CN115595425A - 一种轴类零件表面淬火线圈及制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例是关于一种轴类零件表面淬火线圈及制造方法。包括：若干环形感应线圈，每个环形感应线圈上分别具有一缺口，该缺口使得环形感应线圈的端部不闭合；每个环形感应线圈从下往上依次设置，且相邻层环形感应线圈之间通过一弧形的连接段连接，连接段的一端与位于连接段上侧的环形感应线圈的一端部平齐，连接段的另一端与位于连接段下侧的环形感应线圈的一端部连接，该连接段使得相邻层环形感应线圈之间具有一弧形的缝隙，缝隙用于填充绝缘介质；第一流通管道，第一流通管道分别设置在每个环形感应线圈的内腔内。本公开实施例可以解决了产品加热的问题，以及淬火层浅导致曲轴耐磨寿命短的弊端，提高了产品加热效率。

Description

一种轴类零件表面淬火线圈及制造方法

技术领域

本公开实施例涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种轴类零件表面淬火线圈及制造方法。

背景技术

在汽车制造领域，半轴是机动车辆上驱动、制动车轮的杆件，动力的核心部件。一般载重车采用全浮式半轴，它主要承受驱动和制动转矩，小客车多用半浮式半轴，工作载荷为弯扭复合力矩。此外，半轴还受一定的冲击载荷。为了提高轴类零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同时保持芯部仍具有较高的韧性，通常会在热处理阶段对轴类零件关键部位进行表面淬火。

相关技术中，传动、制动等轴类淬火用的高频感应加热线圈，制作工艺随意性较大，无统一标准，制作粗糙，外形参数尺寸不精密，铜管根据工件样式进行绕制，内流道的铜线圈制备工艺基本采用传统工艺，铜板机加，铣出中间流道再进行拼焊形成一定形状。上述高频加热线圈存在如下不足：1）现有市面上轴类淬火线圈形状设计工艺随意性较大，快冷快热淬火处理效率低，节能性差；2）拼焊处数多，依赖手工；3）使用寿命短；4）制备依赖传统手工、制备周期久，难以批量化。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种轴类零件表面淬火线圈及制造方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种轴类零件表面淬火线圈，包括：

若干环形感应线圈，每个所述环形感应线圈上分别具有一缺口，该缺口使得与所述环形感应线圈的端部不闭合；其中，每个所述缺口的位置不同，所述缺口用于填充绝缘介质；

每个所述环形感应线圈从下往上依次设置，且相邻层所述环形感应线圈之间通过一弧形的连接段连接，所述连接段的一端与位于所述连接段上侧的所述环形感应线圈的一端部平齐，所述连接段的另一端与位于所述连接段下侧的所述环形感应线圈的一端部连接，该连接段使得相邻层所述环形感应线圈之间具有一弧形的缝隙，所述缝隙用于填充绝缘介质；其中，每个所述环形感应线圈的直径从下往上依次减小；

第一流通管道，所述第一流通管道分别设置在每个所述环形感应线圈的内腔内，且相邻层所述环形感应线圈内的第一流通管道连通；其中，所述第一流通管道用于冷却介质的流通；

介质进口，所述介质进口设置在位于最下层的所述环形感应线圈上，且与最下层的所述环形感应线圈内的第一流通管道连通；

介质出口，所述介质出口设置在位于最上层的所述环形感应线圈上，且与位于最上层的所述环形感应线圈内的所述第一流通管道连通。

本公开的一实施例中，两个电极板，位于若干所述环形感应线圈构成的环形空间中心处，两个所述电极板之间设置有绝缘隔板，其中一所述电极板与最上层所述环形感应线圈之间通过铜线连接，另一所述电极板与最下层所述环形感应线圈之间通过铜线连接。

