CN106498136A - 一种高压液态或超临界态淬火的装置 - Google Patents

一种高压液态或超临界态淬火的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压液态或超临界态淬火的装置，包括：工作室，内部设有加热设备和冷却设备，并连接有真空泵组；储存罐，设有液态二氧化碳供给口，并连接工作室的液态二氧化碳入口；缓存罐，通过增压回路分别连接工作室和储存罐，还通过循环回路分别连接工作室和储存罐；气体增压机，设于缓存罐的出气口处；第一压力测量器，设于工作室上；温度控制器，设于工作室上，分别连接加热设备和冷却设备。与现有技术相比，本发明具实现了真空液态或超临界态淬火，不仅满足大工件的淬火需求，又能达到高压气淬的效果，而且还是干净、清洁的热处理，无废气、废水污染，节能、环保的热处理。

Description

一种高压液态或超临界态淬火的装置
技术领域
本发明涉及真空热处理技术领域，尤其是涉及一种高压液态或超临界态淬火的装置。
背景技术
现有的真空设备完成淬火只有2种方法，一种是：加热后高压气淬；另外一种是：加热后转移到淬火室在常压或低压下油淬。
高压气淬的优点减小零件的热处理畸变，减少工件油淬的污染(气淬后工件免清洗)，而且是无氧化无污染的热处理技术。但是它的缺点也非常显著：无论用气体作为冷却介质，它的导热能力是非常有限的，跟液体的导热能力相差甚远。所以为了保证高压气淬的热处理效果，只能处理小工件或薄工件。
液体淬火时冷却速度相当好，基本上能满足各类工件的淬火工艺，但是不能避免淬火变形、开裂等热处理缺陷，淬火时产生的蒸汽对加热室有一定的污染，污染后很难达到需要设定的真空度，所以需要定期清理加热室和工件转移平台。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压液态或超临界态淬火的装置，实现了真空液态或超临界态淬火，不仅满足大工件的淬火需求，又能达到高压气淬的效果，而且还是干净、清洁的热处理，无废气、废水污染，节能、环保的热处理。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高压液态或超临界态淬火的装置包括：
工作室，内部设有加热设备和冷却设备，并连接有真空泵组；
储存罐，设有液态二氧化碳供给口，并连接工作室的液态二氧化碳入口；
缓存罐，通过增压回路分别连接工作室和储存罐，还通过循环回路分别连接工作室和储存罐；
气体增压机，设于缓存罐的出气口处；
第一压力测量器，设于工作室上；
温度控制器，设于工作室上，分别连接加热设备和冷却设备。
该装置还包括设于缓存罐上的第二压力测量器和设于储存罐上的第三压力测量器。
该装置还包括集成控制器，所述集成控制器分别连接真空泵组、气体增压机、第一压力测量器和温度控制器。
所述集成控制器采用PLC控制器。
所述集成控制器无线连接有带显示屏的上位机。
所述工作室上设有用于显示工作状态的液晶显示屏，所述液晶显示屏连接集成控制器。
该装置还包括多个控制阀门，所述多个控制阀门分别对应设置在增压回路、循环回路上和液态二氧化碳入口处。
所述缓存罐内设有气体过滤网。
所述工作室与缓存罐之间还设有泄压管路，所述泄压管路上设有流量调节阀。
高压液态或超临界态淬火时，储存罐内的液态二氧化碳进入加热结束后的工作室内，对目标工件进行淬火，淬火时根据设定的压力与温度关系曲线，控制工作室内的二氧化碳状态，进行液态淬火和超临界态淬火，当工作室内的压力低于设定的范围时，打开增压回路并运行气体增压机，当工作室内的压力高于设定的范围时，打开泄压管路，将排放出的二氧化碳送到缓存罐。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、利用液态或超临界的二氧化碳作为淬火介质，完成对工件的淬火，淬火效果非常好，工件无开裂、变形等热处理缺陷。
2、CO2的液态或超临界态淬火主要是控制工作室内的压力和温度，因为设置了压力测量器和温度控制器，配合分离的增压回路和循环回路工作，当工作室的压力低于设定压力范围时，用增压回路上的缓存罐、气体增压机增加压力，当工作室的压力高于设定的压力范围时，再用控制阀门排出工作室内的二氧化碳，从而实现实时调节工作室内的压力和温度的目的。工作室的后部安装冷却设备，配合温度控制器，保证工作室里面的液态二氧化碳处于设定的温度范围内。
3、不受目标工件的大小的影响，能满足不同的工件要求，易于推广利用，实用性强。
4、通过控制工作室的压力，可以选择液态淬火、超临界态淬火，超临界态的CO2还具有清洗工件的作用。同时淬火后的工件不需要清洗，而且工作室不会污染。
5、CO2安全、无毒、无污染、可回收、容易获取，且可循环使用，给用户节省成本。
6、工作室连接有用于抽真空的真空泵组，将工件进工作室时带进来的空气抽干净，防止CO2与空气的混合，污染了淬火介质，也是保证工件真空下加热不会产生氧化，升温速度快。当真空的工作室内的工件完成加热后，切断加热设备，并快速的将液态的二氧化碳输送到工作室里面，液态的二氧化碳配合工作室后部的冷却设备降温，实现液态的工件的液态或超临界态淬火。
7、设置缓存罐，淬火结束后，将工作室里面的CO2排放到到缓存罐里面，控制这个缓存罐里面的压力，最后通过循环回路上的气体增压机将气态CO2输送到存储罐里面，等待下一周期的工作。
