CN106544482A - 淬火插塞系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对工件进行热处理的淬火插塞系统及其应用。所述淬火插塞系统包括具有纵向芯部轴线的渐缩插塞，并包括构造成插置在所述渐缩插塞与所述工件之间的芯轴。所述渐缩插塞被构造成当所述工件被加热时允许所述芯轴沿着所述渐缩插塞的所述芯部轴线平移。

Description

淬火插塞系统及其应用

技术领域

本公开涉及用于金属加工的系统和设备。更具体地，本公开涉及对金属工件进行热处理和淬火。

背景技术

金属加工包括用金属或金属合金加工以创建独立的部分、组件或大尺度结构的各种方法。许多金属加工技术的一个方面是淬火，或者迅速降低金属的温度。淬火速率越慢(例如，降低金属的温度的时间相对更长)，热力学的力有机会改变金属的微结构越久，这是可期望的。在其它情况下，更快的淬火速率用于防止在冷却期间通过低温范围时金属的微结构显著改变。最常见进行加热和淬火以便硬化给定的制造部件。

在制造的部件薄和/或平的情况下，快速淬火的应力有时可能导致工件的畸变和翘曲。这样的畸变无法满足工件尺寸和/或几何形状的高精确度。

防止或降低这样的畸变的一种方式是在工件处于高温下的同时将淬火插塞插入到工件的内部空腔中，随后是将已组装的工件/淬火插塞淬火。所述淬火插塞可构造成在部件被淬火的同时保持部件的形状。淬火插塞的存在还可在部件冷却并收缩时导致部件发生一定程度的塑性变形，从而减轻工件的金属结构的应力。

该过程通常使用淬火插塞，在室温下将淬火插塞插入到工件中，而工件是热的，也许热达1,600°F(870℃)。另外，手动加工这样热的材料的严酷环境可能在放置插塞工具时导致不一致性，或者淬火的定时延迟。此外，工件围绕错位的淬火插塞的皱缩可导致插塞被工件紧紧地保持，并且可施加显著的力以移除淬火插塞，从而增加了改变工件的危险并且增添了热处理过程的成本。

发明内容

本公开提供了用于对工件进行热处理的淬火插塞系统和方法。

在一些方面中，本公开提供了一种在对工件进行热处理时使用的淬火插塞系统，其中所述淬火插塞系统包括：渐缩插塞，所述渐缩插塞具有纵向的芯部轴线；以及芯轴，所述芯轴被构造成插置在所述渐缩插塞与所述工件之间，其中所述渐缩插塞被构造成当所述工件被加热时允许所述芯轴沿着所述渐缩插塞的所述芯部轴线平移。

在一些方面中，本公开提供了一种用于对工件进行热处理的方法，所述方法包括：在所述工件被加热之前将芯轴插入到工件中；在所述芯轴被加热之前将具有芯部轴线的渐缩插塞插入到所述芯轴中；加热所述工件，使得所述渐缩插塞在加热步骤期间沿着所述芯部轴线进一步平移到所述芯轴中；以及冷却所述工件以形成所述工件的最终形状。

在一些方面中，本公开提供了一种对工件进行热处理的方法，所述方法包括：将渐缩插塞插入到工件内侧；加热所述工件，直到所述工件已膨胀到期望的尺寸；冷却所述工件；以及从所述工件移除所述渐缩插塞，其中，所述工件膨胀至并维持期望的尺寸，而不在加热或冷却步骤期间将任何结构插入到所述工件中。

特征、功能和优点可在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可在其它实施方式中组合，其进一步细节可以参考以下描述和附图。

