[发明专利]硬化轮齿和相似组件的永磁铁感应加热

说明书

相关申请的相互参照

本申请要求2008年4月11日提交的美国临时申请61/044,303的优先权，且与2007年5月11日提交的题为“旋转磁热装置”的美国临时申请60/917,515相关。在此结合上述两项申请作为参考。

联邦资助研发声明

不适用。

背景技术

本申请涉及轮齿和组件的磁感应加热，尤其涉及相对于轮齿移动磁铁，实现磁感应加热的设备和方法。

通过热处理表面硬化工件多年来一直是轴承和齿轮行业中的一般惯例。这些年来，各种手段和方法已为人们所知，并不同程度地得到利用。 

感应加热为大家所熟知，并因其有效性和环境友好性而在整个行业内广泛使用。当使导电工件进入变动磁场中时，产生涡流。这些涡流引起表现为发热的欧姆损耗。传统地，变动磁场由通以交流电流的铜质加工线圈产生，所述交流电流的频率由诸如IGBT和MOSFET之类的电力电子开关控制。多数情况下，加工线圈被放置成相对于工作固定不动，使工件相对于线圈移动。工件中的发热和加热体积由下述因素确定：(1)磁通量密度，(2)工件的电导率，和(3)磁场变化的频率。为了增大发热，必须增大加工线圈的电压和频率。这在加工线圈和电力电子开关内造成明显的功率损耗。另外，加工线圈不是很柔韧，系统成本较高。 

发明内容

简要地说，借助磁感应加热，热处理轮齿的设备包括基座，磁体和工件(或齿轮)夹具。磁体和工件夹具安装在基座上。磁体包括圆盘，所述圆盘具有围绕圆盘的圆周布置的多个永磁铁。磁铁具有定义磁铁的北极和南极的相对表面，磁铁布置成环绕着圆盘磁铁的磁极彼此交替。显然，这些表面(因而磁极)通常是从圆盘朝向外部的。另一方面，磁极可由一组磁铁限定。这种情况下，由一组磁铁限定的磁极和由相邻各组磁铁限定的磁极是交替的。磁体与第一轴同心，可绕第一轴旋转，并且可在第一平面中旋转。磁体操作上与心轴传动装置连接，从而被旋转。 

磁体圆盘可包括内部部分，和从内部部分的径向外表面径向延伸的保持 架。圆盘内部部分具有正面和背面，正面和背面都具有内部部分和倾斜的外部部分。倾斜的外部部分朝着彼此倾斜，以致圆盘(44)厚度减小。保持架包括从内部部分的径向外表面径向向外延伸的多个梯形分隔物，和环绕所述分隔物延伸的环状围栏。上述分隔物和围栏结合地限定安放磁铁的多个型腔。 

工件夹具适合于可拆卸地固定待热处理的齿轮。工件夹具与第二轴同心，并且可绕第二轴旋转，第二轴与第一轴(A₁)分离。工件夹具可在与第一平面相交的第二平面中旋转。工件夹具操作上与工件传动装置连接，从而被旋转。 

设备还包括使磁体和/或工件夹具相对于彼此移动，从而使磁体和齿轮齿面相互形成邻近加热；以致磁体的旋转引起齿轮齿面的加热。移动磁体和/或工件夹具的装置包括可平行于第一轴，沿基座移动的滑动块，和可平行于第二轴，相对于滑动块移动的心轴块。磁体可旋转地安装在心轴块上。 

为了用上面说明的设备热处理齿轮的齿面，齿轮被可拆卸地安装在工件夹具上。相对于磁体和工件夹具中的一个，移动磁体和工件夹具中的另一个，以使齿轮和磁体形成邻近加热。该最后提及的步骤包括相对于彼此布置磁体和工件夹具，以致磁体的磁铁的相对两面面向待处理轮齿的表面。随后磁体被旋转期望的时间量，以热处理紧邻磁体的齿轮齿面。当完成齿轮齿面的热处理时，移动磁体和工件夹具，以致能够使第二对齿轮齿面与磁体形成邻近加热，从而被加热。继续该过程，直到热处理了所有齿轮齿面为止。 

使新的一对齿轮齿面与磁体形成邻近加热的步骤可包括相对于磁体和工件夹具中的一个，移动磁体和工件夹具中的另一个，以分离磁体和齿轮，以致磁体和齿轮不再相互形成邻近热处理关系，和旋转工件夹具，从而把未处理的齿轮齿面带到待加热的位置；随后相对于磁体和工件中的一个，移动磁体和工件中的另一个，以使齿轮的不同表面，或者相同表面的不同部分与磁体形成邻近加热。 

在举例说明的实施例中，是磁体相对于工件夹具被移动，磁体可相对于工件夹具垂直和水平移动。 

可在连续操作中进行轮齿的热处理。为此，以便于按期望量热处理齿轮齿面的速率，使磁体(40)往复地连续移动经过齿轮齿面。当磁体位于其垂直行进路线的顶部或底部时，步进地旋转工件夹具。 

附图说明

图1a是按照本发明构成的感应加热设备的透视图； 

图1b是逼近齿轮，以对齿轮的轮齿进行热处理的设备的永磁铁部件的透视图； 

图2是没有永磁铁的永磁铁部件的横截面图； 

图3是安装有永磁铁的永磁铁部件的横截面图；