8、设置集成控制器、控制阀门等，实现自动化控制，提供工作效率和控制精度，配合上位机和液晶显示屏，便于操作人员实时观察设备的所有工作状态，可视性好。
9、额外设置泄压管路，通过流量调节阀，可以精确减低工作室内的压力，弥补循环回路上无调节泄压而导致工作室内压力调节不准的缺陷。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中设定的压力与温度关系曲线示意图。
图中：1、真空泵组，2、第一控制阀门，3、冷却设备，4、第一压力测量器，5、温度控制器，6、工作室，7、目标工件，8、加热设备，9、第二控制阀门，10、第三控制阀门，11、第四控制阀门，12、第五控制阀门，13、第六控制阀门，14、第二压力测量器，15、缓存罐，16、气体增压机，17、储存罐，18、第三压力测量器，19、第七控制阀门，20、第八控制阀门，21、液态二氧化碳供给口，22、第一管路，23、第二管路，24、第三管路，25、第四管路，26、泄压管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种高压液态或超临界态淬火的装置包括工作室6、真空泵组1、储存罐17、缓存罐15、气体增压机16、增压回路、循环回路、多个控制阀门和多个压力测量器，工作室6内部设有多个均布设置的加热设备8和冷却设备3，工作室6上设置有温度控制器5、第一压力测量器4，温度控制器5分别连接加热设备8和冷却设备3，真空泵组1通过第一控制阀门2连接工作室6，储存罐17设有带第七控制阀门19的液态二氧化碳供给口21，并通过带第二控制阀门9的管路连接工作室6的液态二氧化碳入口，缓存罐15通过增压回路分别连接工作室6和储存罐17，还通过循环回路分别连接工作室6和储存罐17，其中增压回路包括带第六控制阀门13的第一管路22和带第四控制阀门11的第二管路23，循环管路包括带第三控制阀门10的第三管路24和带第五控制阀门12的第四管路25，气体增压机16设于缓存罐15的出气口处，缓存罐15上设置第二压力测量器14，储存罐17上设置第三压力测量器18，工作室6与缓存罐15之间还设有泄压管路26，泄压管路26上设有第八控制阀门20，第八控制阀门20采用流量调节阀。
本发明装置选用CO2作为淬火介质，是因为CO2存在于自然界中，安全非易燃易爆，无毒，无腐蚀性，且实现CO2的液态或超临界态的状态条件简单。同时，由于CO2在常压下是气体状态，排放完成后，工作室6里面没有其他的气体或液态成分，只有残存的CO2，不会造成空气污染，也不会在工件上残留，淬火后的CO2回收再利用，节省能源，也能达到最好的淬火效果，给用户带来经济效益。
高压液态或超临界态淬火时，储存罐17内的液态二氧化碳进入加热结束后的工作室6内，对目标工件7进行淬火，淬火时根据设定的压力与温度关系曲线，控制工作室6内的二氧化碳状态，进行液态淬火和超临界态淬火，当工作室6内的压力低于设定的范围时，打开增压回路并运行气体增压机16，当工作室6内的压力高于设定的范围时，打开泄压管路26，将排放出的二氧化碳送到缓存罐15。
设定的压力与温度关系曲线如图2所示，压力与温度关系曲线符合二次函数曲线，图2中A为固态区域，B为液态区域，C为气态区域，D为超临界态区域，E为次超临界态区域，a为临界点。
由图2可看出CO2在温度高于31.1℃且压力大于73bar时，就处于超临界状态；在温度高于-56.6℃且压力大于5.7bar时，就处于液态；实验室数据显示：CO2在20℃时当压力达到57bar，就能液化。本发明利用CO2的这一特性实现高压液态或超临界态淬火的目的。
该装置还包括集成控制器，集成控制器分别连接真空泵组1、气体增压机16、第一压力测量器4和温度控制器5。集成控制器采用PLC控制器，并无线连接有带显示屏的上位机，实现自动监控与集中控制的功能。
工作室6上设有用于显示工作状态的液晶显示屏，液晶显示屏连接集成控制器。
缓存罐15内设有气体过滤网，可对循环利用的CO2进行杂质过滤，保证CO2的洁净度。
真空高压液态或超临界态淬火工作过程：
首先将目标工件7装入到工作室6里面，然后启动第一控制阀门2和真空泵组1，对工作室6进行抽真空处理，目的是为了清除目标工件7带进来的空气，是为了在真空下加热，也是为了保证CO2洁净度。当第一压力测量器4检测到工作室6里面的真空度达到设定的要求后，关闭第一控制阀门2和真空泵组1。启动加热设备8对目标工件7进行加热，利用温度控制器5控制工作室6内的温度在设定的范围内。
加热完毕后，关闭加热设备8，打开第二控制阀门9让液态的二氧化碳迅速的补充到工作室6完成淬火。当第一压力测量器4检测到压力低于设定的范围时，打开第四控制阀门11Ⅳ、第六控制阀门13和气体增压机16；当第一压力测量器4检测到压力高于设定的范围时，第八控制阀门20自动打开，将排放出来的CO2送到缓存罐15，可回收再利用。淬火时可根据工艺要求，通过第一压力测量器4控制工作室6内的CO2状态，可实现液态淬火和超临界态淬火。
淬火完毕后，打开第三控制阀门10、第五控制阀门12和气体增压机16；将工作室6里面的CO2通过经过缓存罐15输送到储存罐17里面，淬火工艺结束。利用第三压力测量器18控制储存罐17里面的压力，使得CO2在储存罐17里面处于液态。
而通过第二压力测量器14控制缓存罐15里面的CO2是处于气态，这样做的目的是为了保证气体增压机16能正常运转。为了弥补CO2在使用过程中的损耗，可以定期通过第七控制阀门19完成储存罐17的补给。

