连接至一个或多个通过顶部和底部感应器部分的淬火剂通道上。所述淬火剂通道在一个或多个淬火剂入口135处离开，所述淬火剂入口135设置在底部和顶部感应器部分中。在另一个实施例中，淬火剂通道和路径可以通过感应器部分外部的管道。
在一个感应器部分的弓形线圈区域周围的感应器部分的一侧或两侧选择性地设置一个或多个带槽的侧防护板，如图5(a)至5(d)，图6(b)和6(c)；图7(b)和7(c)所示。图2(c)示出了外侧防护板137应用到顶部感应器部分109a上。一侧防护板即用作磁通集中器(用于热处理的工件部件)又可用作一磁场防护板(用于与热处理的部件相邻的工件部件)。一侧防护板由适当的高磁通材料，例如磁钢制成。所述侧防护板影响由电流在与其相连的感应器内所产生的磁场的形状，这将影响被热处理的工件部件中的选定的区域的硬化。此外一侧防护板还能保护在感应器组件(位于通孔117a和117b，或相邻于一个感应器部分在外部)中未被热处理的工件部件，防止其受到不需要的杂散加热。图5(a)和5(b)还示出了侧防护板的优选实施例。在槽136和相邻的侧防护板的齿139之间的节距比率能被控制，以影响侧防护板所提供的防护程度。如果槽宽(w1)和相邻的齿宽(w2)的比率大于5，那么侧防护板作为磁通集中器和磁场防护板的有效性会减小。因此，在大于5的比率范围内，能提供最小的集中和防护。相反如果节距比率变小，磁通集中性能和防护性能将会增加。图5(c)和5(d)示出了普通的外和内层叠的侧防护板，137a和137b，其将改进在相邻于大槽138a和138b的区域内有开口或空隙区域的工件部件的热处理。它们相对于线圈部分的位置分别在图4(e)和图4(f)中示出。相邻于所述开口设置的大(细长的)槽减少在所述开口周围的热量，并减少在开口和孔洞区域由于过热和热应力产生裂缝的可能性。一般所述细长的槽的宽度被限制成小于相邻的开口的直径的三倍。此外，所述防护板可以单个地成型，以适应待被热处理的特定的工件部件周围所需的磁场形状。防护板的厚度对性能是至关重要的。在实际应用中，所述每个侧防护板的厚度一般不大于3mm。否则在工件的热处理期间，所述侧防护板将被加热，这是不希望出现的现象。在一些应用中，侧防护板的背离感应器部分的表面可以与一相邻的工件部件相接触，形成电流短路。在诸如此类的情况下，所述侧防护板与感应器以一绝缘材料电绝缘，或埋入在感应器部分的连接表面内。
为实现对特定的位于感应热处理系统10中的工件部件的最佳热处理，通过改变在工件部件的轴向上的感应器部分区域的宽度以适应各种工件硬化要求，所述各个线圈部分(或线圈边缘)能成型。“成型”能纠正在感应热处理中由于相应的底部和顶部感应器部分之间的绝缘分离、与热处理工件部件相邻的无需热处理的工件部件的变动的不规则形状和热处理工件部件中的不规则性，例如开口，油孔或其它空隙而造成的不规则，所述不规则能影响工件中的磁场和电流分布。在最普通的术语中，“成型”包含了在感应器部分(或线圈边缘)中的特征，其改变大致光滑的半圆形弓形线圈表面的部分开口。图4(b)示出了线圈部分的大致成型的方法。一般，所述相邻于接触区域127的圆周长度d2小于待在线圈中热处理的工件部件的轴向宽度的2倍，并且线圈部分的轴向过渡宽度d1选则成小于统一工件部件的轴向宽度的0.3倍。使线圈在接触区域127最宽能补偿底部和顶部感应器的端面之间的绝缘分离。如图4(c)所示，在靠近热处理的工件部件表面上的开口201的区域(凸出到线圈部分的弓形表面上)，相邻于开口的线圈部分的内外表面还成型为补偿工件部件的表面上的开口。一般成型的切口的宽度d3小于开口201的外部直径的3倍。在倾斜的或成角度的孔202的情况下(如虚线所示伸出到线圈部分的弓形表面上)，所述成型宽度d4在靠近倾斜的开口的一侧增加，如图4(d)所示。在一些情况下，底部和顶部感应器部分端面之间的绝缘分离能通过将端面区域内的变宽的线圈和较小的“线圈—工件”结合起来得到补偿，如图6(a)所示的。图4(e)，和图4(f)除了示出图4(b)和图4(c)的成型特征，还示出了在感应器部分的每一侧上的双或“夹层”侧防护板的应用。
如图6(a)和图7(c)所最好地示出的，弓形线圈区域的半径能根据特定的热处理工件的需求而进行改变。这种变化将改变工件部件的表面和弓形感应器表面之间的气隙的径向长度。一般在接触区域127内保留一小的气隙，以补偿顶部和底部感应器线圈部分之间产生的绝缘缝隙。
在一些应用中，优选限制对预选的工件部件的表面区域的热处理。在其他的应用中，对工件部件的表面区域和其过渡区域的热处理是优选的。
图6(b)至图6(d)示出了侧防护板和线圈成型的一般应用，以实现所需的工件表面硬化，而不会有过渡区域的硬化。参照图6(a)中的截面线A-A，图6(b)示出了内侧和外侧防护板的使用(称作夹层型防护板)，所述防护板的一个边缘与感应器部分的边缘124a和124bF，以硬化工件部件207的表面，不会硬化分别与工件部件206和208相连接的杂散区域207a和207b。图6(c)(参照图6(a)中的剖面线B-B)示出了一种变形，其中使用两个夹层结构的侧防护板137和137’，以在线圈部分提供较好的磁场控制。图4(e)和图4(f)也示出了夹层结构的侧防护板的应用。这能产生较好的硬化图案重复性。此外，其允许改进侧防护板的防护性能，并明显减少线圈部分对不规则形状的相邻工件部件206和208的敏感性。在另一个实施例中，使用两个以上的夹层结构的侧防护板，以进行更准确的磁场控制。图6(d)示出了当预选的待硬化的工件部件有孔202或其它开口，和/或相连的工件部件206和207有相邻空隙或缺少质量时，没有侧防护板的热处理的应用。如图6(a)所示，感应器部分109在径向在截面线C-C处凹入成型以在开口202的区域内修改线圈的磁场。当所述感应器部分径向异形时，如图6(a)中的截面线C-C所表示的，径向成型的切割部分的宽度a1小于相邻孔的内部直径的三倍。
或者在图7(a)至图7(c)示出另一个实施例，其中过渡区域207a和207b以及预选的工件部件207的表面被热处理。图6(d)，图7(c)和图8(b)至图8(d)示出径向线圈异形，其中在被热处理的工件部件207内有一个倾斜的油孔202。
一热处理站的底板组件包括一基板，一个或多个底部感应器部分被连接在其上。图9(a)示出了一相应的底板组件400，所述底板组件400具有一基板405。底部感应器部分107和107a连接到一基板405上。一般，如在图2(a)中所示出的间隔件415用于在底部感应器部分和基板之间提供电绝缘。所述间隔件也可用作用于底部感应器部件的高度调节器，以适应工件在底板组件内的相应的定位。间隔件能由适当的绝缘材料，例如NEMA级G-10环氧树酯/玻璃材料或尼龙/KEVLAR合成物材料，和其它适当类型的材料。如果要求使用淬火剂对站中的工件部件进行热处理，间隔件415和底板405上可以设有一个或多个通道，以方便向底部感应器部分中的通道供应冷却剂。此外，在间隔件415内部设置一个开口允许流出的淬火剂流入淬火剂污染物存储塔50中。轴支撑块430被连接到基板405上。
