CN111690796A - 淬火装置及淬火系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种淬火装置及淬火系统，其中，淬火装置包括：淬火容器，内部容纳有淬冷介质；供气件，其一端插入淬火容器并延伸至淬火容器的底部，所述供气件内设有气体通道；排气件，设置淬火容器内且位于淬火容器的底部，与供气件相连；所述排气件的内部设有容纳气体的容置空腔，所述容置空腔与供气件的气体通道连通；所述排气件设置有多个可将容置空腔内的气体排放至淬火容器内的排气结构。本申请实施例提供的淬火装置及淬火系统能够提高淬火效果。

Description

淬火装置及淬火系统

技术领域

本申请涉及淬火技术，尤其涉及一种淬火装置及淬火系统。

背景技术

淬火是一种将金属工件加热至预设温度之后浸入淬冷介质中进行快速冷却的热处理工艺，能够提高金属工件的刚性、硬度等性能。金属工件在浸入淬冷介质的瞬间，与金属工件表面接触的淬冷介质瞬间吸热形成高温蒸汽膜包裹住工件，由于蒸汽膜的热传导系数较小，冷却速度较慢，延长冷却时间会导致工件的淬火效果较差，进而导致了工件质量达不到要求。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种淬火装置及淬火系统。

本申请第一方面实施例提供一种淬火装置，包括：

淬火容器，内部容纳有淬冷介质；

供气件，其一端插入淬火容器并延伸至淬火容器的底部，所述供气件内设有气体通道；

排气件，设置淬火容器内且位于淬火容器的底部，与供气件相连；所述排气件的内部设有容纳气体的容置空腔，所述容置空腔与供气件的气体通道连通；所述排气件设置有多个可将容置空腔内的气体排放至淬火容器内的排气结构。

本申请第二方面实施例提供一种淬火系统，包括：空压机和如上所述的淬火装置；所述空压机与淬火装置中的供气件相连，用于向供气件输入压缩气体。

本申请实施例提供的技术方案，通过采用供气件的端部插入容纳有淬冷介质的淬火容器内，并延伸至淬火容器的底部，排气件设置在淬火容器内且位于底部，排气件内设置的容置空腔与供气件中的气体通道连通，排气件上还设置有用于与容置空腔连通的排气结构，用于将容置空腔内的气体排放至淬火容器内，由于将排气件设置在淬火容器的底部，从排气件排出的气体在淬冷介质中以气泡的形式向上运动，运动的过程中带动淬冷介质产生翻滚，起到搅动淬冷介质的作用。淬冷介质产生翻滚一方面能够破坏金属工件表面的蒸汽膜，使得淬冷介质直接与金属工件表面接触，提高热交换速度，提高淬火质量；另一方面能够促使淬火容器内各处淬冷介质的温度分布较为均匀，也能够提高淬火质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的淬火装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的淬火装置的俯视图；

图3为本申请实施例提供的淬火装置的另一俯视图；

图4为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图；

图5为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图；

图6为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图。

附图标记：

1-淬火容器；11-进液管；12-排液管；

2-供气件；21-进气管；22-软管；23-风管；24-控制阀；

3-排气件；31-排气孔；

4-地表；

5-空压机。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种淬火装置，用于对金属工件进行淬火，能够改善淬火效果，提高金属工件的质量。

图1为本申请实施例提供的淬火装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的淬火装置包括：淬火容器1、供气件2和排气件3。其中，淬火容器1内部容纳有淬冷介质，淬冷介质可以为冷却液体。金属工件在加热完毕后可浸入冷却液体进行淬火。

供气件2的一端插入淬火容器1内并延伸至淬火容器1的底部，供气件2内设有气体通道。供气件2的一端可以与供气源相连，供气源向供气件2内的气体通道内输送气体，气体沿着气体通道到达供气件2的底端。

排气件3设置在淬火容器1内，且位于淬火容器1的底部。排气件3与供气件2延伸至淬火容器1底部的端部相连。排气件3内部设有容置空腔，该容置空腔与供气件2的气体通道连通，以使供气源输送的空气沿着气体通道进入容置空腔内。排气件3上还设置有多个排气结构，排气结构与容置空腔连通，可将容置空腔内的气体排放至淬火容器1内。

本实施例提供的技术方案，通过采用供气件的端部插入容纳有淬冷介质的淬火容器内，并延伸至淬火容器的底部，排气件设置在淬火容器内且位于底部，排气件内设置的容置空腔与供气件中的气体通道连通，排气件上还设置有用于与容置空腔连通的排气结构，用于将容置空腔内的气体排放至淬火容器内，由于将排气件设置在淬火容器的底部，从排气件排出的气体在淬冷介质中以气泡的形式向上运动，运动的过程中带动淬冷介质产生翻滚，起到搅动淬冷介质的作用。淬冷介质产生翻滚一方面能够破坏金属工件表面的蒸汽膜，使得淬冷介质直接与金属工件表面接触，提高热交换速度，提高淬火质量；另一方面能够促使淬火容器内各处淬冷介质的温度分布较为均匀，也能够提高淬火质量。

