一种电机转轴的制造方法及使用该方法制造的电机轴组件与流程

1.本发明涉及电机转轴技术领域，具体涉及一种电机转轴的制造方法及使用该方法制造的电机轴组件。

背景技术：

2.目前，电机转轴一般通过圆钢毛坯件加工制成，现有的电机转轴加工过程中需要利用圆钢毛坯件切割装置将圆钢进行切割成相应的长度，然后再对圆钢进行起筋和打磨抛光。
3.在申请号为：cn201921470991.4的专利文件中公开了一种电机转轴生产用裁切设备，包括底板、工作台、切割组件、防护组件，所述工作台为矩形台状、并通过固定于底板的支撑柱平行设于底板的上方，工作台的顶面沿其长度方向开始凹槽，凹槽的底面沿其长度方向开始有用于放置电机转轴的料槽，所述工作台的一侧纵向贯穿设有通孔，所述切割组件包括推料机构以及切割机构，推料机构内含滑动设于料槽内的挡板，挡板用于将料槽内的电机转轴末端推动至通孔处，切割机构包括收集盒、竖板、第二电机、切割锯，所述收集盒水平设于底板上方、并位于通孔的下方，底板上设置用于驱动收集盒升降的驱动件。本实用新型结构简单，方便电机转轴加工用的圆钢毛坯件切割使用，具有防护功能，安全性高。
4.但是，其在实际应用的过程中仍存在以下不足：第一，成品质量良品率不佳，因为其在生产的电机转轴时需要分成若干个工序，并且需要较多的人工介入，这就使得生产的电机转轴具有较大的公差。
5.第二，生产能力不佳，因为其不能生产结构复杂的电机转轴，尤其是空心或内部有结构的电机转轴。

技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种电机转轴的制造方法，包括以下步骤：step1，使用工业设计软件将预先设计好的电机转轴进行三维建模，从而获得三维模型；step2，将三维模型的数据导入cae系列软件中并通过cae系列软件来进行工作模拟，从而对电机转轴的各项性能进行模拟测试；step3，若模拟测试中的各项性能指标均达标，则进行下述step4，若模拟测试中出现有性能指标不达标，则返回上述step1并对三维模型的结构和选材进行优化；step4，将三维模型的数据导入3d金属打印机中，并通过3d金属打印机将电机转轴打印出来；step5，对电机转轴进行打磨抛光；
step6，对电机转轴的外形进行三维扫描，校验其外形是否符合设计要求；step7，对电机转轴进行无损探伤，检测其内部是否隐以及内部结构是否符合设计要求；step8，将电机转轴安装到电机上并进行带负载试运行，从而对电机转轴的各项性能进行实验检测。
8.更进一步地，所述step1中，在对电机转轴进行三维建模前应分析产品需求并确定电机转轴的参数指标框架；所述step3中，在对模型的结构和选材进行优化时不能超出参数指标框架。
9.更进一步地，所述step4中，3d金属打印机在打印电机转轴时的具体步骤如下：
①
、将金属粉末均匀的平铺为薄薄的一层；
②
、通过高功率激光烧结在要打印表面上的金属粉末；
③
、依次重复上述
①
和
②
，从而实现对金属转轴的打印。
10.更进一步地，所述金属粉末的尺寸介于0.1nm~1000μm，所述金属粉末平铺的厚度介于0.1nm~2mm，所述金属粉末为碳素钢或合金钢中的任意一种；所述3d金属打印机上还增设有电磁铁、超声波振子和半导体制冷板；所述电磁铁用于产生在垂直方向上的磁场，从而在铺粉机构将金属粉末平铺在工作台上的过程中抑制金属粉末的扬尘；所述超声波振子用于将工作台上的金属粉末震平、震实且震匀；所述半导体制冷板设置在工作台内部，从而让半导体制冷板冷端上的冷量通过热传导的方式为金属粉末和打印的电机转轴降温，进而间接实现对烧结部分的快速冷却。
11.更进一步地，所述3d金属打印机内部的工作空间呈真空状态或者呈充满惰性气体的状态；所述铺粉机构完成铺料后，电磁铁会在垂直方向上产生交变的磁场，从而为金属粉末和打印的电机转轴进行去磁；所述3d金属打印机打印完电机转轴后，电磁铁和半导体制冷板关闭，超声波振子启动，同时启动回收机构来回收工作台上的金属粉末。