如果在热处理站进行淬火，释放的淬火剂通常足以冷却顶部和底部感应器部分。然而，如果淬火不是在站中进行，或者需要额外的对顶部和底部感应器部分进行的冷却，那么铜管被焊接到感应器部分上，以从感应器部分提供改进的热传递到通过铜管的冷却介质流。
根据应用特征和工件几何形状，能将一个或多个集中器包括进感应热处理线圈设计中。集中器应由导电材料制成，其包括，但不限于，铁，碳钢和不锈钢。集中器能被连接到线圈部分上。或者，通过使用一特殊的夹具，集中器能位于相邻于感应器部分的、通过连接非对称性工件部件产生的间隙内(或缺少此项)。一集中器补偿感应线圈部分的相邻区域内由于特异成型相邻的工件部件而导致的金属的质量的缺少。一集中器将在热处理过的工件部件的选定的区域重新分配磁场，例如用于补偿缺少相邻的质量块(即由于相邻的工件部件几何结构)的区域内的功率密度的过剩。类似于侧防护板，并且根据其应用以及工件的几何形状，集中器可以有一些“开放的”或有空隙的区域。例如在倾斜的孔的情况下，一位于倾斜的孔的“非块状”侧可以没有任何“开放”的区域。同时，位于“块状”侧的集中器可以具有“开放”的区域
一热处理站的顶板组件包括一背板，一个或多个感应器部分连接到所述背板上。图9(a)示出一代表性的顶板组件500，带有连接到背板505上的顶部感应器部分109和109a。所述顶部感应器部分放置在背板上，这样当顶板组件处在封闭位置时，每个顶部感应器部分上的面对的表面和部分工件开口与每个相应的底部感应器部分上的面对的表面和部分工件开口相对准。由于在图中所示出的实施例中，所述顶板组件在一打开的位置和一关闭的位置之间转动，因此一种刚性的且轻质的金属，例如铝，适合作为背板的材料。一般，和底板组件一样，在所述背板505和每个顶部感应器部分之间设置有一个间隔件415。枕块431连接到所述背板505上。所述顶板组件500可转动地通过轴432连接到底板组件400上，这样当所述工件定位系统移开所述底板组件或者从所述底板组件插入一个工件时，所述顶板组件能离开所述底板组件，到达一打开的位置。在一工件插入到底板组件之后，所述顶板组件500旋转至封闭位置，这样位于由成对的工件部分开口形成的大致圆柱形的开口内的工件部件能通过向底部感应器部分通电，并且淬火，如果需要而被热处理。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的范围内，也可以使用其它的方式，来选择性地使顶板组件移向或移开底板组件。例如，如果使用一横向的传输系统在两个站之间来运送工件，那么所述顶板组件可以直接被提高。在另一种结构中，所述底部(或第一)和顶板(或第二)组件能旋转90度，这样所述第二托板组件能简单地在打开和关闭的位置之间移动。这种特定的设置允许工件放置在不连接到第一托板组件上的部件上。
如图10(a)所示，铰接杆750延伸进入背板505上的槽中。如果顶板组件在关闭的位置，转动驱动件755将沿箭头表示的方向旋转杆750，和所述杆750插入的所述顶板组件，以抬起顶板组件和相连的部件到达打开的位置。当顶板组件在打开的位置时，转动驱动件755能沿箭头表示的方向的反向转动杆750和顶板组件，以降低所述顶板组件到达关闭的位置。旋转驱动件755固定到热处理站的结构基座上，并且所述旋转驱动件能是一个由压缩空气或液压铰接夹驱动的凸轮。所述转动加紧把手和转动线圈组件可以是同轴的。所述顶板组件能通过重物进行机械平衡和使用其它可选择的阻尼装置进行平衡。如图10(a)所示，所述阻尼功能能通过气压驱动的弹簧启动器765来提供，其在液压系统失灵的情况下驱动所述顶板组件500到打开的位置。启动器765的一端连接到顶板组件500上，而另一端连接到基板405上。
图10(b)所示出的背板505a包括平衡重物760。并且如图10(b)所示使用了内部通道767(以虚线示出)，来提供通向连接到背板的顶部感应器部分的淬火剂通道。在每个平衡重物760上提供一个淬火剂入口769，允许淬火剂进入所述内部通道。每个入口能通过一个旋转性的一体件和一个快速连接耦合被连接到淬火剂源上。
当旋转式驱动件755朝向所述关闭位置转动顶板组件时，顶板组件中的一个或多个定位脚720位于相应的底板组件上的定位点721上，以确保顶部感应器部分和底部感应器部分的适当对准。定位件721能设有一高度可调装置，允许顶部感应器的表面在底部感应器的面对的表面(两者用绝缘材料分开)上调节。通过在连接到顶板组件上的每个枕块431的一侧上设置两个中心可调的螺纹圈能实现顶部感应器部分相对底部感应器部分的横向调节。
在图11所示出的热处理站的实施例中，所述基板405连接到固定板705上。底板和相连的顶板组件的细节没有包括在图11中，但在本说明书的其它部分有公开。固定板705有线性轴承710，其允许底板405和与其相连的底板和顶板组件在导轨711上移动。所述导轨711固定到导轨板706上，所述导轨板706可移动地连接到热处理站的结构基础711上。如图13所示，线圈交换小车800提供了一种有效的除去和安装完全的托板组件的装置，所述完整的托板组件包括底板组件和顶板组件。所述小车包括导轨712，当小车相邻于热处理站放置时，所述导轨712与导轨711对准。一适当的顶起系统，如图13所示的液压手泵810和液压泵811能从热处理系统移动完全的托板组件。当除去完整的托板组件时，所述连接到顶板组件上的转动结构，即转动杆750能移出背板505。连接到液压泵811上的握持锁815锁定适当地连接到固定板705上的配合锁816或其它的底板或顶板组件的部件上。一旦完整的托板组件已经移除，从小车以相反的顺序，通过推动替换托板组件离开小车轨道712并推到热处理站的轨道711上，能安装替换的托板组件。这种设置提供了与其它实施例相比明显的改进，其中底板和顶板组件是牢固地安装到热处理站的基底上。在后一种情况下，如果一个部件，例如底部感应器部分需要替换，那么热处理系统必须被关闭，而底部感应器部分被移除和替换。利用本发明所公开的装置和的方法，底部和所连接的包含底部感应器部分的顶板组件能被移除，并用非-探测式托板组件立即替换，而探测式底部感应器部分从热处理系统被替换掉。此外，由于能相同数量的热处理站热处理的、不同形状的工件的热处理能通过改变完全的托板组件，而非替换所述完全的热处理系统进行，因此这种热处理系统是经济的。当托板组件被移动到位时，可以设置适当的调节装置，以相对于工件定位系统适当定位所述托板组件，这样降入底板组件的工件能适当地定位在底板组件上。在图11中代表性的调节装置示为一螺纹驱动的调节硬块820，其在Y轴方向上相对于结构基底707调节基板405的位置以及与基板相连的底板和顶板组件。此外在图11中提供了代表性的调节装置，用于对X-Y平面内的基板405提供转动调节。夹板822能相对于结构基底707转动并锁定到选定的位置。
