Устройство "прэтти" для термической и термомеханической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы

 

Изобретение относится к термической и термохимической обработке под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, особенно крупногабаритных тонкостенных труб цилиндрической и конической формы типа обечаек емкостей и баллонов высокого давления. Устройство содержит камеру загрузки и нагрева в виде корпуса К, приспособление для крепления детали в виде вертикальной полой осесимметричной оправки О цилиндрической или конической формы, соответствующей внутренней поверхности детали, с торцевыми теплоизилирующими элементами в виде съемных металлических экранов, узел теплообмена УТ, расположенный внутри О. К соединен с О, образуя внутреннюю герметичную вакуумную полость посредством вакуумных затворов. Камера загрузки и нагрева и О выполнены В в виде отдельных элементов. К В с наружной теплоизоляцией. УТ В в виде нагревателя. УТ В в виде холодильной насадки. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической и термохимической обработке под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, особенно крупногабаритных труб типа обечаек емкостей и баллонов высокого давления.

Известен ряд вакуумных печей (см. Соболев С.И. Мурованная С.Г. "Вакуумные электропечи для закалки, разработанные в СССР", МиТОМ, 1977, N 8, с. 44-47), включающих загрузочную камеру, камеру нагрева и камеру охлаждения, вакуумную систему и систему нагрева. Недостатком этих печей является высокое энергопотребление, большое отношение вакуумируемого объема к объему обрабатываемой детали трубчатой формы, сложность использования фиксирующих оправок и приспособлений при регламентированных скоростях охлаждения.

Известна вакуумная печь (патент США N 3684263, НКИ 266-4А, С 21 D 1/66, 1972) для безокислительного нагрева и закалки в масле, состоящая из горизонтально расположенного цилиндрического кожуха с водоохлаждаемыми стенками, под которым установлен закалочный бак, нагревательной системы и гидравлического перегружающего устройства для перемещения изделия в зону нагрева и в закалочный бак. Недостатком этой печи также является высокое энергопотребление, большой объем вакуумируемого пространства и практическая невозможность термической обработки в горизонтальном положении тонкостенных деталей трубчатой формы.

Известна также вакуумная нагревательная печь (патент Японии N 48-979, НКИ 67L0, F 27 B 9/26), содержащая загрузочную площадку с вмонтированным электронагревателем для нагрева снизу, а нагрев сверху осуществляется нагревателями, вмонтированными в свод крышки печи. Недостатком этой печи является высокое энергопотребление и инерционность нагревательной системы печи, невозможность регламентации скорости охлаждения.

В качестве ближайшего прототипа выбрано устройство для термической и термохимической обработки материалов под вакуумом или в контролируемой атмосфере (патент Франции N 1501738, МКИ С 21 D, 1967), содержащее герметизированный цилиндрический резервуар, где может быть создан вакуум или защитная среда, устройство для установки детали и перемещения ее в индукционную нагревательную печь и в закалочный бак.

Общими недостатками аналогов и прототипа является высокое потребление электроэнергии, большой объем вакуумируемого пространства, особенно при термической или термохимической обработке крупногабаритных тонкостенных деталей трубчатой формы, невозможность регулирования скорости охлаждения детали.

Целью изобретения является разработка устройства для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере тонкостенных деталей трубчатой формы, обеспечивающего снижение энергопотребления, уменьшение объема вакуумируемого пространства и возможность регулирования скорости охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что корпус камеры загрузки и нагрева детали трубчатой формы выполнен в виде полой осесимметричной оправки цилиндрической или конической формы, соответствующей форме внутренней поверхности обрабатываемой детали, и крышки оболочковой формы, образующих внутреннюю герметичную вакуумируемую полость, вакуумные затворы в виде сопрягаемых водоохлаждаемых фланцевых соединений с герметизирующими прокладками, а нагревательный элемент размещен внутри полого осесимметричного корпуса устройства.

