CN113278786B - 一种环形工件表面感应的加热淬火方法及加热淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环形工件表面感应的加热淬火方法及加热淬火装置，通过采用工件双向摆动、相向合拢加热感应器或加热感应器双向摆动方式相向合拢的控制方法，可以适应不同直径的轴承零件，使圆环工件能够实现稳定加热和冷却，淬硬层连续无软带，保证圆环工件淬火质量的一致性，加热效率高，柔性化程度高，适应工件直径范围宽；此外通过感应加热电源和配套行架机械手数控控制***严格管控加热工艺参数和运行动作轨迹，多组加热单元组合式感应加热喷淋淬火，双向电气跟踪***实时跟踪并补偿加热感应圈与被加热工件之间的间隙值、间隙测量***自动测量加热线圈与被加热工件加热面的间隙值、淬火喷淋的恒流恒压***保证了加热后淬火冷却参数的一致性。

Description

一种环形工件表面感应的加热淬火方法及加热淬火装置

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，具体涉及一种环形工件表面感应的加热淬火方法及加热淬火装置。

背景技术

轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中摩擦系数，并保证其回转精度。轴承在运行过程中需要承载极大的径向载荷和轴向载荷，轴承套圈、滚动体和维持架之间不只发作滚动摩擦，而且也会发作滑动摩擦，因此就需要对轴承滚动体和摩擦面进行无软带感应淬火，从而强化其机械性能、提高使用寿命。

目前我国轴承工业制造工艺和感应淬火设备技术发展缓慢，大直径回转轴承淬火仍采用传统的有软带淬火工艺方式，对轴承的使用寿命和噪音都产生了较大的影响，软带部位就是轴承的薄弱部位、噪音产生部位、抗疲劳差的部位。我国由于前期技术壁垒的限制，许多技术难题攻关未能取得突破。因而造成轴承有软带，产品装配精度质量不稳定而影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环形工件表面感应的加热淬火方法及加热淬火装置，该加热淬火方法可避免环形工件的加热淬火过程中软带的形成，并且具有加热效率高、可靠性高柔性化高以及节能环保。

第一方面，本申请实施例提供了一种环形工件表面感应的加热淬火方法，所述加热淬火方法包括以下步骤：S1、预加热，被加热环形工件往复转动，同时对环形工件的预加热区域的表面进行加热；S2、加热，预加热处理完成后，环形工件的表面同时进行顺时针和逆时针方向的加热，并同步进行加热后的喷淋处理；S3、环形工件的加热末端区域表面采用往复相向合拢加热感应器或加热感应器双向摆动合拢的方式进行加热；S4、环形工件内表面或外表面完成加热处理后，环形工件快速转动一个角度或往复转动进行冷却。

根据第一方面一种可能的实施的方式中，在上述所述步骤S1中，所述预加热区域为单个加热感应器宽度的2至8倍。

根据第一方面一种可能的实施方式中，当步骤S2中的环形工件加热至邻近其内表面或外表面的末端区域位置时，步骤S3开始动作。

根据第一方面一种可能的实施方式中，所述加热淬火方法还包括用于加热单元与环形工件之间间隙进行测量的间隙测量方法，该间隙测量方法为：在加热单元内的加热线圈上通入一个电压信号，当配套的机械手控制加热单元连接的加热线圈慢速向被加热环形工件靠近，当加热线圈接触到被加热环形工件加热面时，加热线圈会立即将信号反馈至机械手控制***中，配套的机械手会立即停止移动，并将当前的轴坐标信息进行运算，进而自动控制加热线圈与被加热工件之间的间隙值。

第二方面，本申请实施例提供一种环形工件表面感应的加热淬火装置，所述加热淬火装置包括：第一加热单元，所述第一加热单元布置在环形工件表面的外侧或内侧，所述第一加热单元可沿环形工件外表面或内表面进行圆周移动；第二加热单元，所述第二加热单元布置在环形工件表面的内侧或外侧，所述第二加热单元可沿环形工件内表面或外表面进行圆周移动，所述第一加热单元和第二加热单元相邻布置在环形工件的起始位置，其中环形工件起始位置为环形工件开始转动时的静止位置；第三加热单元，所述第三加热单元布置在环形工件外表面的终点位置处，所述环形工件外表面的终点位置处为环形工件加热结束时的位置；所述第三加热单元可沿环形工件外表面的终点位置进行往复圆周移动；以及一对喷淋器，一对所述喷淋器分别安装在所述第一加热单元和第二加热单元内。