每个热处理站，除了一个或多个用于热处理预选的工件部件的底部和顶部感应器部分之外，有一个工件定位系统。所述工件定位系统定位所述工件，这样所述预选的工件部件适当地定位在底部感应器线圈的部分工件开口内，并通过底部感应器部分中的开口。工件在顶板组件中的适当定位可以要求工件在每个站内的轴向的旋转或传输。所述工件定位系统可以包括与起重机40相连的部件和位于每个热处理站的部件，或上述两种部件的组合，以确保工件适当地定位在热处理站内。
在图12(a)中示出与工件传输系统相连的典型的工件定位系统。所述起重机40具有两个分别安装在独立移动.臂41和42上的心轴680和682，所述臂能在箭头表示的横向移动。控制盒685通过连接装置681控制两个臂的横向移动。主心轴682安装在马达683上。所述马达683连接到转动轴686上。转动驱动器687例如通过带有减速齿轮箱688和输出轴689的皮带和齿轮传输适当地连接到转动轴686上。主心轴680和682配合一工件，通过横向移动两个心轴680和682使工件移近移离或在热处理站之间移动，以牢固地固定工件的两端。同时，定位销684配合相应的工件端部上的定位孔。当起重机开始例如在装载站拾起一工件时，所述工件就会定位在一个位置，这样工件定位系统识别工件轴线最初的角度位置。在此方式下，所述系统在每个热处理站相对于最初的角度位置进行所有的旋转。
图12(b)示出一最佳的工件定位系统，其能位于每个热处理站内。如上所述，每个底板组件400包括一个基板405。放置块610a和610b连接到基板上，并且定位成放置选则的工件部件。虽然附图中示出的是V型块，其它适当的放置块，例如U形托架也可以使用。所述工件可以不完全放置在放置块中，以适当在热处理站中定位所述工件。因此能在每个站内设置X轴调节装置和转动调节装置。如图12(b)所示的，圆柱体650通过在大致平行于工件的中心轴线的方向上向位于块610b中的工件的端部施加一个力，而用作一X轴调节装置。结构665用作圆柱体650的安装和定位结构。圆柱体650可以通过人工或机械驱动(例如附图中未示出的电力或液压驱动)沿正向或反向移动(参照附图12(b)所示的箭头，移动是沿朝向块610a的正向进行的)，或者沿X方向推动工件，或者脱离与工件的接触。一销655安装在旋转盘660上以提供一种用于旋转位于放置装置中的工件的装置。销655的端部能相应地定位在圆柱体650的端部，这样当圆柱体650的端部接触所述工件，销655的端部将接触所述工件。盘660的旋转将使得工件通过与销655的接触也进行旋转。结构665用作用于旋转盘660的安装和定位结构，也能用于围绕用于盘的旋转驱动装置。所述旋转驱动，如用于圆柱体650，可以是人工操作或机械操作的。或者与上述调节装置有关，所述旋转调节装置也可以使用，例如与预选的偏离主轴的工件部件配合的高度块670a和670b，以确保偏离主轴的待热处理工件部件能在站的感应器内适当定位。
在本发明的一个实施例中，所述感应热处理系统10用于热处理如图14和图15(a)至图15(c)所示出的曲轴。曲轴的销1，2，3，4，5与曲轴的主要轴向部分的轴线相平行且与其相偏离，并被标记为原件211，212，213，214，215和216。主要轴向部分轴向与由标为元件221，222，223，224和密封件225的主要部分1，2，3和4构成的曲轴的轴线轴向一致。所述连接板用作平衡重块，并因此被认为是不规则的和非对称的形状。在曲轴的同一端上设置飞轮连接元件227。在曲轴的另一端，一个曲轴凸出部分226连接到主要部分1(226)上并一般用作一个凸轮轴驱动链轮、滑轮的和/或减震器安装。本领域技术人员可以理解所述曲轴终端部件，即，元件225，226和227能根据曲轴的特定的应用在不脱离本发明的范围内，在数量和使用上进行变化。此外销结构能进行变化，并与双宽度销和开口销结构进行组合。密封件225上的开口260能用于曲轴定位系统的基准定位孔。
图15(a)示出了曲轴通过工件定位系统被放置在第一热处理站31中后，曲轴210的形状。销211和214以及主要部分223和224在第一站中被加热。图9(b)示出位于第一热处理站31内的曲轴210。所述曲轴位于站31内，在支承块610a(在图9(b)中未示出)和610b上。通过使用在销212和销216上的高度块612a和612b可以实现感应热处理销211和214的准确定向。在图9(b)中块612b是不可见的，但所述块安装在间隔件415内的基板405上，所述间隔件与底部感应器部分107a相连。所述块612a(在图9(a)中未示出)安装到底部感应器部分107和107a之间的基板405上，并语句延伸的侧边缘613。当工件传输系统放下曲轴至站31内时，所述边缘613将用作型材定位装置以放置曲轴部件在曲轴没对准时撞到底部感应器部分上。在将曲轴放入站中后，当工件传输系统沿其轴向推动曲轴从曲轴凸出部分至油密封件的端部时，所述边缘613能用作抵靠连接板234的硬块。
图15(b)示出了曲轴通过工件定位系统被放置在第二热处理站32中后，曲轴210的形状。销213和216，和主要部分221和222在第二站中被热处理。所述曲轴放置在站中在支承块610c和610d上。通过在销215和211上分别使用高度块612c和612d能实现站32中的销213和216的感应热处理的适当定向。支承件和高度块在基板405上的安装类似于站31的情况，具有适当的定位变化，以说明感应器部分在销213和216以及主要部分221和222上的不同设置。
