CN102834530B - 弹簧的通电加热方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹簧的通电加热方法及其装置，其中，通过1次通电加热就能对包括电极附近部分在内的整个弹簧进行加热。该方法具有以下工序：至少使一对电极与弹簧接触的工序；向与弹簧接触的一对电极之间施加电压以对弹簧进行通电加热的工序。电极具有：第1部分（18a），其具有第1电阻值；第2部分（20），其具有高于第1电阻值的第2电阻值。第2部分（20）可具有与作为加热对象的弹簧大致相同的电阻值。通电加热时，第2部分升至与弹簧一样的温度，这样使弹簧上与电极接触部分的附近升温。

Description

弹簧的通电加热方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种对弹簧进行通电加热的技术。 

背景技术

为了使弹簧具有所需的机械特性而对其进行热处理（例如淬火、回火、调质等）。由于对弹簧进行热处理时一般使用加热炉，所以会使设备变大。对此，人们正在研究采用通电加热方法对弹簧进行热处理。进行通电加热时，在使电极与作为加热对象的弹簧的一端接触的同时还使其他电极与该弹簧的另一端接触，之后在与弹簧的两端接触的电极之间通电。这样，电流从弹簧的一端流向另一端，利用其焦耳热来加热弹簧。但是，在上述通电加热方法中，电流很难在弹簧上与电极接触部分的附近流动，所以很难均匀地加热整个弹簧。因此采用通电加热方法对弹簧进行热处理时存在以下问题：弹簧上与电极接触部分的附近未被加热，另外，受电极（一般为铜系电极）散热的影响，弹簧末端部的温度不升高，该部分的热处理进行得不充分。这样就无法获得所需的机械特性。 

例如有人在日本发明专利公开特开平6-136432号和日本发明专利公开特开2004-193033号中提出了用于解决上述问题的技术方案。在这些文献公开的技术中，在使多个电极与工件的一端接触的同时还使多个电极与该工件的另一端接触。加热工件时，使电流从与工件的一端接触的多个电极流向与该工件的另一端接触的多个电极，对整个工件除其端部（即与电极接触部分的附近）以外的部分进行通电加热。接着，使电流在与工件的一端接触的电极之间流动的同时，还使电流在与该工件的另一端接触的电极之间流动，从而只对工件的端部进行通电加热。这样能均匀地加热整个工件。 

在上述技术中，必须要进行以下工序：第1加热工序，使电流从工件的一端流向另一端而加热整个工件（但除去电极附近的部分）；第2加热工序；使电流在工件的端部进行局部流动而加热工件的端部。因此存在必须将通电加热工序分为多次进行的问题。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供如下一种技术：通过1次通电加热，就能对包括电极附近部分在内的整个工件进行加热。 

在本说明书中所记载的弹簧的通电加热方法具有以下工序：至少使一对电极与弹簧接触的工序；向与弹簧接触的一对电极之间施加电压以对弹簧进行通电加热的工序。另外，电极具有：第1部分，其具有第1电阻值；第2部分，其具有高于第1电阻值的第2电阻值。 

该方法中所用的电极具有电阻值较低的第1部分和电阻值较高的第2部分。因此，经由电极对弹簧进行通电时，第2部分散发热量，由散发的该热量来加热弹簧上与电极接触部分的附近部分。另外，由第2部分散发的热量来减少弹簧上与电极接触部分的附近的散热。这样，通过1次通电加热，就能够对包括电极附近部分在内的整个工件进行加热。 

在上述通电加热方法中，优选以α×R_W/（m_W×Cp_W）≤R_E/（m_E×Cp_E）成立作为条件来进行通电加热工序，其中，弹簧的阻值为R_W、弹簧的重量为m_W、弹簧的比热为Cp_W、电极的第2部分的阻值为R_E、电极的第2部分的重量为m_E、电极的第2部分的比热为Cp_E、根据通电开始时电极的第2部分的温度来确定的系数为α。按上述条件进行通电加热时，能使电极的温度升至与工件大致相同的温度，从而能很好地加热工件上电极附近的部分。 