附图说明

图1是与根据本公开的淬火插塞系统联接的工件在加热以前的横截面图示。

图2是图1的工件和淬火插塞系统在加热之后的横截面图示。

图3是使用根据本公开的淬火插塞系统对工件进行热处理的方法的示意图。

图4是根据本公开的示例性芯轴在膨胀之前的顶视图图示。

图5是图4的示例性芯轴在膨胀之后的顶视图图示。

图6是根据本公开的示例性芯轴在膨胀之前的立体图图示。

图7是图6的示例性芯轴在膨胀之后的立体图图示。

图8是与根据本公开的淬火插塞系统联接的工件在加热以前的横截面图示。

图9是图8的工件和淬火插塞系统在加热之后的横截面图示。

图10是图9的工件和淬火插塞系统在拆卸过程中的横截面图示。

图11是图10的工件和淬火插塞系统在拆卸过程中的横截面图示。

图12是与根据本公开的淬火插塞系统联接的工件在加热以前的横截面图示。

图13是图12的工件和淬火插塞系统在加热之后的横截面图示。

图14是与根据本公开的淬火插塞系统联接的工件在加热以前的横截面图示。

图15是图14的工件和淬火插塞系统在加热之后的横截面图示。

图16是描绘根据本公开的用于对工件进行热处理的说明性方法的流程图。

图17是描绘根据本公开的用于对工件进行热处理的说明性方法的流程图。

具体实施方式

概述

本文中描述了一种淬火插塞系统，其可以相对于工件放置，无需操作者与极热材料相互作用。本文中描述的淬火插塞系统适应工件在加热期间的膨胀并且至少基本抵抗工件在淬火期间的皱缩。此外，淬火插塞系统可在完成淬火之后容易移除。

对工件进行热处理的淬火插塞系统和方法的各种实施方式在下面描述并且在关联的附图中图示。除非另有规定，否则本公开的淬火插塞系统和/或其各种部件可以但不要求包含描述、图示和/或并入本文中的结构、部件、功能性和/或变型中的至少一者。此外，描述、图示和/或并入本文中的结构、部件、功能性和/或变型连同本教导可以但不要求包括在其它类似的淬火插塞系统中。如下面描述的选定方面拥有或呈现的优点在本质上是说明性的。各种方面的以下描述在本质上是示例性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。

相关图中描绘的淬火插塞系统的实施方式被选择为说明本公开的各种方面，并且所描绘的淬火插塞部件的比例、方位和相对间距中的一者或多者出于这样的说明的目的可能被夸大。特别是，所描绘的淬火插塞系统的工件和选定部件的膨胀量可能被夸大。

本文中描述的对工件进行热处理的淬火插塞系统和方法可能对选定金属工件进行热处理是特别有用的，特别地但不排他地，工件可限定内部空腔。所公开的系统和方法可允许对工件进行热处理，包括：当工件处于室温下或附近时将淬火插塞系统插入到工件中，工件被加热到更高的温度，随后被淬火。本文中公开的淬火插塞系统可另外在对工件进行淬火之后容易移除。

图1是示例性淬火插塞系统10的横截面图，其包括构造成插入到芯轴14的中央空腔13中的渐缩插塞12。示例性淬火插塞系统10被构造成至少基本上插入到由工件16限定的空腔内。渐缩插塞12可大致呈截头锥形，芯轴14可具有大致柱形的外表面15，并且由工件16限定的空腔可具有大致柱形的内表面17。

渐缩插塞12和芯轴14被构建成使得芯轴14可以以比渐缩插塞12更快的速率膨胀。该差异膨胀可由任何满意的方法实现，诸如对芯轴14和渐缩插塞12差异地加热，使得芯轴14和渐缩插塞12呈现差异的热膨胀速率。替代地或另外地，形成渐缩插塞12和芯轴14的材料可选择为如果经历相同的加热过程则呈现基本不同的热膨胀系数。例如，渐缩插塞12可包括具有相对较小的热膨胀系数的一种或多种材料，诸如殷钢合金和/或钛金属。芯轴14包括具有相对较大的热膨胀系数的材料，诸如钢合金。替代地或另外地，芯轴14可构建成使得芯轴14在机械方面能够沿径向方向膨胀。

替代地或另外地，渐缩插塞12可包括基本不导电的材料，并且芯轴14和工件16包括导电材料，使得通过将淬火插塞系统10和工件16放置在感应加热器中，工件16和芯轴14可经历与渐缩插塞12的加热速率相比有所增加的加热速率。类似地，渐缩插塞12和芯轴14两者均可包括基本不导电的材料，而工件16包括导电材料，使得感应加热以大于芯轴14或渐缩插塞12所经受加热速率的加热速率加热工件16。