根据第二方面一种可能的实施方式中，所述第一加热单元、第二加热单元以及第三加热单元的结构相同，其中每一所述加热单元包括感应加热电源、加热感应器、隔离变压器、谐振电容器以及汇流排，所述加热感应器通过所述汇流排与所述隔离变压器相连，所述加热感应器、谐振电容以及隔离变压器与所述感应加热电源电性相连。

根据第二方面一种可能的实施方式中，所述加热淬火装置还包括自动跟踪***，所述自动跟踪***包括三组位移传感器，三组所述位移传感器分别对应设置在第一加热单元、第二加热单元以及第三加热单元中。

根据第二方面一种可能的实施方式中，所述加热淬火装置还包括间隙测量***。

根据第二方面一种可能的实施方式中，所述喷淋器采用全自动恒流和恒压控制***。

根据第二方面一种可能的实施方式中，所述第一加热单元、第二加热单元和第三加热单元通过设置有的机械手控制***悬挂安装，其中所述机械手控制***对第一加热单元、第二加热单元和第三加热单元的移动速度和运行坐标进行控制。

本发明的有益效果为：本申请加热开始通过采用工件双向摆动、相向合拢加热感应器或加热感应器双向摆动方式相向合拢的控制方法，可以适应不同直径的轴承零件，使圆环工件能够实现稳定加热和冷却，淬硬层连续无软带，保证圆环工件淬火质量的一致性，加热效率高，柔性化程度高，适应工件直径范围宽；此外通过感应加热电源和配套行架机械手数控控制***严格管控加热工艺参数和运行动作轨迹，多组加热单元组合式感应加热喷淋淬火，全自动双向电气跟踪***实时跟踪并补偿加热感应圈与被加热工件之间的间隙值、全自动的间隙测量***自动测量加热线圈与被加热工件加热面的间隙值、淬火喷淋的恒流恒压***保证了加热后淬火冷却参数的一致性。

附图说明

图1为本申请实施例一中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。

图2为本申请实施例一中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

图3为本申请实施例一中第三加热单元开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。

图4为本申请实施例一中的第三加热单元停止加热时的工作原理示意图。

图5为本本申请实施例一中的加热完成后环形工件快速旋转一角度后进行喷淋冷却的结构状态示意图。

图6为本申请实施例一中的环形工件表面感应的加热淬火方法流程示意图。

图7为本申请实施例二中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。

图8为本申请实施例二中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

图9为本申请实施例二中的第二加热单元开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。

图10为本申请实施例二中的加热完成后环形工件快速旋转一角度后进行喷淋冷却的结构状态示意图。

图11为本申请实施例三中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。

图12为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

图13为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件表面加热至某一位置时的工作状态示意图。

图14为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件末端区域进行往复加热的工作状态示意图。

图15为本申请实施例三中的第一加热单元开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。

图16为本申请实施例三中的第一加热单元加热完成后远离加热区域的工作状态示意图。

图17为本申请实施例三中的第二加热单元加热完成后远离加热区域的工作状态示意图。

图18为本申请实施例三中的加热完成后环形工件快速旋转一角度后进行喷淋冷却的结构状态示意图。

图中：

1-环形工件，2-第一加热单元，3-第二加热单元，4-第三加热单元，5-往复移动区域，6-喷淋器，7-喷淋器。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

为了便于可以更好的理解本申请的实施例，首先对本申请涉及的实施例的应用场景进行说明。本申请实施例中为应用于环形工件表面感应的加热淬火装置，日常生产中，一些环形工件(例如轴承)在工作过程中同时承载径向载荷和轴向载荷，零件表面存在滚动摩擦和滑动摩擦。为了提高其使用寿命和强化其机械性能，需要对零件表面进行对应的淬火工艺处理；但是现有的环形工件表面所采用的为传统的有软带的淬火工艺，使得环形工件表面存在软带部位，影响零件的使用寿命和性能。

实施例一

参见附图1所示，附图1为本申请实施例一中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。本申请实施例中的加热淬火装置包括三组加热单元以及一对喷淋器6、7。三组加热单元的结构都相同，每一加热单元包括感应加热电源、加热感应器、隔离变压器、谐振电容器以及汇流排。