图15(c)示出了曲轴210被工件定位系统放置在第三热处理站33之后的结构。在第三热处理站内，销212和215以及油封225被加热。曲轴位于站33中，位于支承块610e和610f上。通过在销214和销213上分别使用高度块612e和612f来实现在站33中对销212和215进行感应热处理的适当定向。支撑块和高度块在基板405上的安装类似于用于在站31中的安装。其以适当的定向变化来说明感应器用于加热销212，和215和油封225的不同设置。站33与站31和32相区别，其区别之处在于仅仅一个主要的轴向部件，即密封件225在站中被热处理。在这种结构中，在顶部和底部双感应器部件中仍然设置两个部分工件开口，即时一个未被使用。在任何情况下，在为使用的部分上可以设置某种类型的线圈部分，以平衡通过感应器部分的电流。未使用的部分内的工件可以需要一个通道，并且能使用另一种在顶部和底部之间维持良好的磁藕合的线圈设计。图16(a)示出一种普通的底部感应器部分600，其能用于在部分开口601内热处理油封225。在这种结构中，所述第二线圈部分未被使用。相应的顶部感应器部分一般为底部感应器部分的镜像，没有电源终端区域122。对于一个带有轴向凸出的无需热处理的端部元件的热处理过的端部元件，例如主要部分221和曲轴凸出部分226，图16(b)和图16(c)分别示出的顶部和底部感应器部分605和605′能在部分开口606和606′使用仅仅用于热处理主要部分221。所述第二线圈部分607和607′包括半圆形元件和一个在半圆形元件位置内的半圆形开口。
如在图15(a)至图15(c)所示，在所有的热处理站内，相邻的成对的部件之间的轴向距离最大化，以防止它们线圈总线和/或组芯的机械干扰。此外销或主线圈不在其它平行的线圈组件内或之间工作。
如上所述的侧防护板的使用和型材被用于曲轴210上，特别是关于相邻的主要部分、销和连接板的倾斜的油孔，例如图15(a)中所示的用于销213，连接板237和主要部分223的通道240。此外，对于与图3(a)所示的顶部和底部感应器部分一起使用的成对的U形磁通集中器，当热处理的工件部分是一个普通的销或主要部分时，大致等于感应器部分的磁通集中器区域的长度的x1应当至少为顶部和底部感应器部分中的工件部件通孔的宽度x5的0.5倍。当工件部件是一双宽度销或开口销，所述每个集中器部分的长度至少大于感应器部分中的通孔的宽度的0.25倍。如果使用多对磁通集中器，所有的磁通器的每个宽度的总和应满足x1尺寸要求。如图3(a)所示的磁通集中器部分的尺寸x2，x3，x4和x5被选则成能避免磁通集中器中的磁饱和。在一些情况下，例如图2(a)和图2(b)中分别示出的用于底部和顶部感应器部分的情况，在所述感应器部分的端部所述通孔的宽度必须增加，在所述感应器端部处，所述磁通感应器围绕所述端部以满足此项要求。
当被热处理的工件部件是一个普通的销或主要部分时，优选由磁通集中器围绕的感应器部分的有效宽度x5一般大于底部和顶部感应器部分中的通孔的轴向宽度的0.75倍，当工件部件是一个双宽度(普通的)销或开口销时，有效宽度x5一般大于底部和顶部感应器部分中的通孔的轴向宽度的0.45倍。
前述实施例不用于限制本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求书所限定。

Claims (61)

1.一种用于热处理金属工件的预选部分的感应加热系统，所述金属工件有一中心纵轴，所述工件包括两个或多个第一大致为圆柱形的部件，所述圆柱形部件沿所述中心纵轴同轴设置，所述工件还包括一个或多个放置在所述两个或多个大致为圆柱形的部件之间的一个或多个第二大致为圆柱形的部件，所述一个或多个第二大致为圆柱形的部件中的每一个都具有一独立的与所述中心纵轴相分离且相平行的轴线，所述第一和第二大致为圆柱形的部件中的每一个都连接到相邻的无需热处理的、形状不规则的部件上，所述感应热处理系统包括：
至少一个交流高频电源；
一个或多个站，用于在所述一个或多个站中的每一个站中感应热处理一个或多个所选定的第一和第二大致为圆柱形的部件，每个所述的一个或多个站都包括：
一第一托板组件，其包括：
由导电材料形成的至少一个第一感应器部分，所述至少一个第一感应器部分中的每一个都有一个端面和一个内部通孔，所述内部通孔形成在所述通孔相对两侧的第一线圈部分和第二线圈部分，至少一个所述第一或第二线圈部分具有第一部分部件开口，所述第一部分部件开口具有一大致为弓形的线圈表面，所述至少一个感应器中的每个都有连接所述第一感应器部分到所述至少一个交流高频电源的输出端的装置，和
至少一个磁通集中器部分，所述至少一个磁通集中器部分具有至少两个端面，所述至少一个磁通集中器部分的每一个都放置成部分围绕所述至少一个第一感应器部分的磁通集中器区域，
一第二托板组件，其包括：
至少一个由导电材料形成的第二感应器部分，每个所述至少一个的第二感应器部分具有一个端面和一个内部通孔，所述内部通孔形成在通过穿过所述内部通孔的相对两侧的第三线圈部分和第四线圈，至少一个所述第三或第四线圈部分具有一第二部分部件开口，所述第二部分部件开口具有一大致为弓形的线圈表面，每个所述至少一个的第二感应器部分的端面和内部通孔在一个所述至少一个的第一感应器部分内有相应的相对的端面和内部通孔，并且每个所述第二部分部件开口具有相应的在一个所述至少一个的第一感应器内部分内的相对的第一部分部件开口；和
至少一个第二磁通集中器部分，所述至少一个第二磁通集中器部分具有至少两个端面，所述至少一个的第二磁通集中器部分的每一个都放置成部分围绕所述至少一个第二感应器部分的磁通集中器区域，所述至少两个端面中的每一个都具有一相应的在一个所述至少一个的第一磁通集中器部分上的相对的端面；和
一绝缘材料，所述绝缘材料放置在每个所述至少一个第一感应器部分或所述至少一个第二感应器部分的端面上；
一工件传输系统用于在所述一个或多个站之间移动金属工件并将所述金属工件放置在所述一个或多个站中的一个站中；
一工件定位系统，用于旋转定向所述一个或多个预选的第二大致为圆柱形的部件和轴向定位所述金属工件，以在所述一个或多个站中的每个站中对所述一个或多个预选的第一和第二大致为圆柱形的部件进行热处理；和
用于选择性地移动相邻于所述第一托板组件的第二托板组件的装置，其中所述至少一个第二感应器部分的每一个的端面和所述至少一个第二磁通集中器部分的至少两个端面中的每一个都相邻于所述至少一个的第一感应器部分的每个的相应的相对的端面和所述至少一个第一磁通集中器部件的至少两个端面中的相应的相对的一个，并且所述第二部分部件开口中的每一个和相应的第一部分部件开口形成一大致封闭的感应器，在所述感应器内通过所述大致封闭的感应器产生的磁场对所述预选的第一或第二大致为圆柱形的部分进行加热，所述大致封闭的感应器对应于来自至少一个交流高频电源的高频交流电的励磁而产生磁场。
2.如权利要求1所述感应热处理系统，其还包括一个淬火系统，向所述大致封闭的感应器内的预选的第一或第二大致为圆柱形的部件中的至少一个供应淬火剂。
3.如权利要求1所述的感应热处理系统，其中所述至少一个交流高频电源中的每一个的输出被连接到一负载匹配变压器上，所述负载匹配变压器被连接到每个所述至少一个的第一感应器部分上。