本公开的一实施例中，与其中一所述电极板之间连接的铜线上设置有可调磁轭，所述可调磁轭用于调整磁通量大小。

本公开的一实施例中，还包括：

所述介质进口处设置有第一导电杆，所述第一导电杆具有一空腔，且所述第一导电杆内的空腔与所述介质进口连通；其中一所述电极板通过铜线连接到所述第一导电杆上；

所述介质出口处设置有第二导电杆，所述第二导电杆具有一空腔，且所述第二导电杆内的空腔与所述介质出口连通；另一所述电极板通过铜线连接到所述第二导电杆上。

本公开的一实施例中，还包括：

冷却介质储存箱，所述冷却介质储存箱上分别设置有一进口端和出口端，所述进口端通过第二流通管道与所述第二导电杆内的空腔连接，所述出口端通过第二流通管道与所述第一导电杆内的空腔连接，其中，所述出口端与所述第一导电杆之间的管道上设置有循环泵。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种轴类零件表面淬火线圈的制造方法，该方法包括：

建立淬火线圈的三维数字模型，并将所述淬火线圈切片离散后获得的分层扫描数据导入电子束扫描控制软件；

真空条件下，对成形底板进行预热；

真空条件下，将铜粉均匀铺设到预热后的所述成形底板上；

真空条件下，使用离焦电子束扫描粉层使温度均匀化；

真空条件下，聚焦电子束根据所述分层扫描数据扫描所述熔化粉层；

重复铺设铜粉、离焦扫描、聚焦扫描步骤，完成逐层凝固累积，直至淬火线圈打印完毕；在真空条件下自然冷却到50℃以下后，清理后即可获得淬火线圈。

本公开的一实施例中，所述切片厚度为40～70μm。

本公开的一实施例中，所述成形底板的预热通过离焦电子束扫描实现，扫描束流10-25mA，扫描速度10-20m/s。

本公开的一实施例中，所述铜粉为球形，且所述铜粉平均直径为40-150μm，铺粉厚度为40～70μm。

本公开的一实施例中，离焦电子束扫描粉层时，扫描束流为10～20mA，离焦量为-0.2～-0.5V，扫描时间为10-25s。

本公开的一实施例中，扫描熔化粉层时，聚焦电子束的束斑直径为80～120μm，扫描束流为5～20mA，扫描速度为1～3m/s，扫描间距为80～150μm。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中，通过上述轴类零件表面淬火线圈，每个环形感应线圈从下往上依次设置，且相邻层环形感应线圈之间通过一弧形的连接段连接，该连接段使得相邻层环形感应线圈之间具有一弧形的缝隙，缝隙填充绝缘介质，防止电流出现短路，以确保电流沿线圈绕向流动，从下往上的环形感应线圈的直径依次逐渐减小，使得若干环形感应线圈形成一个类似球形的淬火线圈，同时环形感应线圈内设有用于冷却介质流通的第一流通管道，该淬火线圈大大解决了产品加热的问题，以及淬火层浅导致曲轴耐磨寿命短的弊端，提高了产品加热效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示出本公开示例性实施例中轴类零件表面淬火线圈的结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中轴类零件表面淬火线圈的制造方法的步骤流程图。

图中：100、环形感应线圈；110、缺口；200、连接段；300、电极板；310、绝缘隔板；400、铜线；410、可调磁轭；500、第一导电杆；600、第二导电杆；700、冷却介质储存箱；800、循环泵；900、第二流通管道；1000、绝缘介质。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种轴类零件表面淬火线圈。参考图1中所示，该淬火线圈可以包括：若干环形感应线圈100、缺口110、第一流通管道、介质进口及介质出口。

其中，若干环形感应线圈100，每个所述环形感应线圈100上分别具有一缺口110，该缺口110使得所述环形感应线圈100的端部不闭合；其中，每个所述缺口110的位置不同，所述缺口100用于填充绝缘介质。

每个所述环形感应线圈100从下往上依次设置，且相邻层所述环形感应线圈100之间通过一弧形的连接段200连接，所述连接段200的一端与位于所述连接段200上侧的所述环形感应线圈100的一端部平齐，所述连接段200的另一端与位于所述连接段200下侧的所述环形感应线圈100的一端部连接，该连接段200使得相邻层所述环形感应线圈100之间具有一弧形的缝隙，所述缝隙用于填充绝缘介质1000；其中，每个所述环形感应线圈100的直径从下往上依次减小。