这里，上述系数α是用于考虑以下事项时的系数：通电开始时电极的第2部分的温度会根据使用该电极的通电加热装置的运行状况而变化。即通电加热装置的运行状况为开始运行时或间歇运行时，由于电极的第2部分的温度较低，所以需要加大电极的第2部分的升温量。 另一方面，如果通电加热装置的运行状况为连续运行时，由于电极的第2部分的温度较高，所以无需加大电极的第2部分的升温量。因此，通过导入根据通电加热装置的运行状况而变化的系数α（根据通电开始时电极的第2部分的温度确定的系数α），能确定合适的运行条件。该系数α在0.7~1.0的范围内。例如，若电极的第2部分的温度高于规定的设定温度（即通电加热装置为连续运行时），系数α为0.7~0.8。另一方面，如果电极的第2部分的温度低于规定的设定温度（即通电加热装置为开始运行时或间歇运行时），系数α为1.0。这样能够在合适的条件下加热工件。 

在上述通电加热方法中，电极从与弹簧接触一侧开始顺次具有：第1部分，其采用铜系材料；第2部分，其采用同于弹簧的材料或者采用电阻值高于弹簧的电阻值的材料；第3部分，其采用铜系材料。采用上述结构时，由于在与弹簧接触的一侧配置有由铜系材料制成的第1部分，所以能降低弹簧和电极之间的接触电阻。这样能很好地使电流在弹簧中流动。 

另外，本说明书中提供一种能很好地用于上述通电加热方法中的通电加热装置。即本说明书中记载的通电加热装置具有与弹簧接触的一对电极和向一对电极之间施加电压的电源装置。另外，电极具有：第1部分，其具有第1电阻值；第2部分，其具有高于第1电阻值的第2电阻值。 

附图说明

图1是表示实施例1中通电加热装置的大致构成的图。 

图2是放大表示电极构成的图。 

图3是表示实施例2中通电加热装置的侧视图。 

图4是表示图3所示的通电加热装置的俯视图。 

具体实施方式

下面根据附图说明本实施例中的通电加热装置10。如图1所示，通电加热装置10具有：电源12；电极16a、16b，其经由配线13b与电源12连接；电极16c、16d，其经由开关14和配线13a与电源12连接。电源12可使用直流电源或交流电源的任何一种。由未图示的控制装置来控制开关14的通/断。

由电极16a、16b夹住工件W的一端，由电极16c、16d夹住工件W的另一端。工件W是由导电性材料（例如弹簧钢）制成的扭杆。由电极16a~16d夹住工件W时能使电极16a~16d与工件W之间实现电连接。这样能由电源12、配线13a和13b、开关14、电极16a~16d、工件W形成一个电路。因此，由控制装置来接通开关14时，有电流在工件W中流动，工件W被通电加热。由控制装置来断开开关14时能切断在工件W中流动的电流。 

电极16a~16d采用相同构成，如图2所示，它们都由第1电极部18a、第2电极部20、第3电极部18b构成。第1电极部18a由电阻值较低的材料（例如铜系材料（铜合金等））制成。在第1电极部18a上形成有模仿了工件W的表面形状的接触面。这样有利于减小第1电极部18a和工件W之间的接触电阻。第2电极部20由比第1电极部18a的电阻值还大的材料（例如铁系材料）制成。另外，工件W为弹簧钢时，第2电极部20的材料可使用具有与弹簧钢同等电阻值的铁系材料。还有，对于线径较细的工件而想使电极较大时，还可以使用电阻值大于铁系材料的不锈钢或耐热耐腐蚀合金（inconel）等。第2电极部20连接在第1电极部18a的不与工件W接触一侧的表面上。因此，第2电极部20不与工件W直接接触。第3电极部18b由同于第1电极部18a的材料（例如铜系材料（铜合金等））制成。第3电极部18b连接在第2电极部20上与连接有第1电极部18a一侧相反的表面上。 

