CS256121B1

CS256121B1 - Induction heater hardening machine

Info

Publication number: CS256121B1
Application number: CS861163A
Authority: CS
Inventors: Otakar Toman; Jan Belovsky; Josef Svoboda; Milan Stefl
Original assignee: Otakar Toman; Jan Belovsky; Josef Svoboda; Milan Stefl
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS116386A1

Abstract

Stroj pro kalení do lázně s indukčním ohřevem, zejména pro kalení s malou, intenzitou kalení, sestávající z induktoru, nádrže pro kalicí médium a svislého sloupu, na němž je otočně uložena objímka s krokovacím mechanismem a k objímce jsou připojena ramena, na jejichž vnějším konci je připojeno svislé vedení, v němž je suvně uloženo vřeteno, na jehož spodním konci je souose s vřetenem uložen upínací přípravek. Stroj má nejméně čtyři vřetena, jejichž středy jsou v půdorysu rozmístěny na kružnici s navzájem stejnými úhlovými roztečemi tak, že střed této kružnice leží na ose otáčení objímky a osa otáčení objímky je rovnoběžná s osami vřeten. ‘Induktor je uložen s možností vodorovného posuvu tak, že v jedné krajní poloze induktoru protíná osa induktoru kružnici, na níž jsou v půdorysu rozmístěny >středy vřeten.A machine for quenching in a bath with induction heating, especially for quenching with a low quenching intensity, consisting of an inductor, a tank for the quenching medium and a vertical column on which a sleeve with a stepping mechanism is rotatably mounted and arms are connected to the sleeve, at the outer end of which a vertical guide is connected, in which a spindle is slidably mounted, at the lower end of which a clamping device is mounted coaxially with the spindle. The machine has at least four spindles, the centers of which are distributed in plan view on a circle with equal angular spacings so that the center of this circle lies on the axis of rotation of the sleeve and the axis of rotation of the sleeve is parallel to the axes of the spindles. The inductor is mounted with the possibility of horizontal displacement so that in one extreme position of the inductor the axis of the inductor intersects the circle on which the centers of the spindles are distributed in plan view.

Description

Vynález se týká stroje pro kalení do lázně s Indukčním ohřevem, zejména pro kalení s malou intenzitou kalení.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an induction heating quenching machine, in particular for quenching with low quenching intensity.

Známé stroje pro kalení a případné samopopouštění součástí jsou nejčastěji vytvořeny tak, že kalicí médium se na ohřátou součást stříká sprchou. Ochlazování je v tomto případě intenzívní a samopopouštění se provádí jednoduše tak, že se sprchování přeruší již po částečném ochlazení. Pro drobnější a převážně rotační součásti jsou používány nejčastěji kalicí stroje s otočným stolem, kde na horní straně otočného stolu jsou ve stejných vzdálenostech od sebe umístěna otočná lůžka pro kalené součásti. Xnduktor se na založené součásti obvykle ' nasouvá shora, nebo se používá nesymetrický induktor, který ohřívá součást z boku. Za induktorem jsou umístěny sprchy. Při ohřevu i při sprchování se součást se svým lůžkem otáčí, aby ohřev i zakalení bylo rovnoměrné. Pro součásti relativně dlouhé jsou používány např. sprchové kalicí stroje s upínáním kalených součástí v hrotech, kde zpravidla několik vřeten je umístěno u středního nosného sloupu, ke každému vřeteni přísluší samostatný induktor a vkládání a vyjímání kalených součástí se provádí do každého vřetena nezávisle na ostatních vřetenech a vřetena jsou stranově pouze montážně přestavitelná.Known machines for quenching and possibly self-release of components are most often designed by spraying the quenching medium onto the heated component with a shower. In this case, the cooling is intensive and the self-draining is carried out simply in such a way that the showering is interrupted after partial cooling. For smaller and mostly rotating parts are used hardening machines with rotary table, where on the upper side of the rotary table are equidistant from each other rotating beds for hardened parts. The inductor is usually slid on top of the workpiece, or an asymmetric inductor is used to heat the workpiece from the side. Showers are located behind the inductor. During heating and showering, the component and its bed rotate to ensure even heating and turbidity. For relatively long components, for example, quenching machines with clamping of hardened parts in the tips are used, where several spindles are usually located at the central supporting column, each spindle is provided with a separate inductor and the hardened parts are inserted and removed in each spindle independently of the other spindles. and the spindles are laterally only adjustable for assembly.

