CN103691945B - 热等静压机工作热区的快速冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种热等静压机工作热区的快速冷却系统，在高压容器(1)底部设有通过隔热垫(5)中心，同轴相连于隔热垫上下端面的循环风扇(9)和冷却风扇(8)；冷却风扇(8)产生的低温气流(19)通过隔热垫中设置的环布气流通道(13)，进入高温空间被位于隔热垫上端的循环风扇(9)均匀搅拌为亚高温气体(18)，推送到工作热区(12)，将快速冷却的高温气体(17)从装料架(4)顶部口排出，下行至U形循环通道(21)，再上行至溢出口(14)，再从内循环通道(20)下行至隔热垫下方的低温空间，同时与环绕在高压容器上的冷却水螺旋冷却循环通道(15)进行热交换成低温气流(19)，再经冷却风扇(8)均匀搅拌，上行至工作热区，循环往复，完成工作热区的快速冷却。

Description

热等静压机工作热区的快速冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于热等静压机工作热区的快速冷却系统。
背景技术
热等静压机是对制品实施压制和烧结的等静压设备，它是一种在密闭容器内以氮气(或氩气)气体为传压介质，在高温和高压的共同作用下，对制件进行压制烧结处理的。可以将同类材料以及不同材料结合在一起，直至工件达到最佳致密度。也可以对工件进行再致密化处理，可封闭前道工序中产生的微孔、愈合缺陷部位、改善结构特性。还可以用于制造粉末材料近终成形构件，在工艺过程中对其进行致密化和烧结处理。
现有热等静压机快速冷却方法有射流式快速冷却方法，即压力容器底部通过喷嘴喷入低温流体形成旋流，旋流经过隔热体附近的过程中与制件附近的高温流体混合。该方法由于使喷嘴附近的气流形成旋流，并使喷嘴中的较低温度的气流与热区中的气流混合。该方法适用于小型热等静压机，对于直径和高度尺寸较大以及超大的热等静压机不能产生明显的冷却作用，同时，喷嘴处的气流温度明显低于远处的气流，使附近的结构件和制件产生不均匀的热应力，还会发生再结晶现象，导致晶粒大小不均匀，影响了结构件和制件的质量，缩短使用寿命。
现有技术中还有一种方法是利用射流原理，将热等静压机工作缸底部的冷气体与热区底部的热气体混合后引入热区，通过快冷气体通道，经过装料架、加热元件、隔热体，到工作缸内壁，热量被工作缸壁内设置的冷却水带走。一般适用于中、小型热等静压机的快冷。
现有技术中还有一种方法，在工作热区的工件隔间中设置冷却气体通道，容器外设置气体压力泵，该方法步骤为：从工件隔间放出高温压力介质；提供冷却压力介质，使其能在工件隔间的外面下降穿过放出的高温压力介质；将由此得到的混合压力介质引入到工作隔间。此方法由于设置的冷却气体通道设置在工件隔间内，占用了工件的摆放空间，使工件的形状大小受到较大限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种使工作热区均匀快速冷却，使工件不易发生再结晶，且能够适用于大、中、小型热等静压机的快速冷却系统。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种热等静压机工作热区的快速冷却系统，包括：通过高压容器1的冷却水循环系统、隔热体2、加热元件3，装料架4、隔热垫5和设置在热等静压机工作热区的快冷气体通道，其特征在于，在所述高压容器1的底部设有通过隔热垫5中心，同轴相连于隔热垫5上下端面的循环风扇9和冷却风扇8；设置在隔热垫5的下端的冷却风扇8产生的低温气流19，通过隔热垫5中设置的环布气流通道13，进入隔热垫5上端的亚高温空间11中与高温气体掺混，同时被位于托料盘6下端的循环风扇9均匀搅拌为亚高温气体，推送到高压容器1的工作热区12，将快速冷却的高温气体17从装料架4顶部口排出，下行至加热元件3外侧壁与隔热体2内壁之间的U形循环通道21，让热气流沿着U形循环通道21上行至溢出口14，从高压容器1内壁与隔热体2之间内隔筒16形成的内循环通道20，下行至托料盘6下方的低温空间10，同时与环绕在高压容器1筒体上的冷却水螺旋冷却循环通道15进行热交换成低温气流19，低温气流19再经冷却风扇8均匀搅拌，上行至工作热区，循环往复，完成工作热区12的快速冷却。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明通过控制电动风机7，使循环风扇9和冷却风扇8产生转动。少量低温气流在冷却风扇8推动下，到达隔热垫5与托料盘6之间的空间中，与高温气体掺混。掺混后的气体被循环风扇9搅拌混合均匀，成为亚高温气体12。亚高温气体由循环风扇9推送到工作热区，实现工作热区的快速冷却。工作热区的高温气体从装料架4顶部排出，分别从内循环通道20和外循环通道21溢出，并最终被循环风扇9和/或冷却风扇8搅拌混合均匀，形成混合气流。混合气流进入工作热区对工件进行均匀快速冷却，使工件不会发生再结晶的可能。
本发明适用于大、中、小型等各种尺寸规格的热等静压机的快速冷却，与现有的快速冷却方法相比，工作热区内的温度均匀性更好，热区内降温速率更易于控制。
附图说明
图1是本发明热等静压机工作热区的快速冷却系统的构造组成示意图。
图中：1高压容器，2隔热体，3加热元件，4装料架，5隔热垫，6托料盘，7电动风机，8冷却风扇，9循环风扇，10低温空间，11亚高温空间，12工作热区，13环布气流通道，14溢出口，15冷却循环通道，16内隔筒，17高温气体，18亚高温气体，19低温气流，20内循环通道，21U形循环通道。
具体实施方式
为进一步说明本发明的较佳实施例，并配合附图详述于后，以使对于本发明更易于了解。但以下所述仅为用来解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制。凡是以本发明的创造精神为基础，所做的任何形式的修饰或变更，皆仍应属于本发明意图保护的范畴。
在图1描述的热等静压机工作热区的快速冷却系统中，具有一个带走容器工作热区热量，环绕高压容器1筒体螺旋通道冷却水循环系统，冷却水循环系统由环绕在高压容器1筒体上的螺旋盘升的冷却循环通道15组成。高压容器1内采用的气体为惰性气体，例如氮气或氩气。
设置在高压容器1容器内，开口下的圆柱筒体隔热体2整体呈现倒杯状，其内设置了一条气体通道。其最内层的筒体为无顶盖的筒，顶部设有外循环通道的进口。其最外层的筒顶盖处为环形顶盖，是高温气体的出口。
设置在隔热体2筒体内设有环绕装料架4的加热元件3。放置待加压工件的装料架4为筒状，装料架4开口向上，下端相连托料盘6。托料盘6制有连通装料架4工作热区的气孔。在高压容器1的底部设有通过隔热垫5中心，同轴相连于隔热垫5上下端面的循环风扇9和冷却风扇8。冷却风扇8和循环风扇9为同轴装配，由同一个电动风机7来实现其转动。电动风机7可采用电机或气动马达等形式实现风扇转轴的转动。冷却风扇8既能使高压容器1内壁下方附近的气体与隔热垫5下方的气体搅拌混合均匀，又能使该处有气体能被推动进入隔热垫5中设置的通道中。
与循环风扇9和冷却风扇8同轴相连的电动风机7驱动循环风扇9和冷却风扇8产生转动，使设置在隔热垫5的下端的冷却风扇8产生的低温气流19，通过隔热垫5中设置的环布气流通道13。气流通道13等分均布在隔热垫5的端面连通高温空间11。气流通道13可以是等分均布的轴向孔，也可以是轴线对称的向着中心轴线延伸的倾斜孔，这些等分均布的倾斜孔形成一个圆锥体形的分布状态，将冷却风扇8产生的低温气流19，按照空气动力学的拉瓦尔原理，高压进入隔热垫5上端的亚高温空间11中与高温气体掺混，同时被位于托料盘6下端的循环风扇9均匀搅拌为亚高温气体，推送到高压容器的工作热区(12)，将快速冷却的高温气体17从装料架4顶部口排出，下行至加热元件3外侧壁与隔热体2内壁之间的U形循环通道21，让热气流沿着U形循环通道21上行至溢出口14，从高压容器内壁与隔热体2之间内隔筒16形成的内循环通道20，下行至隔热垫5下方的低温空间10，同时与环绕在高压容器1筒体上的冷却水螺旋冷却循环通道15进行热交换成低温气流19，低温气流19再经冷却风扇8均匀搅拌，上行至工作热区，循环往复，完成工作热区12的快速冷却。