Claims (10)

1.一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，包括：
工作室(6)，内部设有加热设备(8)和冷却设备(3)，并连接有真空泵组(1)；
储存罐(17)，设有液态二氧化碳供给口(21)，并连接工作室(6)的液态二氧化碳入口；
缓存罐(15)，通过增压回路分别连接工作室(6)和储存罐(17)，还通过循环回路分别连接工作室(6)和储存罐(17)；
气体增压机(16)，设于缓存罐(15)的出气口处；
第一压力测量器(4)，设于工作室(6)上；
温度控制器(5)，设于工作室(6)上，分别连接加热设备(8)和冷却设备(3)。
2.根据权利要求1所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，该装置还包括设于缓存罐(15)上的第二压力测量器(14)和设于储存罐(17)上的第三压力测量器(18)。
3.根据权利要求1所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，该装置还包括集成控制器，所述集成控制器分别连接真空泵组(1)、气体增压机(16)、第一压力测量器(4)和温度控制器(5)。
4.根据权利要求3所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，所述集成控制器采用PLC控制器。
5.根据权利要求3所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，所述集成控制器无线连接有带显示屏的上位机。
6.根据权利要求3所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，所述工作室(6)上设有用于显示工作状态的液晶显示屏，所述液晶显示屏连接集成控制器。
7.根据权利要求1所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，该装置还包括多个控制阀门，所述多个控制阀门分别对应设置在增压回路、循环回路上和液态二氧化碳入口处。
8.根据权利要求1所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，所述缓存罐(15)内设有气体过滤网。
9.根据权利要求1所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，所述工作室(6)与缓存罐(15)之间还设有泄压管路(26)，所述泄压管路(26)上设有流量调节阀。
10.根据权利要求9所述的一种高压液态或超临界态淬火的装置，其特征在于，高压液态或超临界态淬火时，储存罐(17)内的液态二氧化碳进入加热结束后的工作室(6)内，对目标工件(7)进行淬火，淬火时根据设定的压力与温度关系曲线，控制工作室(6)内的二氧化碳状态，进行液态淬火和超临界态淬火，当工作室(6)内的压力低于设定的范围时，打开增压回路并运行气体增压机(16)，当工作室(6)内的压力高于设定的范围时，打开泄压管路(26)，将排放出的二氧化碳送到缓存罐(15)。
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