Nedostatkem těchto strojů je bud nízký výkon, nebo potřeba většího počtu induktorů, spojená s problémy při jejich napájení z jednoho elektrického zdroje. Intenzitu kalení lze u sprchových kalicích strojů měnit volbou kalicího média, do jisté míry i intenzitou sprchování. Vždy je však intenzita ochlazování poměrně vysoká a proto jsou sprchové kalicí stroje nevhodné pro kalení součástí zhotovených z materiálů s vysokou prokalitelností a s vysokou citlivostí na vznik trhlin při kalení.The drawbacks of these machines are either low power or the need for a larger number of inductors, coupled with problems in feeding them from a single power source. The hardening intensity of shower hardening machines can be varied by the choice of hardening medium, to some extent also by the intensity of showering. However, the cooling rate is always relatively high, and therefore, shower quenching machines are unsuitable for quenching components made of materials with high hardenability and high susceptibility to hardening cracks.

Další známou skupinou kalicích strojů jsou kalicí stroje pro kalení do lázně, obvykle solné, nebo olejové. I když je v lázni zabezpečena cirkulace chladicího média, je ochlazování méně intenzívní, než u sprchového způsobu. Proto je kalení do lázně vhodné i pro materiály s vysokou prokalitelností a s vysokou citlivostí na vznik trhlin. Součásti menší velikosti jsou do lázně zamáčeny nejčastěji ve větším počtu najednou společně se speciální přepravní paletou. Na téže speciální přepravní paletě probíhá i předchozí ohřev součásti, nejčastěji v plynové, nebo odporové peci. Uvedený způsob má nevýhodu v malé pružnosti, protože plynovou, nebo odporovou pec nelze rychle ohřát na provozní teplotu, s provozem pece souvisí značné energetické ztráty a celé zařízení je relativně rozměrné. Součásti umístěné na různých místech speciální přepravní palety mohou mít poněkud rozdílnou tvrdost, což je také nevýhoda tohoto způsobu.Another known group of hardening machines are bath hardening machines, usually salt or oil. Although circulation of the coolant is ensured in the bath, cooling is less intense than in the shower process. Therefore, bath quenching is also suitable for materials with high hardenability and high crack sensitivity. Smaller components are usually dipped into the bath in a larger number together with a special transport pallet. On the same special transport pallet, the previous heating of the component takes place, most often in a gas or resistance furnace. This method has the disadvantage of low flexibility, since the gas or resistance furnace cannot be heated quickly to the operating temperature, considerable energy losses are associated with the operation of the furnace and the whole apparatus is relatively large. The components placed at different locations of the special transport pallet may have a somewhat different hardness, which is also a disadvantage of this method.

Někdy se součásti kalené v lázni zamáčí každá samostatně. Také tento proces je u známých kalicích strojů vyřešen v automatickém režimu, ale tyto známé stroje jsou málo výkonné, protože doba kaleni je při malé ochlazovací rychlosti dlouhá a doba pracovního taktu kalicího stroje je delší než doba kaleni. Jedná se o několikapozicové kalicí stroje, kde v 1. pozici jsou součásti zakládány, ve 2. pozici probíhá ohřev (nejčastějí indukční), ve 3. pozici kaleni a ve 4. pozici odběr zakalených součástí. Jestliže je třeba, s ohledem na vlastnosti materiálu kalených součástí, snížit intenzitu ochlazování a tedy zvětšit dobu kalení, snižuje se u těchto známých kalicích strojů jejich výkon.Sometimes bath-quenched components are each individually wetted. This process is also solved in the automatic mode in the known quenching machines, but these known machines are poorly performing, since the quenching time is long at a low cooling rate and the working cycle time of the quenching machine is longer than the quenching time. These are multi-position hardening machines, where in the 1st position the components are loaded, in the 2nd position the heating takes place (most often induction), in the 3rd position the hardening and in the 4th position the collection of turbid parts. If, in view of the material properties of the quenched parts, it is necessary to reduce the cooling intensity and thus increase the quenching time, the performance of these known quenching machines is reduced.

