一种单面安装套环热处理系统的制作方法

本实用新型涉及高频电磁感应热处理领域，特别是涉及一种单面安装套环热处理系统。

背景技术：

在紧固件行业中，为了提高紧固件的使用效果，一般需要对紧固件进行热处理。

现有的高频热处理装置与一般使用的气氛保护加热方式相比，其优点是作业环境清洁，能够在线、快速地更改热处理加工工艺，并且还能够在短时间内高效地批量处理定制化的零部件产品，因此高频感应热处理的应用方式都是针对整体零部件进行的热处理，因此工艺的设计、线圈的设计也是针对整体零部件进行的，而且加热温度的控制、热扩散影响区的要求没有严格的规定。

然而，对于高强度单面安装套环而言，由于单面安装套环在安装过程中，套环在承受轴向拉伸载荷条件下，其尾部发生轴向的压缩、径向膨胀，从而形成盲端，对被连接件实施有效的夹持。该类型紧固件的套环热处理对局部溃缩、引导变形区域的形状、宽度以及热扩散区域有严格的要求，目前常规的热处理难以满足单面安装套环的热处理要求。

因此，如何有效提高单面安装套环的使用效果，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种单面安装套环热处理系统，用于对单面安装套环进行局部热处理，以实现单面安装套环的局部软化，提高其连接稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种单面安装套环热处理系统，包括：

用于安装套环的套环支撑部件；

用于对所述套环的软化区域进行加热的高频感应加热部件；

可带动所述高频感应加热部件移动或保持静止的线圈支撑移动部件；

用于带动所述套环支撑部件转动的旋转部件；

用于冷却所述高频感应加热部件的冷却部件，所述冷却部件与所述高频感应加热部件连接；

用于控制所述线圈支撑移动部件和所述旋转部件动作的控制器，所述控制器与所述线圈支撑移动部件和所述旋转部件连接。

优选的，还包括用于带动所述套环支撑部件移动的顶针移动部件，所述顶针移动部件与所述控制器连接。

优选的，所述套环支撑部件包括上顶针和下顶针，所述套环位于所述上顶针和所述下顶针之间；所述顶针移动部件与所述上顶针和所述下顶针连接，并可带动所述上顶针和所述下顶针移动。

优选的，还包括用于检测所述套环尾部温度的测温部件，所述控制器可根据所述测温部件的检测数值判断所述套环是否需要废弃。

优选的，所述高频感应加热部件呈不闭合的圆环状，且所述高频感应加热部件的内部设有供冷却介质流动的冷却腔，所述冷却腔与所述冷却部件连通以供所述冷却介质流动。

优选的，所述高频感应加热部件的轴向端部设有预设角度的倒角。

本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统，包括：用于安装套环的套环支撑部件；用于对所述套环的软化区域进行加热的高频感应加热部件；可带动所述高频感应加热部件移动或保持静止的线圈支撑移动部件；用于带动所述套环支撑部件转动的旋转部件；用于冷却所述高频感应加热部件的冷却部件，所述冷却部件与所述高频感应加热部件连接；用于控制所述线圈支撑移动部件和所述旋转部件动作的控制器，所述控制器与所述线圈支撑移动部件和所述旋转部件连接。本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统，利用所述高频感应加热部件，对所述套环的软化区域进行加热，实现所述套环的局部软化，使得所述套环的材料呈现两种不同的强度、硬度，以精确引导所述套环在强度较低的位置发生明显的塑性变形，在所述套环的尾部形成有效夹持的盲端；同时防止所述套环发生过大塑性变形而导致套环材料的开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的单面安装套环在安装过程中的形变示意图；

图3-a为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统中高频感应加热部件的俯视图；

图3-b为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统中高频感应加热部件的剖视图；

图4-a为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式一的示意图；

图4-b为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式二的示意图；

图4-c为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式三的示意图；

图5为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区热处理条件示意图；

图6为本实用新型所提供的单面安装套环的装配示意图；

其中：套环(1)、套环支撑部件(1-1)、高频感应加热部件(1-2)、冷却部件(1-3)、线圈支撑移动部件(1-4)、旋转部件(1-5)、控制器(1-6)、测温部件(1-7)、顶针移动部件(1-8)、软化区域(1-9)、工件(2)、螺杆(3)、夹具(4)。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种单面安装套环热处理系统，能够对单面安装套环进行局部热处理，以实现单面安装套环的局部软化，提高其连接稳定性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图6，图1为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为本实用新型所提供的单面安装套环在安装过程中的形变示意图；图3-a为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统中高频感应加热部件的俯视图；图3-b为本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统中高频感应加热部件的剖视图；图4-a为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式一的示意图；图4-b为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式二的示意图；图4-c为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区实施方式三的示意图；图5为本实用新型所提供的单面安装套环的过渡区热处理条件示意图；图6为本实用新型所提供的单面安装套环的装配示意图。