12.更进一步地，所述回收组件收集到的金属粉末依次进行如下步骤：ⅰ，筛选，将尺寸不合格的金属粉末筛选出来；ⅱ，混合，将不合格的金属粉末与膨润土按照1∶40~60的重量比例混合；ⅲ，沉积，向混合溶液中投入碱性溶液并将反应物取出；ⅳ，煅烧，将反应物放入真空炉中在1000~1200摄氏度下进行煅烧成块；
ⅴ
，还原提纯，将煅烧出的金属块进行还原；ⅵ，制粉，将金属块重新制成金属粉末。
13.更进一步地，所述step5中，电机转轴采用机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光或磁研磨抛光中的任意一种，或者是上述不同种抛光方式的组合；所述step6中，电机转轴采用激光扫描的方式来构建其外形特征，从而判断其外形尺寸是否符合设计要求；所述step7中，电机转轴采用ct扫描的方式来检测电机转轴的内部是否有隐伤以及电机转轴的内部结构是否符合设计要求。
14.更进一步地，所述step8中，若实验检测中电机转轴的各项性能指标均达标，则将电机转轴投入实际生产；若实验检测中电机转轴出现有性能指标不达标，则返回上述step1并重新依次进行step2、step3、step4、step5、step6、step7和step8。
15.一种电机轴组件，所述电机轴组件包括电机转轴和设置在电机转轴内部的支撑件，所述电机转轴沿其轴向上同轴式地开设有与之配合的空腔，所述电机转轴的轴体上从一端至另一端依次分为起筋段、转子铁芯安装段、转轴油封段和负载段。
16.更进一步地，所述空腔中设有支撑件，所述支撑件在沿电机转轴径向上呈放射状，所述支撑件本体上呈疏松多孔状，所述支撑件与电机转轴之间一体成型。
17.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明首先通过cae系列软件对设计好的电机转轴模型进行性能模拟测试，然后对模拟测试的结果进行分析，然后根据分析的结果对电机转轴模型进行优化，然后将优化后的电机转轴模型数据导入3d金属打印机，并通过3d打印技术将电机转轴打印出来，然后对打印出来的电机转轴依次进行打磨抛光、扫描和无损探伤，最后对电机转轴进行带负载试运行并对电机转轴的各项性能进行实验检测。
18.其中，3d金属打印机可以实现对复杂结构的电机转轴一体化成型，降低生产难度；同时3d金属打印机本身还具有极高的精度，配合后续的打磨抛光、扫描、无损探伤和带负载运行实测，这使得最终生产出来的电机转轴具有极高的产品质量。
附图说明
19.图1为本发明第一视角下电机转轴的直观图；图2为本发明第二视角下电机转轴经过部分剖视后且与支撑件分离后的直观图；图3为本发明中3d金属打印机内部部分结构示意图；图中的标号分别代表：1－电机转轴；2－电磁铁；3－超声波振子；4－半导体制冷板；5－铺粉机构；6－工作台；7－支撑件；8－空腔；9－起筋段；10－转子铁芯安装段；11－转轴油封段；12－负载段。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
22.本实施例的一种电机轴组件，参照图1-3：电机轴组件包括电机转轴1和设置在电机转轴1内部的支撑件7，电机转轴1沿其轴向上同轴式地开设有与之配合的空腔8，电机转轴1的轴体上从一端至另一端依次分为起筋段9、转子铁芯安装段10、转轴油封段11和负载段12。此外，空腔8中还设有支撑件7，支撑件7在沿电机转轴1径向上呈放射状，支撑件7本体上呈疏松多孔状，支撑件7与电机转轴1之间一体成型。
23.在本发明中将电机转轴1设计成空心的原因如下：首先，从受力角度看，电机转轴1越粗以及越靠近外表面，扭矩作用下的剪切应力就越小，是直径三次方的反比关系（这是在不考虑应力集中影响的前提下）。