Nevýhody známých strojů pro kalení do lázně odstraňuje v převážné míře stroj pro kalení do lázně s indukčním ohřevem, zejména pro kalení s malou intenzitou kalení, sestávající z induktoru a nádrže pro kalicí médium, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na svislém sloupu je otočně uložena objímka s krokovacím mechanismem a k objímce jsou připojena ramena, na jejichž vnějším konci je připojeno svislé vedení, v němž je suvně uloženo vřeteno, na jehož spodním konci je souose s vřetenem uložen upínací přípravek, přičemž stroj má nejméně čtyři vřetena, jejichž středy jsou v půdorysu rozmístěny na kružnici s navzájem stejnými úhlovými roztečemi tak, že střed této kružnice leží na ose otáčení objímky a osa otáčení objímky je rovnoběžná s osami vřeten, přičemž induktor je uložen s možnosti vodorovného posuvu tak, že v jedné krajní poloze induktoru protíná osa induktoru kružnici, na níž jsou v půdorysu rozmístěny středy vřeten.The disadvantages of the known bath quenching machines are largely eliminated by the induction heating quenching machine, in particular for low quenching quenching, consisting of an inductor and a quench medium tank according to the invention, which is based on a vertical column a sleeve with a stepping mechanism is rotatably mounted, and to the sleeve are connected arms, the outer end of which is connected with a vertical guide, in which a spindle is slidably mounted, at the lower end of which a fixture is mounted coaxially with the spindle; are arranged in a plan view on a circle with equal angular spacing so that the center of the circle lies on the axis of rotation of the sleeve and the axis of rotation of the sleeve is parallel to the axes of the spindles, the inductor being horizontally displaceable so that inductor kr A conic, where the spindle centers are located on the ground plan.

Podstatnou výhodou stroje pro kalení do lázně s indukčním ohřevem, zejména:pro kalení s malou intenzitou kalení podle vynálezu, je možnost dosáhnout vhodnou volbou kalicího média (např. oleje) malou intenzitu kalení, kdy doba kalení je poměrně dlouhá, aniž by tato okolnost omezovala výkon stroje, protože stroj umožňuje současné kalení několika součástí. Počet součástí, které lze kalit současně závisí na počtu vřeten. Další podstatnou výhodou stroje pro kalení do lázně podle vynálezu je to, že je možné stroj snadno začlenit do automatické výrobní linky, kde vkládání nových součástí do stroje a vyjímání zakalených součástí ze stroje může postupně provádět pouze jeden průmyslový manipulátor, protože místa pro vkládání nových součástí do stroje a místa pro vyjímání zakalených součástí ze stroje nejsou od sebe příliš vzdálena. Další podstatnou výhodou je relativně malá zastavěná plocha, což souvisí s kruhovým uspořádáním vřeten. Další podstatnou výhodou je možnost samopopouštění kalených součástí. Podstatnou výhodou je také spolehlivá funkce stroje, protože kalená součást je v průběhu celé manipulace pouze jednou upínána.An essential advantage of the induction heating quenching machine, in particular: for the quenching with low quenching intensity according to the invention, is the possibility of achieving a low quenching intensity by suitable selection of quenching medium (eg oil), where quenching time is relatively long without limiting this circumstance machine performance, because the machine allows simultaneous hardening of several components. The number of parts that can be hardened at the same time depends on the number of spindles. Another significant advantage of the bath quenching machine according to the invention is that the machine can be easily integrated into an automatic production line where only one industrial manipulator can gradually insert new parts into the machine and remove the turbid parts from the machine, the machine and the place for removing the turbid parts from the machine are not too far apart. Another significant advantage is the relatively small built-up area, which is related to the circular arrangement of the spindles. Another significant advantage is the possibility of self-discharge of hardened parts. An important advantage is also the reliable function of the machine, because the hardened part is clamped only once during the entire handling.

