Вертикальная печь для термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к вертикальным печам для термической обработки стальных изделий. Вакуумная термообработка стальных изделий, включающая их закалку, отжиг и отпуск. Печь имеет сообщающиеся между собой камеры нагрева и охлаждения. Последняя из них соединена с системой подачи газообразного хладоагента. Стол для размещения на нем деталей установлен с возможностью вертикального перемещения и фиксации в его крайних положениях в объемах обеих камер. Стол имеет механизм его вращения. 1 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к термообработке, в частности к печам для вакуумной термообработки стальных изделий.

Известна вакуумная индукционная печь для термообработки (Г. М. Горчаков, С. С. Сенкевич. Вакуумная индукционная печь для термообработки малогабаритных изделий. "Радиопромышленность". N 4. 1993, с. 26 28). Основной частью печи является рабочая камера, представляющая собой охлаждаемый корпус с крышкой и патрубками для присоединения вакуумной системы. В рабочей камере размещены рециркулятор, состоящий из теплообменника, вентилятора и объединяющего их кожуха, а также индуктор и помещенный в нем цилиндрический нагреватель. Внутри нагревателя установлена подставка под садку, выполненная в виде нескольких труб-газоводов, укрепленных на поддоне, соединенных с кожухом и выходящих в нагреватель на разных уровнях. В камере размещены теплоизолирующие экраны, печь снабжена системой вакуумных насосов.

Известна также промышленная печь для термообработки металлических изделий, взятая в качестве прототипа (патент Германии N 3346884, кл. F 27 D 9/00, 1989).

Известная однокамерная вакуумная печь термообработки металлических изделий имеет нагревательную камеру, расположенную в корпусе печи и содержащую нагреватели, систему охлаждения с теплообменником и трубой для подачи охлаждающего газа и приспособление для распределения охлаждающего газа, выполненное в виде сопел. Сопла расположены перед отверстием в нагревательной камере. Сопла расположены с возможностью качания.

В известных технических решениях входной и выходной патрубки расположены в вертикальной плоскости печи из-за увеличенного сопротивления проходящему через печь охлаждающему газу не обеспечивается интенсивное охлаждение изделий. Кроме того, однокамерные вакуумные печи после выдержки изделий при высокой температуре не обеспечивают резкого снижения температуры в первоначальный момент охлаждения.

Таким образом, известные печи имеют узкую специализацию при проведении термической обработки изделий, т. е. возможность вести только один вид обработки.

Целью изобретения является создание универсальной печи, позволяющей проводить все виды термической обработки стальных изделий.

Указанная цель достигается за счет того, что печь снабжена камерой охлаждения, сообщающейся с нагревательной камерой. Стол для размещения на нем обрабатываемых изделий выполнен в виде днища нагревательной камеры. Он снабжен механизмами его вертикального перемещения и фиксации в его крайних положениях при размещении в объемах обеих камер. Стол также имеет механизм вращения, приводимый потоком охлаждающего газа в камере охлаждения. Для интенсификации охлаждения система снабжена дополнительным контуром, включающим нагнетающий насос и теплообменник, установленные на входном патрубке камеры охлаждения.

В качестве механизма вращения стола используют крыльчатки, установленные как на столе, так и над ним. Стол имеет редуктор, связывающий механизм его вращения с валом, что позволяет регулировать скорость его вращения.

Таким образом, размещение камер нагрева и охлаждения в одном блоке, создание в камере охлаждения средств интенсивного охлаждения позволяет проводить все виды термообработки изделий.

Кроме того, данная печь позволяет проводить этапы операции термообработки при различных, противоположных по значению давлениях атмосферы. Поскольку стол для размещения на нем изделий является днищем нагревательной камеры, то обеспечивается ее герметизация относительно камеры охлаждения. Поэтому нагрев деталей можно проводить в вакууме, а их закалку в камере охлаждения при избыточном давлении. Промежуток времени между этими операциями незначителен. Данное выполнение печи позволяет получать детали с широким диапазоном свойств их поверхности.