在上述技术方案的基础上，本实施例提供一种淬火装置的具体实现方式：

上述淬火容器1的横截面可以为矩形，也可以为圆形，或者可以为其他形状。淬火容器1可以为顶端开口的容器。

淬冷介质可以为冷却水，也可以为淬火油。向淬火容器1内输送的气体密度小于淬冷介质密度，且输送的气体不溶于淬冷介质。本实施例中，淬冷介质采用冷却水，向淬火容器1内输送的气体为空气。

淬火容器1的一侧壁底部设有进液口，进液口连接进液管11，进液管11的另一端连接供液装置，通过供液装置向淬火容器1内注入淬火介质。淬火容器1的侧壁上还设置有排液口，排液口连接排液管12。排液口与进液口可设置在淬火容器1的同一侧侧壁，也可以相对设置。以图1示出的横截面为矩形的淬火容器1为例，进液口设置在淬火容器1的左侧侧壁上，具体位于左侧侧壁的底部。排液口设置在淬火容器1的右侧侧壁上，具体位于右侧侧壁的顶部。

根据淬火容器1的容量或金属工件的数量、体积等因素设定淬冷介质的注排方式。例如：当淬火容器1的容量较大、金属工件数量较少或体积较小时，淬火介质的温度变化不大，能够满足淬火要求，则可以在淬火工序之前向淬火容器1内注入淬冷介质，注入完毕后执行淬火操作，在淬火过程中不排出淬火介质。或者，当淬火容器1的容量较小、金属工件的数量较多或体积较大时，淬冷介质的温度升高速度较快，则需要在淬火的过程中一边向淬火容器1内注入新的温度较低的淬冷介质，一边向外排出温度较高的淬冷介质，以降低淬火容器1内的淬冷介质的温度使其满足淬火要求。

对于气体排放的方式，本实施例提供一种实现方式为：向供气件2输送的气体的压力为大气压，对应在排气件3内设置有增压器件以将气体压力增大后再排放至淬冷介质内，以提高气体在淬冷介质内上浮的速度。

对于气体排放的方式，本实施例提供另一种实现方式为：采用空气压缩机(简称：空压机5)作为供气源与供气件2相连，向供气件2输送压缩气体，压缩气体自身所具有的压力能满足排放至淬冷介质的需要。

对于供气件2，其功能是将供气源提供的气体输送至排气件3。本实施例提供一种供气件2的实现方式：如图1所示，供气件2包括：依次相连的进气管21、软管22和风管23。其中，进气管21位于淬火容器1的外部，其一端与空压机5相连。进气管21上设置有控制阀24，当控制阀24打开时，空压机5可将压缩气体输送给进气管21，并通过软管22和风管23将压缩空气导入淬火容器1的底部。

软管22的一端与进气管21相连，另一端从淬火容器1的顶部开口伸入淬火容器1内并与风管23相连。风管23沿着淬火容器1的侧壁向下延伸至底部并与排气件3相连。软管22具有一定的塑性，可弯曲变形，起到过渡连接进气管21与风管23的作用。软管22具体可采用橡胶制成。

风管23具体可以为圆形的钢管，靠近淬火容器1的侧壁垂向延伸，其顶端与软管22相连，底端与排气件3相连。

上述供气件2的数量可以为一个、两个或三个以上，具体可根据淬火容器1的容积进行设定。若淬火容器1的容积较大，可以设置多个供气件2，每个供气件2可以与对应的空压机5相连，增大向淬火容器1内输入的气体量，保证淬冷液体翻滚的效果满足淬冷的要求。

空压机5的数量可以为多个，一个空压机5与一个供气件2相连。或者采用一个空压机5，空压机5的输出口与多个分流管相连，每个分流管与一个供气件2相连，实现对空压机5输出的压缩气体进行分流后导入淬火容器1内。

上述排气件3设置在淬火容器1的底部，用于向淬冷介质中排放气体。本实施例也提供一种排气件3的实现方式：排气件3内设置的容置空腔在与淬火容器1底面平行的平面内延伸，容置空腔从淬火容器1的一端延伸至淬火容器1另一端。