Příklad provedení stroje pro kalení do lázně s indukčním ohřevem podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojených obrázcích, kde na obr. 1 je řez svislou lomenou rovinou A-A vyznačenou v obr. 2. Pro lepší názornost nejsou kreslena vřetena 8 ležící za řeznou rovinou. Na obr. 2 je půdorys stroje a na obr. 3 je částečný pohled směrem S, kde směr pohledu je vyznačen v obr. 2.An exemplary embodiment of an induction heating quenching machine according to the invention is schematically shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a cross-section of the vertical refracted plane A-A shown in Fig. 2. Fig. 2 is a plan view of the machine; and Fig. 3 is a partial view in the direction S, where the view direction is indicated in Fig. 2.

Na loupu 1, který může být na spodní straně opatřen patkou pro upevnění k základu stroje 19, je otočně uložena objímka 2, k níž jsou připojena ramena £. Na vnějším konci každého ramene f> je připojeno svislé vedení T_, v němž je suvně uloženo vřeteno 8. Vřeteno 8 je s výhodou duté a jeho dutinou může procházet táhlo 21 spojující silový válec 11 pro upínací přípravek 9_ s upínacím přípravkem v němž je upnuta kalená součást 20. Pohon pro svislý pohyb vřetene 8 může být vytvořen např. ze dvou silových válců 10 pro zvedání vřeten které jsou např. obráceny pístnicemi k sobě, navzájem pístnicemi spojeny a kde spodní z obou silových válců 10 pro zvedání vřetene 2 je připojen ke spodnímu okraji svislého vedení _7 a horní je připojen k hornímu okraji silového válce 11 pro upínací přípravek j). Takto vytvořeným pohonem pro svislý pohyb vřetene jí lze jednoduše dosáhnout tří stabilních poloh, což pro funkci stroje postačuje. Stroj je vybaven nejméně čtyřmi vřeteny ji, přičemž středy vřeten jí jsou v půdorysu rozmístěny na kružnici s navzájem stejnými úhlovými roztečemi, kde střed této kružnice leží na ose objímky 2.A sleeve 2, to which the arms 6 are attached, is rotatably mounted on the peel 1, which can be provided on the underside with a foot for attachment to the machine base 19. At the outer end of each arm f, a vertical guide T is attached in which the spindle 8 is slidably mounted. The spindle 8 is preferably hollow and a rod 21 connecting the power cylinder 11 for the clamping device 9 to the clamping device in which the hardened clamping device is The drive for the vertical movement of the spindle 8 may be formed, for example, from two spindle lift cylinders 10 which are e.g. turned towards each other, connected to each other by the piston rods and where the lower of the two spindle lift force cylinders 10 is connected to the lower The upper edge is connected to the upper edge of the power cylinder 11 for the fixture j). The actuator thus designed for vertical movement of the spindle can easily achieve three stable positions, which is sufficient for machine operation. The machine is equipped with at least four spindles, the spindle centers being distributed in a plan on a circle with equal angular spacing, the center of the circle lying on the axis of the sleeve 2.

Krokovací mechanismus 3 zajištuje postupné pootáčení objímky 2 i s dalšími částmi stroje vždy o jednu úhlovou rozteč vřeten jj. Může být s výhodou vytvořen tak, že ozubené kolo _4 spojené s objímkou 2 je v záběru s ozubeným pastorkem 5, který je nasazen na výstupní hřídeli neznázorněné převodové skříně, poháněné neznázorněným stejnosměrným regulačním elektromotorem s programovým řízením otáček. Dále je krokovací mechanismus s výhodou vybaven neznázorněným aretačním mechanismem pro aretaci otočné části stroje v přesné poloze. Na horním konci sloupu 1_ může být upevněn otočný převod 17 tlakového vzduchu, ze kterého se zásobuje tlakovým vzduchem otočná část stroje. V nádrži 12 pro kalicí médium 18 je kalicí médium 18, které umožňuje nízkou intenzitu kalení, např. olej.The stepping mechanism 3 ensures a gradual rotation of the sleeve 2 with the other machine parts by one angular pitch of the spindles. It may advantageously be designed such that the gear 4 connected to the sleeve 2 engages a gear pinion 5 which is mounted on the output shaft of a gearbox (not shown) driven by a DC control motor (not shown) with programmed speed control. Furthermore, the walking mechanism is preferably provided with a locking mechanism (not shown) for locking the rotating part of the machine in a precise position. At the upper end of the column 7, a rotary compressed air transmission 17 can be mounted, from which the rotatable part of the machine is supplied with compressed air. In the quenching medium tank 12 there is a quenching medium 18 which allows a low hardening intensity, eg oil.