请继续参阅附图1所示，为了便于描述，将本申请实施例中的三组加热单元分别简称为第一加热单元2、第二加热单元3及第三加热单元4。在本申请实施例中，第一加热单元2和第二加热单元3其各自都由两组加热线圈构成，第三加热单元4为采用一组加热线圈构成。可以理解的是，在其它实施例中，第一加热单元2、第二加热单元3以及第三加热单元4其各自内的加热线圈数量可以灵活调整，以满足加热效果即可，不以为限。第一加热单元2布置在环形工件1表面的内侧，第二加热单元3布置在环形工件1表面的外侧。第一加热单元2和第二加热单元3相邻布置在环形工件1的起始位置，即第一加热单元2和第二加热单元3之间相对的侧面邻近布置。环形工件1的起始位置指的是环形工件1开始转动时的静止位置。为了便于描述，本申请实施例将环形工件1的起始位置标记为0°位置，在本申请实施例的附图1中，环形工件1的起始位置为环形工件的最高处位置。第三加热单元4布置在环形工件1外表面的终点位置处，对应的，本申请实施例将环形工件1的终点位置标记为标记为±180°位置，即在本申请实施例的附图1中环形工件的终点位置为环形工件的最低处位置，最高处位置和最低处位置相对设置。可以理解的时，在其它实施例中，环形工件1的起始位置和终点位置也可以选择布置在环形工件的其它位置处，不以为限。

本申请实施例中的环形工件其在淬火加热过程中需要进行往复转动，即做顺时针和逆时针的往复转动。在本申请实施例中，环形工件1其安装在旋转工作台上，利用旋转工作台驱动其往复转动，其转动次数和速度可以通过旋转工作台进行控制。

本申请实施例中，环形工件1首先开始进行预加热：

环形工件1的预加热过程为：

请参照附图1所示，预加热时，环形工件1开始进行往复转动，同时，第一加热单元2和第二加热单元3保持不动，并且第一加热单元2和第二加热单元3依次启动加热或同时加热启动，对环形工件1往复转动的区域进行加热。可以理解的时，第一加热单元2和第二加热单元3各自的加热功率可以独立进行设定调节，即第一加热单元2和第二加热单元3各自的加热功率可以相同和/或不同。通过第一加热单元2和第二加热单元3对环形工件1内外表面的往复移动区域进行循环加热，可以实现对环形工件1内外表面进行预加热，为后续加热提供基础。在本申请实施例中，环形工件1的往复移动区域5其长度范围为第一加热单元2和第二加热单元3中单个加热感应线圈宽度的2-8倍。该区域范围的选择，其可以更好的保证环形工件1的预热效果。

在环形工件1的预加热过程中完成时，即环形工件1的最后一次转动位置结束后，环形工件1停止于初始位置(即本申请实施例中的0°位置，附图1中的环形零件表面的最高点位置处)。同时，一对喷淋器6、7开始分别开启喷淋水，喷向环形工件1的被预加热表面。本申请实施例中，环形工件1的预加热通过采用双向往复移动，同时利用第一加热单元2和第二加热单元3对环形工件1的内外表面进行加热的方式，可以使得环形工件1均匀受热，避免了加热温度的较大差异而造成的淬火软带的问题。

请参阅附图1所示，本申请实施例一中一喷淋器6固定在第一加热单元2上，另一喷淋器7固定在第二加热单元3上。其中，一对喷淋器6、7分别对应布置在第一加热单元2和第二加热单元3的后方，即第一加热单元2和第二加热单元3在加热工作过程中，都是先对环形工件1表面进行加热，后再通过喷淋器6、7对其进行冷却降温。

请参阅附图2所示，附图2为本申请实施例一中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

环形工件1的加热过程为：

参照附图2所示，第一加热单元2和第二加热单元3分别同步沿着环形工件1的表面进行移动，即各自沿着环形工件1的起始位置移向终点位置，同时，环形工件1保持静止不动。在本申请实施例中，第一加热单元2沿着逆时针方向移动，由起始位置处从环形零件内表面逐渐移向终点位置；第二加热单元3沿着顺时针方向移动，同样由起始位置从环形零件外表面逐渐移向终点位置。在第一加热单元2和第二加热单元3移动加热过程中，一对喷淋器6、7始终保持喷淋状态。

请参阅附图3所示，附图3为本申请实施例一中第三加热单元4开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。

参照附图3所示，当第一加热单元2和第二加热单元3分别移动至环形工件≈175°位置处时(可以理解的是，对于第一加热单元2或第二加热单元3移动至环形工件某一位置时，第三加热单元4开始往复移动，该位置的选择为基于第一加热单元2或第二加热单元3移动邻近至环形工件末端位置为准，在本申请实施例中选择175°位置，在其它实施例中可以选择其它移动位置，不以为限)，第三加热单元4开始往复转动，其转动的起点位置为环形工件的终点位置。而第三加热单元4其在往复转动的过程中，其每次往复转动的终点位置为动态坐标，即由于此时第一加热单元2和第二加热单元3继续处于移动过程中，第一加热单元2和第二加热单元3的实时位置为动态坐标，因此第三加热单元4每次往复转动的终点位置依据第一加热单元2和第二加热单元3的位置进行实时调整，即第三加热单元4每次往复移动至第一加热单元2或第二加热单元3的位置处后，其便停止继续移动并进行反向移动，而第三加热单元4该次停止继续移动的位置便为此次往复转动的正旋终点位置或逆旋终点位置。