在本实施例中，以α×R_W/（m_W×Cp_W）＜R_E/（m_E×Cp_E）成立作为条件来确定各电极16a~16d的第2电极部20的材料、重量比和尺寸，其中，工件W的阻值为R_W、重量为m_W、比热为Cp_W、电极16a~16d的各第2电极部20的阻值为R_E、重量为m_E、比热为Cp_E、根据通电加热装置10的运行状况而变化的系数为α（即根据通电开始时第2电极部20的温度确定的系数α）。这里，若通电加热装置10为连续运行时（例如第2电极部20的温度高于规定的设定温度），系数α为0.7~0.8。另一方面，若通电加热装置10为开始运行时或间歇运行时（例如第2电极部20的温度低于规定的设定温度），系数α为1.0。另外，工件W的阻值R_W可根据算式ρ_W×L_W/A_W来求出（ρ_W：工件W的电阻率、L_W：工件W的长度、A_W：工件W的截面积）。还有，第2电极部20的阻值为R_E也可以通过同于工件W的阻值R_W的计算方法来求出。 

按上述条件能成立的方式来构成各电极16a~16d的第2电极部20，在对工件W进行通电加热时，能使各电极16a~16d的第2电极部20的温度升至与工件W大致相同的温度。若工件W的阻值较大而易于形成高温时，通过调整来减小各电极16a~16d的第2电极部20的尺寸和重量，以使各电极16a~16d的温度升至较高。另外，由上述说明可知，因系数α根据通电加热装置10的运行状况而变化，所以第2电极部所要求的条件也根据通电加热装置10的运行状况而变化。 

在用上述通电加热装置10对工件W进行通电加热时，由电极16a、16b夹住工件W的一端，由电极16c、16d夹住工件W的另一端。随后接通开关14而使电流在工件W中流动。若将直流电源用作电源12时，电流从工件W的一端（电极16a、16b）流向另一端（电极16c、16d）、或者从工件W的另一端（电极16c、16d）流向一端（电极16a、16b）。通过电流在工件W中的流动，能对整个工件W除其端部（与电极16a~16d接触部分的附近）以外的部分进行加热。与此同时，各电极16a~16d都具有电阻值较高的第2电极部20，通电加热时各电极16a~16d的温度升至与工件W大致相同的温度。因此，工件W的端部（与电极16a~16d接触部分的附近）因各电极16a~16d散发的热量而被加热或得以保温。这样，能够将包括末端在内的整个工件W加热至规定温度。对工件W的通电加热结束时，使开关14呈断开状态。 

如上所述，由于本实施例的通过加热装置10采用了以下构成：电极16a~16d都具有电阻值较高的第2电极部20，通电加热时电极16a~16d的温度能升至与工件W大致相同的温度。因此，工件W的端部（与电极16a~16d接触部分的附近）因电极16a~16d散发的热量而被加热或得以保温。这样只需要对工件W进行1次通电（即、使电流从工件W的一端流向另一端）就能够对整个工件W进行加热。因此，用本实施例的通电加热装置10对工件W进行热处理（淬火、回火、调质等）时，能对整个工件W进行所需的热处理。这样能够防止因工件W的局部热处理不充分而产生的硬度或金相组织异常或所谓的自发开裂等现象。 

另外，在电极16a~16d上与工件W接触的部分形成有电阻值较低的第1电极部18a，在该第1电极部18a上形成有模仿了工件W的表面形状的接触面。因此能减小工件W和第1电极部18a，从而能使电流很好地在工件W中流动。还有，根据工件W的硬度和形状的不同，即便只具有第2电极部20也不会产生接触电阻的问题。此时，也可采用去掉第1电极部18a的构成。 

上面详细说明了本发明的具体实施例，但是这些实施例只是几个示例而已，并不用来限定本专利申请的保护范围。本专利申请的权利要求书中所记载的技术方案包含对上述示例的具体实施例进行各种变型、改变后的技术方案。 

即，在上述实施例中，对像扭杆那样的棒状弹簧（工件W）进行了通电加热，但是本说明书中记载的技术方案并不局限于上述方式。例如如图3、4所示，本说明书中记载的技术方案能够应用于对螺旋弹簧22进行通电加热的通电加热装置。该通电加热装置具有：夹紧机构（24a、26a），由其夹住螺旋弹簧22的上端22a；夹紧机构（24b、26b），由其夹住螺旋弹簧22的下端22b。 