如图1所示，芯轴14可构造成使得芯轴14可插置在渐缩插塞12与工件16之间。图1表示渐缩插塞12、芯轴14和工件16在对工件16进行热处理以前的初始状态。在该初始状态下，在对工件16执行热处理过程之前，淬火插塞系统10和工件16基本处于室温下。在热处理过程中，工件16可经历比由渐缩插塞12呈现的热膨胀大的热膨胀，使得工件16的内部空腔的内周相对于渐缩插塞12的外周增加，从而可允许工件16和芯轴14沿着渐缩插塞12向下平移，如图2所示。随着芯轴14沿着渐缩插塞12向下平移，芯轴14可经历对应的径向膨胀。

当工件16经历随后的冷却或淬火时，工件16可皱缩。然而，当工件16与膨胀的芯轴14接触时，工件16可在物理上防止皱缩，此外随着工件16继续冷却，导致工件16发生一定程度的塑性变形。工件16的塑性变形减轻了工件16的金属结构的应力，这是因为当工件16被冷却时工件16经历成形和/或校正。

如图1和图2描绘的简化实施方式所示，渐缩插塞12、芯轴14和工件16可构建成使得渐缩插塞12、芯轴14和工件16中的每个均相对于渐缩插塞12的中心芯部轴线18呈现旋转对称。即，渐缩插塞12、芯轴14和工件16以基本同心的方式嵌套。

渐缩插塞12包括具有外侧渐缩角度24的外部锥度。渐缩插塞12可大致呈截头锥形，或者可以是截顶的多边棱锥，诸如三角棱锥、四角棱锥或使淬火插塞系统10能够基本如本文中描述地运行的任何其它合适的形状。渐缩插塞12可具有第一端26和第二端28，其中外侧渐缩角度24导致第二端28的周长大于第一端26的周长。当芯轴14和工件16被加热并因此膨胀时，芯轴14和工件16可沿着渐缩插塞12朝向渐缩插塞12的较大第二端28平移。渐缩插塞12在渐缩插塞12的较宽第二端28处的周长相对于渐缩插塞12的第一端26的周长增加可用来在工件16冷却时防止工件16的任何实质的后续径向皱缩。

渐缩插塞12可任选地包括可经由插塞开口22出入的内部空腔20。插塞开口22可居中于渐缩插塞12的芯部轴线18上。

当工件16被加热时，随着芯轴14平行于芯部轴线18朝向渐缩插塞12的第二端28沿着渐缩插塞12平移，芯轴14可构造成经历膨胀。当芯轴14具有与渐缩插塞12的外侧渐缩角度24基本互补的内侧渐缩角度30时，可方便芯轴14沿着芯部轴线18的平移，其中内侧渐缩角度30和外侧渐缩角度24相对于正交于芯部轴线18的平面31进行测量，如图1中描绘的。当内侧渐缩角度30和外侧渐缩角度24的总和基本等于180度时，内侧渐缩角度30和外侧渐缩角度24互补。替代地，在渐缩插塞12的芯部轴线18被限定为垂直轴线的情况下，则内侧渐缩角度30与垂直轴线的绝对偏差以及外侧渐缩角度24与垂直轴线的绝对偏差基本等同。

芯轴14可以是可重复使用的。例如，在膨胀之后，例如通过向内径向压缩，芯轴14可从渐缩插塞12移除并且机械地重新构造成返回至芯轴的原始周长。替代地，芯轴14可构造成经历不可逆的膨胀。在一些方面中，可在每个热处理过程中使用新的芯轴。

使用根据本公开的淬火插塞系统10对工件16进行热处理的过程示意性地示出在图3中。如描绘的，淬火插塞系统10的部件可包括截头锥形渐缩插塞12，并且包括与渐缩插塞12互补的芯轴14，即，芯轴14的内侧渐缩角度30与渐缩插塞12的外侧渐缩角度24互补。芯轴14可包括沿着其下缘周长的外围唇40。外围唇40可构造成防止工件16沿着芯部轴线18平移越过芯轴14的下缘。