Средство интенсификации охлаждения в камере включает подачу охлаждающего газа от общей системы, а также дополнительное охлаждение от еще одного контура магистралей с дополнительным теплообменником и нагнетательным насосом, установленными в основной контур циркуляции на входном патрубке охлаждающей камеры. Таким образом, данный вариант охлаждения позволяет регулировать его интенсивность и создать избыточное давление в камере. Регулирование подачи охлаждающего газа осуществляется ресивером низкого давления и клапанами большого пропускного сечения, установленными в магистрали низкого давления. Механизм вращения стола обеспечивает равномерность охлаждения деталей в камере. Приводом данного механизма является струя охлаждающего газа, подаваемого под напором в камеру охлаждения. Стол имеет две крыльчатки, расположенные на столе и над ним. Передача вращения осуществляется через редуктор.

Для удобства обслуживания печи охлаждающая камера имеет трапецеидальную форму. Люк загрузки с крышкой расположен на большей из параллельных стенок камеры. На стенках, расположенных под углом, установлены входной и выходной патрубки.

На фиг. 1 изображен общий вид вертикальной печи; на фиг. 2 вид печи в плане; на фиг. 3 нагревательная камера; на фиг. 4 камера охлаждения; на фиг. 5 вид А на фиг. 4; на фиг. 6 вид печи сбоку; на фиг. 7 частичный разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 8 частичный разрез В-В на фиг. 4.

Вертикальная печь для термообработки изделий содержит нагревательную камеру 1, расположенную под ней камеру охлаждения 2 и автоматизированную систему управления 3.

Нагревательная камера 1 состоит из охлаждаемого корпуса 4 с крышкой 5. Корпус 4 снабжен патрубком 6 для соединения с блоком вакуумирования 7. В корпусе 4 расположен нагреватель 8, выполненный в виде беличьего колеса и опирающийся на держатель 9, который установлен во фланцах 10 тоководов 11.

Нагревательная камера 1 снабжена блоками экранов 12, 13 и 14. Блоки экранов 12 и 13 выполнены в виде параллельно расположенных пластин, соответственно соединенных шпильками 15 и 16. Блок экранов 14 выполнен в виде концентрично расположенных цилиндров, опорой которым служат держатели 9.

Блок экранов 12 опирается на блок экранов 14, а экранов 13 крепится к фланцу 17, смонтированному в нижней части корпуса 4.

На крышке 5 установлены термопара 18, вакуумный датчик 19 и стойка 20 для съема крышки. Крышка 7 соединена с корпусом при помощи винтовых зажимов 21. Для охлаждения корпуса и его крышки предусмотрен штуцер 22, установленный на кронштейне 23.

Камера охлаждения 2 имеет корпус 24 трапецеидальной формы с двумя стенками, расположенными под углом, 25, 26 и параллельными стенками 27, 28. На стенках 25, 26 установлены входной и выходной патрубки 29 и 30 системы подачи охлаждающего газа. Передняя стенка 27, имеющая большую поверхность, снабжена герметичной крышкой 31 люка для загрузки и разгрузки деталей и микропереключателем 32. На задней стенке 28 выполнен фланец 33 для установки механизма возвратно-поступательного перемещения стола 34, расположенного в корпусе 24. Стол 34 в крайнем верхнем положении является днищем нагревательной камеры 1.

Механизм возвратно-поступательного перемещения стола состоит из кинематически связанных между собой шагового двигателя 35, редуктора 36 и ходового винта-гайки 37.

Ходовой винт-гайка 37 установлен в трубе 38, установленной в корпусе механизма 39. Параллельно трубе 38 к корпусу 39 крепится вал 40, по которому имеет возможность перемещаться шпонка 41, жестко смонтированная на трубе 38.

Для направления трубы 38 предусмотрена направляющая 42, в которой с возможностью поворота установлен кронштейн 43, несущий подвеску 44, введенную в корпус 24 через патрубок 45. Свободный конец подвески 44 снабжен роликовой опорой 46, контактирующей с вертикальной направляющей, установленной в корпусе 24. Подвеска 44 несет платформу, на которой с возможностью вращения установлен вал 47 стола 34. На периферии верхней поверхности стола 34 смонтирована крыльчатка 48 с тангенсально расположенными вертикальными лопатками.

Аналогичная крыльчатка 49 смонтирована на тягах 50, связанных со столом 34. Тангенсально расположенные лопатки крыльчатки 49 симметричны лопаткам крыльчатки 48.

Для выравнивания температуры рабочей зоны охлаждения над столом смонтирован блок экранов 51. В корпусе 24 установлены вертикальные экраны 52. Для контроля температуры в камере охлаждения имеется термопара. Все стенки корпуса 24 имеют водяное охлаждение.

