用于漸進(jìn)式表面淬火硬化的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對工件(2)的閉合曲線軌跡(1)進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的方法，閉合曲線軌跡(1)和的淬火硬化設(shè)備(4)在饋進(jìn)模式下彼此相對運(yùn)動，以便從初始區(qū)(9)到結(jié)束區(qū)(10)淬火硬化閉合曲線軌跡(1)，設(shè)有未被淬火硬化的滑移區(qū)。根據(jù)本發(fā)明，工件(2)設(shè)有標(biāo)志(7)，淬火硬化設(shè)備(4)具有用于感應(yīng)所述標(biāo)志(7)的傳感器(8)。閉合曲線軌跡(1)和淬火硬化設(shè)備(4)沿著處理的方向(B)彼此相對移動，直到傳感器(8)感應(yīng)到標(biāo)志(7)。一旦標(biāo)志(7)被探測到，在淬火硬化設(shè)備(4)被啟動之前，在處理的方向(B)上發(fā)生進(jìn)一步的移動，閉合曲線軌跡(1)通過相對移動被淬火硬化。借助于傳感器(8)標(biāo)志(7)被再次感應(yīng)到，隨后淬火硬化設(shè)備(4)被停用。本發(fā)明還公開了適于執(zhí)行上述方法的裝置。
【專利說明】用于漸進(jìn)式表面淬火硬化的裝置與方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對工件的閉合曲線軌跡(特別是軸承圈的工作表面)進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的方法，該閉合曲線軌跡和具有電感器和噴水器的淬火硬化設(shè)備在饋進(jìn)模式(feeding mode)下沿著處理的方向彼此相對運(yùn)動，以便從初始區(qū)到結(jié)束區(qū)淬火硬化該閉合曲線軌跡，并且在初始區(qū)和結(jié)束區(qū)之間設(shè)有未被淬火硬化的滑移區(qū)。
[0002]將被淬火硬化的表面在淬火硬化設(shè)備之下通過通有交變電流的電感器而被加強(qiáng)熱。噴水器被設(shè)置在處理方向上電感器的下游，冷卻流體通過噴水器被施加到此前加熱的表面以進(jìn)行淬火。利用經(jīng)常使用的材料，通過加熱在表面層中形成了盡可能均勻的奧氏體，然后通過高冷卻速率的淬火形成了盡可能高比例的馬氏體。在這種情況下，淬火硬化的有效深度取決于表面層中的溫度分布，并且可以在感應(yīng)淬火硬化期間例如借助于頻率(其可以具體處于3 kHz至8 kHz之間)和功率輸出進(jìn)行改變。
[0003]為了淬火硬化閉合曲線軌跡,例如是軸承圈的工作表面(running surface),該閉合曲線軌跡可以連續(xù)移動經(jīng)過一個(gè)固定的淬火硬化設(shè)備。當(dāng)然，對等地，工件可以保持不動，而淬火硬化設(shè)備沿著待淬火硬化的表面移動。原則上，也可以在載體上夾緊工件。
[0004]在軸承圈是用于大滾動軸承的情況下，一種軸承圈移動經(jīng)過固定的淬火硬化設(shè)備的方法已經(jīng)證明是成功的。特別地，軸承圈可垂直或成一角度布置，軸承圈的移動然后能夠借助支撐輥裝置來進(jìn)行移動。
[0005]原則上，存在這樣的問題，即已經(jīng)淬火硬化的區(qū)域不能被再次加熱到使硬度屬性又失去了的溫度。在閉合曲線軌跡的情況下，例如是軸承圈的工作表面，未硬化的滑移區(qū)因此被設(shè)置在初始區(qū)(淬火硬化開始的地方)和結(jié)束區(qū)(最后淬火硬化的地方)之間。未硬化的滑移區(qū)通常具有10毫米至20毫米的寬度，在滾動軸承的情況下鏟磨滑移區(qū)是眾所周知的，這是為了使?jié)L動體在那里沒有軸承接觸。