如图3的过程的步骤A所示，芯轴14可在工件16被加热以前插置在工件16与渐缩插塞12之间。在步骤B，工件16和淬火插塞系统10的组合可暴露至加热装置42，例如炉子或感应加热器。在步骤C，工件16和淬火插塞系统10可由热源42充分加热，使得随着工件16径向膨胀，工件16和芯轴14平行于且沿着渐缩插塞12的芯部轴线18平移。这允许芯轴14径向膨胀。在步骤D，工件16和淬火插塞系统10从加热装置42移除并被允许冷却至相对较低温度，诸如室温。一旦工件16已经冷却至相对较低温度，如步骤E所示，渐缩插塞12就可从芯轴14移除，并且芯轴14可从工件16移除。在步骤E，工件16具有期望的形状。

图4和图5示意性地描绘了用于根据本公开的芯轴14的选定构造。如图4的顶视图所示，芯轴14可插置在渐缩插塞12与工件16之间。芯轴14可包括多个独立的芯轴部件50。芯轴部件50可构造成使得通过周向彼此相邻地布置芯轴部件50，芯轴14得以形成。芯轴部件50可包括多种部件大小和/或形状，只要当芯轴部件50周向彼此相邻地适当布置时能形成期望的芯轴14即可。芯轴部件50可对应于具有基本类似大小和形状的芯轴14的径向截面。替代地，芯轴部件50可具有不同的形状和/或大小，只要能将它们组装到芯轴14中即可。如图4和图5所示，芯轴14可包括独立的芯轴部件50，该芯轴部件50具有与芯轴14的半径重合的侧壁52，或者具有与芯轴14的半径设定成一定角度的侧壁54，再次只要当芯轴部件50周向彼此相邻地适当布置时能形成期望的芯轴14即可。

随着工件16被加热并膨胀，工件16和芯轴14可沿着渐缩插塞12的芯部轴线18向下平移。当芯轴14沿着渐缩插塞12移动时，芯轴14的独立的芯轴部件50可彼此分离，从而在独立的芯轴部件50之间引入空间56，如图5所示。虽然芯轴部件50的材料可同时经历热膨胀，但是图5的芯轴14的膨胀主要是由于在独立的芯轴部件50之间引入空间56而形成的。图5中描绘的工件16和芯轴14的径向膨胀可出于说明的目的被夸大。

图6和图7示意性地描绘了用于根据本公开的芯轴的选定构造。如图6中的立体图所示，芯轴14可并入交替地起源于芯轴14的上表面59和下表面60的多个纵向缝58。每个纵向缝58均在平行于渐缩插塞12的芯部轴线18的方向上延伸，占据芯轴14的中央空腔13。每个纵向缝58均部分地沿着芯轴14的高度61延伸，但不从缝的起源表面延伸到芯轴14的相对表面。凭借缝构建，当芯轴14沿着渐缩插塞12的芯部轴线18从渐缩插塞12的第一端26朝向渐缩插塞12的第二端28平移时(图1中示出)，芯轴14可随着纵向缝58的扩大而机械地径向向外膨胀，如图7所示。

在本公开的淬火插塞系统的一些构造中，芯轴14可构造成方便使用淬火流体来辅助工件的淬火。例如，芯轴部件的外表面可并入一个或多个凹陷通道，该凹陷通道可构造成允许淬火流体在芯轴的外表面与周围工件的内表面之间流通。以这种方式，淬火流体与工件之间的接触可增加，于是得到的工件的冷却速率可增加。位于芯轴的外表面中的凹陷通道可构造成使任何适当的淬火流体流通，包括例如水、与一种或多种添加剂混合的水、有机或无机油或惰性气体，等等。

本公开的淬火插塞系统可并入具有额外或替代构造的芯轴，没有限制，只要芯轴可适当地插置在淬火插塞系统的渐缩插塞与所关注的工件之间即可，并且进一步地，只要芯轴被另外构造成当工件以及任选的淬火插塞系统被加热时能沿着渐缩插塞的芯部轴线平移即可。

