[发明专利]棒料带环形槽的电磁加热与冷却制备理想裂纹装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于管料精密下料技术领域，具体涉及棒料带环形槽的电磁加热与冷却制备理想裂纹装置及方法。

背景技术

金属棒料是工业生产中广泛应用的最基本的坯料形式之一，如各类轴销类零件，其工业生产的第一道工序往往为下料工序，所以下料的断料效率和断面质量将直接影响后续工序的复杂程度及加工成本。近几年发展起来的利用缺口产生应力集中效应及动态裂纹扩展法的无屑精密下料技术使得金属棒料下料过程实现了真正意义上的无屑化生产。新型的精密下料系统其关键技术是靠疲劳裂纹扩展实现断料，其生产效率很大程度上受制于裂纹扩展的快慢。

众所周知，疲劳裂纹扩展断料包括裂纹萌生和扩展两个阶段，其中裂纹萌生过程在整个裂纹扩展断料过程中起着至关重要的作用，因此，多源性萌生的理想裂纹群更有利于后期裂纹的扩展和断裂，从而大大缩短动态裂纹的寿命。对于新型无屑精密下料技术而言，裂纹结构群的萌生主要来源于外界动态载荷的加载，目前只能实现多点式加载而不能实现真正意义上的面加载，其只能在棒料缺口根部产生为数不多的微观结构裂纹源，而且要扩展出更理想的宏观裂纹群需要花费较长的时间。因此，为了提高无屑精密下料的断料效率，需要在精密下料工序之前提前预制好均匀分布的理想裂纹群，而且事先预制的裂纹群其裂纹扩展深度越大越有利于后续的断料，生产效率也就越高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供棒料带环形槽的电磁加热与冷却制备理想裂纹装置及方法，实现整根缺口棒料在其缺口根部区域产生出宏观结构的裂纹群，省去后续下料工序中微裂纹的萌生和初步的扩展阶段，提高了整个精密下料工艺的下料效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

棒料带环形槽的电磁加热与冷却制备理想裂纹装置，包括加热机构和冷却机构两部分，其中加热机构包括安装于加热机架6上的绝缘筒2，绝缘筒2的内壁固装着感应加热线圈3，感应加热线圈3的两端分别与外部高频电源的正极E+和负极E-相连，同时加热机架6上还放置着穿过加热线圈3内孔的预制有环状V形槽的金属棒料4，金属棒料4的两端分别通过螺纹安装着左拉头1和右拉头5；

冷却机构包括安装于冷却机架15上的左支撑辊11和右支撑辊16，两个支撑辊上放置着加热后的金属棒料4，金属棒料4的左上方设有安装于冷却机架15上的水管10，水管10上设有用于喷洒冷却水的条状开口，水管10通过管接头a与外界高压水源相接，同时安装于金属棒料4上的左拉头1通过销轴与左卡头9相连，左卡头9通过左拉杆8和双向推力球轴承与液压缸的推杆7相连，安装于金属棒料4上的右拉头5通过销轴与右卡头12相连，右卡头12通过安装于冷却机架15上的右拉杆13与伺服电机14上的减速器输出轴相连接。

所述的金属棒料4通过拉头与左拉杆8以及右拉杆13相连接的方式能够改为在金属棒料4的两端事先各预制出一个环状卡槽，之后通过上卡环18和下卡环19将金属棒料4两端分别与安装在左拉杆8上的左转接头17以及安装在右拉杆13上的右转接头相连，其中金属棒料4两端的环状卡槽外沿被铣出了两个平台，对应的左右转接头以及上卡环8和下卡环9的相应位置处也为平台。

所述装置的裂纹方法，包括以下步骤：

1)将预制好环状V形槽的金属棒料4穿过感应加热线圈3的中间孔放置在加热机架6上，并给其两端装好左夹头1和右夹头5；

2)根据金属棒料4的不同材质，设定好与高压电缆正极E+和负极E-相连的外部高频电源的频率和功率，对金属棒料4的外壁进行快速感应加热，使得加热层厚度达到金属棒料4的半径值的一半；

3)待金属棒料4的外壁温度到达500—1000℃后，关闭电源，并将金属棒料4从加热机构中取出；

4)将已加热的金属棒料4放置到冷却机构中，并通过销轴将左夹头1和右夹头5分别与左卡头9和右卡头12相连；

5)然后控制液压缸的推杆7向左运动，给金属棒料4一个轴向的预紧拉力；

6)施加好预紧拉力后通过伺服电机14带动金属棒料4转动，同时向水管10中通入高压冷却水，使冷却水通过水管10的条状开口均匀喷洒到金属棒料4的外壁上，这样便会在V形槽底部产生均匀分布的比较明显的宏观裂纹结构；

7)冷却一段时间后，停止喷洒冷却水并关闭液压缸使得金属棒料4处于自由状态，并将其取下来即可。