[0006]為了形成具有給定寬度的滑移區(qū)，當(dāng)接通或斷開淬火硬化設(shè)備的電源時(shí)，淬火硬化設(shè)備相對于待淬火硬化表面的位置必須是已知的。通常，組件上滑移區(qū)的適當(dāng)長度是基于定向試驗(yàn)而確定的，淬火硬化設(shè)備以及用于控制設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)隨后被轉(zhuǎn)移到后續(xù)的工件。
[0007]然而，必須考慮到以下方面，即在后續(xù)工件的情況下，因?yàn)楦蓴_影響滑移區(qū)的寬度可能變化。首先，工件有一定的容差，因此例如，軸承圈略微不同的直徑可能還有如下效果:獲得了淬火硬化設(shè)備沿著工作表面的不同路徑。此外，借助于淬火硬化設(shè)備的加熱引起工件膨脹，熱膨脹的變化也可能導(dǎo)致滑移區(qū)的不同長度。最后，在驅(qū)動淬火硬化設(shè)備或工件時(shí)也可能存在不準(zhǔn)確的問題。例如，如果垂直布置的軸承圈在其下側(cè)被支撐在輥上并且由輥驅(qū)動，輥和軸承圈之間的滑動也會導(dǎo)致偏差，如果軸承圈的位置是從輥的旋轉(zhuǎn)位置或旋轉(zhuǎn)速度推斷出的話。
[0008]文件DE102005006701B3，DE102006003014B1 和 DE102008033735A1 披露了工件的環(huán)表面的感應(yīng)表面淬火硬化的方法。在該方法的例子中，通過使用兩個(gè)電感器，避免或減小了滑移區(qū)，其中兩個(gè)電感器從初始區(qū)開始彼此相反移動。初始區(qū)在本例中可以被完全淬火硬化，因?yàn)橥ㄟ^兩個(gè)電感器可以實(shí)現(xiàn)均勻加熱或至少基本均勻加熱。兩個(gè)電感器隨后彼此相反移動，并且最終在結(jié)束區(qū)走到一起，該結(jié)束區(qū)在環(huán)表面上與初始區(qū)相對。當(dāng)兩個(gè)電感器從兩側(cè)到達(dá)彼此時(shí)，結(jié)束區(qū)也僅被加熱一次。由于兩個(gè)電感器不能不受限制地彼此接近，因此結(jié)束區(qū)可用附加電感器初始預(yù)熱。所描述的方法的缺點(diǎn)是，特別是對大滾動軸承的例子來說，在具有相反運(yùn)動的電感器的淬火硬化設(shè)備方面花費(fèi)高昂。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于對工件的閉合曲線軌跡進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的方法，其中可以高精度維持未被淬火硬化的滑移區(qū)的寬度的預(yù)設(shè)值，特別是對于大型工件的情形。
[0010]為實(shí)現(xiàn)此目的，基于前面描述的漸進(jìn)式表面淬火硬化方法，設(shè)想了下述方案:使用了相對于工件固定位置的標(biāo)志，淬火硬化設(shè)備具有用于感應(yīng)標(biāo)志的傳感器，閉合曲線軌跡和非工作狀態(tài)的淬火硬化設(shè)備沿著處理的方向彼此相對移動，直到傳感器感應(yīng)到標(biāo)志，在傳感器感應(yīng)到標(biāo)志之后，在淬火硬化設(shè)備被啟動之前，在處理的方向上發(fā)生進(jìn)一步的移動，之后在饋進(jìn)模式下，通過閉合曲線軌跡和啟動的淬火硬化設(shè)備之間的相對移動，閉合曲線軌跡被淬火硬化，以及借助于傳感器，標(biāo)志被再次感應(yīng)到，并且隨后淬火硬化設(shè)備被立即或一定時(shí)延后停用。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)生工件的位置的直接確定。具體而言，標(biāo)志被感應(yīng)到兩次，以便能夠固定淬火硬化操作的起點(diǎn)和終點(diǎn)。必須考慮以下方面，在淬火硬化表面的開始端和結(jié)束端之間，未被淬火硬化的滑移區(qū)必須被保留。因此規(guī)定，在傳感器第一次感應(yīng)到標(biāo)志之后，首先，在淬火硬化設(shè)備被啟動之前，在處理的方向上發(fā)生進(jìn)一步移動。從該進(jìn)一步移動的路徑間接獲得了滑移區(qū)的寬度。然而，在這種情況下，加熱設(shè)備的寬度，在感應(yīng)加熱的情況下即電感器的寬度，通常也必須考慮在內(nèi)。