4.如权利要求1所述的感应热处理系统，其中每个所述至少一个第一磁通集中器部分都是U型的，每个所述至少一个第二磁通集中器部分都是矩形的，并且每个所述至少一个的第二磁通集中器部分的重量都小于每个所述至少一个的第一磁通集中器部分的重量。
5.如权利要求1所述的感应热处理系统，其中所述第一或第二部分部件开口的所述弓形线圈表面成型成能控制所述待在大致封闭的感应器内加热的一个预选的第一或第二大致为圆柱形的部件周围区域内的磁场的形状。
6.如权利要求5所述的感应热处理结构，其还包括一个在所述弓形线圈表面内的孔，所述孔将所述弓形线圈表面分成一对线圈边缘，所述线圈边缘对形成与所述至少一个的第一或第二感应器部分的相邻端面的接触区域，其中每个所述成对的线圈边缘的轴向宽度成型为在所述接触区域大于所述基本区域邻近区域的轴向宽度，所述基本区域从所述接触区域大致偏离90度，并且每个线圈边缘还成型为有一个圆周长度d2，其少于所述待在大致封闭的感应器内热处理的预选的第一或第二大致为圆柱形部件的轴向宽度的两倍，并且每个线圈边缘还成型为有一轴向过渡宽度d1，其小于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的第一或第二大致为圆柱形的部件的轴向宽度的0.3倍。
7.如权利要求6所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘还成型为有一变窄的轴向宽度，其相邻于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的第一或第二大致为圆柱形的部件的表面上的开口。
8.如权利要求6所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘还成型为，在每个线圈边缘上有一径向凹入部分，所述线圈边缘相邻于所述待在大致封闭的感应器内热处理的所述预选的第一或第二大致圆柱形的部件的表面上的开口，其中所述径向凹入部分的宽度a1小于所述开口的直径的3倍。
9.如权利要求1所述的感应热处理系统，在至少一个第一或第二线圈部分或第三或第四线圈部分的至少一侧上设置至少一个由磁性导电材料构成的侧防护板，所述第一或第二线圈部分具有一第一部分部件开口，所述第三或第四线圈部分具有一第二部分部件开口，所述侧防护板具有多个至少部分围绕第一或第二部分开口设置的槽齿，其中所述每个将相邻的齿分开的槽的宽度与每个齿的宽度的比率小于5。
10.如权利要求9所述的感应热处理系统，其中所述至少一个侧防护板具有一个细长的开口槽，所述开口槽位于待在大致封闭的感应器内加热的所述预选的大致第一或第二为圆柱形的部件的表面上的开口的邻近区域内，其中所述槽的宽度限制成小于所述开口的直径的3倍。
11.如权利要求1所述的感应热处理系统，其中所述大致封闭的感应器形成一个卵形开口，以更改所述相邻的无需热处理的形状不规则的部件的磁场，或修改所述待在大致封闭的感应器内热处理的第一或第二大致为圆柱形的部件的表面上的开口处的磁场。
12.一种热处理金属工件的预选的部件的方法，所述金属工件包括至少两个第一大致为圆柱形的部件，所述部件沿所述工件的主轴同轴放置，放置在所述至少两个的第一大致为圆柱形的部件之间的一个或多个第二大致为圆柱形的部件，每个所述一个或多个第二大致为圆柱形的部件具有独立的与所述主轴相平行且相分离的轴线，每个所述第一和第二大致为圆柱形的部件连接到一相邻的无需热处理的不规则形状的部件上，所述方法包括以下步骤：
配合所述金属工件；
将所述金属工件传送至感应热处理站；
旋转所述金属工件以适当定向每个预选的第二大致为圆柱形的部件，使其位于所述感应热处理站内的、每个预选的第二大致为圆柱形的部件的固定的部分感应器开口中；
传输所述金属工件以轴向定向所述每个预选的第一和第二大致为圆柱形的部件，以使其位于所述感应热处理站内的用于每个预选的第一和第二大致为圆柱形的部件的开口内；
将所述金属工件放置在所述感应热处理站中；
相邻于每个所述固定的部分感应器开口定位非固定式部分感应器，以形成一在每个预选的第一和第二大致为圆柱形的部件周围的大致封闭的感应器；
向每个固定的部分感应器上通以高频交流电；
将所述高频交流电感应耦合至每个所述非固定式部分感应器上；
通过施加在所述预选的第一和第二大致为圆柱形的部件上的所述高频交流电产生的磁场，感应加热所述预选的第一和第二大致为圆柱形的部件；
远离所述固定的部分感应器定位所述非固定式部分感应器；和
从所述感应热处理站将所述金属工件传输走。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括与所述感应热处理步骤同时或在感应热处理步骤之后淬火至少一个所述预选的第一和第二大致为圆柱形的部件的步骤。
14.如权利要求12所述的方法，其还包括改变所述磁场以补偿所述相邻的无需热处理的、形状不规则的不规则质量分布的步骤。
15.如权利要求12所述的方法，其还包括改变所述磁场以补偿至少一个预选的第一或第二大致为圆柱形的部件上的开口的步骤。
16.一种加热金属工件的至少一个大致为圆柱形的部件的感应器，所述大致为圆柱形的部件在至少一侧连接到形状不规则的部件上，在所述形状不规则的部件和所述大致为圆柱形的部件之间形成过渡部分，所述感应器由一第一感应器部分和一第二感应器部分构成，所述第一感应器部分和所述第二感应器部分具有将第二感应器部分耦合至供应给第一感应器的高频交流电流上的装置，在所述第一感应器部分和所述第二感应器部分的一部分中形成一大致封闭的开口，以放置所述大致圆柱形的部件，通过施加磁场而对所述大致为圆柱形的部件进行加热，所述磁场是由第一和第二感应器部分相应供应给所述部件的高频交流电的励磁而产生的，这种感应器的改进之处在于：
所述第一感应器部分由一种实心导电材料制成，所述第一感应器部分还包括：
一第一端面；
一通孔，形成在所述通孔的相对的两侧的第一线圈部分和第二线圈部分；和
一在所述第一或第二线圈部分上的第一部分开口，所述第一部分开口具有一由一孔分开的弓形线圈表面，所述孔将所述弓形线圈表面分成第一对线圈边缘，所述第一对线圈边缘形成与相邻的第一端面的接触区域，其中所述第一对线圈边缘成型成能选择性地补偿所述形状不规则的部件的不规则的质量分布、补偿在所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口，或选择性加热所述过渡边缘；和
所述第二感应器部分由实心导电材料制成，所述第二感应器部分还包括：
一第二端面，所述第二端面大致相邻于所述第一端面放置，并与所述第一端面电绝缘；
一通孔，形成放置所述通孔的两侧的第三线圈部分和第四线圈部分；和