示例、部件和替代

以下各段描述了示例性淬火插塞系统以及采用这样的示例性淬火插塞系统对工件进行热处理的方法的选定方面。这些段中的示例旨在进行说明并且不应该被解释为限制本公开的整个范围。

示例1：

该示例描述了如图8至图11的横截面图所示的根据本公开的实施方式的说明性淬火插塞系统10。

图8是包括渐缩插塞12和芯轴14的说明性淬火插塞系统10的横截面图。渐缩插塞12另外包括板62，该板62取向成正交于渐缩插塞12的芯部轴线18。板62可固定到渐缩插塞12。渐缩插塞12可通过将渐缩插塞12的板62联接到基部64下方而另外固定到基部64，使得渐缩插塞12从基部64沿着芯部轴线18延伸。如图8和图9所示，水平板62可由紧固件66固定到基部64。紧固件66可以是螺钉、螺栓或将板62固定到基部64的任何其它适当的紧固装置。

芯轴14可包括外围唇40，该外围唇40沿着芯轴14的与基部64相邻的边缘，以便防止工件16平移越过外围唇40。

如图8和图9所示，在加热工件16时，工件16和芯轴14在重力的影响下沿着渐缩插塞12的芯部轴线18平移。芯轴14可仅沿着芯部轴线18平移，直到芯轴14与基部64接触，如图9所示。在期望限制工件16的膨胀度的时候，淬火插塞系统10的示例性构造可能是有用的。

在冷却之后，紧固件66可从基部64和板62移除，如图10所示。然后，渐缩插塞12可通过使渐缩插塞12沿着芯部轴线18平移而从芯轴14移除，如图11所示。

示例2：

该示例描述了如图12和图13的横截面图所示的根据本公开的实施方式的说明性淬火插塞系统10。

图12是可包括渐缩插塞12和芯轴14的说明性淬火插塞系统10的横截面图。渐缩插塞12可另外包括板62，该板62取向成正交于渐缩插塞12的芯部轴线18。芯轴14可插置在渐缩插塞12与工件16之间。图12描绘了在工件16被加热之前的淬火插塞系统10。

不同于图1和图2的淬火插塞系统10，淬火插塞系统10被构造成使得当工件16被加热时，芯轴14和工件16彼此独立地沿着芯部轴线18相对于渐缩插塞12平移。特别是，当工件16被加热并膨胀时，芯轴14可在重力的影响下沿着渐缩插塞12的芯部轴线18向下平移。因芯轴14与板62之间的接触，芯轴14可在其向下平移时受到限制。

示例3：

该示例描述了如图14和图15的横截面图所示的根据本公开的实施方式的说明性淬火插塞系统10。

图14是包括渐缩插塞12和芯轴14的说明性淬火插塞系统10的横截面图。渐缩插塞12被构造成当工件16被加热时允许芯轴14沿着渐缩插塞12的芯部轴线18平移。渐缩插塞12包括第一端26和第二端28，其中第二端28的周长大于第一端26的周长。淬火插塞系统10进一步包括板62，该板62取向成正交于渐缩插塞12的芯部轴线18；然而，对比于图12和图13的淬火插塞系统10，板62配置成相邻于但间隔于渐缩插塞12的第一端26。

淬火插塞系统10可构造成使得在加热工件16时，渐缩插塞12可朝向板62平移。当渐缩插塞12朝向板62平移时，芯轴14可沿着渐缩插塞12的芯部轴线18朝向渐缩插塞12的第二端28平移，并在平移时膨胀。渐缩插塞12可以沿着芯部轴线18平移，直到渐缩插塞12的第一端26遇到板62。如图15所示，在这一点，淬火插塞系统10和工件16可被冷却。

淬火插塞系统10可进一步包括压力机90，压力机90被构造成施加力(除了地心引力)以辅助渐缩插塞12朝向板62的平移。力可施加到特定淬火插塞系统10的渐缩插塞12、芯轴14或两者部件中的一者或多者，并且这样的力可平行于特定淬火插塞系统10的渐缩插塞12的芯部轴线18施加。