24.其次，一般电机转轴1的输出花键，是直径小而且有退刀槽的应力集中位置，而空心一般位于电机转轴1的中间，这里基本不受力，那么从强度角度看，中间这里有减重做成空心的需求，而且不影响强度。
25.此外，从电机变速能力来说，就是转动惯量，转动部件越轻越好，而且一般来说电机转轴1的扭转刚度和弯曲刚度，对电磁和临界转速等影响不大，那么空心的电机转轴1也能在不影响其他性能的基础上，尽量提升变速能力。
26.值得注意的是：在空腔8中一体成型有支撑件7是为了进一步提升电机转轴1本身的扭转刚度和弯曲刚度。
27.一种电机转轴的制造方法，包括以下步骤：step1，使用工业设计软件将预先设计好的电机转轴1进行三维建模，从而获得三维模型（注意：在对电机转轴1进行三维建模前应分析产品需求并确定电机转轴1的参数指标框架）。
28.step2，将三维模型的数据导入cae系列软件中并通过cae系列软件来进行工作模拟，从而对电机转轴1的各项性能进行模拟测试。
29.step3，若模拟测试中的各项性能指标均达标，则进行下述step4，若模拟测试中出现有性能指标不达标，则返回上述step1并对三维模型的结构和选材进行优化（注意：在对模型的结构和选材进行优化时不能超出参数指标框架）。
30.step4，将三维模型的数据导入3d金属打印机中，并通过3d金属打印机将电机转轴1打印出来。
31.值得注意的是：在step4中，3d金属打印机在打印电机转轴1时的具体步骤如下：
①
、将金属粉末均匀的平铺为薄薄的一层。在该过程中采用超声波振子3发出超声波将其快速地振匀振实，这同时也将有助于金属粉末快速沉积。同时，在该过程中还需要将多余的金属粉末进行回收。
32.②
、通过高功率激光烧结在要打印表面上的金属粉末。在该过程中只有那些定向的金属粉末会被烧结；同时，烧结部分会在冷却组件的作用下快速地降温。
33.③
、依次重复上述
①
和
②
，从而实现对金属转轴的打印。
34.step5，对电机转轴1进行打磨抛光。
35.值得注意的是：电机转轴1采用机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光或磁研磨抛光中的任意一种，或者是上述不同种抛光方式的组合。
36.step6，对电机转轴1的外形进行三维扫描，校验其外形是否符合设计要求。
37.值得注意的是：电机转轴1采用激光扫描的方式来构建其外形特征，从而判断其外形尺寸是否符合设计要求。
38.step7，对电机转轴1进行无损探伤，检测其内部是否隐以及内部结构是否符合设计要求。
39.值得注意的是：电机转轴1采用ct扫描的方式来检测电机转轴1的内部是否有隐伤
以及电机转轴1的内部结构是否符合设计要求。
40.step8，将电机转轴1安装到电机上并进行带负载试运行，从而对电机转轴1的各项性能进行实验检测。
41.值得注意的是：若实验检测中电机转轴1的各项性能指标均达标，则将电机转轴1投入实际生产。若实验检测中电机转轴1出现有性能指标不达标；则返回上述step1并重新依次进行step2、step3、step4、step5、step6、step7和step8。
42.❶
值得注意的是：在上述step1~step8中金属粉末的尺寸介于0.1nm~1000μm，金属粉末平铺的厚度介于0.1nm~2mm，金属粉末为碳素钢或合金钢中的任意一种。
43.❷
值得注意的是：3d金属打印机上还增设有电磁铁2、超声波振子3和半导体制冷板4。
44.其中，电磁铁2的作用在于提供一个垂直工作台6台面的单向匀强磁场，这样处于漂浮状态的金属粉末就会在磁场的引力作用下而快速地沉积在工作台6的台面上。并且当铺粉机构5完成铺料后，电磁铁2会在垂直方向上产生交变的磁场，从而为金属粉末和打印的电机转轴1进行去磁。
45.其中，超声波振子3的作用在于辅助铺粉机构5（铺粉机构5是3d金属打印机本身自带的，是现有技术就无需赘述），将金属粉末均匀地分布在工作台6的台面上。
