一种热处理冷却装置的多级缓冷组件的制作方法

本技术属于热处理冷却装置，具体而言，涉及一种热处理冷却装置的多级缓冷组件。

背景技术：

1、在现代工业生产中热处理工艺广泛应用于金属零件的强化处理，通过加热和冷却过程改变材料的内部组织结构以获得所需的机械性能，其中冷却过程对最终产品质量具有决定性影响，目前工业上常用的冷却方式主要包括水冷、油冷和气冷等方法，这些方法在实际应用中都存在一定的局限性，水冷和油冷虽然冷却速度快但冷却过于剧烈容易导致工件产生较大的内应力甚至出现淬火裂纹，特别是对于形状复杂或壁厚差异大的工件更容易发生变形，而传统的气冷方式虽然冷却较为温和但往往采用简单的直流式或环流式冷却结构，冷却气流在冷却腔内的流动路径单一且分布不均，造成工件表面不同部位的冷却速度差异较大，无法满足对冷却过程进行精细控制的要求，为了解决这一问题一些企业采用了分段式冷却设备，通过设置多个独立的冷却区域分别控制冷却强度，但这种方案需要复杂的气路控制系统和多套冷却设备，不仅增加了设备投资和占地面积，而且在工件从一个冷却区转移到另一个冷却区的过程中难以避免温度的波动，影响了冷却曲线的连续性和平稳性，因此迫切需要一种结构简单可靠且能够实现多级缓冷效果的冷却装置组件。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供一种热处理冷却装置的多级缓冷组件，能够解决现有技术中的热处理冷却装置在对工件进行快速冷却时往往采用单一冷却速率的冷却方式，无法根据工件材质和热处理工艺要求对不同温度区间进行差异化的冷却控制，导致工件在冷却过程中因温度梯度过大而产生内应力集中，进而引发工件变形、开裂等质量问题，同时能够解决单一冷却路径还造成冷却介质分布不均，使得工件表面不同部位的冷却速度存在较大差异，影响了热处理后工件组织性能的一致性和产品合格率的问题。

2、本实用新型是这样实现的：

3、本实用新型提供一种热处理冷却装置的多级缓冷组件，用于对热处理后的工件进行分级降温，包括缓冷腔体、设置在缓冷腔体内部的导流筒、固定在导流筒内壁的螺旋叶片以及贯穿导流筒轴线的中心管，其中，所述螺旋叶片沿导流筒轴向分布形成多个冷却分区，每个冷却分区的螺旋叶片螺距沿气流流动方向逐级递增，所述中心管的外壁面沿轴向开设有多排散热孔，所述散热孔的孔径从导流筒的进气端向出气端呈阶梯式增大，所述导流筒的内壁面与螺旋叶片的外边缘之间形成环形通道，所述螺旋叶片的叶片面与导流筒轴线之间的夹角为35~55°，所述缓冷腔体的内壁面设置有若干组凸台结构，所述凸台结构沿缓冷腔体的周向均匀分布，用于对导流筒进行径向定位支撑。

4、本实用新型提供的一种热处理冷却装置的多级缓冷组件的技术效果如下：通过螺旋叶片沿导流筒轴向分布形成多个冷却分区且螺距逐级递增的结构设计，使得冷却气流在不同分区内的停留时间和流速得到精确控制，实现了工件温度的梯度下降；中心管外壁面散热孔孔径的阶梯式增大设计配合螺旋叶片形成的环形通道，使得冷却介质在各个分区内的分布更加均匀，有效避免了工件因局部冷却速度过快导致的应力集中和变形问题，同时凸台结构对导流筒的径向定位支撑保证了整体结构在高温环境下的稳定性。

5、在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种热处理冷却装置的多级缓冷组件还可以做如下改进:

6、其中，所述螺旋叶片在相邻两个冷却分区的交界处形成过渡段，所述过渡段的螺旋叶片厚度大于同一冷却分区内其他位置的螺旋叶片厚度。

7、采用上述改进方案的有益效果为：在相邻两个冷却分区交界处设置过渡段并增加该处螺旋叶片的厚度，能够有效缓解冷却气流在不同螺距区域交替时产生的涡流和紊流现象，使得气流在分区过渡时保持平稳流动状态，避免了因气流突变造成的冷却不均匀问题，同时加厚的螺旋叶片提高了过渡段的结构强度，延长了组件在高温交变应力作用下的使用寿命。

8、进一步的，所述中心管沿轴向设置有加强筋，所述加强筋呈螺旋形分布在中心管的外壁面上，所述加强筋的螺旋方向与螺旋叶片的螺旋方向相反。

9、采用上述改进方案的有益效果为：中心管外壁面上设置的螺旋形加强筋与螺旋叶片形成相反的螺旋方向，在冷却气流通过时产生相互干涉的流场效应，促使气流形成复杂的三维流动路径，增强了气流与中心管表面以及工件表面的热交换效率，同时加强筋本身也增加了中心管的抗弯刚度和抗扭强度，防止了中心管在长期高温工作条件下发生弯曲变形。

10、进一步的，所述导流筒的横截面呈多边形结构，所述多边形结构的每个边与相邻边之间通过圆弧过渡面连接，所述圆弧过渡面的曲率半径小于导流筒等效圆直径的1/10。

11、采用上述改进方案的有益效果为：导流筒采用多边形横截面结构并通过圆弧过渡面连接相邻边，相比于传统的圆形截面，多边形结构增加了气流的紊乱程度和与筒壁的接触机会，提高了热交换效率；小曲率半径的圆弧过渡面减少了气流在棱角处的分离现象，降低了流动阻力，同时多边形结构还便于在导流筒外壁安装附加的冷却或加热装置，提升了组件的功能扩展性。