一在所述第三或第四线圈部分上的第二部分开口，所述第二部分开口有由孔分开的弓形线圈表面，所述孔将所述弓形线圈表面分成第二对线圈边缘，所述第二对线圈边缘形成与相邻的第二端面的接触区域，其中所述第二对线圈边缘成型为能选择性地补偿所述形状不规则的部件的不规则质量分布、所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口，或选择性地加热所述过渡部分，所述第一和第二部分开口形成所述大致封闭的开口。
17.如权利要求16所述的感应器，其中每个所述第一或第二对线圈边缘的轴向宽度成型为在所述接触区域大于所述基本区域的邻近区域内的宽度，所述基本区域大致从所述接触区域偏离90度，并且每个线圈边缘还成型为有一个圆周长度d2，其少于所述大致为圆柱形的部件的轴向宽度的两倍，并且每个线圈边缘还成型为有一轴向过渡宽度d1，其小于所述大致为圆柱形的部件的轴向宽度的0.3倍。
18.如权利要求17所述的感应器，其中所述第一或第二对线圈边缘成型为在邻近于所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口处的轴向宽度较窄。
19.如权利要求18所述的感应器，其中，所述第一或第二对线圈边缘还成型为有一相邻于所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口处的径向凹入部分，其中所述凹入部分的宽度a1小于所述开口的直径的3倍。
20.如权利要求16所述的感应器，其中所述第一或第二部分开口的弓形线圈表面内的孔包括多个分立的小孔。
21.如权利要求16所述的感应器，其还包括至少一个在所述第一部分开口或所述第二部分开口的至少一侧的侧防护板，以选择性地补偿所述不规则形状的部件的不规则质量分布、所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口，或选择性地加热所述过渡部分，所述至少一个侧防护板由一种导电的磁性材料构成。
22.如权利要求21所述的感应器，其中所述至少一个侧防护板有一边缘与所述第一部分开口或所述第二部分开口的相邻表面平齐。
23.如权利要求21所述的感应器，其中所述侧防护板有一从所述第一部分开口或所述第二部分开口的相邻弓形线圈表面凹入的边缘。
24.如权利要求21所述的感应器，其中所述至少一个侧防护板具有多个至少部分围绕第一或第二部分开口设置的槽齿，其中所述每个将相邻的齿分开的槽的宽度与每个齿的宽度的比率小于5。
25.如权利要求21所述的感应热处理系统，其中所述至少一个侧防护板具有一个细长的开口槽，所述开口槽位于所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口的邻近区域内，其中所述槽的宽度限制成小于所述开口的直径的3倍。
26.如权利要求16所述的感应器，其中所述第一或第二对线圈边缘成型为可以用于补偿所述大致为圆柱形的部件的端面上的开口的形状。
27.如权利要求16所述的感应热处理系统，其中所述第一和第二部分开口形成一个大致封闭的卵形开口，以选择性地补偿所述不规则形状的部件的不规则质量分布，或所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口。
28.如权利要求16所述的感应热处理系统，其还包括一个导电补偿器，所述补偿器连接到所述第一或第二感应器部分上，或相邻于所述不规则形状的部件内的间隙。
29.一种用于热处理金属工件的至少一个大致为圆柱形的部件的感应器，所述大致为圆柱形的部件至少在一侧连接到一个形状不规则的部件上，在所述形状不规则的部件和所述大致为圆柱形的部件之间形成过渡部分，所述感应器包括：
一由导电材料形成的主动部分感应器，所述主动部分感应器包括：
一主动端面；
一通孔，形成在所述通孔的相对的两侧的第一主动线圈部分和第二主动线圈部分；
一在所述第一或第二主动线圈部分上的第一主动部分开口，所述第一部分开口具有一由一孔分开的弓形线圈表面，所述孔将所述弓形线圈表面分成第一对线圈边缘，所述第一对线圈边缘形成与相邻的第一端面的接触区域，其中所述第一对线圈边缘成型成能选择性地补偿所述形状不规则的部件的不规则的质量分布、补偿在所述大致为圆柱形的部件的表面上的开口，或选择性加热所述过渡边缘；
连接到高频交流电源的输出端上的装置；和
至少一个第一磁通集中器部分，所述第一磁通集中器部分具有至少两个端面，每个所述至少一个的第一磁通集中器部分部分围绕所述主动部分感应器的磁通集中器区域放置；和一第一被动部分感应器，其包括：
一第一被动端面；
一通孔，形成在所述通孔的相对的两侧的第一被动线圈部分和第二被动部分；和
一在所述第一或第二被动线圈部分上的第一被动部分开口，所述第一被动部分开口具有一弓形表面；
一第二被动部分感应器，所述第二被动部分感应器放置在所述第一被动部分感应器内并与所述第一被动部分感应器电绝缘，其包括：
一第二被动端面，所述第一和第二被动端面一起大致相邻于所述主动端面放置，并与所述主动端面相绝缘，
一通孔，形成在所述通孔两侧的第三被动线圈部分和第四被动线圈部分；
一在所述第三和第四被动线圈上的第二被动部分开口，所述第二被动部分开口相邻于所述第一或第二被动线圈部分上的第一被动部分开口放置，所述第一被动部分开口具有一个弓形表面，所述第一和第二被动部分开口一起大致相邻于所述主动部分开口放置，以形成一大致封闭的线圈开口，所述线圈开口围绕所述至少一个的大致为圆柱形的部件；和
至少一个第二磁通集中器部分，所述磁通集中器部分具有至少两个端面，每个所述至少一个的磁通集中器部分部分围绕所述第一和第二被动部分感应器放置；每个所述至少两个的端面具有一个相应的在所述至少一个的第一磁通集中器部分内的相对的端面，所述主动部分感应器与所述第一和第二被动部分感应器感应耦合。
30.如权利要求29所述的感应器，其中所述相邻放置的第一和第二部分开口的弓形线圈表面成型为能控制所述一个预选的第一或第二大致为圆柱形的部件邻近区域内的磁场的形状，所述第一或第二大致为圆柱形的部件将在大致封闭的感应器内加热。
31.如权利要求29所述的感应器，其还包括一个在所述每个相邻放置的第一和第二部分开口的弓形线圈表面内的孔，所述孔将弓形线圈表面分成一对线圈边缘，其中所述线圈边缘成型为能控制所述一个预选的第一或第二大致为圆柱形的部件邻近区域内的磁场的形状，所述第一或第二大致为圆柱形的部件将在大致封闭的感应器内加热。
32.一种用于热处理一曲轴的感应热处理系统，所述曲轴包括多个大致为圆柱形的主要部分和销，所述主要部分和销由不规则形状的连接件相分开，并且轴向端部带有一个或多个端部元件，在所述不规则形状的连接件和相邻的主要部分或销之间形成过渡部分，所述主要部分和端部元件沿所述曲轴的主轴线同轴设置，并且每个销有一独立的与所述主轴线相平行且相分离的轴线，所述感应热处理系统包括：