Claims (5)

1.一种热等静压机工作热区的快速冷却系统，包括：通过高压容器(1)的冷却水循环系统，隔热体(2)、加热元件(3)，装料架(4)、隔热垫(5)和设置在热等静压机工作热区的快冷气体通道，其特征在于，在所述高压容器(1)的底部设有通过隔热垫(5)中心，同轴相连于隔热垫(5)上下端面的循环风扇(9)和冷却风扇(8)；设置在隔热垫(5)的下端的冷却风扇(8)产生的低温气流(19)，通过隔热垫(5)中设置的环布气流通道(13)，进入隔热垫(5)上端的亚高温空间(11)中与高温气体掺混，同时被位于托料盘(6)下端的循环风扇(9)均匀搅拌为亚高温气体(18)，推送到高压容器(1)的工作热区(12)，将快速冷却的高温气体(17)从装料架(4)顶部口排出，下行至加热元件(3)外侧壁与隔热体(2)内壁之间的U形循环通道(21)，让热气流沿着U形循环通道(21)上行至溢出口(14)，从高压容器(1)内壁与隔热体(2)之间内隔筒(16)形成的内循环通道(20)，下行至隔热垫(5)下方的低温空间(10)，同时与环绕在高压容器(1)筒体上的冷却水螺旋冷却循环通道(15)进行热交换成低温气流(19)，低温气流(19)再经冷却风扇(8)均匀搅拌，上行至工作热区，循环往复，完成工作热区(12)的快速冷却。
2.根据权利要求1所述的热等静压机工作热区的快速冷却系统，其特征在于：所述的冷却水循环系统由环绕在高压容器(1)筒体上的螺旋盘升的冷却循环通道(15)组成。
3.根据权利要求1所述的热等静压机工作热区的快速冷却系统，其特征在于：设置在高压容器(1)容器内，开口向下的圆柱筒体隔热体(2)整体呈现倒杯状，其内设置了一条气体通道。
4.根据权利要求1所述的热等静压机工作热区的快速冷却系统，其特征在于：放置待加压工件的装料架(4)为筒状，装料架(4)开口向上，下端相连托料盘(6)。
5.根据权利要求1所述的热等静压机工作热区的快速冷却系统，其特征在于：气流通道(13)是等分均布的轴向孔，或者是轴线对称的向着中心轴线延伸的倾斜孔，这些等分均布的倾斜孔形成一个圆锥体形的分布状态，将冷却风扇(8)产生的低温气流(19)，按照空气动力学的拉瓦尔原理，高压进入隔热垫(5)上端的亚高温空间(11)中与高温气体掺混。
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