参照附图4所示，附图4为本申请实施例一中的第三加热单元4停止加热时的工作原理示意图。

参照附图4所示，当第一加热单元2和第二加热单元3分别移动至环形工件的178°位置处时，第三加热单元4停止往复转动，第三加热单元4停止加热。同时，第三加热单元4开始上升/后退，远离环形工件的加热区域；而第一加热单元2和第二加热单元3继续向环形工件的终点位置处移动，直至到达终点位置，结束加热。本申请实施例中，在环形工件的加热终点区域，通过利用第三加热单元4的往复移动，实现对被加热环形工件的结束(合拢)区域进行往复加热，保证被加热环形工件结束区域的淬火硬化层深度的可控性。

参阅附图5所示，附图5为本申请实施例一中的环形工件停止加热时的工作状态示意图。

参照附图5所示，当第一加热单元2和第二加热单元3停止对环形工件表面加热后，环形工件快速转动(逆时针方向或顺时针方向)一个固定角度，进行喷淋冷却(此时环形工件保持停止不动或匀速往复转动)，直至环形工件冷却至所需的冷却温度范围内。

请参阅附图1所示，为了保证在加热单元(第一加热单元2、第二加热单元3以及第三加热单元4)在移动过程中始终与环形工件加热面之间的间隙一致性，本申请实施例加热淬火装置还包括有自动跟踪***。具体的，本申请实施例中的自动跟踪***主要由三组位移传感器组成，分别对应设置在第一加热单元2、第二加热单元3以及第三加热单元4中，即邻近设置在加热单元中的加热线圈位置附近。在本申请实施例中，机械手控制***用于对第一加热单元2、第二加热单元3和第三加热单元4进行悬挂安装，并对第一加热单元2、第二加热单元3和第三加热单元4的移动速度和运行坐标进行控制。位移传感器用于检测环形工件的加热面水平位置和垂直方向，在加热过程中，位移传感器实时将环形工件的水平方向和垂直方向的位移值传送到机械手控制***中，经控制***运算后实时调整机械手控制***的轴坐标，从而保证加热单元内的加热线圈与环形工件加热面之间的间隙一致性。

为了使得环形工件具备更好的加热均匀性，本申请实施例中还对加热单元与环形工件表面之间的间隙进行测量。在本申请实施例中，加热淬火装置还配套有间隙测量***，即第一加热单元2、第二加热单元3以及第三加热单元4分别配置有间隙测量***，间隙测量***用于加热单元与环形工件表面的间隙值数字化设定。具体的为，通过在加热单元(第一加热单元2、第二加热单元3或第三加热单元4)的加热线圈上通入一个特定的电压信号，当相应的加热单元连接的加热线圈缓慢向加热环形工件靠近，当加热线圈接触到环形加热工件的加热面时，加热线圈会立即将信号反馈至机械手控制***中，该加热线圈对应的机械手就会立即停止移动，并将当前的轴坐标信息进行运算，从而自动控制加热线圈与被加热环形工件之间的间隙值，由于采用了间隙测量***，彻底解决了传统的设备间隙定位需要人工根据经验判定，人为因素影响较大的问题。

为了提高环形工件的淬火质量和工件产品性能，请参阅附图1所示，本申请实施例中的喷淋器6、7采用全自动恒流、恒压控制***，替代传统的淬火设备喷淋压力大小或流量大小，均需要通过人工进行手动调节阀门来实现。避免出现因喷液流量的偏差将会直接影响被加热环形工件的冷却效果，进而造成淬火硬度不稳定、淬火表面裂纹等严重缺陷。本申请实施例通过采用上述全自动恒流、恒压控制***只需要具有权限的工程师在控制***中设定好流量数值及压力数值，设备自动运行中所配套的流量计实时测量喷液管路中的流量值，并反馈至控制***运算后实时控制流量阀，自动恒定喷液流量。在本申请实施例中，喷液中的压力恒定由压力传感器及水泵等组成，压力传感器用于实时测量喷液***的压力，并实时反馈至控制***中，控制***实时自动调节供水泵的运行参数，从而保证喷淋流量的压力恒定，进而有效地保证了淬火喷淋参数的一致性。

同时，参照附图6所示，附图6为本申请实施例一中的环形工件表面感应的加热淬火方法流程示意图。本申请实施例提供一种可以应用在上述环形工件表面感应的加热淬火装置上的加热淬火方法，该加热淬火方法包括以下步骤：