在该实施方式中，单面安装套环热处理系统包括套环支撑部件1-1、高频感应加热部件1-2、线圈支撑移动部件1-4、旋转部件1-5、冷却部件1-3和控制器1-6。

其中，套环支撑部件1-1用于安装套环1；高频感应加热部件1-2用于对套环1的软化区域1-9进行加热，高频感应加热部件1-2套设在套环1的外周部；线圈支撑移动部件1-4可带动高频感应加热部件1-2移动或保持静止，具体的，当加，当线圈支撑移动部件1-4移动时，高频感应加热部件1-2跟随线圈支撑移动部件1-4一起移动；旋转部件1-5用于带动套环支撑部件1-1转动，高频感应加热部件1-2给套环1加热的同时，为弥补高频感应加热部件1-2的缺口效应，套环1须以不低于50转每分的速度进行匀速旋转；

进一步，冷却部件1-3用于冷却高频感应加热部件1-2，冷却部件1-3与高频感应加热部件1-2连接；控制器1-6用于控制线圈支撑移动部件1-4和旋转部件1-5动作，控制器1-6与线圈支撑移动部件1-4和旋转部件1-5连接。

具体的，高频感应加热部件1-2为水平放置的电磁感应线圈，并且感应线圈可以实现静止状态/扫描状态的加热模式。

本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统，利用高频感应加热部件1-2，对套环1的软化区域1-9进行加热，实现套环1的局部软化，使得套环1的材料呈现两种不同的强度、硬度，以精确引导套环1在强度较低的位置发生明显的塑性变形，在套环1的尾部形成有效夹持的盲端；同时防止套环1发生过大塑性变形而导致套环1材料的开裂。

具体的，高频感应加热部件1-2，或者高频感应加热发生器由控制器1-6一对一控制；高频感应加热部件1-2的感应电流频率不低于100khz，加热功率范围为80～150kw。

进一步，高频感应加热部件1-2可实现感应加热线圈的两种加热方式，一种是感应线圈静止状态下的静止加热方式；另一种方式是感应线圈沿着轴向以一定速度匀速运动状态下的扫描加热方式；并且两种方式可以根据不同加热需求进行切换。当采取扫描加热时，扫描速度范围控制在0.3～1.5毫米每秒。

感应线圈用紫铜制作，线圈形状为空心圆柱状的薄壁结构，内部有通孔通冷却水，冷却介质温度20～35℃。

在上述各实施方式的基础上，还包括用于带动套环支撑部件1-1移动的顶针移动部件1-8，顶针移动部件1-8与控制器1-6连接。

具体的，套环支撑部件1-1包括上顶针和下顶针，套环1位于上顶针和下顶针之间；顶针移动部件1-8与上顶针和下顶针连接，并可带动上顶针和下顶针移动。

在上述各实施方式的基础上，还包括用于检测套环1尾部温度的测温部件1-7，控制器1-6可根据测温部件1-7的检测数值判断套环1是否需要废弃。优选的，测温部件1-7为红外测温部件1-7，红外测温部件1-7将尾部过渡区的监控温度编辑成电信号反馈到控制器1-6，控制器1-6根据接收信号自动判断所加热套环1的热处理状态是否满足条件。

具体的，套环1加热过程中，红外测温部件1-7自动测量套环1尾部的扩散温度，当温度达到250℃时，套环1应被实施隔离。上述设置，利用红外测温部件1-7实现套环1加热质量的自动判断、识别，将加热不合格的产品筛出，确保无不良品流入下工序。

本实施例所提供的套环1，经过局部热处理后，在轴向方向明显表现出低硬度分布区域，并呈跳跃式分布，如图4所示。

在上述各实施方式的基础上，高频感应加热部件1-2呈不闭合的圆环状，且高频感应加热部件1-2的内部设有供冷却介质流动的冷却腔，冷却腔与冷却部件1-3连通以供冷却介质流动。

在上述各实施方式的基础上，高频感应加热部件1-2的轴向端部设有预设角度的倒角，倒角的开设位置，影响了软化区域1-9的边缘硬度变化，如图4-a所示的的方式，可以通过对高频感应加热部件1-2靠近套环1头部的位置，开设角度较大的倒角，使得软化区域1-9中靠近套环1头部的边缘的硬度变化幅度小于软化区域1-9中靠近套环1尾部的边缘的硬度变化幅度，即b-a＞d-c。

本实施例所提供的单面安装套环，其热处理方法包括以下步骤：

步骤s1：安装并固定套环1；

步骤s2：控制高频感应加热部件1-2移动至套环1的软化区域1-9，并对套环1的软化区域1-9进行加热；

步骤s3：对套环1的尾部温度进行检测，当套环1的尾部温度大于预设温度时，则停止加热并将套环1废弃。

本实用新型所提供的单面安装套环热处理方法，利用电磁感应原理，对套环1在安装时需要引导变形、溃缩的部位，进行局部热处理，满足单面安装套环1的安装需求。

进一步，步骤s2中，还包括：

根据套环1的尺寸选择静止加热方式或扫描加热方式，当选择静止加热方式时，则控制高频感应加热部件1-2保持静止，当选择扫描加热方式时，则控制高频感应加热部件1-2按照预设速度移动。