夹紧机构（24a、26a）具有夹紧部件24a、26a。如图4所示，电极25a、23a分别安装在夹紧部件24a、26a上。电极23a、25a具有同于上述实施例的构成。即，电极23a、25a具有第1电极部、第2 电极部、第3电极部，第2电极部的电阻值高于第1、第3电极部的电阻值。另外，在第1电极部上形成有模仿了螺旋弹簧22的形状的接触面。 

在未图示的执行元件的作用下，夹紧部件24a、26a能在相互接近的位置（夹紧位置）和相互远离的位置（松开位置）之间移动。夹紧部件24a、26a移至夹紧位置时，螺旋弹簧22的上端22a被电极25a、23a夹住。这样来实现螺旋弹簧22和电极25a、23a之间的电连接。另一方面，夹紧部件24a、26a移至松开位置时，螺旋弹簧22的上端22a与电极25a、23a呈非接触状态。还有，夹紧机构（24a、26a）能围绕螺旋弹簧22的轴线转动。这样，即使螺旋弹簧22因通电加热而变形也能对该变形进行对应。 

用于夹住螺旋弹簧22的下端22b的夹紧机构（24b、26b）的构成大致同于上述夹紧机构（24a、26a）。但是夹紧机构（24b、26b）与夹紧机构（24a、26a）的不同之处在于，前者在未图示的执行元件的作用下在图3中的上下方向上被驱动。夹紧机构（24b、26b）在上下方向上被驱动时，能将螺旋弹簧22设置在通电加热装置中或取出。还有，与上述夹紧机构（24a、26a）一样，在未图示的执行元件的作用下，夹紧机构（24b、26b）也能在夹紧位置和松开位置之间移动，还能围绕螺旋弹簧22的轴线转动。 

另外，如图3、4所示，上述通电加热装置还具有用于支承螺旋弹簧22的下端22b的卡具28和用于支承螺旋弹簧22的上端22a的卡具42。在卡具28上形成有模仿了螺旋弹簧22的下端22b的形状的接触面28a。卡具28在液压装置34的作用下被上下驱动。液压装置34具有液压缸30和能相对于液压缸30进行伸缩动作的活塞杆32。卡具28安装在活塞杆32的顶端。卡具42的构成也与上述卡具28的相同。即卡具42具有模仿了螺旋弹簧22的上端22a的形状的接触面42a，在具有液压缸36和活塞杆38的液压装置40的作用下被上下驱动。由卡具28和卡具42来支承螺旋弹簧22的两端时，能精准地将螺旋弹簧22定位在所需的位置上。还有，并不是必须用卡具来支承 螺旋弹簧22的上端，也可以去掉对螺旋弹簧22的上端22a进行支承的卡具42。 

利用上述通电加热装置对螺旋弹簧22进行通电加热时，首先，使夹紧机构（24b、26b）和卡具28呈避让到下方的状态。接着，用未图示的机械手将螺旋弹簧22设置在卡具42中。即，驱动机械手而使螺旋弹簧22的上端22a抵接卡具42并且将该螺旋弹簧22定位在卡具42中。与此同时，由夹紧机构（24a、26a）夹住螺旋弹簧22的上端22a。之后，卡具28和夹紧机构（24b、26b）向上移动，其后由夹紧机构（24b、26b）夹住螺旋弹簧22的下端22b。螺旋弹簧22的上端22a和下端22b被夹住后，在该状态下对螺旋弹簧22的上端和下端之间施加电压以向螺旋弹簧22通电。这样，对整个螺旋弹簧22除其端部（即与电极接触部分的附近）以外的部分进行加热。同时，螺旋弹簧22的端部（即与电极接触部分的附近）因电极散发的热量而被加热并且其温度升至与螺旋弹簧22大致相同的温度。对螺旋弹簧22的通电加热结束时，夹紧机构（24b、26b）松开螺旋弹簧22的下端22b，之后卡具28和夹紧机构（24b、26b）避让到下方。接着，由未图示的机械手把持螺旋弹簧22时，夹紧机构（24a、26a）松开螺旋弹簧22的上端22a。之后由机械手将螺旋弹簧22送至装置外。 