Камера охлаждения соединена с системой охлаждения патрубками 29 и 30. Сама система включает баллон 53 со сжатым азотом, соединенный с ресивером 54 и через газовый блок 55 с теплообменником 56, установленным на входном патрубке 29. На входной магистрали расположен теплообменник 57, соединенный через вентилятор 58 с магистралью 59, присоединяемой к теплообменнику 56. Он подключен к дополнительному источнику охлаждения через нагнетательный насос (на фиг. не показан).

Работа печи осуществляется следующим образом.

Перед началом термической обработки в ресивер 54 из баллона 53 подается азот до создания требуемого давления (4 5 атм). Подготовленные к обработке изделия загружаются через крышку 31 люка в стенке камеры охлаждения и устанавливаются на столе 34. Крышку закрывают герметично, также герметично закрывают крышку 5 нагревательной камеры 1. Включают шаговый электродвигатель 35, вал которого через редуктор 36, перемещая винт-гайку 37, поднимает подвеску 44 и стол 34. Стол с изделиями перемещается вверх до входа во фланец 17, герметизируя нагревательную камеру. Затем включают блок вакуумирования 7 и через патрубок 6 откачивается газовая среда. При создании в нагревательной камере необходимой глубины вакуума подключаются к сети электропитания токовводы 11 нагревателя 8 и начинается нагрев печи. Теплоизоляцию обеспечивают блоки экранов 12, 13, 14. Скорость нагрева, время выдержки изделий при заданной температуре, степень вакуумирования регулируются системой управления 3.

Контроль степени вакуумирования и температуры обеспечиваются вакуумным датчиком и термопарой.

По окончании выдержки подается команда на опускание стола 34 механизмом возвратно-поступательного перемещения.

Положение стола в камере охлаждения регулируется автоматически, с помощью шагового электодвигателя.

После установки стола включается блок вакуумирования 7 и во входной патрубок 29 подают охлаждающий газ (азот) из ресивера 54 через газовый блок 55 и теплообменник 56. Напуск азота в печь осуществляют до тех пор, пока давление охлаждающей среды не достигнет установленного. После перекрытия подачи азота из ресивера включается вентилятор 58 и по замкнутому контуру (теплообменник 57 магистраль 59 теплообменник 56 камера охлаждения 2 теплообменник 57) циркулирует охлаждающий азот.

В процессе охлаждения изделий давление газа регулируется.

Мощный поток газа, попадающий на лопатки крыльчаток 48 и 49, заставляет вращаться стол 34, организуя поток и обеспечивая равномерное охлаждение изделий.

При снижении температуры до необходимого значения вентилятор 58 отключают, крышку 31 открывают и обработанные изделия выгружают из печи. Расположение стенок 25 и 26 под углом друг к другу и установка крышки 31 на большей из параллельных поверхностей корпуса 24 обеспечивает увеличение зоны загрузки-выгрузки и удобство обслуживания печи.

Для увеличения скорости охлаждения подключают дополнительный источник охлаждения, подающий охлаждающую среду нагнетающим насосом, подключенным к теплообменнику 56, установленному на входном патрубке. 2

Формула изобретения

1. Вертикальная печь для термической обработки стальных изделий, содержащая нагревательную камеру, соединенную с блоком ее вакуумирования, сообщающуюся с ней камеру охлаждения с загрузочным люком, связанную входным и выходным патрубками с системой ее охлаждения в виде теплообменника, установленного в магистрали замкнутой циркуляции газообразного хладагента, стол для загрузки изделий в виде днища нагревательной камеры, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и его фиксации в обеих камерах, отличающаяся тем, что система охлаждения имеет дополнительную магистраль рециркуляции газообразного хладагента с ресивером низкого давления и управляющими клапанами большого пропускного сечения, нагнетающим насосом и теплообменником, установленным на входном патрубке, стол имеет механизм его вращения, выполненный в виде установленной на его периферии крыльчатки с тангенциальным расположением лопастей и редуктора, охлаждающая камера выполнена трапецеидальной формы с расположением входного и выходного патрубков системы ее охлаждения в противоположно наклонных стенках и с размещением крышки люка в большей из ее параллельных стенок.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что механизм вращения стола выполнен с дополнительной крыльчаткой, расположенной на тягах над его поверхностью и имеющей тангенциальное расположение лопастей, симметричных лопастям крыльчатки, установленной на столе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8