具体的，当套环1的软化区域1-9的宽度较大时，可以选择扫描加热方式，反之可以选择静止加热方式，当然，也可以根据套环1的直径进行选择，例如，套环1的外径较大时，可以选择扫描加热方式，反之可以选择静止加热方式，具体应当根据实际需求进行选择。

在上述各实施方式的基础上，高频感应加热部件1-2的感应电流频率≥100khz，加热功率为80-150kw，移动速度为0.3-1.5mm/s。

在上述各实施方式的基础上，当高频感应加热部件1-2的加热方式为静止加热方式时：

当套环1的外径为5-7mm时，高频感应加热部件1-2的内径为8-12mm，加热时间为0.6-1.5s，静止加热方式下，高度为2-4mm；

当套环1的外径为7-9mm时，高频感应加热部件1-2的内径为10-14mm，加热时间为1.0-1.8s，静止加热方式下，高度为3-5.5mm，扫描加热方式下，高度为2-4mm；

当套环1的外径为9-11mm时，高频感应加热部件1-2的内径为12-16mm，加热时间为1.2-2.0s，静止加热方式下，高度为4.5-6.5mm，扫描加热方式下，高度为2-4mm；

当套环1的外径为11-13mm时，高频感应加热部件1-2的内径为15-18mm，加热时间为2.0-5.0s，静止加热方式下，高度为5-7mm，扫描加热方式下，高度为2-4mm；

当套环1的外径为15-17mm时，高频感应加热部件1-2的内径为17-22mm，加热时间为3.0-7.0s，静止加热方式下，高度为8-14mm，扫描加热方式下，高度为3-5.5mm；

当套环1的外径为19-21mm时，高频感应加热部件1-2的内径为23-27mm，加热时间为3.0-7.0，静止加热方式下，高度为10-18mms，扫描加热方式下，高度为3-5.5mm。

具体的，本实施例所提供的单面安装套环热处理系统，根据套环1需要局部热处理部位的尺寸和形状，以及热处理的最终状态，线圈采用导磁性能良好的紫铜制作相相适应的感应加热线圈，即高频感应加热部件1-2；线圈为同心环形圆柱的薄壁结构，内部通冷却介质，冷却介质温度20～35℃。

具体的，1、根据套环1局部热处理部位的形状及尺寸，感应加热线圈内孔d、厚度h与套环1名义直径的关系如表1，单位mm。

表1感应加热线圈内孔d、厚度h与套环1名义直径的关系

2、将单面安装套环1通过专用夹具4安装在机床下顶针上，机床上顶针向下运动，将套环1在轴向方向固定；当热处理开始时，下顶针可实现50转每分的匀速旋转运动；

3、套环1在机床上、下顶针之间固定后，感应加热线圈移动到套环1需要局部加热的部位，加热位置调整通过数控部件手动、自动调整。

4、调整好数控部件的加热功率、电流密度、加热时间或扫描速度后，启动加热程序；套环1在高频交变磁场中因自感急速产生热量，利用自感产生的热量完成局部热处理的加热过程。

5、在加热的过程中，因热量的扩散、辐射等因素，在套环1尾部增加了红外测温部件1-7；通过套环1的多次试验，当套环1尾部的扩散温度达到250℃时，判定套环1加热实效，部件自动筛选不合格加热套环1。

6、该部件可以连续、选择性地实现1～5各工步，连续的方式适用于批量生产，选择性的实施方式适用于套环1加热参数的调整、试验；两种方式缺一不可。

为保证套环1局部热处理性能的一致性和同一性，一次加工一个理论上是最理想的，但不利于工业化批量生产；针对单面套环1使用的特殊性，套环1单次热处理最大数量与加热功率的关系满足下表关系：

表2套环1单次热处理最大数量与加热功率的关系

进一步，套环1经过局部热处理后应当具备的性质，在轴向方向明显表现出低硬度分布区域；该区域是满足该类型紧固件安装的重要条件。具体地，套环1在热处理后硬度满足图4-a至图4-c的要求；单面套环1满足图4-a至图4-c过渡区实施方式的热处理时间，如表3。

表3加热时间

进一步，单面安装套环1的热处理条件是工业化批量生产、稳定生产该类型产品的有效条件；单面套环1在安装过程中的形变过程能够完全体现特殊热处理条件下的变形规律，如图2所示。

具体的，首先通过夹具4，将螺杆3向上拉起，使得套环1的尾部发生塑性变形，形成盲端，起到限位作用，同时套环1的头部会压入夹具4的开口处，使得套环1的头部向螺杆3的方向挤压，使得套环1的头部材料将螺杆3包裹，实现对工件2的连接作用，然后通过夹具4将多余的螺杆3拉断，完成安装过程。

该套环1可用于处于不同平面上的板体的连接，如图6所示，适用性明显高于螺栓连接，在紧固件领域具有重要的地位。

以上对本实用新型所提供的单面安装套环热处理系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。