Nádrž 12 pro kalicí médium 18 je tvarově upravena s výhodou tak, že se v půdorysu nachází pod nadpolovičním počtem vřeten íj, což umožňuje prodloužit dobu kaleni a kalit současně několik součástí 20. Na přiložených obrázcích je zakreslen kalicí stroj s osmi vřeteny 8, který umožňuje prodloužit dobu kalení téměř na čtyřnásobek doby taktu stroje, což i při vysokém výkonu stroje umožňuje kalení součástí 20 zhotovených z materiálů s vysokou citlivostí na vznik trhlin při kalení a vyžadujících nízkou intenzitu kalení. Ve skříni 14 je obvykle umístěn rozvod chladicí vody, výkonové kompenzační kondenzátory a mechanismus pro vodorovný posuv induktoru 13. V přední krajní poloze induktoru 13 protíná osa induktoru kružnici, na níž jsou v půdorysu rozmístěny středy vřeten _8. Tím je umožněno takové montážní nastavení, kdy po zaaretování krokovacího mechanismu 2 je induktor 13 právě souosý s jedním vřetenem lj, ve kterém se součást 20 ohřívá. Pro dosažení rovnoměrného ohřevu a kalení je upínací přípravek 2 ^s výhodou otočný, a to bu3 na vřetení 2, nebo společně s vřetenem 2· Konstrukční uspoI řádání pro otáčení upínacího přípravku 2 není na přiložených obrázcích zakresleno. Stroj může být,vybaven s výhodou dvěma stolky 15 s lůžky 16 a jedním neznázorněným průmyslovým manipulátorem. Lůžka 16 jsou tvarována pro uloženi kalených součástí 20.The hardening medium tank 12 is preferably shaped so that it is below the half-number of spindles 10 in the plan view, which makes it possible to prolong the hardening time and quench several components at the same time 20. The attached figures show a hardening machine with eight spindles 8 to extend the quenching time to nearly four times the machine cycle time, which, even at high machine power, enables quenching of parts 20 made of materials with high quench sensitivity and requiring low quenching intensity. In the housing 14, there is usually a cooling water distribution, power compensating capacitors and a mechanism for horizontal displacement of the inductor 13. In the forward extreme position of the inductor 13, the axis of the inductor intersects a circle on which the spindle centers 8 are arranged in plan. This makes it possible to mount such an adjustment in such a way that after locking of the jogging mechanism 2, the inductor 13 is just coaxial with one of the spindles 11 in which the component 20 is heated. In order to achieve uniform heating and quenching, the fixture 2 ^is preferably rotatable, either on the spindle 2 or together with the spindle 2. The arrangement for rotating the fixture 2 is not shown in the attached figures. The machine may preferably be equipped with two tables 15 with beds 16 and one industrial manipulator (not shown). The beds 16 are shaped to receive the hardened parts 20.