第一流通管道，所述第一流通管道分别设置在每个所述环形感应线圈100的内腔内，且相邻层所述环形感应线圈100内的第一流通管道连通；其中，所述第一流通管道用于冷却介质的流通。

介质进口，所述介质进口设置在位于最下层的所述环形感应线圈100上，且与最下层的所述环形感应线圈100内的第一流通管道连通。

介质出口，所述介质出口设置在位于最上层的所述环形感应线圈100上，且与位于最上层的所述环形感应线圈100内的所述第一流通管道连通。

通过上述轴类零件表面淬火线圈，每个环形感应线圈100从下往上依次设置，且相邻层环形感应线圈100之间通过一弧形的连接段200连接，该连接段200使得相邻层环形感应线圈100之间具有一弧形的缝隙，缝隙填充绝缘介质1000，防止电流出现短路，以确保电流沿线圈绕向流动，从下往上的环形感应线圈100的直径依次逐渐减小，使得若干环形感应线圈100形成一个类似球形的淬火线圈，同时环形感应线圈100内设有用于冷却介质流通的第一流通管道，该淬火线圈大大解决了产品加热的问题，以及淬火层浅导致曲轴耐磨寿命短的弊端，提高了产品加热效率。

下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述淬火线圈的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，每个环形感应线圈100上分别具有一缺口110，该缺口110使得环形感应线圈100的端部不闭合，每个缺口110在对应的环形感应线圈100上的位置不同，缺口100用于填充绝缘介质。每个环形感应线圈100从下往上依次设置，每个环形感应线圈100的直径从下往上依次逐渐减小，得若干环形感应线圈100形成一个类似球形的淬火线圈。相邻层环形感应线圈100之间通过一圆弧形的连接段200连接，且圆弧形的连接段200的位置不同，连接段200的一端与位于连接段200上侧的环形感应线圈100的一端部平齐，连接段200的另一端与位于连接段200下侧的环形感应线圈100的一端部连接，该连接段200使得相邻层环形感应线圈100之间具有一圆弧形的缝隙，缝隙填充绝缘介质1000，防止电流出现短路，以确保电流沿线圈绕向流动。缝隙处和缺口110处填充的绝缘介质，可以防止电流出现短路，以确保电流沿线圈绕向流动。位于最下层的环形感应线圈100上设置有介质进口，介质进口用于冷却介质的流入，位于最上层的环形感应线圈100上设置有介质出口，介质出口用于冷却介质的流出。每个环形感应线圈100的内腔内设置有第一流通管道，且相邻层的环形感应线圈100的内腔内的第一流通管道连通，第一流通管道的形状为环形状，与环形感应线圈100的内腔的形状匹配，第一流通管道用于冷却介质的流通，介质进口与位于最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道连通，介质出口与位于最上层的环形感应线圈100内的第一流通管道连通。由于每个环形感应线圈100内均设置有第一流通管道，在冷却工件时增加了与工件的接触面积，提高了冷却效率。在使用该淬火线圈时，轴类产品从类似球形的淬火线圈外圈进入套住感应线圈，呈包裹状。通过轴类产品自转实现产品淬火深度的一致，完成表面淬火加热后，可以通过外部冷却对产品和线圈进行冷却，同时通过环形感应线圈100内第一流通管道内的冷却介质，加快环形感应线圈100冷却速度，完成表面淬火后，将产品从类似球形的淬火线圈取下。需要说明的是，若干环形感应线圈100的数量至少为2圈，例如环形感应线圈100的数量为2圈或3圈或4圈等，环形感应线圈100的数量可根据实际情况选择，本实施不做任何限制。1）当环形感应线圈100为3圈甚至更多圈数时，比起传统构型，球形还原度高，交变电流在球形线圈环绕过程中产生密度更大、更饱满、立体度更好的强磁束，该磁束贯穿淬火层形成更大的反向涡电流，更强的焦耳热功率来加快淬火升温过程、缩短工时，提高轴类零件淬火效率，同等处理降低能耗约1/3；2）球态磁束配合产品自转可实现产品淬火深度的一致，这样双管齐下就解决了淬火层浅、深浅不同导致的曲轴耐磨寿命短的弊端，同时提高了产品加热效率，解决产品加热问题；3）圈数多可增加冷却介质在第一流通管道中的通过时长，保证冷却介质的换热过程充分进行，加快曲轴淬火工艺的冷却速度。