图2为本申请实施例提供的淬火装置的俯视图。以图1和图2所示的横截面为矩形的淬火容器1而言，容置空腔可从淬火容器1的一侧面延伸至另一侧面；或者容置空腔可从淬火容器1的一顶角延伸至相对的另一顶角，即：容置空腔沿矩形的对角线方向延伸。本实施例中，排气件3为直线型的排气管，沿着淬火容器1的底面对角线延伸，从一个顶角延伸至相对的顶角。

排气件3的侧壁设有与容置空腔连通的排气孔31作为排气结构，通过排气孔31将容置空腔内的气体排放至淬火容器1中。具体的，当排气件3为排气管时，排气管壁设置有多个排气孔31，排气孔31可设置在排气管的顶壁，以使气体从排气孔31排出后直接向上流动，减少不必要的能量损失，保持排出气体具有一定的速度。

采用排气管沿淬火容器1底面对角线布置的方式，且在排气管上均匀开设排气孔，能够增大气体对淬冷介质翻滚的影响范围，实现均匀搅动淬冷介质，使淬火容器1内各处淬冷介质的温度保持均匀变化。

图3为本申请实施例提供的淬火装置的另一俯视图。如图3所示，本实施例还提供一种实现方式：排气件3为沿着淬火容器1的底面弯曲盘设的排气盘管，排气盘管的顶壁设有排气孔31。排气盘管对淬火容器1横截面的覆盖范围更大，使气体更均匀地分布在淬冷介质中，进一步提高淬冷介质的搅动效果。

图4为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图。如图4所示，排气件3在淬火容器1的底部排列呈“日”字形。

图5为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图。如图5所示，排气件3在淬火容器1的底部排列呈“田”字形。

图6为本申请实施例提供的淬火装置的又一俯视图。如图6所示，排气件3包括中心环管以及从中心环管向四周放射式延伸出的直线管。

或者，排气件3还可以为其他形状排布在淬火容器1的底部，可以在上述几种方式的基础上进行改进，例如：排气件3也可以设置为“目”字等形状，也可以呈螺旋状或多个同心圆环状，还可以采用其他的方式，本实施例不作具体限定。当供气件2的数量为多个时，排气件3的数量可以与供气件2相匹配，排气件3对应与供气件2相连。

将压缩空气导进排气件3，要想其通过排气孔31顺利向上溢出带动淬冷介质翻滚，必须保证压缩空气的气压大于淬火容器1中淬冷介质的压强。液体压强的计算公式为：P＝ρgh，其中，P为液体压强；ρ为液体密度；g为重力常数，取9.8N/kg；h为液体深度。

另外要考虑压缩空气进流量与出流量之间的关系，若排气件3上的排气孔数量过多或孔径过大，导致压缩空气的进流量小于其出流量，那么压缩空气将不能充满排气件3,或在排气件3的容置空腔内弥散分布导致气压减小，向上溢出效果不明显。

压缩空气的流量计算公式(称之为第一公式)为：L＝Av，其中，L为流量；A为压缩空气管道出口面积；v为管道中压缩空气平均流速。

压缩空气气压计算公式(称之为第二公式)：P＝0.5ρv²，其中，P为压缩空气气压，ρ为压缩空气密度，v为管道中压缩空气平均流速。

一般压缩空气经空压机加压后的压力和压缩空气管道出口面积为已知的，根据第二公式可计算出管道中压缩空气平均流速v，将平均流速v代入第一公式中即可算出压缩空气的进流量。再根据压缩空气的进流量要大于其出流量的关系，可反推计算出排气孔31的孔径及数量。

本实施例提供的上述淬火装置中，当淬火容器1为长方体结构时，淬火容器1的长度为2m，宽度为1.5m，高度为3m。进气管21为钢管，长度可以根据淬火容器1的尺寸进行设定，外径为25mm。风管23也为钢管，外径为20mm。

本实施例还提供一种淬火装置的应用方式：将淬火容器1置入地表4向下挖设的坑洞内，淬火容器1的顶部开口高于地表4。一方面，将淬火容器1置入地表以下，能够节省地面空间；另一方面，淬火容器1露出地面的高度在0.5-0.8m左右，例如可以为0.65m，能够方便人员操作，保证生产安全。

进一步的，将进气管21分为两部分，一部分埋入地表4以下，沿水平方向从地下穿过与空压机5相连，另一部分穿出地面向上与软管22相连。将进气管21的一部分埋入地表4，一方面能够避免设置在地面上会对人员的操作带来不便，例如能够避免人员被绊倒；另一方面能够避免因进气管21管路爆裂而导致安全事故发生。

上述淬火装置的应用过程为：首先，向淬火容器1内注入淬冷介质。然后将控制阀24打开，供气件2将压缩空气导入排气件3，并排放至淬冷介质中。气体以气泡的形式向上溢出的过程带动淬冷介质产生翻滚，起到搅动淬冷介质的作用，不但能够使淬冷介质的温度保持均匀，还能够破坏金属工件表面形成的蒸汽膜，提高淬火效果，保证工件质量。