[0011]在啟動淬火硬化設(shè)備之前在傳感器第一次感應(yīng)到標(biāo)志之后所覆蓋的路徑可以在驅(qū)動設(shè)備的幫助下確定或由時(shí)延控制。因?yàn)樵摳郊勇窂脚c閉合曲線軌跡的總長度相比很小，諸如驅(qū)動器的滑動、尺寸變化或不同熱膨脹等干擾因素僅起次要作用。具體而言，如果在第一次感應(yīng)到標(biāo)志時(shí)，在處理的方向上看，標(biāo)志的開始端和結(jié)束端均被探測到，淬火硬化設(shè)備在標(biāo)志的結(jié)束端被探測到時(shí)被啟動，那么可以實(shí)現(xiàn)對淬火硬化操作的精確和可靠控制。當(dāng)再次感應(yīng)到標(biāo)志時(shí)，在標(biāo)志的開始端被探測到的情況下，淬火硬化設(shè)備即被方便地停用。該過程可以完全排除各種干擾因素。此外，可以實(shí)現(xiàn)該方法的極簡單控制。
[0012]淬火硬化設(shè)備包括電感器，其在對曲線軌跡淬火硬化期間通有交變電流，淬火硬化設(shè)備還包括噴水器，其在處理的方向上被布置在電感器的下游，用于淬火。特別地，還可以在處理的方向上在電感器的上游布置附加電感器作為預(yù)熱器。
[0013]為了使操作方便，特別是對于大工件的情況，例如大滾動軸承的軸承圈，淬火硬化設(shè)備可以被設(shè)置為固定位置，工件的閉合曲線軌跡通過驅(qū)動器被移動經(jīng)過淬火硬化設(shè)備。如前文已經(jīng)描述的那樣，在軸承圈例子中已被證明成功的布置是這樣的布置，其中軸承圈垂直布置或相對于垂直位置略微傾斜布置，該軸承圈在其下側(cè)被支撐在輥上，軸承圈還可以借助輥進(jìn)行滾動處理。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，使用了標(biāo)志使得其相對于工件被固定位置。這意味著在淬火硬化操作期間，標(biāo)志相對于工件的相對位置不會改變。從而，標(biāo)志可以直接施加到工件上。當(dāng)然，如果工件例如是裝在支架上，標(biāo)志也可以固定在該支架上。
[0015]工件或容納工件的支架上的暗表面、刻痕等可以例如用作標(biāo)志。然而，優(yōu)選是這樣的配置，即標(biāo)志作為獨(dú)立部件可拆卸地被固定到工件上。固定方式例如可以是夾緊固定，或者取決于材料，可以是磁性固定。這提供了如下優(yōu)點(diǎn):在生產(chǎn)多個(gè)工件時(shí)，該標(biāo)志可以從先前的工件去下，并且安放到后續(xù)的工件上。因此，不合適的或不正確的標(biāo)志被排除。
[0016]對標(biāo)志的感應(yīng)例如可以以光學(xué)的方式發(fā)生，特別是借助于擋光板。然而，在標(biāo)志作為獨(dú)立部件被安放的情況下，機(jī)械感應(yīng)也是可行的，特別是在惡劣的操作條件下，機(jī)械感應(yīng)是特別可靠的。傳感器轉(zhuǎn)而作為一種觸角，可以感知標(biāo)志的存在。
[0017]本發(fā)明的主題還包括一種對工件的閉合曲線軌跡進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的裝置，其特別適于執(zhí)行前面描述的方法。該裝置包括:淬火硬化設(shè)備，該淬火硬化設(shè)備包括電感器和噴水器；以及驅(qū)動器，用于工件和淬火硬化設(shè)備之間的相對移動。根據(jù)本發(fā)明，淬火硬化設(shè)備包括用于感應(yīng)標(biāo)志的傳感器，其中標(biāo)志被使用使得其相對于工件被固定位置。