46.其中，半导体制冷板4设置在工作台6内部，从而让半导体制冷板4冷端上的冷量通过热传导的方式为金属粉末和打印的电机转轴1降温，进而间接实现对烧结部分的快速冷却。
47.综上所述，电磁铁2、超声波振子3和半导体制冷板4三者的作用不仅在于提升3d金属打印机打印电机转轴1的质量，还用于提升3d金属打印机打印电机转轴1的速度；进而降低3d金属打印机打印电机转轴1的生产成本。
48.❸
值得注意的是：3d金属打印机内部的工作空间呈真空状态或者呈充满惰性气体的状态，这样可以避免激光烧结的部分被氧化。
49.3d金属打印机打印完电机转轴1后，电磁铁2和半导体制冷板4关闭，超声波振子3启动，同时启动回收机构来回收工作台6上的金属粉末，这是为了防止金属粉末粘附在工作台6上而不能得到有效地回收。
50.❹
值得注意的是：回收组件收集到的金属粉末依次进行如下步骤：ⅰ，筛选，将尺寸不合格的金属粉末筛选出来。
[0051]ⅱ，混合，将不合格的金属粉末与膨润土按照1∶40~60的重量比例混合。其中，膨润土自身的物理吸附性和化学稳定性，使其与金属粉末混合时不会产生易燃易爆的情况，操作过程极为安全。
[0052]ⅲ，沉积，向混合溶液中投入碱性溶液并将反应物取出。该过程中利用酸碱中和的化学原理来破坏金属或合金原本的化学结构，使原本不稳定的化学键趋于稳定。
[0053]ⅳ，煅烧，将反应物放入真空炉中在1000~1200摄氏度下进行煅烧成块。该过程中利用高温烘干结晶的方式彻底使活跃性金属粉末变成惰性，不再对人们的生活产生不利影响。
[0054]
ⅴ
，还原提纯，将煅烧出的金属块进行还原。
[0055]ⅵ，制粉，将金属块重新制成金属粉末并用于下一次的3d金属打印。
[0056]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种电机转轴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：step1，使用工业设计软件将预先设计好的电机转轴（1）进行三维建模，从而获得三维模型；step2，将三维模型的数据导入cae系列软件中并通过cae系列软件来进行工作模拟，从而对电机转轴（1）的各项性能进行模拟测试；step3，若模拟测试中的各项性能指标均达标，则进行下述step4，若模拟测试中出现有性能指标不达标，则返回上述step1并对三维模型的结构和选材进行优化；step4，将三维模型的数据导入3d金属打印机中，并通过3d金属打印机将电机转轴（1）打印出来；step5，对电机转轴（1）进行打磨抛光；step6，对电机转轴（1）的外形进行三维扫描，校验其外形是否符合设计要求；step7，对电机转轴（1）进行无损探伤，检测其内部是否隐以及内部结构是否符合设计要求；step8，将电机转轴（1）安装到电机上并进行带负载试运行，从而对电机转轴（1）的各项性能进行实验检测。2.根据权利要求1所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述step1中，在对电机转轴（1）进行三维建模前应分析产品需求并确定电机转轴（1）的参数指标框架；所述step3中，在对模型的结构和选材进行优化时不能超出参数指标框架。3.根据权利要求1所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述step4中，3d金属打印机在打印电机转轴（1）时的具体步骤如下：
①
、将金属粉末均匀的平铺为薄薄的一层；
②
、通过高功率激光烧结在要打印表面上的金属粉末；
③
、依次重复上述
①
和
②