采用上述方案，能够大幅度提高工件的质量，尤其是体积较大的工件的质量的提高比较显著。以对某种中心销作为金属工件进行淬火为例，采用传统的淬火方案，经过淬火后其硬度只能达到HRC45-50。采用本实施例所提供的技术方案，淬火后的硬度能达到HRC60以上。以采用35号钢制成的某种工件作为金属工件为例，采用传统方案进行淬火通常都不能达到技术要求，而采用本实施例所提供的技术方案，淬火后的硬度完全能达到技术要求。

本实施例还提供一种淬火系统，可参照图1所示的方案，淬火系统包括：空压机5和如上述任一内容所提供的淬火装置，空压机5与淬火装置中的供气件2相连，用于向供气件2输入压缩气体。

本实施例提供的淬火系统，采用上述淬火装置，将供气件的端部插入容纳有淬冷介质的淬火容器内，并延伸至淬火容器的底部，排气件设置在淬火容器内且位于底部，排气件内设置的容置空腔与供气件中的气体通道连通，排气件上还设置有用于与容置空腔连通的排气结构，用于将容置空腔内的气体排放至淬火容器内，由于将排气件设置在淬火容器的底部，从排气件排出的气体在淬冷介质中以气泡的形式向上运动，运动的过程中带动淬冷介质产生翻滚，起到搅动淬冷介质的作用。淬冷介质产生翻滚一方面能够破坏金属工件表面的蒸汽膜，使得淬冷介质直接与金属工件表面接触，提高热交换速度，提高淬火质量；另一方面能够促使淬火容器内各处淬冷介质的温度分布较为均匀，也能够提高淬火质量。

进一步的，淬火装置中的淬火容器用于置入地表向下挖设的坑洞内，淬火容器的顶部开口高于地表，不但能够节省地面空间，而且能够方便人员操作，保证生产安全。

供气件中与空压机相连的部分用于埋入地表以下，不但能够避免设置在地面上会对人员的操作带来不便，例如能够避免人员被绊倒，还能够避免因进气管管路爆裂而导致安全事故发生。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种淬火装置，其特征在于，包括：

淬火容器，内部容纳有淬冷介质；

供气件，其一端插入淬火容器并延伸至淬火容器的底部，所述供气件内设有气体通道；

排气件，设置淬火容器内且位于淬火容器的底部，与供气件相连；所述排气件的内部设有容纳气体的容置空腔，所述容置空腔与供气件的气体通道连通；所述排气件设置有多个可将容置空腔内的气体排放至淬火容器内的排气结构。

2.根据权利要求1所述的淬火装置，其特征在于，所述容置空腔在与淬火容器底面平行的平面内延伸，所述容置空腔从淬火容器的一端延伸至淬火容器另一端；所述排气结构为设置在排气件侧壁且与容置空腔连通的排气孔。

3.根据权利要求2所述的淬火装置，其特征在于，所述排气件为直线型的排气管，所述排气管壁设有排气孔；所述排气管与淬火容器底面平行，从淬火容器的一端延伸至另一端。

4.根据权利要求2所述的淬火装置，其特征在于，所述排气件为沿着淬火容器底面弯曲盘设的排气盘管，所述排气盘管的顶壁设有排气孔。

5.根据权利要求1所述的淬火装置，其特征在于，所述供气件包括：

进气管，位于淬火容器的外部，与空压机相连，所述进气管上设有控制阀；

软管，其一端与进气管相连，另一端从淬火容器的顶部开口伸入淬火容器内；

风管，沿淬火容器的侧壁延伸，其顶端与软管相连，底端与排气件相连。

6.根据权利要求1所述的淬火装置，其特征在于，所述淬冷介质为冷却水；所述供气件输入的气体为压缩空气，压缩空气不溶于淬冷介质，气体的密度小于淬冷介质的密度。

7.根据权利要求1所述的淬火装置，其特征在于，所述淬火容器的一侧壁底部设有进液口，进液口出连接进液管；所述淬火容器的另一侧壁上部设有排液口，出液口连接排液管。

8.一种淬火系统，其特征在于，包括：空压机和如权利要求1-7任一项所述的淬火装置；所述空压机与淬火装置中的供气件相连，用于向供气件输入压缩气体。

9.根据权利要求8所述的淬火系统，其特征在于，所述淬火装置中的淬火容器用于置入地表向下挖设的坑洞内，淬火容器的顶部开口高于地表。

10.根据权利要求9所述的淬火系统，其特征在于，所述供气件中与空压机相连的部分用于埋入地表以下。

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