一种管材滚切刀具感应加热装置及方法与流程

本发明涉及热处理领域，尤其是一种管材滚切刀具感应加热装置及方法。

背景技术

用于大型管材的滚切刀具，为满足工作要求，需要对刀面进行硬化处理，提高刀尖硬度并保证根部韧性。利用感应加热的方法对刀具进行淬火加热，其加热质量严重影响刀具使用寿命。但是由于刀具尺寸大、刀面倾斜、刀尖处较薄，采用传统圆形线圈不便于齿面的均匀加热，而采用仿形线圈则线圈尺寸过大，所需加热功率高，且适用性差，尖端效应的存在又致使刀尖处极易产生过烧。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种能够实现大型盘状管材滚切刀具表面淬火加热的管材滚切刀具感应加热装置及方法。

本发明的管材滚切刀具感应加热装置主要包括导磁体ⅰ、齿形卡接盘、旋转卡盘、上支撑架、下支撑架、导磁体ⅱ、感应线圈、接线板、限位装置、正电极接口、负电极接口、支架、热像仪、感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、偏心轮直线推杆装置、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ、管材滚切刀具和旋转台。

其中，管材滚切刀具固定在旋转台上，热像仪通过支架设置在旋转台正上方。在管材滚切刀具外侧圆周方向上均匀排布四个结构相同的感应加热装置，分别为感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ，感应加热装置ⅰ选用尺寸最长的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅲ选用尺寸最短的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅱ和ⅳ均选用尺寸长度中等的导磁体ⅰ作为初始加热备件，每个感应加热装置的导磁体ⅱ的槽口中线都与管材滚切刀具刀尖在同一水平面。在y轴方向上调整感应加热装置ⅰ到管材滚切刀具刀尖处，在y轴方向上调整感应加热装置ⅲ到管材滚切刀具根部位置，在x轴方向上调整感应加热装置ⅱ以及感应加热装置ⅳ到管材滚切刀具刀宽中部位置。分别在感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ的接线板的一侧设有偏心轮直线推杆装置。

进一步地，感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ结构均相同，感应加热装置包括有导磁体ⅰ、齿形卡接盘、旋转卡盘、上支撑架、下支撑架、导磁体ⅱ、感应线圈、接线板、限位装置。上支撑架和下支撑架上下对称，且均呈l型。在上支撑架和下支撑架的一端分别通过螺钉固定一个旋转卡盘。旋转卡盘与齿形卡接盘之间通过传动轴相连，导磁体ⅰ具有垂直面的一端插接在齿形卡接盘上。上支撑架和下支撑架的另一端均固定在接线板的一侧。感应线圈的正负电极接口和负电极接口分别与接线板连接。导磁体ⅱ呈门字型，导磁体ⅱ的两端分别穿过上支撑架和下支撑架的一端的延伸部，并与齿形卡接盘上的导磁体ⅰ相接触。下支撑架的下端设有两个限位装置，下支撑架可以在限位装置上直线滑动。

进一步地，导磁体ⅰ的一端是表面具有倾斜角度的斜面，导磁体ⅰ的另一端为垂直面，导磁体ⅰ具有多种长度尺寸，按照由长到短再由短到长的顺序插接到齿形卡接盘上，装配后导磁体ⅰ在齿形卡接盘外侧形成梯度均匀的分布排列。