还有，对螺旋弹簧22进行通电加热时，螺旋弹簧22受热而变形。本实施例中，对应于螺旋弹簧22的变形而使夹紧机构（24b、26b）在上下方向上移动，同时还使夹紧机构（24a、26a）、（24b、26b）围绕螺旋弹簧22的轴线转动。这样能吸收螺旋弹簧的热变形。 

由上述说明可知，使用图3、4中的通电加热装置，对螺旋弹簧22进行1次通电处理就能对整个螺旋弹簧22进行加热。另外在通电加热中，由于夹紧机构能对应于螺旋弹簧22的热变形而产生相应的移动，所以能防止不需要的外力作用于螺旋弹簧22。这样能够很好地进行螺旋弹簧22的热处理。还有，在上述通电加热装置中，也可使用于夹住螺旋弹簧22的上端的夹紧机构（24a、26a）能在上下方向上移动。 

还有，对具有起不到弹簧作用的顶端部分的弹簧进行热处理时，也能很好地适用本说明书中记载的技术方案。即，起不到弹簧作用的顶端部分，在热处理时严格管理其温度的必要性较低。因此，用电极夹住该顶端部分并进行通电加热，这样起到弹簧作用的部分未被电极夹住，所以能精准地控制该起到弹簧作用的部分的热处理温度。还有，作为该弹簧，例如有螺旋弹簧、开口环、稳定杆、扭杆、盘簧等。 

另外，在本说明书中记载的通电加热装置中，也可以预先用加热器（例如电阻加热器、等离子加热器、感应加热器）对电极部分进行加热后再对工件进行通电加热。这样能够对工件上与电极接触部分的附近进行充分的加热。 

再有，还可用温度记录器等非接触式温度计来计测工件的温度，根据计测到的该温度来控制通电加热量。 

本说明书或者附图中所说明的技术特征，并不局限于申请时权利要求书中所述的组合，其单独或者通过各种组合而具有技术实用性。另外，虽然本说明书或者附图所示的技术方案能同时实现多个目的，但是只要实现其中的一个目的其也具有技术实用性。 

Claims (6)

1.一种弹簧的通电加热方法，其特征在于，具有以下工序：

至少使一对电极与弹簧接触的工序；

向与弹簧接触的一对电极之间施加电压以对弹簧进行通电加热的工序，

上述电极具有：第1部分，其具有第1电阻值；第2部分，其具有高于第1电阻值的第2电阻值。

2.根据权利要求1所述的弹簧的通电加热方法，其特征在于，

以α×R_W/（m_W×Cp_W）≤R_E/（m_E×Cp_E）成立作为条件来进行通电加热工序，其中，弹簧的阻值为R_W、弹簧的重量为m_W、弹簧的比热为Cp_W、电极的第2部分的阻值为R_E、电极的第2部分的重量为m_E、电极的第2部分的比热为Cp_E、根据通电开始时电极的第2部分的温度来确定的系数α。

3.根据权利要求2所述的弹簧的通电加热方法，其特征在于，

通电开始时电极的第2部分的温度越高系数α设定得越小。

4.根据权利要求3所述的弹簧的通电加热方法，其特征在于，

通电开始时电极的第2部分的温度高于设定温度时系数α为0.7～0.8，通电开始时电极的第2部分的温度低于设定温度时系数α为1.0。

5.根据权利要求1～4的任意一项所述的弹簧的通电加热方法，其特征在于，

上述电极还具有第3部分，电极从与弹簧接触一侧开始顺次具有上述第1部分、上述第2部分和上述第3部分，上述第1部分和上述第3部分采用铜系材料；上述第2部分采用同于弹簧的材料或采用电阻值高于弹簧的电阻值的材料。

6.一种弹簧的通电加热装置，其为对弹簧进行通电加热的装置，其特征在于，具有：

与弹簧接触的一对电极；

向一对电极之间施加电压的电源装置，

上述电极具有：第1部分，其具有第1电阻值；第2部分，其具有高于第1电阻值的第2电阻值。

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