[0018]下文基于附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中附圖僅僅代表本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0019]圖1a-1e示出了對軸承圈的工作表面進(jìn)行漸進(jìn)式表面淬火硬化的方法的多個(gè)步驟，
[0020]圖2示出了其中淬火硬化操作開始和結(jié)束的工作表面的區(qū)域，其中未被淬火硬化的滑移區(qū)保留在初始區(qū)和結(jié)束區(qū)之間。
[0021]圖1a示出了對工件2的閉合曲線軌跡I進(jìn)行漸進(jìn)式表面淬火硬化的布置。在該具體示例性實(shí)施例中，軸承圈的工作表面將被淬火硬化，環(huán)狀工件2被垂直對準(zhǔn)或基本垂直對準(zhǔn)，并且在其下側(cè)被支撐在輥3上。輥3的至少一個(gè)由馬達(dá)(未示出)驅(qū)動，從而環(huán)狀工件2可以沿其圓周旋轉(zhuǎn)。
[0022]該布置還包括用于感應(yīng)淬火硬化的淬火硬化設(shè)備4，其包括電感器5和噴水器6，噴水器6在處理的方向B上被布置在電感器5的下游。處理的方向B指的是淬火硬化操作進(jìn)行的方向。相應(yīng)地，在所描述的工件2相對于固定的淬火硬化設(shè)備4移動的情形中，處理的方向B與饋進(jìn)的方向V相反。
[0023]從圖1a中還可看出標(biāo)志7作為獨(dú)立部件被布置在工件2上。
[0024]圖1a示出了剛放到輥3上的工件2，淬火硬化設(shè)備4尚處于停用狀態(tài)。
[0025]工件2隨后沿著饋進(jìn)的方向V進(jìn)一步轉(zhuǎn)動，直到標(biāo)志到達(dá)淬火硬化設(shè)備4。淬火硬化設(shè)備4包括感應(yīng)標(biāo)志7的傳感器8。在所呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例中，傳感器8探測標(biāo)志7的開始端(圖1b)和結(jié)束端(圖1c)兩者，僅當(dāng)傳感器8探測到標(biāo)志7的結(jié)束端時(shí)，淬火硬化設(shè)備4才被啟動。工件2的閉合曲線軌跡I隨后以均勻的饋進(jìn)模式被淬火硬化(圖1d)，直到標(biāo)志7再次到達(dá)傳感器8(圖1e)。具有電感器5的淬火硬化設(shè)備4隨后被停用。
[0026]根據(jù)圖2，利用標(biāo)志7，可以以高精度和高可重復(fù)度設(shè)置在初始區(qū)9和結(jié)束區(qū)10之間保留的滑移區(qū)11。出于圖示的目的，電感器5的位置呈現(xiàn)為在開始淬火硬化時(shí)的初始區(qū)9處以及結(jié)束淬火硬化時(shí)的結(jié)束區(qū)10處。標(biāo)志的寬度X這里對應(yīng)于電感器的開始位置和結(jié)束位置之間的距離。必須考慮以下方面，即電感器通常包括帶有兩個(gè)并行電感部分12的電感器線圈。在本例中，未被淬火硬化的滑移區(qū)11的寬度近似對應(yīng)于標(biāo)志7的寬度X減去電感器5的寬度。通過定向試驗(yàn)可以獲得標(biāo)志7的優(yōu)化寬度，進(jìn)而獲得滑移區(qū)11的優(yōu)化寬度。根據(jù)本發(fā)明，可以以非常高的精度和可重復(fù)度維護(hù)滑移區(qū)11的給定寬度。圖2還指示出，初始區(qū)9和結(jié)束區(qū)10處的有效淬火硬化深度和硬度在滑移區(qū)11的方向上分別降低。
【權(quán)利要求】