На чертеже показано устройство "ПРЭТТИ" для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, включающее: 1 обрабатываемая тонкостенная деталь осесимметричной цилиндрической (или конической) формы; 2 оправка цилиндрической (или конической) формы, выполняющая роль корпуса устройства; 3 теплоизолированный кожух-крышка; 4, 5 герметизирующие уплотнительные элементы; 6, 7 водоохлаждаемые фланцы; 8, 9 болты, стягивающие фланцы; 10, 11 шланги для подачи охлаждающей воды; 12 штуцер для вакуумирования; 13 герметичное рабочее пространство; 14 поддон для установки устройства; 15 нижний теплозащитный экран; 16 нагревательный элемент; 17 верхний теплозащитный экран.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая деталь осесимметричной цилиндрической (или конической) формы 1 устанавливается на соответственной формы оправку 2, выполняющую роль корпуса устройства, и закрывается теплоизолированным кожухом-крышкой 3, а герметизация внутренней полости вакуумируемого объема рабочего пространства достигается использованием уплотнительных элементов 4 и 5, размещенных в узлах уплотнения водоохлаждаемых фланцев 6 и 7, стягиваемых болтами 8 и 9. По шлангам 10 и 11 подается охлаждающая фланцы вода и производится вакуумирование через штуцер 12 герметичного рабочего пространства 13 (и при необходимости рабочее пространство заполняется инертным газом или газом контролирующей атмосферы), а устройство устанавливается на поддон 14 с нижним торцовым теплоизолирующим экраном 15 и нагревательным элементом 16, после чего устанавливается верхний торцевой теплоизолирующий экран 17 и производится нагрев устройства от нагревательного элемента 16. Нагревательный элемент 16 может быть выполнен в виде индуктора ТВЧ или ТПЧ, с элементами электросопротивления или в виде пассивного элемента-теплоносителя, предварительно нагреваемого в отдельной печи до расчетной температуры, превышающей температуру нагрева детали 1. После выполнения нагрева по технологическому режиму термической или термохимической обработки нагревательный элемент переключается на режим регламентируемой скорости охлаждения или извлекается из устройства, а при необходимости в корпус устройства вводится холодильная насадка, распыляющая водную или воздушную охлаждающую среду.

Использование предлагаемого устройства для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, особенно крупногабаритных тонкостенных труб с малой массой, взамен крупногабаритных вакуумных печей обеспечивает: снижение энергопотребления в 5-7 раз и более по сравнению с вакуумными печами в которых электроэнергия потребляемая нагревательным элементами лишь в незначительной мере расходуется на нагрев детали, а наибольшая ее часть затрачивается на потери тепла в водоохлаждаемых элементах печи; сокращение технологического цикла термической обработки с 8-15 ч до 0,2-1,5 ч; снижение капитальных затрат.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "существенные отличия".

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО "ПРЭТТИ" ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОД ВАКУУМОМ ИЛИ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ ДЕТАЛЕЙ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ, содержащее камеру загрузки и нагрева в виде корпуса, узел теплообмена и приспособление для деталей, отличающееся тем, что приспособление для крепления деталей выполнено в виде вертикальной полой осесимметричной оправки цилиндрической или конической формы, соответствующей форме внутренней поверхности детали, с торцевыми теплоизолирующими элементами, корпус соединен с оправкой, образуя герметичную внутреннюю вакуумируемую полость рабочего пространства, посредством внутренних вакуумных затворов в виде сопрягаемых водоохлаждаемых фланцевых соединений с герметизирующими прокладками, а узел теплообмена расположен внутри оправки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера загрузки и нагрева и узел теплообмена выполнены в виде раздельных элементов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен с расположенной снаружи теплоизоляцией.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел теплообмена выполнен в виде нагревателя.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел теплообмена выполнен в виде холодильной насадки для распыления водной или воздушной охлаждающей среды.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплоизолирующие элементы выполнены в виде съемных металлических экранов.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде пассивного элемента-теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1