示例4：

对工件16进行热处理的说明性方法由图16的流程图92描绘。如描绘的，所述说明性方法包括：在工件16被加热之前将芯轴14插入到工件16中(流程图92的94)；在芯轴14被加热之前将具有芯部轴线18的渐缩插塞12插入到芯轴14中(流程图92的96)；加热工件16，使得渐缩插塞12在加热步骤期间沿着芯部轴线18进一步平移到芯轴14中(流程图92的98)；以及冷却工件16以形成工件16的最终形状(流程图92的100)。

示例5：

对工件16进行热处理的替代说明性方法由图17的流程图102描绘。如描绘的，所述说明性方法包括：将渐缩插塞12插入到工件16内(流程图102的104)；加热工件16，直到工件16已膨胀到期望的尺寸(流程图102的106)；冷却工件16(流程图102的108)；以及从工件16移除渐缩插塞12(流程图102的110)，其中工件16膨胀至并维持期望的尺寸，而无需在加热或冷却步骤期间将任何结构插入到工件中。

示例6：

该节描述了对工件进行热处理的淬火插塞系统和方法的额外方面和特征，不限于表现为一系列段落，其中的一些或所有出于清楚和效率可用字母数字指定。这些段落中的每个均可以以任何合适的方式与一个或多个其它段落组合，和/或与本申请的其它地方的公开组合，包括通过引用并入交叉参考中的材料。下面的一些段落明确提及并进一步限制其它段落，没有限制地提供一些合适的组合的示例。

A0、一种在对工件(16)进行热处理时使用的淬火插塞系统(10)，所述淬火插塞系统(10)包括：

渐缩插塞(12)，所述渐缩插塞(12)具有纵向的芯部轴线(18)；以及

芯轴(14)，所述芯轴(14)被构造成插置在所述渐缩插塞(12)与所述工件(16)之间，其中，所述渐缩插塞(12)被构造成当所述工件(16)被加热时允许所述芯轴(14)沿着所述渐缩插塞(12)的所述芯部轴线(18)平移。

A1、根据段落A0所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有第一端(26)和第二端(28)，所述第二端(28)的周长大于所述第一端(26)的周长。

A2、根据段落A0和A1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有比所述工件(16)的热膨胀系数或所述芯轴(14)的热膨胀系数小的热膨胀系数。

A3、根据段落A0至A2所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)包括殷钢合金或钛金属中的至少一者。

A4、根据段落A0至A3所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有外侧渐缩角度(24)，并且所述芯轴(14)具有内侧渐缩角度(30)，并且所述渐缩插塞(12)的所述外侧渐缩角度(24)与所述芯轴(14)的所述内侧渐缩角度(30)互补。

A5、根据段落A0至A3所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)大致呈截头锥形，所述芯轴(14)具有大致柱形的外表面(15)，并且所述工件(16)具有大致柱形的内表面(17)。

A6、根据段落A0至A5所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述芯轴(14)包括多个独立的芯轴部件(50)，使得当所述芯轴(14)沿着所述渐缩插塞(12)的所述芯部轴线(18)平移时，所述芯轴(14)的外径增加。

A7、根据段落A0至A5所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述芯轴(14)包括交替地起源于所述芯轴(14)的上表面(59)和下表面(60)的多个纵向缝(58)，每个纵向缝(58)均延伸所述芯轴(14)的高度(61)的一部分。

A8、根据段落A0至A7所述的淬火插塞系统(10)，其中，当所述工件(16)被加热时，所述芯轴(14)和所述工件(16)一起沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移。

A9、根据段落A0至A8所述的淬火插塞系统(10)，其中，当所述工件(16)被加热时，所述芯轴(14)和所述工件(16)彼此独立地沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移。

A10、根据段落A0至A9所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述工件(16)和所述芯轴(14)被构造成在所述工件(16)被加热时在重力的作用下沿着所述渐缩插塞(12)平移。