S1、预加热，被加热环形工件往复转动，同时对环形工件的预加热区域的内表面和外表面进行加热；

环形工件其通过旋转台控制其做往复性转动，在预加热过程中，第一加热单元2和第二加热单元3分别布置在环形工件的内表面和外表面，第一加热单元2和第二加热单元3的位置保持不动。环形工件在做周期性的往复转动的过程中，第一加热单元2和第二加热单元3分别通过环形工件的预加热区域的内外表面进行加热，实现预加热功能。可以理解的时，环形工件的预加热区域为预加热模式下环形工件表面往复转动的区域范围。在本申请实施例中，环形工件的预加热区域为第一加热单元2和第二加热单元3中单个加热线圈宽度的的2至8倍。

S2、加热，预加热处理完成后，环形工件的内表面和外表面同时进行顺时针和逆时针方向的加热，并同步进行加热后的喷淋处理；

在环形工件的预加热作业处理完成后，环形工件停止转动。第一加热单元2和第二加热单元3分别从环形工件的初始位置，同步的对环形工件的内表面和外表面进行加热。在第一加热单元2和第二加热单元3开始加热的同时，喷淋器6、7也相应的对加热后的环形零件内表面和外表面进行冷却。

S3、环形工件的加热末端区域外表面进行往复加热；

第一加热单元2和第二加热单元3在对环形工件的内外表面进行加热的过程中，当第一加热单元2和第二加热单元3移动至一定位置时(在本申请实施例中，第一加热单元2移动至175°位置时，或者第二加热单元3移动至175°位置时)，第三加热单元4开始动作，第三加热单元4布置在环形工件的外表面，其布置在环形工件的终点位置处，即环形工件的180°位置处。第三加热单元4开始做往复转动，第三加热单元4往复转动的终点坐标为动态坐标，即正旋终点坐标(顺时针方向转动)和逆旋终点坐标(逆时针方向转动)，可以理解的是，第三加热单元4每次往复移动至第一加热单元2或第二加热单元3的位置处后，其便停止继续移动并进行反向移动，而第三加热单元4该次停止继续移动的位置便为此次往复转动的正旋终点位置或逆旋终点位置。

S4、环形工件内外表面完成加热处理后，环形工件快速转动或往复转动进行冷却；

当第一加热单元2和第二加热单元3分别移动至环形工件的178°位置处时，第三加热单元4停止往复转动，第三加热单元4停止加热。同时，第三加热单元4开始上升/后退，远离环形工件的加热区域；而第一加热单元2和第二加热单元3继续向环形工件的终点位置处移动，直至到达终点位置，结束加热。

在加热结束后，环形工件快速转动(逆时针方向或顺时针方向)一个固定角度，进行喷淋冷却(此时环形工件保持停止不动或匀速往复转动)，直至环形工件冷却至所需的冷却温度范围内。

在本申请实施例中，环形工件其在进行预加热和加热的过程中，为了保证加热单元与环形工件之间的间隙一致性，还对环形工件在整个加热过程中，对加热单元与环形工件之间的间隙进行跟踪并进行实时反馈，以保证加热单元与环形工件加热面之间的间隙一致性。

为了能够对加热单元与环形工件加热面之间的间隙进行测量，尤其在设备初期。本申请实施例还提供一种加热单元与环形工件加热面之间的间隙测量方法，该间隙测量方法为：在加热单元内的加热线圈上通入一个特定的电压信号，当配套的机械手控制加热单元连接的加热线圈慢速向被加热环形工件靠近，当加热线圈接触到被加热环形工件加热面时，加热线圈会立即将信号反馈至机械手控制***中，配套的机械手会立即停止移动，并将当前的轴坐标信息进行运算，从而自动控制加热线圈与被加热工件之间的间隙值，由于采用了间隙自动测量定位***，彻底解决了传统的设备间隙定位需要由人工根据经验判定，人为因素影响大等问题。

实施例二

参照附图7所示，附图7本申请实施例二中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。在本申请实施例中的加热淬火装置包括二组加热单元202、203以及一对喷淋器204、205。两组加热单元的结构都相同，每一加热单元包202、203括感应加热电源、加热感应器、隔离变压器、谐振电容器以及汇流排。

在本申请实施例中，同样为了便于描述，将本申请实施例中的两组加热单元分别简称为第一加热单元202和第二加热单元203，第一加热单元202和第二加热单元203为两个分别独立运行的加热单元。在本申请实施例中，第一加热单元202由两组加热线圈构成，第二加热单元203为采用一组加热线圈构成。