在一个实施例中，该淬火线圈还包括：

两个电极板300，位于若干所述环形感应线圈100构成的环形空间中心处，两个所述电极板300之间设置有绝缘隔板310，其中一所述电极板300与最上层所述环形感应线圈100之间通过铜线400连接，另一所述电极板300与最下层所述环形感应线圈100之间通过铜线400连接。

具体的，淬火线圈还包括两个电极板300，若干环形感应线圈100构成环形空间，两个电极板300位于该环形空间的中心位置，两个电极板300之间设置有绝缘隔板310，绝缘隔板310用于做防护短路防护，且绝缘隔板310为耐高温的绝缘隔板310。两个电极板300中，当其中一个电极板300与位于最上层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接；另一电极板300与位于最下层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接。其中，两个电极板300中，电极板300的正负，本实施例对此不做限制。当其中一个电极板300为正极，另一电极板300为负极时。电流的走向有以下两种情况：1）其中一为正极的电极板300与位于最上层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接，另一为负极的电极板300与位于最下层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接，电流从为正极的电极板300上流出，通过铜线400流到最上层的环形感应线圈100，然后逐层流向最下层的环形感应线圈100，然后再回到为负极的电极板300端。2）其中一为正极的电极板300与位于最下层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接，另一为负极的电极板300与位于最上层的环形感应线圈100之间通过铜线400连接，电流从为正极的电极板300上流出，通过铜线400流到最下层的环形感应线圈100，然后逐层流向最上层的环形感应线圈100，然后再回到为负极的电极板300端。

需要说明的是，两个电极板是位于若干环形感应线圈构成的环形空间中心处，本公开为了便于示意两个电极板的结构，将图1中的两个电极板的结构拉到若干环形感应线圈构成的环形空间的外部进行结构示意，但是图1中的结构并不代表对本公开的限制。还需要说明的是，电流的走向，可根据实际情况选择，本实施例对此不做限制。

在一个实施例中，与其中一所述电极板300之间连接的铜线400上设置有可调磁轭410，所述可调磁轭410用于调整磁通量大小。

具体的，与电极板300连接的铜线400上设置有可调磁轭410，用来调整不同位置磁通量大小，有磁路定向引导作用，从而调节工件各区域加热速度，最终提高了淬火线圈的整体加热效率。

在一个实施例中，所述介质进口处设置有第一导电杆500，所述第一导电杆500具有一空腔，且所述第一导电杆500内的空腔与所述介质进口连通；其中一所述电极板300通过铜线400连接到所述第一导电杆500上；

所述介质出口处设置有第二导电杆600，所述第二导电杆600具有一空腔，且所述第二导电杆600内的空腔与所述介质出口连通；另一所述电极板300通过铜线400连接到所述第二导电杆600上。

具体的，第一导电杆500设置在位于最下层的环形感应线圈100的介质进口处，且第一导电杆500具有一空腔，第一导电杆500内的空腔贯穿第一导电杆500的长度方向，第一导电杆500内的空腔与介质进口连通，便于冷却介质通过第一导电杆500内的空腔进入介质进口，从而进入最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道内。位于最上层的环形感应线圈100的介质出口处设置有第二导电杆600，且导电杆具有一空腔，第二导电杆600内的空腔贯穿第二导电杆600的长度方向，第二导电杆600内的空腔与介质出口连通，便于冷却介质从介质出口流到第二导电杆600内的空腔。