至少一个高频交流电源；
多个感应热处理站，所述多个热处理站的每一个都感应加热一个或多个预选的主要部分、销和端部元件，每个所述多个感应热处理站都包括：
一第一托板组件，其包括：
第一底板；
至少一个由实心导电材料制成的第一感应器部分，每个所述至少一个的第一感应器部分具有一个第一端面和一个内部通孔，所述通孔形成第一线圈部分和第二线圈部分，每个所述至少一个的第一感应器部分相对所述第一端面的一侧连接所述第一底板，或者所述第一或第二线圈部分具有第一部分曲轴部件开口，所述第一部分曲轴部件开口具有一大致为弓形的线圈表面，每个所述至少一个的第一感应器部分具有将第一感应器部分连接到所述至少一个高频交流电源中的一个的传输端上的装置；
至少一个具有至少两个端面的第一磁通集中器部分，每个所述至少一个的第一磁通集中器部分部分围绕所述至少一个第一感应器部分的磁通集中区域放置；
用于正轴向定位所述曲轴的装置，和
用于将所述曲轴放置在第一托板组件中的装置；一第二托板组件，其包括：
一第二底板；
至少一个由实心导电材料制成的第二感应器部分，每个所述至少一个第二感应器部分具有第二端面和一个内部通孔，所述内部通孔形成一第三线圈部分和第四线圈部分，每个所述至少一个的第二感应器部分相对所述第二端面的一侧连接所述第二底板，或者所述第三线圈部分或所述第四线圈部分具有一第二部分曲轴部件开口，每个所述至少一个的第二感应器部分的端面和内部通孔具有一相应的在所述至少一个第一感应器部分内的相对的第一端面和内部通孔，所述第二部分曲轴部件开口具有一大致为弓形的线圈表面，每个所述第二部分曲轴部件开口具有一相应的在所述至少一个的第一感应器部分内的相对的第一部分曲轴部件开口；和
至少一个第二磁通集中器部分，所述至少一个第二磁通集中器部分具有至少两个端面，每个所述至少两个的端面具有一个在所述至少一个的第一磁通集中器部分内的相对的端面，每个所述至少一个的第二磁通集中器部分部分围绕所述至少一个的第二感应器部分的磁通集中区域放置；和
一放置在每个所述至少一个的第一感应器部分或所述至少一个的第二感应器部分的端面上的绝缘材料；和
一曲轴传输系统，所述曲轴传输系统在所述多个热处理站之间移动所述曲轴，所述曲轴传输系统使曲轴与所述用于正轴向定位所述曲轴的装置相配合，以将所述曲轴放置在所述第一托板组件中；
一曲轴定位系统，用于旋转地定位每个预选的热处理的销；和
用于选择性地将所述第二托板组件移近所述第一托板组件的装置，这样，所述至少一个的第二感应器部分的所有端面和所述至少一个第二磁通集中器部分的表面都相邻于所述相应的所述至少一个第一感应器部分和所述至少一个第一磁通集中器部分的相对的端面，并且每个所述第一部分曲轴部件开口和相应的相对的第二部分曲轴部件开口形成一个大致封闭的感应器，在所述大致封闭的感应器内，所述预选的主要部分、销和端部元件中的一个被磁场加热，所述磁场是由所述大致封闭的感应器相应来自所述至少一个高频交流电源的高频交流电流的励磁而产生的。
33.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中所述的曲轴定位系统与所述曲轴传输系统是一体的，所述曲轴是可转动地定向的，而所述曲轴传输系统在定位所述曲轴之前、将所述曲轴移至每个所述至少两个的热处理站处。
34.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中所述曲轴定位系统与所述第二托板组件是一体的。
35.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中所述曲轴定位系统还包括至少一个高度块，以在至少一个热处理站中可转动地定向所述曲轴的至少一个销。
36.如权利要求35所述的感应热处理系统，其中所述至少一个高度块还提供了正轴向定位所述曲轴的装置。
37.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中当所述销为普通的销时，每个集中器部分的长度x1至少大于所述预选主要部分和销中的一个的轴向宽度的0.5倍。
38.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中当所述的销为双宽或有槽销时，每个集中器部分的长度x1至少大于所述预选的销之一的轴向宽度的0.25倍。
39.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中，当所述销为普通的销时，所述每个集中器部分x1的长度大于在所述至少一个第一感应器和所述至少一个第二感应器部分内的通孔的轴向宽度的0.75倍，所述通孔用于所述预选的主要部分和销。
40.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中，当所述销为双宽度销或开口销时，所述每个集中器部分x1的长度大于在所述至少一个第一感应器和所述至少一个第二感应器部分内的通孔的轴向宽度的0.45倍，所述通孔用于一个所述预选的销。
41.如权利要求32所述的感应热处理系统，其还包括一个放置在所述第一底板和所述至少一个的第一感应器部分之间、或放置在所述第二底板和所述至少一个的第二感应器部分之间的间隔件。
42.如权利要求32所述的感应热处理系统，其还包括一淬火系统，用于向所述大致封闭的感应器内的所述一个或多个预选的销、主要部分或端部元件中的至少一个供应淬火剂。
43.如权利要求42所述的感应热处理系统，其还包括至少一个通过所述第一底板和所述至少一个第一感应器部分中的至少一个的连续通道，或至少一个通过所述第二底板和所述至少一个第二感应器部分中的至少一个的连续通道，以向在所述大致封闭的感应器内的一个或多个预选的销、主要部分或端部元件中的至少一个供应淬火剂。
44.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中所述用于选择性地移动的装置包括在所述第一托板组件和所述第二托板组件之间的旋转连接装置。
45.如权利要求32所述的感应热处理系统，其还包括一个夹具板，所述夹具板连接到所述第一底板上并且可移开地连接到一基础结构上，其中所述第一和第二托板组件能一起从所述基础结构移开或安装在所述基础结构上。
46.如权利要求32所述的感应热处理结构，其中所述第一或第二部分曲轴部件开口的第一或第二弓形表面分别由一个孔分开，形成一对线圈边缘，所述线圈边缘对形成与所述邻接的第一或第二端面的接触区域，其中所述线圈边缘这样成型，以选择性地补偿所述不规则形状的部件的不规则质量分布和所述预选的主要部分或销之一的表面上的开口，或选则性地加热所述过渡部分。