第一加热单元202中的一加热线圈2021布置在环形工件201表面的外侧，另一加热线圈2022布置在环形工件201表面的内侧。第一加热单元202中的上述一组加热线圈2021、2022相邻布置在环形工件201的起始位置。环形工件201的起始位置指的是环形工件开始转动时的静止位置。为了便于描述，本申请实施例将环形工件201的起始位置标记为0°位置，在本申请实施例的附图7中，环形工件201的起始位置为环形工件的最高处位置。第二加热单元203布置在环形工件201外表面的终点位置处，对应的，本申请实施例将环形工件201的终点位置标记为标记为±180°位置，即在本申请实施例的附图中环形工件201的终点位置为环形工件的最低处位置，最高处位置和最低处位置相对设置。可以理解的时，在其它实施例中，环形工件201的起始位置和终点位置也可以选择布置在环形工件的其它位置处，不以为限。

请参阅附图8所示，附图8为本申请实施例二中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

本申请实施例中，环形工件首先开始进行预加热：

环形工件的预加热过程为：

请参照附图7所示，预加热时，环形工件201开始进行往复转动，同时，第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022保持不动，并且该一对线圈2021、2022依次启动加热或同时加热启动，对环形工件201往复转动的区域进行加热。可以理解的时，第一加热单元202中的上述一组加热线圈2021、2022各自的加热功率可以独立进行设定调节，即一对加热线圈2021、2022各自的加热功率可以相同和/或不同。通过第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022对环形工件201内外表面的往复移动区域进行循环加热，可以实现对环形工件201内外表面进行预加热，为后续加热提供基础。在本申请实施例中，环形工件201的往复移动区域其长度范围为第一加热单元中一对加热线圈整体宽度的1-4倍。该区域范围的选择，其可以更好的保证环形工件的预热效果。

在环形工件的预加热过程中完成时，即环形工件的最后一次转动位置结束后，环形工件201停止于初始位置(即本申请实施例中的0°位置，附图7中的环形零件表面的最高点位置处)。同时，一对喷淋器204、205开始分别开启喷淋水，喷向环形工件201的被预加热表面。本申请实施例中，环形工件201的预加热通过采用双向往复移动，同时利用第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022对环形工件201的内外表面进行加热的方式，可以使得环形工件均匀受热，避免了加热温度的较大差异而造成的淬火软带的问题。

环形工件的加热过程为：

参照附图8所示，第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022分别同步沿着环形工件201的外表面和内表面进行移动，即各自沿着环形工件201的起始位置移向终点位置，同时，环形工件201保持静止不动。在第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022移动加热过程中，一对喷淋器204、205始终保持喷淋状态。

请参阅附图9所示，附图9为本申请实施例二中的第二加热单元开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。

参照附图9所示，当第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022分别移动至环形工件≈175°位置处时(可以理解的是，对于第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022移动至环形工件201某一位置时，第二加热单元203开始往复移动，该位置的选择为基于第一加热单元202邻近至环形工件201末端位置为准，在本申请实施例中选择175°位置，在其它实施例中可以选择其它移动位置，不以为限)，第二加热单元203开始往复转动，其转动的起点位置为环形工件201的终点位置。而第二加热单元203其在往复转动的过程中，其每次往复转动的终点位置为动态坐标，即由于此时第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022继续处于移动过程中，第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022的实时位置为动态坐标，因此第二加热单元203每次往复转动的终点位置依据第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022的位置进行实时调整，即第二加热单元203每次往复移动至第一加热单元202中的某一加热线圈2021、2022的位置处后，其便停止继续移动并进行反向移动，而第二加热单元203该次停止继续移动的位置便为此次往复转动的正旋终点位置或逆旋终点位置。

参照附图10所示，附图4为本申请实施例二中的环形工件停止加热时的工作状态示意图。

参照附图10所示，当第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022分别移动至环形工件的≈179°位置处时，第二加热单元203停止往复转动，第二加热单元203停止加热。同时，第二加热单元203开始上升/后退，远离环形工件201的加热区域；而第一加热单元202中的一对加热线圈2021、2022继续向环形工件201的终点位置处移动，直至到达终点位置，结束加热。本申请实施例中，在环形工件201的加热终点区域，通过利用第二加热单元203的往复移动，实现对被加热环形工件201的结束(合拢)区域进行往复加热，保证被加热环形工件结束区域的淬火硬化层深度的可控性。

此外，当第一加热单元202和第二加热单元203停止对环形工件201表面加热后，环形工件201快速转动(逆时针方向或顺时针方向)一个固定角度，进行喷淋冷却(此时环形工件保持停止不动或匀速往复转动)，直至环形工件冷却至所需的冷却温度范围内。