1.一種對工件(2)的閉合曲線軌跡(I)特別是軸承圈的工作表面進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的方法，所述閉合曲線軌跡(I)和具有電感器(5)和噴水器￠)的淬火硬化設(shè)備(4)在饋進(jìn)模式下沿著處理的方向B彼此相對運(yùn)動，以便從初始區(qū)(9)到結(jié)束區(qū)(10)淬火硬化所述閉合曲線軌跡(I)，并且未被淬火硬化的滑移區(qū)被設(shè)在在所述初始區(qū)(9)和結(jié)束區(qū)(10)之間，其特征在于， 使用了相對于所述工件(2)固定位置的標(biāo)志(7)， 所述淬火硬化設(shè)備(4)具有用于感應(yīng)所述標(biāo)志(7)的傳感器(8)， 所述閉合曲線軌跡(I)和非工作狀態(tài)的淬火硬化設(shè)備(4)沿著處理的方向(B)彼此相對移動，直到所述傳感器(8)感應(yīng)到所述標(biāo)志(7)， 在所述傳感器(8)感應(yīng)到所述標(biāo)志(7)之后，在所述淬火硬化設(shè)備(4)被啟動之前，在處理的方向(B)上發(fā)生進(jìn)一步的移動， 之后在所述饋進(jìn)模式下，通過所述閉合曲線軌跡(I)和所述啟動的淬火硬化設(shè)備(4)之間的相對移動，所述閉合曲線軌跡(I)被淬火硬化，以及 借助于所述傳感器(8)，所述標(biāo)志(7)被再次感應(yīng)到，并且隨后所述淬火硬化設(shè)備(4)被停用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第一次感應(yīng)到所述標(biāo)志(7)時(shí)，在所述處理的方向(B)上看，所述標(biāo)志(7)的開始端和結(jié)束端均被探測到，當(dāng)所述標(biāo)志(7)的結(jié)束端被探測到時(shí)，所述淬火硬化設(shè)備(4)被啟動。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)再次感應(yīng)到所述標(biāo)志(7)時(shí)，在所述標(biāo)志(7)的開始端被探測到的情況下，所述淬火硬化設(shè)備(4)被停用。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述處理的方向(B)上看，在所述電感器(5)的上游布置附加電感器作為預(yù)熱器。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述淬火硬化設(shè)備(4)被設(shè)置為固定位置，所述工件(2)的閉合曲線軌跡(I)通過驅(qū)動器移動經(jīng)過所述淬火硬化設(shè)備⑷。
6.一種對工件(2)的閉合曲線軌跡(I)進(jìn)行漸進(jìn)式感應(yīng)表面淬火硬化的裝置，特別是用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的方法，包括:淬火硬化設(shè)備(4)，所述淬火硬化設(shè)備(4)包括電感器(5)和噴水器￠);以及驅(qū)動器，用于所述工件(3)和所述淬火硬化設(shè)備(4)之間的相對移動，其特征在于，所述淬火硬化設(shè)備(4)包括用于感應(yīng)標(biāo)志(7)的傳感器(8)，其中所述標(biāo)志(7)被使用使得其相對于所述工件(2)被固定位置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)志(7)作為獨(dú)立部件被可拆卸地固定到所述工件(2)。
【文檔編號】C21D9/34GK104254623SQ201380009762
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】馬可·伯特興, 馬蒂厄·朗厄爾斯, 貝恩德·施塔克邁爾 申請人:蒂森克虜伯羅特艾德有限公司