47.如权利要求46所述的感应热处理系统，其中每个所述成对的线圈边缘的轴向宽度成型为在所述接触区域大于所述基本区域邻近区域的轴向宽度，所述基本区从所述接触区域大致偏离90度，并且每个线圈边缘还成型为有一个圆周长度d2，其少于所述待在大致封闭的感应器内热处理的预选的主要部分、销和端部元件中的一个的轴向宽度的两倍，并且每个线圈边缘还成型为有一轴向过渡宽度d1，其小于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的主要部分、销和端部元件中的一个的轴向宽度的0.3倍。
48.如权利要求47所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘有一圆周长度，其小于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的主要部分、销和端部元件的轴向宽度的2倍，和一轴向过渡宽度，所述轴向过渡宽度小于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的主要部分、销和端部元件中的一个的轴向宽度的0.3倍。
49.如权利要求46所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘还成型为有一变窄的轴向宽度，其相邻于所述待在大致封闭的感应器内进行热处理的预选的主要部分、销和端部元件中的一个的表面上的开口。
50.如权利要求49所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘还成型为，在每个线圈边缘上有一径向凹入部分，所述线圈边缘相邻于所述待在大致封闭的感应器内热处理的所述预选的第一或第二大致圆柱形的部件的表面上的开口。
51.如权利要求32所述的感应热处理系统，其还包括至少一个在所述第一部分曲轴部件开口或所述第二部分曲轴部件开口的至少一侧上的侧防护板，以选择性地补偿所述不规则形状的连接板的不规则质量分布，所述预选的主要部分或销的表面上的开口，或选择性地加热与所述待在大致封闭的感应器内加热的预选的主要部分、销和端部部件相连的过渡部分，所述至少一个侧防护板由一种导电的磁性材料构成。
52.如权利要求51所述的感应热处理系统，其中所述至少一个侧防护板有一边缘与所述第一部分曲轴部件开口或所述第二部分曲轴部件开口的相邻表面平齐。
53.如权利要求51所述的感应热处理系统，其中所述侧防护板有一从所述第一部分曲轴部件开口或所述第二部分曲轴部件开口的相邻表面凹入的边缘。
54.如权利要求51所述的感应热处理系统，其中所述至少一个侧防护板具有多个至少部分围绕第一或第二部分曲轴部件开口设置的槽齿，其中所述每个将相邻的齿分开的槽的宽度与每个齿的宽度的比率小于5。
55.如权利要求51所述的感应热处理系统，其中所述至少一个侧防护板具有一个细长的开口槽，所述开口槽位于待在大致封闭的感应器内加热的、预选的主要部分、销和端部元件中的一个的表面上的开口的邻近区域内，其中所述槽的宽度限制成小于所述开口的直径的3倍。
56.如权利要求46所述的感应热处理系统，其中所述成对的线圈边缘结构成型为可以用于补偿待在大致封闭的感应器内加热的预选的主要部分、销和端部元件中的其中一个的端面上的开口的形状。
57.如权利要求32所述的感应热处理系统，其中所述第一和第二部分曲轴部件开口形成一个大致封闭的卵形开口，以选择性地补偿所述不规则形状的部件的不规则质量分布，或所述待在大致封闭的感应器内加热的一个所述预选的主要部分、销和端部部件的端面上的开口。
58.如权利要求32所述的感应热处理系统，其还包括一个导电补偿器，所述补偿器连接到所述第一或第二感应器部分上，或相邻于所述不规则形状的连接板内的间隙。
59.一种热处理具有主轴的曲轴的预选部件的方法，所述曲轴包括两个或多个主要部分、两个或多个销、多个无需热处理的连接板和一个或多个端部元件，所述连接板具有不对称和不规则的形状，所述多个无需热处理的连接板连接到每个相邻的主要部分或销上，形成每个所述无需热处理的连接板和与其相连的主要部分或销之间的过渡部分，所述主要部分和端部元件沿所述主轴同轴放置，每个销具有一独立的与所述主轴相平行且相分离的轴线，所述主要部分、销和连接板具有一个或多个斜通道，每个通道终止于所述主要部分或销的表面上的开口处，所述方法包括以下步骤：
配合所述曲轴；
将所述曲轴传送至感应热处理站；
旋转所述曲轴以适当定向所述预选的销，使其位于所述感应热处理站内的固定的部分感应器开口中；
传输所述曲轴以适当定向所述预选的主要部分、销和端部元件，以使其位于所述固定的部分感应器开口内；
将所述曲轴放置在所述感应热处理站中；
相邻于所述固定的部分感应器开口定位非固定式部分感应器，以形成一在每个预选的主要部分、销和端部元件周围的大致封闭的感应器；
向每个固定的部分感应器上通以高频交流电；
将所述高频交流电感应耦合至每个所述非固定式部分感应器上；
通过所述高频交流电产生的磁场感应加热所述预选的主要部分、销和端部元件，并且所述磁场形成为能补偿相邻于一个预选的主要部分、销或端部元件的连接板的非对称和不规则形状，以及所述一个预选的主要部分或销的表面上的开口，以产生对所述表面的大致均匀的热处理；
远离所述固定的部分感应器定位所述非固定式部分感应器；和
从所述感应热处理站将所述曲轴传输走。
60.如权利要求59所述的方法，其还包括与所述感应热处理步骤同时或在感应热处理步骤之后淬火所述销、主要部分和端部元件的步骤。
61.如权利要求59所述的方法，其中所述磁场还被改变以热处理一个或多个在一个所述连接板和一个所述主要部分或销之间的过渡部分。
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Assignee: Inductotherm (Shanghai) Co., Ltd.

Assignor: Inductoheat Inc.

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Denomination of invention: A system for induction heat treatment of a complex workpiece and heat treatment using the same

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