实施例三

参照附图11所示，附图11为本申请实施例三中的应用于环形工件表面感应的加热淬火装置结构原理示意图。在本申请实施例中的加热淬火装置包括二组加热单元302、303以及一对喷淋器304、305。两组加热单元302、303的结构都相同，每一加热单元包括感应加热电源、加热感应器、隔离变压器、谐振电容器以及汇流排。

在本申请实施例中，同样为了便于描述，将本申请实施例中的两组加热单元分别简称为第一加热单元302和第二加热单元303，第一加热单元302和第二加热单元303为两个分别独立运行的加热单元。在本申请实施例中，第一加热单元302、303都由两组加热线圈构成。

第一加热单元302中的一对加热线圈3021、3022布置在环形工件301表面的外侧，第二加热单元303中的一对加热线圈3031、3032布置在环形工件301表面的内侧。第一加热单元302和第二加热单元303相邻布置在环形工件301的起始位置。环形工件301的起始位置指的是环形工件开始转动时的静止位置。为了便于描述，本申请实施例将环形工件301的起始位置标记为0°位置，在本申请实施例的附图11中，环形工件301的起始位置为环形工件的最高处位置。对应的，本申请实施例将环形工件的终点位置标记为标记为±180°位置，即在本申请实施例的附图中环形工件的终点位置为环形工件的最低处位置，最高处位置和最低处位置相对设置。可以理解的时，在其它实施例中，环形工件的起始位置和终点位置也可以选择布置在环形工件的其它位置处，不以为限。

请参阅附图12所示，附图12为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件表面进行加热的工作原理示意图。

本申请实施例中，环形工件首先开始进行预加热：

环形工件的预加热过程为：

请参照附图11所示，预加热时，环形工件301开始进行往复转动，同时，第一加热单元302和第二加热单元303保持不动，并且第一加热单元302和第二加热单元303中的线圈依次启动加热或同时加热启动，对环形工件往复转动的区域进行加热。可以理解的时，第一加热单元302和第二加热单元303中的加热线圈各自的加热功率可以独立进行设定调节，即第一加热单元302和第二加热单元303各自的加热功率可以相同和/或不同。通过第一加热单元302和第二加热单元303对环形工件301内外表面的往复移动区域进行循环加热，可以实现对环形工件内外表面进行预加热，为后续加热提供基础。在本申请实施例中，环形工件301的往复移动区域其长度范围为第一加热单元302和第二加热单元303整体宽度的1-4倍。该区域范围的选择，其可以更好的保证环形工件的预热效果。

在环形工件301的预加热过程中完成时，即环形工件301的最后一次转动位置结束后，环形工件301停止于初始位置(即本申请实施例中的0°位置，附图11中的环形零件表面的最高点位置处)。同时，一对喷淋器304、305开始分别开启喷淋水，喷向环形工件301的被预加热表面。本申请实施例中，环形工件301的预加热通过采用双向往复移动，同时利用第一加热单元302和第二加热单元303对环形工件301的内外表面进行加热的方式，可以使得环形工件301均匀受热，避免了加热温度的较大差异而造成的淬火软带的问题。

环形工件的加热过程为：

参照附图13所示，附图13为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件表面加热至某一位置时的工作状态示意图。第一加热单元302和第二加热单元303分别同步沿着环形工件301的外表面和内表面进行移动，即各自沿着环形工件301的起始位置移向终点位置，同时，环形工件301保持静止不动。在第一加热单元302和第二加热单元303移动加热过程中，一对喷淋器304、305始终保持喷淋状态。

参照附图14所示，附图14为本申请实施例三中的加热淬火装置对环形零件末端区域进行往复加热的工作状态示意图。当第一加热单元302和第二加热单元303分别移动至环形工件≈175°位置处时(可以理解的是，对于第一加热单元302或第二加热单元303移动至环形工件301某一位置时，该位置的选择为基于第一加热单元302或第二加热单元303移动邻近至环形工件301末端位置为准，在本申请实施例中选择175°位置，在其它实施例中可以选择其它移动位置，不以为限)，结合参照附图15，附图15为本申请实施例三中的第一加热单元302开始对环形工件进行往复加热的工作原理示意图。第二加热单元303的一加热线圈3031、3032开始往复转动，其摆动的起点位置为环形工件的终点位置。而第二加热单元303中处于往复转动的加热线圈3031其在往复转动的过程中，其每次往复转动的终点位置为动态坐标，即由于此时第一加热单元302和第二加热单元303继续处于移动过程中，第一加热单元302和第二加热单元303的实时位置为动态坐标，因此第二加热单元303中处于往复移动的加热线圈3031每次往复转动的终点位置依据第一加热单元302和第二加热单元303的位置进行实时调整。