，从而实现对金属转轴的打印。4.根据权利要求3所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述金属粉末的尺寸介于0.1nm~1000μm，所述金属粉末平铺的厚度介于0.1nm~2mm，所述金属粉末为碳素钢或合金钢中的任意一种；所述3d金属打印机上还增设有电磁铁（2）、超声波振子（3）和半导体制冷板（4）；所述电磁铁（2）用于产生在垂直方向上的磁场，从而在铺粉机构（5）将金属粉末平铺在工作台（6）上的过程中抑制金属粉末的扬尘；所述超声波振子（3）用于将工作台（6）上的金属粉末震平、震实且震匀；所述半导体制冷板（4）设置在工作台（6）内部，从而让半导体制冷板（4）冷端上的冷量通过热传导的方式为金属粉末和打印的电机转轴（1）降温，进而间接实现对烧结部分的快速冷却。5.根据权利要求4所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述3d金属打印机内部的工作空间呈真空状态或者呈充满惰性气体的状态；所述铺粉机构（5）完成铺料后，电磁铁（2）会在垂直方向上产生交变的磁场，从而为金属粉末和打印的电机转轴（1）进行去磁；所述3d金属打印机打印完电机转轴（1）后，电磁铁（2）和半导体制冷板（4）关闭，超声波振子（3）启动，同时启动回收机构来回收工作台（6）上的金属粉末。
6.根据权利要求5所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述回收组件收集到的金属粉末依次进行如下步骤：ⅰ，筛选，将尺寸不合格的金属粉末筛选出来；ⅱ，混合，将不合格的金属粉末与膨润土按照1∶40~60的重量比例混合；ⅲ，沉积，向混合溶液中投入碱性溶液并将反应物取出；ⅳ，煅烧，将反应物放入真空炉中在1000~1200摄氏度下进行煅烧成块；
ⅴ
，还原提纯，将煅烧出的金属块进行还原；ⅵ，制粉，将金属块重新制成金属粉末。7.根据权利要求1所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述step5中，电机转轴（1）采用机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光或磁研磨抛光中的任意一种，或者是上述不同种抛光方式的组合；所述step6中，电机转轴（1）采用激光扫描的方式来构建其外形特征，从而判断其外形尺寸是否符合设计要求；所述step7中，电机转轴（1）采用ct扫描的方式来检测电机转轴（1）的内部是否有隐伤以及电机转轴（1）的内部结构是否符合设计要求。8.根据权利要求1所述的一种电机转轴的制造方法，其特征在于，所述step8中，若实验检测中电机转轴（1）的各项性能指标均达标，则将电机转轴（1）投入实际生产；若实验检测中电机转轴（1）出现有性能指标不达标，则返回上述step1并重新依次进行step2、step3、step4、step5、step6、step7和step8。9.一种电机轴组件，其特征在于：所述电机轴组件包括电机转轴（1）和设置在电机转轴（1）内部的支撑件（7），所述电机转轴（1）沿其轴向上同轴式地开设有与之配合的空腔（8），所述电机转轴（1）的轴体上从一端至另一端依次分为起筋段（9）、转子铁芯安装段（10）、转轴油封段（11）和负载段（12）。10.根据权利要求9所述的一种电机轴组件，其特征在于，所述空腔（8）中设有支撑件（7），所述支撑件（7）在沿电机转轴（1）径向上呈放射状，所述支撑件（7）本体上呈疏松多孔状，所述支撑件（7）与电机转轴（1）之间一体成型。

技术总结

本发明涉及电机转轴技术领域，具体涉及一种电机转轴的制造方法及使用该方法制造的电机轴组件；本发明首先通过CAE系列软件对设计好的电机转轴模型进行性能模拟测试，然后对模拟测试的结果进行分析，然后根据分析的结果对电机转轴模型进行优化，然后将优化后的电机转轴模型数据导入3D金属打印机，并通过3D打印技术将电机转轴打印出来，然后对打印出来的电机转轴依次进行打磨抛光、扫描和无损探伤，最后对电机转轴进行带负载试运行并对电机转轴的各项性能进行实验检测；本发明能够有效地解决现有技术存在成品质量良品率不佳和生产能力不佳等问题。不佳等问题。不佳等问题。