进一步的，齿形卡接盘和支撑架均为绝缘材料制成。

进一步地，限位装置的截面呈h型。

管材滚切刀具感应加热的具体步骤如下：

步骤1、参数确定，具体包括：对所加工管材滚切刀具的几何参数进行采集整理，将数据输入控制系统；

步骤2、感应加热装置初始位置设定，具体包括：将管材滚切刀具安装在旋转台上，控制系统调用管材滚切刀具的几何参数，并计算感应加热装置的初始加热位置，在管材滚切刀具外侧圆周方向上均匀排布四个结构相同的上述感应加热装置，标记为：感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ，其中感应加热装置ⅰ选用尺寸最长的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅲ选用尺寸最短的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅱ和ⅳ均选用尺寸长度中等的导磁体ⅰ作为初始加热备件，每个感应加热装置的导磁体ⅱ的槽口中线都与管材滚切刀具刀尖在同一水平面，在y轴方向上调整感应加热装置ⅰ到管材滚切刀具刀尖处，在y轴方向上调整感应加热装置ⅲ到管材滚切刀具根部位置，在x轴方向上调整感应加热装置ⅱ以及感应加热装置ⅳ到管材滚切刀具刀宽中部位置；

步骤3、控制系统计算并确定加热实施方案，具体包括：控制系统设定加载电流大小和频率，四个感应加热装置通入相同电流，将加热过程分为四个阶段，每过一个阶段等值增大加载电流大小，直至第四阶段设定输入电流为最终加热所需电流，设定偏心轮直线推杆装置的直线速度与旋转台旋转速度均为匀速，且刚好满足感应加热装置1/4进给时间与旋转台旋转一周的时间相等，旋转卡盘匀速旋转，且旋转一周的时间的1/2等于感应加热装置的进给时间，感应加热装置ⅰ的进给方向为y轴负方向，感应加热装置ⅱ的进给方向为x轴负方向，感应加热装置ⅲ的进给方向为y轴正方向，感应加热装置ⅳ的进给方向为x轴正方向，将管材滚切刀具均分为4个加热区域：区域1、区域2、区域3、区域4；

步骤4、第一阶段加热，具体包括：

4.1、驱动感应加热装置，具体包括：旋转台带动管材滚切刀具旋转，与此同时，四个感应加热装置同时启动，感应加热装置ⅰ进给加热区域1，感应加热装置ⅱ回退加热区域2，感应加热装置ⅲ回退加热区域4，感应加热装置ⅳ进给加热区域3，其中感应加热装置ⅱ中的旋转卡盘逆时针旋转，感应加热装置ⅰ、ⅲ、ⅳ的旋转卡盘顺时针旋转，当感应加热装置水平移动距离为刀宽的1/4时，热像仪采集此刻管材滚切刀具的表面温度分布；

4.2、温度信号采集处理，具体包括：利用控制系统将热像仪采集到的信息进行处理，分析区域1、2、3、4的温度分布，对比输入相应电流条件下实际加热效果与系统预计加热效果，当结果不一致时调整即将进入该加热区域的感应加热装置的电流大小，为感应加热匹配合适的电流参数，并在步骤3原定加热实施方案的基础上改变四个感应加热装置中的电流大小；

步骤5、第二阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域2，感应加热装置ⅱ回退加热区域1，感应加热装置ⅲ回退加热区域3，感应加热装置ⅳ进给加热区域4，重复步骤4.2；

步骤6、第三阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域3，感应加热装置ⅱ进给加热区域1，感应加热装置ⅲ回退加热区域2，感应加热装置ⅳ回退加热区域4，重复步骤4.2；

步骤7、第四阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域4，感应加热装置ⅱ进给加热区域2，感应加热装置ⅲ回退加热区域1，感应加热装置ⅳ回退加热区域3，完成加热。

进一步的，步骤3中，感应加热装置的进给时间为感应加热装置水平移动距离为刀宽时所用的时间。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、采用齿形卡接盘旋转更换用于加热的导磁体ⅰ，在感应加热装置进给加热的过程中保持导磁体到刀面间距相等，提高加热均匀性以及装置的适用性；

2、按照加热区域的温度分布交叉控制每个感应加热装置的电流大小，同一区域在不同加热阶段的温度反馈传递给不同的感应加热装置，配合感应加热装置的进给规律，提高加热效率和操作的简易性；