当冷却介质依次从第一导电杆500内的空腔、介质进口进入位于最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道时，由于相邻层的环形感应线圈100内的第一流通管道连通，因此，冷却介质从最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道流向其上方的环形感应线圈100内的第一流通管道，从而流到位于最上层的环形感应线圈100内的第一流通管道，然后从介质出口流向第二导电杆600内的空腔。

需要说明的是，冷却介质从环形感应线圈100内的第一流通管道逐渐流向位于最上层的环形感应线圈100内的第一流通管道过程中，需要借助循环泵800的作用，才能实现。且在冷却介质从位于最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道逐渐流向位于最上层的环形感应线圈100内的第一流通管道过程中，和工件进行了热交换，从而实现了对工件的冷却。

在一个实施例中，还包括：

冷却介质储存箱700，所述冷却介质储存箱700上分别设置有一进口端和出口端，所述进口端通过第二流通管道与所述第二导电杆600内的空腔连接，所述出口端通过第二流通管道与所述第一导电杆500内的空腔连接，其中，所述出口端与所述第一导电杆500之间的第二流通管道上设置有循环泵800。

具体的，该淬火线圈还包括冷却介质储存箱700，且冷却介质储存箱700上分别设置有进口端和出口端，冷却介质储存箱700上的进口端与第一导电杆500内的空腔通过第二流通管道连接，冷却介质储存箱700上的出口端与第二导电杆600内的空腔通过第二流通管道连接，且在出口端与第一导电杆500之间的第二流通管道上设置有循环泵800，循环泵800用于冷却介质在冷却介质储存箱700、第一导电杆500内空腔、最下层的环形感应线圈100内的第一流通管道、中间层的环形感应线圈100内的第一流通管道、最上层的环形感应线圈100内的第一流通管道、第二导电杆600内的空腔的循环流通，从而大大提高了该淬火线圈的冷却速度。

本示例实施方式中还提供了一种轴类零件表面淬火线圈的制造方法。参考图1中所示，该方法可以包括：

步骤S101：建立淬火线圈的三维数字模型，并将所述淬火线圈切片离散后获得的分层扫描数据导入电子束扫描控制软件。

步骤S102：真空条件下，对成形底板进行预热。

步骤S103：真空条件下，将铜粉均匀铺设到预热后的所述成形底板上。

步骤S104：真空条件下，使用离焦电子束扫描粉层使温度均匀化。

步骤S105：真空条件下，聚焦电子束根据所述分层扫描数据扫描所述熔化粉层。

步骤S106：重复铺设铜粉、离焦扫描、聚焦扫描步骤，完成逐层凝固累积，直至淬火线圈打印完毕；在真空条件下自然冷却到50℃以下后，清理后即可获得淬火线圈。

在一个实施例中，上述轴类零件表面淬火线圈的制造方法中，以粉床熔融增材制造技术进行制备淬火线圈。在制备时以金属粉末为原料，然后采用电子束、激光束等高能束作为能量源，以目标零件三维模型为基础，运用离散-堆积的原理，在软件与数控系统的控制下将原料粉末逐点熔化、逐层堆积，从而实现金属构件的快速制造。随着新能源及其他高端装备零部件加工、热加工设备等应用领域的不断发展，对高性能的纯铜感应线圈的结构复杂性及功能性要求也逐渐提高，传统的纯铜感应线圈制造方法生产流程为：机械加工-拼接组装-再焊接-尺寸校形、整形等。整个生产流程较长、且产品焊接接头较多，存在生产成本高、生产周期长、电导率差、能耗高、产品使用寿命短等问题，而采用粉床熔融增材制造技术制造的纯铜感应线圈能够一体化快速制造复杂构型的感应线圈零件。

