[发明专利]形状复杂工件的感应加热处理

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2009年1月17日申请的美国临时申请61/145,541的权益，其通过引用全部组合于此。

技术领域

本发明总体上涉及具有一个或多个圆柱形构件的、形状复杂的金属工件的感应加热处理。

背景技术

美国专利6,274,857(857专利)，其通过引用全部组合于此，公开了感应加热处理不规则形状的工件如曲轴的所选构件的方法和装置。使用857专利中的附图标记并参考附图，在专利附图2(a)、2(b)和2(c)中分别示出了典型配对的一对底部和顶部电感段(107)和(109)。底部电感段在电源端接区(122)连接到交流(ac)电源以由位于贯通开口(117a)附近的一对线圈段形成单一串联环形有源电路。因此，底部电感段也称为有源电感段。对应的顶部电感段(专利附图2(b))为单匝闭环线圈，也可称为无源电感段。至少一对线圈唇如线圈唇(123a)和(123b)形成在至少一线圈段中的部分开口如部分开口(121a)周围。第二对线圈唇形成在顶部电感段中，例如部分开口(121b)附近，使得当配对的底部和顶部电感段处于闭合位置时，如专利附图2(c)中所示，实质上闭合的电感器形成在工件构件(207)周围，如专利附图6(a)中所示。工件构件(207)例如可以是曲轴上的曲柄销，活塞连接杆在冶金淬火后将连接到该曲柄销。前述销的任一端可连接到平衡锤(专利附图6(b)或6(c)中的不规则形状的相邻工件构件(206)和(208))。当底部和顶部电感段处于闭合位置及交流电流提供给底部电感段(107)时，磁通集中器如专利附图2(c)中的集中器(103a)和(103b)用于磁耦合底部电感段周围因底部(有源)电感段中的电流流动产生的磁通，使得瞬时方向与底部电感段中的方向相反的电流感生在顶部(无源)电感段中。在闭合位置时，电介质材料(410)将底部和顶部电感段的对向面对的表面分开，如专利附图2(c)中所示。如专利附图中所示，一个或多个侧面屏蔽可提供在形成在线圈唇周围的弓形线圈区附近的线圈段的内和外侧之一或二者上，以用作进行加热处理的工件构件的磁通集中器及用作与加热处理的构件邻接的工件构件的磁场屏蔽。在上面内容描述底部和顶部电感段为单匝单一线圈的同时，857专利还公开了可提供其中底部和顶部电感段之一或二者为具有两匝或以上匝的单一线圈，以加固相对大的各个工件构件。

美国专利6,859,125(125专利)，其通过引用全部组合于此，公开了857专利中不规则形状的工件的感应加热处理装置和方法的改进。使用125专利中的附图标记并参考附图，底部电感段(17)在电源端接区(122a)和(122b)连接到交流电源以由线圈匝(16)和(18)形成双并联环形有源电路，如专利附图5中所示。限流缝隙(14)用于形成双并联环形有源电路并跨并联连接的相邻线圈段对提供更均匀的电流分布。并联连接的相邻线圈段对中的至少一个具有部分开口，如其中形成弓形线圈表面的线圈段(17a)中的部分开口(21a)。弓形线圈表面可形成为一对线圈唇，每一线圈唇由孔口分开，如专利附图5中示意性示为每一相邻线圈段中的内线圈唇(23b)、外线圈唇(23a)和孔口(31)。线圈唇成形为有选择地补偿不规则形状构件的不规则的质量，针对实质上圆柱形的构件表面上的开口，或针对圆角的选择性加热。如125专利中所公开的，有源电感段(17)可与单匝无源电感段配对。作为备选，有源电感段(17)可与两匝无源电感段(19)配对，如专利附图6中所示，或与专利附图7中的无源电感段(29)配对，其通过截面限流缝隙(30)分为两个电绝缘的线圈(32)和(33)。如125专利中所公开的，当有源电感段(17)与无源电感段之一配对时，工件可用线圈唇对感应加热。

125和857专利总体上致力于工件构件的“带”加热处理。例如其中所选的将要进行加热处理的工件构件207′为先前描述的曲柄销，跨该销的整个横向表面区域A′均大致需要均匀的加热处理，如图1(a)中所示，而不是圆角区域207a′和207b′，其包括工件构件207′和相邻不规则形状的构件206′及208′之间的界面区域。因此，如图1(a)和图1(b)中所示，底部和顶部电感线圈对107′和109′中的分别包围工件构件207′的线圈唇(图1(a)中部分示出的底部线圈唇对123a′和123b′)组合形成曲柄销的整个横向表面区域A′周围的均匀感应加热“带”。图1(a)还示出了代表性的侧面屏蔽137′，及图1(b)还示出了将底部和顶部电感线圈段的接触面分开的代表性电介质410′。