A11、根据段落A0至A10所述的淬火插塞系统(10)，所述淬火插塞系统(10)进一步包括基部(64)，所述基部(64)被构造成联接到所述渐缩插塞(12)。

A12、根据段落A0至A11所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)包括基本不导电的材料，所述淬火插塞系统(10)进一步包括感应加热器，所述感应加热器被构造成加热所述工件和所述芯轴，而基本上不加热所述渐缩插塞。

B0、一种用于对工件(16)进行热处理的方法，所述方法包括：

在所述工件(16)被加热之前将芯轴(14)插入到工件(16)中；

在所述芯轴(14)被加热之前将具有芯部轴线(18)的渐缩插塞(12)插入到所述芯轴(14)中；

加热所述工件(16)，使得所述渐缩插塞(12)在加热步骤期间沿着所述芯部轴线(18)进一步平移到所述芯轴(14)中；以及

冷却所述工件(16)以形成所述工件(16)的最终形状。

B1、根据段落B0所述的方法，其中，所述渐缩插塞(12)包括第一端(26)和第二端(28)，所述第二端(28)的周长大于所述第一端(26)的周长；并且其中，加热所述芯轴(14)和所述工件(16)的步骤包括：使所述芯轴(14)沿着所述芯部轴线(18)朝向所述渐缩插塞(12)的所述第二端(28)平移。

B2、根据段落B0和B1所述的方法，所述方法进一步包括：在加热步骤期间使所述工件(16)和所述芯轴(14)沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移，其中所述工件(16)和所述芯轴(14)一起或独立地相对于所述渐缩插塞(12)平移。

B3、根据段落B0至B2所述的方法，其中，加热所述芯轴(14)和所述工件(16)的步骤包括：使所述渐缩插塞(12)沿着所述渐缩插塞(12)的所述芯部轴线(18)相对于所述芯轴(14)和所述工件(16)这两者平移。

B4、根据段落B0至B3所述的方法，所述方法进一步包括：至少部分地由于地心引力来使所述芯轴(14)和所述工件(16)沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移。

B5、根据段落B0至B4所述的方法，所述方法进一步包括：至少部分地由于机械力来使所述芯轴(14)和所述工件(16)相对于所述渐缩插塞(12)平移。

B6、根据段落B0至B5所述的方法，所述方法进一步包括：在冷却步骤之后从所述工件(16)移除所述渐缩插塞(12)和芯轴(14)。

C0、一种对工件进行热处理的方法，所述方法包括：

将渐缩插塞(12)插入到工件(16)内；

加热所述工件(16)，直到所述工件(16)已膨胀到期望的尺寸；

冷却所述工件(16)；以及

从所述工件(16)移除所述渐缩插塞(12)，其中，所述工件(16)膨胀至并维持期望的尺寸，而不在加热或冷却步骤期间将任何结构插入到所述工件(16)中。

优点、特征、益处

本文中描述的对工件进行热处理的淬火插塞系统和方法的不同实施方式提供了优于已知方法的若干优点，用以防止金属部件在被热处理和淬火时发生翘曲。

目前在对金属部件进行热处理时使用淬火插塞需要将冷却淬火插塞插入到已经处于高温下的工件中。为了避免高温，淬火插塞的放置可能是匆忙的，因此淬火插塞可能不能被最佳地定位在工件中。在淬火之后，淬火插塞可能因工件的皱缩而保留在工件中并因此难以移除。

本公开的淬火插塞系统允许在淬火插塞系统或工件被加热之前将淬火插塞系统插入到工件中。组合后的工件和淬火插塞系统可一起加热，然后直接淬火，而无需手动干预。由于这种构建，淬火插塞系统在冷却时基本不皱缩，从而允许淬火插塞系统在淬火期间保持工件的期望形状，并且减轻可能另外形成在工件的金属结构中的应力。