与传统的制造方法相比，具有很多的创新性和优势：

1、制造工艺先进。粉床熔融增材制造技术是一种数字化、智能化高端制造方法，可以制造几何结构更加复杂及功能性要求更高的纯铜薄壁空心铜线圈零件。2、生产成本降低，生产过程环境友好。传统的制造方式生产工序流程较长，且需要焊接连接，人工操作强度高，然而采用粉床熔融增材制造技术生产过程全自动，能够一体化快速成形复杂构型的感应线圈，生产周期短，生产效率高，显著降低人工成本及生产成本，且生产过程无需焊接、生产环境友好。3、生产的纯铜感应线圈导电率高，节能效果明显。采用增材制造产品没有焊接焊缝等，导电性能提高20%以上，节省电能10%以上。4、产品使用寿命较长。经过行业对比验证，采用增材制造的感应线圈因为一体化成形，没有焊接焊缝等，产品使用寿命为传统拼焊成形感应线圈的2～3倍。5、设计自由度高，加工精准。复杂结构一体化成形，不仅设计自由度高，而且产品尺寸公差精度高，更加接近产品设计的理论模型尺寸。

在一个实施例中，所述切片厚度为40～70μm。具体的，当切片厚度为40～70μm时，可以获得需要的分层扫描数据。

在一个实施例中，所述成形底板的预热通过离焦电子束扫描实现，扫描束流10-25mA，扫描速度10-20m/s。具体的，在铺粉之前需要先对成形底板进行预热，此处对成形底板的预热通过离焦电子束扫描实现。

在一个实施例中，所述铜粉为球形，且所述铜粉平均直径为40-150μm，铺粉厚度为40～70μm。具体的，选用平均直径为40-150μm的铜粉，以40～70μm的厚度进行铺粉，可以实现更好地打印出该淬火线圈。

在一个实施例中，离焦电子束扫描粉层时，扫描束流为10～20mA，离焦量为-0.2～-0.5V，扫描时间为10-25s。具体的，当扫描束流为10～20mA，离焦量为-0.2～-0.5V，扫描时间为10-25s时，可以实现离焦电子束更好地扫描粉层。

在一个实施例中，扫描熔化粉层时，聚焦电子束的束斑直径为80～120μm，扫描束流为5～20mA，扫描速度为1～3m/s，扫描间距为80～150μm。具体的，当聚焦电子束的束斑直径为80～120μm，扫描束流为5～20mA，扫描速度为1～3m/s，扫描间距为80～150μm，可以更好地扫描熔化粉层。

下面通过以下实施例对本公开做进一步阐述。

实施例1：

参照技术方案设计一轴类零件表面用三圈感应球形淬火线圈，三圈外形整体轮廓球径设计为R58.5mm，中间两层大面上下连接处圆角R0.8mm，环形感应线圈侧面壁厚设计值1.2mm，中间两层壁厚设计值2.0mm，适配低线能量密度工艺，保证成型过程不翘曲同时在0.75MPa压力下的气密性。

(1)建立成形件的三维数字模型；

(2)将三维数字模型切片离散后获得的分层扫描数据导入电子束扫描控制软件，切片厚度为50μm；

(3)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，将成形底板预热到300℃，预热通过离焦电子束扫描实现，扫描束流10mA，扫描速度15m/s，离焦量为-0.2V；

(4)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，将球形铜粉均匀铺设在成形底板上；

(5)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，离焦电子束扫描粉层使温度均匀化，扫描束流为15mA、离焦量为-0.2V，扫描时间为10s；

(6)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，使用聚焦电子束根据分层扫描数据扫描熔化粉层，中间两层底部大面成型工艺：扫描束流为12mA、扫描速度为2m/s、扫描间距为100μm。其他高度处成型参数：扫描束流为15mA、扫描速度为2.5m/s、扫描间距为100μm；

(7)重复步骤(4)～步骤(6)，完成逐层凝固累积，直至整个零件打印完毕；在真空条件下自然冷却到50℃以下后，清理后即可获得三圈球形感应淬火线圈零件。

成型完毕进行静态测试：1）气密性测试，0.75MPa气压无气孔泄漏，保持20min压力仍为0.75MPa；2）流量测试：0.3MPa水压下流量27.4L/min。