3、采用多点同时扫描、逐步升温的加热方式，不仅提高了加热的均匀性和加热装置的适应性，同时防止刀尖处过烧。

附图说明

图1为本发明的感应加热装置装配示意图；

图2为本发明感应加热装置局部示意图；

图3为本发明的整体装配示意图；

图4为本发明的工作原理示意图；

图5为本发明的加热实施方案示意图；

图6为本发明的流程图。

图中，1-导磁体ⅰ，2-齿形卡接盘，3-旋转卡盘，4-1支撑架，4-2下支撑架，5-导磁体ⅱ，6-感应线圈，7-接线板，8-限位装置，9-正电极接口，10-负电极接口，11-支架，12-热像仪，13-感应加热装置ⅰ，14-感应加热装置ⅱ，15-偏心轮直线推杆装置，16-感应加热装置ⅲ，17-感应加热装置ⅳ，18-管材滚切刀具，19-旋转台。

具体实施方式

在图3、图4所示的本发明的示意简图中，管材滚切刀具18固定在旋转台19上，热像仪12通过支架11设置在旋转台19正上方。在管材滚切刀具18外侧圆周方向上均匀排布四个结构相同的感应加热装置，分别为感应加热装置ⅰ13、感应加热装置ⅱ14、感应加热装置ⅲ16、感应加热装置ⅳ17，感应加热装置ⅰ13选用尺寸最长的导磁体ⅰ1作为初始加热备件，感应加热装置ⅲ16选用尺寸最短的导磁体ⅰ1作为初始加热备件，感应加热装置ⅱ14和ⅳ17均选用尺寸长度中等的导磁体ⅰ1作为初始加热备件，每个感应加热装置的导磁体ⅱ5的槽口中线都与管材滚切刀具18刀尖在同一水平面。在y轴方向上调整感应加热装置ⅰ13到管材滚切刀具18刀尖处，在y轴方向上调整感应加热装置ⅲ16到管材滚切刀具18根部位置，在x轴方向上调整感应加热装置ⅱ14以及感应加热装置ⅳ17到管材滚切刀具18刀宽中部位置。分别在感应加热装置ⅰ13、感应加热装置ⅱ14、感应加热装置ⅲ16、感应加热装置ⅳ17的接线板7的一侧设有偏心轮直线推杆装置。

在图1、图2所示的本发明的示意简图中，感应加热装置ⅰ13、感应加热装置ⅱ14、感应加热装置ⅲ16、感应加热装置ⅳ17结构均相同，感应加热装置包括有导磁体ⅰ、齿形卡接盘、旋转卡盘、上支撑架、下支撑架、导磁体ⅱ、感应线圈、接线板、限位装置。上支撑架4-1和下支撑架4-2上下对称，且均呈l型。在上支撑架和下支撑架的一端分别通过螺钉固定一个旋转卡盘3。旋转卡盘3与齿形卡接盘2之间通过传动轴相连，导磁体ⅰ的一端是表面具有倾斜角度的斜面，导磁体ⅰ的另一端为垂直面，导磁体ⅰ具有多种长度尺寸，按照由长到短再由短到长的顺序插接到齿形卡接盘2上，装配后导磁体ⅰ1在齿形卡接盘2外侧形成梯度均匀的分布排列。上支撑架和下支撑架的另一端均固定在接线板7的一侧。感应线圈6的正负电极接口9和负电极接口10分别与接线板7连接。导磁体ⅱ5呈门字型，导磁体ⅱ5的两端分别穿过上支撑架和下支撑架的一端的延伸部，并与齿形卡接盘2上的导磁体ⅰ1相接触。下支撑架的下端设有两个限位装置8，限位装置的截面呈h型，下支撑架4-2可以在限位装置8上直线滑动。齿形卡接盘和支撑架均为绝缘材料制成。