Stroj pro kalení do lázně s indukčním ohřevem podle vynálezu pracuje tak, že neznázorněný průmyslový manipulátor nejprve uloží novou součást 20 do lůžka 16 na levém stolku 15 (dle obrázku č. 2) . Vřeteno 8, s upínacím přípravkem 2» nacházející se nad levým stolkem 15 ve střední, nebo horní poloze, sjede do spodní polohy, upne součást 20 a vyjede do horní krajní polohy. Následuje krokováni (ve směru šipky na obr. 2). Potom se přisune induktor 13 pod zmíněné vřeteno 8^ a toto vřeteno J3 se přemístí do střední polohy, kdy součást 20 je nasunuta do induktoru 13 a je ohřívána, přičemž upínací přípravek 9 se součástí 20 s výhodou rotu je. Po dokončení ohřevu se nejprve vřeteno 8. vysune do horní polohy, potom se induktor 13 vysune z pracovního prostoru do polohy nakreslené na obr. 1. Potom se vřeteno £ s upínacím přípravkem 9 a horkou součástí 20 přesune do spodní polohy, kdy se součást 20 zamočí do kalicího média 18 a začíná kalení. Rotace upínacího přípravku 9 s výhodou stále pokračuje. Následuje několik dalších pracovních taktů stroje, během nichž probíhá kalení. Kalená součást 20 musí být vytažena z nádrže 12 pro kalicí médium 18 nejpozději v poslední poloze nad nádrží 12 (aby při dalším krokování nenarazila součást 20 na boční stěnu nádrže 12). Může být vytažena i dříve, kdy není ještě zcela ochlazena, čímž dojde k samopopouštění součásti 20,The induction heating quench bath machine according to the invention operates by first placing an industrial component (not shown) in the seat 16 on the left table 15 (as shown in Figure 2), not shown. The spindle 8, with the fixture 2 »located above the left table 15 in the middle or upper position, moves down to the lower position, clamps the part 20 and moves to the upper limit position. Stepping follows (in the direction of the arrow in Fig. 2). Then, the inductor 13 is pushed under the spindle 8 and the spindle 13 is moved to a central position where the component 20 is slid into the inductor 13 and heated, the fixture 9 with the component 20 preferably being a rotor. Upon completion of the heating, the spindle 8 is first extended to the upper position, then the inductor 13 is moved out of the working space to the position shown in FIG. 1. Then the spindle 8 with the fixture 9 and the hot component 20 is moved to the lower position, soaks into the quenching medium 18 and quenching begins. Preferably, rotation of the fixture 9 continues. Following are several other working cycles of the machine during which hardening takes place. The quenched component 20 must be withdrawn from the quench medium tank 12 at the latest at the last position above the reservoir 12 (so as not to impact the component 20 on the side wall of the reservoir 12 during the next step). It can also be pulled out when it is not yet completely cooled, thereby self-releasing the component 20,

Jakmile se popisované vřeteno přemístí nad pravý stolek 15, je součást 20 zasunuta do příslušného lůžka 16 a vřeteno 8 se přemístí do střední, nebo horní polohy. Neznázořněný průmyslový manipulátor vyjme součást 20 z lůžka 16. Když je vřeteno jí v poloze mezi oběma stolky 15, nevykonává obvykle žádnou funkci. Tato poloha může být však využita k tomu, aby zde stroj odhazoval zakalené součásti 20 do neznázorněné přepravní palety v případě, že v lůžku 16 na pravém stolku 15 není volné místo, protože předchozí zakalená součást 20 nebyla z jakéhokoliv důvodu odebrána. Popsaný cyklus vykonává každé vřeteno jj.Once the spindle described has been moved over the right table 15, the component 20 is inserted into the respective seat 16 and the spindle 8 is moved to the middle or upper position. An industrial manipulator (not shown) removes the component 20 from the seat 16. When the spindle is in the position between the two tables 15, it usually does not perform any function. However, this position can be used to discard the turbid components 20 into a transport pallet (not shown) in the case that there is no space in the seat 16 on the right table 15 because the turbid component 20 has not been removed for any reason. The cycle described is performed by each spindle jj.

Stroj pro kalení do lázně s indukčním ohřevem podle vynálezu může být řízen např. elektrickým programovatelným systémem, který umožňuje operativně měnit některé úseky programu v závislosti na tvaru kalené součásti 20, době ohřevu, době kaleni apod.The induction heating quench bath machine according to the invention can be controlled, for example, by an electrical programmable system that allows to operatively vary some program sections depending on the shape of the quenched component 20, the heating time, the quenching time and the like.

Claims

object of the invention

Machine for induction heating quenching, in particular for quenching with low quenching intensity, consisting of an inductor and a reservoir for quenching medium, characterized in that a sleeve (2) with a stepping mechanism (3) is rotatably mounted on the vertical column (1) and to the sleeve (2) are connected arms (6), at the outer end of which a vertical guide (7) is connected, in which a spindle (8) is slidably mounted, the lower end of which is coaxial with the spindle (8) ), the machine having at least four spindles (8) whose centers are arranged in a plan view on a circle with equal angular spacing so that the center of this circle lies on the axis of rotation of the sleeve (2) and the axis of rotation of the sleeve (2) is parallel to the axes of the spindles (8), the inductor (13) being mounted with the possibility of horizontal displacement so that in one extreme position of the inductor (13) the axis of the inductor (13) intersects the circle on which they are placed in plan view spindle (8).