装机进行动态测试：1）同等工艺曲轴单次淬火工时缩短8-10s，淬火效率提升24.6%，能耗下降约22%；2）三圈球形感应淬火线圈使用寿命约60余万次，产品使用寿命为传统（20-30万次）拼焊成形感应线圈的2 ～3倍；3）线圈安装完毕进行导电性测试，电导率为94.3%，比传统拼焊线圈导电性能提高23%以上，节省电能12%；4）热处理后曲轴进行环形取样做淬火深度标定，环形一圈淬火层深度值在3.5mm±0.2mm，深浅一致。

实施例2：

参照技术方案设计一种轴类零件表面淬火用四圈球形感应线圈，四圈外形整体轮廓球径设计为R59mm，中间两层大面上下连接处圆角R0.8mm，环形感应线圈侧面壁厚设计值1.3mm，中间两层壁厚设计值2.1mm，适配低线能量密度工艺，保证成型过程不翘曲同时在0.75MPa压力下的气密性。

(1)建立成形件的三维数字模型；

(2)将三维数字模型切片离散后获得的分层扫描数据导入电子束扫描控制软件，切片厚度为50μm；

(3)真空条件下，真空度要求2.0×10-3pa，将成形底板预热到310℃，预热通过离焦电子束扫描实现，扫描束流12mA，扫描速度14m/s，离焦量为-0.2V；

(4)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，将球形铜粉均匀铺设在成形底板上；

(5)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，离焦电子束扫描粉层使温度均匀化，扫描束流为16mA、离焦量为-0.2V，扫描时间为12s；

(6)真空条件下，真空度要求2.0×10^-3pa，使用聚焦电子束根据分层扫描数据扫描熔化粉层，中间两层底部大面成型工艺：扫描束流为13mA、扫描速度为2.5m/s、扫描间距为100μm。其他高度处成型参数：扫描束流为14.5mA、扫描速度为2.5m/s、扫描间距为100μm；

(7)重复步骤(4)～步骤(6)，完成逐层凝固累积，直至整个零件打印完毕；在真空条件下自然冷却到50℃以下后，清理后即可获得四圈球形感应淬火线圈零件。

成型完毕进行静态测试：1）气密性测试，0.75MPa气压无气孔泄漏，保持20min压力仍为0.75MPa；2）流量测试：0.3MPa水压下流量26.1L/min。

装机进行动态测试：1）同等工艺曲轴单次淬火工时缩短11-15s，淬火效率提升30.6%，能耗下降约27%；2）四圈球形感应淬火线圈使用寿命约80余万次，产品使用寿命为传统（20-30万次）拼焊成形感应线圈的2 ～4倍；3）线圈安装完毕进行导电性测试，电导率为95.7%，比传统拼焊线圈导电性能提高26%以上，节省电能17%；4）热处理后曲轴进行环形取样做淬火深度标定，环形一圈淬火层深度值在3.6mm±0.2mm，深浅一致。

上述淬火线圈的制造方法中，1）三圈外形整体轮廓球径设计为R58-60mm，该曲率下环形球内外侧面坡度角可不添加辅助支撑而直接成型，避免内侧及斜面夹缝支撑难去问题。2）中间两层大面上下连接处圆角R0.8mm，保证边沿不翘边。3）环形感应线圈侧面壁厚设计值1.2-1.5mm，兼顾致密成型保证0.75MPa压力下的气密性与冷却液流量通过性。4）中间两层壁厚设计值2.0-2.3mm，适配低线能量密度工艺，保证成型过程不翘曲同时在0.75MPa压力下的气密性。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (11)