参照附图16所示，附图16为本申请实施例三中的第一加热单元加热完成后远离加热区域的工作状态示意图。当第一加热单元302中的加热线圈3021结束摆动加热并到达设定坐标时，第一加热单元302中的加热线圈3021停止工作，该加热线圈3021开始后退，远离被加热区域；而第一加热单元302中的另一加热线圈3022继续沿环形工件圆心运行，直至达到加热结束位置。

参照附图17所示，附图17为本申请实施例三中的第二加热单元加热完成后远离加热区域的工作状态示意图。同样，当第二加热单元303中的加热线圈3031结束摆动加热并到达设定坐标时，第二加热单元303中的加热线圈3031停止工作，该加热线圈3031开始后退，远离被加热区域；而第二加热单元303中的另一加热线圈3032继续沿环形工件301圆心运行，直至达到加热结束位置。

参阅附图18所示，附图18为本申请实施例三中的加热完成后环形工件快速旋转一角度后进行喷淋冷却的结构状态示意图。

参照附图18所示，当第一加热单元302和第二加热单元303停止对环形工件301表面加热后，环形工件301快速转动(逆时针方向或顺时针方向)一个固定角度，进行喷淋冷却(此时环形工件保持停止不动或匀速往复转动)，直至环形工件冷却至所需的冷却温度范围内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种环形工件表面感应的加热淬火方法，其特征在于，所述加热淬火方法包括以下步骤：

S1、预加热，被加热环形工件往复转动，同时对环形工件的预加热区域的表面进行加热；

S2、加热，预加热处理完成后，环形工件的表面同时进行顺时针和逆时针方向的加热，并同步进行加热后的喷淋处理；

S3、环形工件的加热末端区域表面采用相向合拢加热感应器或加热感应器双向摆动合拢的方式进行加热；

S4、环形工件表面完成加热处理后，环形工件快速转动一个角度或往复转动进行冷却；

加热淬火装置包括：

第一加热单元，所述第一加热单元布置在环形工件表面的外侧或内侧，所述第一加热单元可沿环形工件外表面或内表面进行圆周移动；

第二加热单元，所述第二加热单元布置在环形工件表面的内侧或外侧，所述第二加热单元可沿环形工件内表面或外表面进行圆周移动，所述第一加热单元和第二加热单元相邻布置在环形工件的起始位置，其中环形工件起始位置为环形工件开始转动时的静止位置；

第三加热单元，所述第三加热单元布置在环形工件外表面的终点位置处，所述环形工件外表面的终点位置处为环形工件加热结束时的位置；所述第三加热单元可沿环形工件外表面的终点位置进行往复圆周移动；以及

一对喷淋器，一对所述喷淋器分别安装在所述第一加热单元和第二加热单元内；

步骤S3中，第一加热单元和第二加热单元在对环形工件的内外表面进行加热的过程中，当第一加热单元和第二加热单元移动至一定位置时，第三加热单元开始动作，第三加热单元布置在环形工件的外表面，其布置在环形工件的终点位置处；第三加热单元开始做往复转动，第三加热单元往复转动的终点坐标为动态坐标，即正旋终点坐标和逆旋终点坐标，可以理解的是，第三加热单元每次往复移动至第一加热单元或第二加热单元的位置处后，其便停止继续移动并进行反向移动，而第三加热单元该次停止继续移动的位置便为此次往复转动的正旋终点位置或逆旋终点位置；

步骤S4中，当第一加热单元和第二加热单元分别移动至环形工件的预设位置处时，第三加热单元停止往复转动，第三加热单元停止加热；同时，第三加热单元开始上升/后退，远离环形工件的加热区域；而第一加热单元和第二加热单元继续向环形工件的终点位置处移动，直至到达终点位置，结束加热；

所述加热淬火方法还包括用于加热单元与环形工件之间间隙进行测量的间隙测量方法，该间隙测量方法为：在加热单元内的加热线圈上通入一个电压信号，当配套的机械手控制加热单元连接的加热线圈慢速向被加热环形工件靠近，当加热线圈接触到被加热环形工件加热面时，加热线圈会立即将信号反馈至机械手控制***中，配套的机械手会立即停止移动，并将当前的轴坐标信息进行运算，进而自动控制加热线圈与被加热工件之间的间隙值。

2.根据权利要求1所述的加热淬火方法，其特征在于，在上述所述步骤S1中，所述预加热区域为环形工件该区域内单个加热感应器宽度的2至8倍。

3.根据权利要求1或2所述的加热淬火方法，其特征在于，当步骤S2中的环形工件加热至邻近其内表面或外表面的末端区域位置时，步骤S3开始动作。

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