12、进一步的，所述螺旋叶片的叶片面上开设有若干透气槽，所述透气槽沿螺旋叶片的径向方向延伸，所述透气槽的宽度从螺旋叶片的内边缘向外边缘逐渐增大。

13、采用上述改进方案的有益效果为：螺旋叶片叶片面上开设的径向透气槽为冷却气流提供了额外的横向流动通道，使得部分气流能够穿过螺旋叶片直接到达相邻的螺旋通道，打破了气流仅沿螺旋路径单向流动的限制，形成了立体交叉的冷却网络；透气槽宽度从内向外递增的设计适应了气流在径向上压力递减的特点，保证了各个径向位置的透气量相对均衡，进一步优化了整体冷却效果的均匀性。

14、进一步的，所述缓冷腔体的进气端设置有扩散锥段，所述扩散锥段的锥角为15~25°，所述扩散锥段的内壁面设置有导流筋，所述导流筋呈放射状分布。

15、采用上述改进方案的有益效果为：缓冷腔体进气端的扩散锥段使得进入的高速冷却气流得到充分扩散和减速，避免了气流直接冲击导流筒入口造成的局部过度冷却，锥角的合理设置保证了气流扩散的平稳性；扩散锥段内壁面的放射状导流筋将气流均匀地分配到导流筒周围的各个方向，消除了因进气不均导致的周向温度差异，为后续的螺旋分级冷却创造了理想的初始条件。

16、进一步的，所述螺旋叶片的外边缘与导流筒内壁面之间的间隙距离小于螺旋叶片在径向方向上的高度的1/5，所述间隙距离沿导流筒轴向保持恒定。

17、采用上述改进方案的有益效果为：螺旋叶片外边缘与导流筒内壁面之间保持小于叶片径向高度1/5的间隙距离，既保证了叶片能够有效引导气流形成稳定的螺旋流动，又避免了叶片与筒壁完全密封导致的气流阻塞和压力损失过大的问题；间隙距离沿轴向保持恒定的设计使得各个冷却分区的泄漏流量保持一致，不会因间隙变化引起分区之间冷却效果的失衡，提高了多级缓冷过程的可控性和重复性。

18、进一步的，所述中心管的散热孔呈梅花形排列，相邻散热孔之间的轴向间距与周向间距之比为3：2，所述散热孔的孔壁呈倒角结构。

19、采用上述改进方案的有益效果为：中心管散热孔采用梅花形排列方式且相邻孔之间轴向间距与周向间距保持特定比例，使得散热孔在空间上呈现均匀分布的同时又具有错位排列的特征，这种排列方式避免了冷却介质在某些轴向或周向位置集中射出而在其他位置不足的现象，实现了中心管表面散热的高度均匀性；散热孔孔壁的倒角结构减少了气流通过孔口时的局部阻力和噪声，提高了冷却介质的喷射效率。

20、进一步的，所述导流筒由耐热不锈钢材料制成，所述螺旋叶片通过氩弧焊接方式固定在导流筒的内壁面上，所述焊接接头呈连续焊缝结构。

21、采用上述改进方案的有益效果为：导流筒采用耐热不锈钢材料制成保证了组件在高温工作环境下的耐腐蚀性和机械强度，螺旋叶片通过氩弧焊接方式固定形成的连续焊缝结构使得叶片与筒体之间实现了可靠的冶金结合，焊接接头能够承受高温条件下的热应力而不发生开裂或脱落，同时连续焊缝避免了断续焊接造成的应力集中点，显著提高了组件的整体可靠性和耐久性，适应长期连续运行的工业生产需求。

22、进一步的，所述缓冷腔体与导流筒之间形成的环形空间内填充有陶瓷纤维保温材料，所述陶瓷纤维保温材料的厚度沿缓冷腔体轴向均匀分布，所述凸台结构的顶面与导流筒的外壁面之间形成点接触支撑。

23、采用上述改进方案的有益效果为：缓冷腔体与导流筒之间的环形空间填充陶瓷纤维保温材料有效减少了热量向外部环境的散失，提高了冷却过程的能量利用效率，同时保温层也起到了缓冲热冲击的作用，保护外层缓冷腔体免受内部高温的直接影响；凸台结构与导流筒外壁面形成的点接触支撑方式在保证导流筒径向定位的同时，最大限度地减少了热桥效应，避免了支撑点成为热量快速传导的通道，配合均匀分布的保温材料厚度，整体实现了优异的保温隔热性能和结构稳定性的统一。

24、与现有技术相比较，本实用新型提供的一种热处理冷却装置的多级缓冷组件的有益效果是：本实用新型通过将螺旋叶片沿导流筒轴向分布形成多个冷却分区且各分区螺距逐级递增的结构设计，实现了对冷却气流在不同温度区间的停留时间和流速的精确调控，使得工件温度能够按照预设的曲线平稳下降而非骤然冷却，有效消除了温度梯度过大引起的内应力，解决了工件变形和开裂的问题；中心管外壁散热孔孔径的阶梯式增大设计与螺旋叶片形成的环形通道相互配合，使得冷却介质在各个分区内能够均匀分布并充分参与热交换，消除了单一冷却路径造成的局部冷却不足或过度的现象；螺旋叶片上的透气槽和中心管上的螺旋形加强筋进一步促进了气流的三维立体流动，大幅提高了冷却均匀性；导流筒的多边形截面结构和扩散锥段的导流设计从进气端就开始优化气流状态，为后续的分级冷却奠定了良好基础；整个组件通过耐热不锈钢材料和连续焊缝工艺保证了长期高温工作的可靠性，通过陶瓷纤维保温和点接触支撑实现了优异的保温隔热性能，相比现有技术不仅显著提高了热处理工件的质量稳定性和成品率，还降低了能源消耗，延长了设备使用寿命，具有重要的工业应用价值。