1.一种轴类零件表面淬火线圈，其特征在于，包括：

若干环形感应线圈，每个所述环形感应线圈上分别具有一缺口，该缺口使得所述环形感应线圈的端部不闭合；其中，每个所述缺口的位置不同，所述缺口用于填充绝缘介质；

每个所述环形感应线圈从下往上依次设置，且相邻层所述环形感应线圈之间通过一弧形的连接段连接，所述连接段的一端与位于所述连接段上侧的所述环形感应线圈的一端部平齐，所述连接段的另一端与位于所述连接段下侧的所述环形感应线圈的一端部连接，该连接段使得相邻层所述环形感应线圈之间具有一弧形的缝隙，所述缝隙用于填充绝缘介质；其中，每个所述环形感应线圈的直径从下往上依次减小；

第一流通管道，所述第一流通管道分别设置在每个所述环形感应线圈的内腔内，且相邻层所述环形感应线圈内的第一流通管道连通；其中，所述第一流通管道用于冷却介质的流通；

介质进口，所述介质进口设置在位于最下层的所述环形感应线圈上，且与最下层的所述环形感应线圈内的第一流通管道连通；

介质出口，所述介质出口设置在位于最上层的所述环形感应线圈上，且与位于最上层的所述环形感应线圈内的所述第一流通管道连通。

2.根据权利要求1所述轴类零件表面淬火线圈，其特征在于，还包括：

两个电极板，位于若干所述环形感应线圈构成的环形空间中心处，两个所述电极板之间设置有绝缘隔板，其中一所述电极板与最上层所述环形感应线圈之间通过铜线连接，另一所述电极板与最下层所述环形感应线圈之间通过铜线连接。

3.根据权利要求2所述轴类零件表面淬火线圈，其特征在于，与其中一所述电极板之间连接的铜线上设置有可调磁轭，所述可调磁轭用于调整磁通量大小。

4.根据权利要求2所述轴类零件表面淬火线圈，其特征在于，所述介质进口处设置有第一导电杆，所述第一导电杆具有一空腔，且所述第一导电杆内的空腔与所述介质进口连通；其中一所述电极板通过铜线连接到所述第一导电杆上；

所述介质出口处设置有第二导电杆，所述第二导电杆具有一空腔，且所述第二导电杆内的空腔与所述介质出口连通；另一所述电极板通过铜线连接到所述第二导电杆上。

5.根据权利要求4所述轴类零件表面淬火线圈，其特征在于，还包括：

冷却介质储存箱，所述冷却介质储存箱上分别设置有一进口端和出口端，所述进口端通过第二流通管道与所述第二导电杆内的空腔连接，所述出口端通过第二流通管道与所述第一导电杆内的空腔连接，其中，所述出口端与所述第一导电杆之间的第二流通管道上设置有循环泵。

6.一种轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，该方法包括：

建立淬火线圈的三维数字模型，并将所述淬火线圈切片离散后获得的分层扫描数据导入电子束扫描控制软件；

真空条件下，对成形底板进行预热；

真空条件下，将铜粉均匀铺设到预热后的所述成形底板上；

真空条件下，使用离焦电子束扫描粉层使温度均匀化；

真空条件下，聚焦电子束根据所述分层扫描数据扫描所述熔化粉层；

重复铺设铜粉、离焦扫描、聚焦扫描步骤，完成逐层凝固累积，直至淬火线圈打印完毕；在真空条件下自然冷却到50℃以下后，清理后即可获得淬火线圈。

7.根据权利要求6所述轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，所述切片厚度为40～70μm。

8.根据权利要求6所述轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，所述成形底板的预热通过离焦电子束扫描实现，扫描束流10-25mA，扫描速度10-20m/s。

9.根据权利要求6所述轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，所述铜粉为球形，且所述铜粉平均直径为40-150μm，铺粉厚度为40～70μm。

10.根据权利要求6所述轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，离焦电子束扫描粉层时，扫描束流为10～20mA，离焦量为-0.2～-0.5V，扫描时间为10-25s。

11.根据权利要求6所述轴类零件表面淬火线圈的制造方法，其特征在于，扫描熔化粉层时，聚焦电子束的束斑直径为80～120μm，扫描束流为5～20mA，扫描速度为1～3m/s，扫描间距为80～150μm。

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