已知的淬火插塞系统或装置不能实现这些功能。然而，并非本文中描述的所有实施方式都可提供相同的优点或相同程度的优点。

结论

本文中公开和图示的具体实施方式不在限制的意义上进行考虑，因为可能存在众多变型。在本公开内使用章节标题的程度上，这样的标题仅出于组织目的，并不构成任何要求保护的发明的特征。实施方式的主题包括本文中公开的各种元件、特征、功能和/或性能的所有新颖的非显而易见的组合和子组合。所附权利要求特别指出被认为是新颖的非显而易见的某些组合和子组合。体现在特征、功能、元件和/或性能的其它组合和子组合中的发明可主张在要求本申请或相关申请的优先权的申请中。这样的权利要求不论涉及不同实施方式或相同实施方式，并且不论在原始权利要求的更宽、更窄、相同或不同范围内，还被认为包括在本公开的实施方式的主题内。

Claims (15)

1.一种在对工件(16)进行热处理时使用的淬火插塞系统(10)，所述淬火插塞系统包括：

渐缩插塞(12)，所述渐缩插塞(12)具有纵向的芯部轴线(18)；以及

芯轴(14)，所述芯轴(14)被构造成插置在所述渐缩插塞与所述工件之间，其中，所述渐缩插塞被构造成当所述工件被加热时允许所述芯轴沿着所述渐缩插塞的所述芯部轴线平移。

2.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有第一端(26)和第二端(28)，所述第二端的周长大于所述第一端的周长。

3.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有比所述工件(16)的热膨胀系数或所述芯轴(14)的热膨胀系数小的热膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)具有外侧渐缩角度(24)，并且所述芯轴(14)具有内侧渐缩角度(30)，并且所述渐缩插塞的所述外侧渐缩角度与所述芯轴的所述内侧渐缩角度(30)互补。

5.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)大致呈截头锥形，所述芯轴(14)具有大致柱形的外表面(15)，并且所述工件(16)具有大致柱形的内表面(17)。

6.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述芯轴(14)包括多个独立的芯轴部件(50)，使得当所述芯轴沿着所述渐缩插塞(12)的所述芯部轴线(18)平移时，所述芯轴的外径增加。

7.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述芯轴(14)包括交替地起源于所述芯轴的上表面(59)和下表面(60)的多个纵向缝(58)，每个纵向缝均延伸所述芯轴的高度(61)的一部分。

8.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，所述淬火插塞系统(10)进一步包括基部(64)，所述基部(64)被构造成联接到所述渐缩插塞(12)。

9.根据权利要求1所述的淬火插塞系统(10)，其中，所述渐缩插塞(12)包括基本不导电的材料，所述淬火插塞系统进一步包括感应加热器，所述感应加热器被构造成加热所述工件和所述芯轴，而基本上不加热所述渐缩插塞。

10.一种用于对工件(16)进行热处理的方法，所述方法包括：

在所述工件被加热之前将芯轴(14)插入到所述工件中；

在所述芯轴被加热之前将具有芯部轴线(18)的渐缩插塞(12)插入到所述芯轴中；

加热所述工件，使得所述渐缩插塞在加热步骤期间沿着所述芯部轴线进一步平移到所述芯轴中；以及

冷却所述工件以形成所述工件的最终形状。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述渐缩插塞(12)包括第一端(26)和第二端(28)，所述第二端的周长大于所述第一端的周长；并且其中，加热所述芯轴(14)和所述工件(16)的步骤包括：使所述芯轴沿着所述芯部轴线(18)朝向所述渐缩插塞的所述第二端平移。

12.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：在加热步骤期间使所述工件(16)和所述芯轴(14)沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移，其中，所述工件和所述芯轴一起或独立地相对于所述渐缩插塞平移。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，加热所述芯轴(14)和所述工件(16)的步骤包括：使所述渐缩插塞(12)沿着所述渐缩插塞的所述芯部轴线(18)相对于所述芯轴和所述工件这两者平移。

14.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：至少部分地由于地心引力来使所述芯轴(14)和所述工件(16)沿着所述芯部轴线(18)相对于所述渐缩插塞(12)平移。

15.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：至少部分地由于机械力来使所述芯轴(14)和所述工件(16)相对于所述渐缩插塞(12)平移。