在图5、图6所示的本发明的示意简图中，管材滚切刀具感应加热装置的具体步骤如下：

步骤1、参数确定，具体包括：对所加工管材滚切刀具的几何参数进行采集整理，将数据输入控制系统；

步骤2、感应加热装置初始位置设定，具体包括：将管材滚切刀具安装在旋转台上，控制系统调用管材滚切刀具的几何参数，并计算感应加热装置的初始加热位置，在管材滚切刀具外侧圆周方向上均匀排布四个结构相同的上述感应加热装置，标记为：感应加热装置ⅰ、感应加热装置ⅱ、感应加热装置ⅲ、感应加热装置ⅳ，其中感应加热装置ⅰ选用尺寸最长的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅲ选用尺寸最短的导磁体ⅰ作为初始加热备件，感应加热装置ⅱ和ⅳ均选用尺寸长度中等的导磁体ⅰ作为初始加热备件，每个感应加热装置的导磁体ⅱ的槽口中线都与管材滚切刀具刀尖在同一水平面，在y轴方向上调整感应加热装置ⅰ到管材滚切刀具刀尖处，在y轴方向上调整感应加热装置ⅲ到管材滚切刀具根部位置，在x轴方向上调整感应加热装置ⅱ以及感应加热装置ⅳ到管材滚切刀具刀宽中部位置；

步骤3、控制系统计算并确定加热实施方案，具体包括：控制系统设定加载电流大小和频率，四个感应加热装置通入相同电流，将加热过程分为四个阶段，每过一个阶段等值增大加载电流大小，直至第四阶段设定输入电流为最终加热所需电流，设定偏心轮直线推杆装置的直线速度与旋转台旋转速度均为匀速，且刚好满足感应加热装置1/4进给时间与旋转台旋转一周的时间相等，旋转卡盘匀速旋转，且旋转一周的时间的1/2等于感应加热装置的进给时间，感应加热装置的进给时间为感应加热装置水平移动距离为刀宽时所用的时间，感应加热装置ⅰ的进给方向为y轴负方向，感应加热装置ⅱ的进给方向为x轴负方向，感应加热装置ⅲ的进给方向为y轴正方向，感应加热装置ⅳ的进给方向为x轴正方向，将管材滚切刀具均分为4个加热区域：区域1、区域2、区域3、区域4；

步骤4、第一阶段加热，具体包括：

4.1、驱动感应加热装置，具体包括：旋转台带动管材滚切刀具旋转，与此同时，四个感应加热装置同时启动，感应加热装置ⅰ进给加热区域1，感应加热装置ⅱ回退加热区域2，感应加热装置ⅲ回退加热区域4，感应加热装置ⅳ进给加热区域3，其中感应加热装置ⅱ中的旋转卡盘逆时针旋转，感应加热装置ⅰ、ⅲ、ⅳ的旋转卡盘顺时针旋转，当感应加热装置水平移动距离为刀宽的1/4时，热像仪采集此刻管材滚切刀具的表面温度分布；

4.2、温度信号采集处理，具体包括：利用控制系统将热像仪采集到的信息进行处理，分析区域1、2、3、4的温度分布，对比输入相应电流条件下实际加热效果与系统预计加热效果，当结果不一致时调整即将进入该加热区域的感应加热装置的电流大小，为感应加热匹配合适的电流参数，并在步骤3原定加热实施方案的基础上改变四个感应加热装置中的电流大小；

步骤5、第二阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域2，感应加热装置ⅱ回退加热区域1，感应加热装置ⅲ回退加热区域3，感应加热装置ⅳ进给加热区域4，重复步骤4.2；

步骤6、第三阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域3，感应加热装置ⅱ进给加热区域1，感应加热装置ⅲ回退加热区域2，感应加热装置ⅳ回退加热区域4，重复步骤4.2；

步骤7、第四阶段加热，具体包括：感应加热装置ⅰ进给加热区域4，感应加热装置ⅱ进给加热区域2，感应加热装置ⅲ回退加热区域1，感应加热装置ⅳ回退加热区域3，完成加热。