CN113528772A - 一种用于速冷淬火炉的冷却水套及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属热加工设备技术领域，尤其涉及一种用于速冷淬火炉的冷却水套及其加工方法，包括水套组件、用于工件存放的冷却内胆以及在所述冷却内胆的外表面呈环状设置的散热片。本发明的发明目的在于提供一种用于速冷淬火炉的冷却水套，通过套内插入物等技术，提高冷却水套的换热面积，还通过散热片提升换热系数，提高工件的淬火硬度，当工件需求的淬火硬度较低时，减少水流量使淬火硬度降低的同时生产成本也降低，解决了现有淬火炉无法满足工件更高需求的淬火硬度，导致工件硬度不足，后期需要额外的电镀工艺，造成进一步加大生产成本的问题。

Description

一种用于速冷淬火炉的冷却水套及其加工方法

技术领域

本发明涉及金属热加工设备技术领域，尤其涉及一种用于速冷淬火炉的冷却水套及其加工方法。

背景技术

淬火是把金属工件加热到一定温度，然后突然放置在水、油或冷空气中使其冷却，以增加硬度。

为了生产更高硬度的金属工件，常常在在进行热处理过程的后期将金属工件经过淬火炉进行淬火处理，以提高产品的硬度和表面效果等性能。传统的淬火炉是在加热炉的出口添加冷却环节，通常是采用加热炉连接冷却机构进行快速冷却。

水是传统的冷媒，作为淬火工艺用冷却剂，常温下其导热系数约为0.59W/(m·K)满足多数金属材料的冷却需求，同时使用成本低廉受到多数生产者的青睐。传统的淬火冷却机构是利用冷却塔(或水箱等)进行冷却循环直接将冷却水导入冷却段的冷却水套，从而达到淬火目的。随着不锈钢的需求量越来越高，为了使其满足需求，不锈钢工件的硬度要求也越来越高，由于传统的淬火炉冷却水的导热系数有限，即使继续加大冷却水流量的情况下，淬火速度也无法满足更高需求的淬火硬度，导致工件硬度不足，后期需要额外的电镀工艺，造成进一步加大生产成本的问题。

发明内容

本发明目的在于提供用于速冷淬火炉的冷却水套，解决现有淬火炉淬火效果不好的技术问题，采用本发明提供的冷却水套加大流体与腔壁的接触面积，以提高换热效果，同时节约成本；通过套内插入物等技术，可以提出新的冷却水套结构，解决上述传统冷却水套存在的一些缺点和不足。该冷却水套还可以提升换热系数，提高工件的淬火硬度，当工件需求的淬火硬度较低时，减少水流量使淬火硬度降低的同时生产成本也降低。

为了达到发明目的，本发明提供一种用于速冷淬火炉的冷却水套，包括水套组件、用于工件存放的冷却内胆以及在所述冷却内胆的外表面呈环状设置的散热组件；所述冷却内胆嵌套于所述水套组件内，所述水套组件包括外套管，所述冷却内胆在所述外套管内悬空设置，并在所述冷却内胆外周形成供冷媒流动的水套夹层，以增大冷媒与所述冷却内胆之间的接触面积。

优选的，所述水套组件还包括进水管、出水管、进气管以及温度探测器；所述进水管和所述出水管分别固定于所述外套管表面；所述进气管和所述温度探测器分别贯穿所述外套管，并分别与所述冷却内胆连通。

优选的，所述外套管包括若干个设置于所述外套管顶部和底部的冷却水法兰以及设置于所述外套管两端的端部法兰；位于所述外套管顶部的所述冷却水法兰与所述进水管连通，位于所述外套管底部的所述冷却水法兰与所述出水管连通。

优选的，所述外套管还包括若干个进气法兰、探测法兰；所述进气法兰分别布置于所述外套管的两个侧面，且与所述进气管相连通；所述探测法兰布置于所述所述外套管的顶部，且与所述温度探测器相连通。

优选的，所述冷却内胆包括胆芯；所述胆芯为一段顶面或底面呈弧面的方管，所述胆芯的端部与所述外套管的端部通过密封板连接，以令所述水套夹层形成密封。

优选的，所述散热组件包括散热片；所述散热片对应所述胆芯的顶面或底面呈弧边设置，所述散热片对应所述胆芯的侧面呈直边设置，若干片所述散热片呈环状均匀布置于所述胆芯的外周面，所述散热片与所述胆芯之间采用紫铜进行釺焊。

优选的，所述散热片的材质为SUS304。

基于上述结构的基础上，本发明还提供一种用于速冷淬火炉的冷却水套的加工方法，包括如下步骤：

S001、选定第一金属管，将金属管套在机床的套模上，对金属管进行定位后，压机正对金属管的顶部或者底部动作，并将金属管的顶部或者底部轧制成弧面以形成所述冷却内胆的胆芯。

S002、在胆芯的两个侧面上对称切割两个圆孔，取两根金属的导气管，分别将金属导气管一端的外径与圆孔焊接；在胆芯的顶部切割一个圆孔，将温度探测器与顶部圆孔焊接；进气管与温度探测器加工完成。

S003、选定SUS304不锈钢板材，并对应胆芯的侧面为分别裁成直边片和弧边片的两组，散热片加工完成。

S004、将胆芯以及裁好的散热片放入真空釺焊炉，取紫铜作为釺焊介质，在胆芯外表面圆周固定一环散热片，再将紫铜焊膏均匀的分布于胆芯和不锈钢散热片之间，重复固定散热片和分布紫铜焊膏，将散热片均匀釺焊在胆芯整个外表面，冷却内胆加工完成。

S005、选定第二金属管为外套管，将外套管的中部放置在支撑架上，将胆芯插入外套管内，用固定块对胆芯进行限位；在外套管一端的顶部和外套管另一端的底部分别切割两个对称的圆孔，分别在圆孔上焊接冷却水法兰；在外套管的侧面分别切割两个对称的圆孔，在外套管的内表面沿圆孔分别与进气管焊接，在外套管的外表面沿圆孔再分别焊接进气法兰；在外套管的顶部切割圆孔，在外套管的内表面沿圆孔与温度探测器焊接，在外套管的外表面沿圆孔焊接探测法兰；冷却水法兰、进气法兰、探测法兰加工完成。

S006、选定两块金属板，分别切割至等于外套管内径大小，对应胆芯外径在金属板中间切割方孔，密封板加工完毕；将两块密封板分别覆盖在外套管的两端固定，分别沿外套管的端口内壁和胆芯的端口外壁焊接；在外套管的两端口外壁，分别焊接端口法兰，冷却水套加工完毕。

本发明提供的用于速冷淬火炉的冷却水套的加工方法，操作难度低，所需要的人力少，步骤简便，避免了公差累加，提高生产效率，适合工业大规模应用。

由上述技术方案可知，应用本发明提供的用于速冷淬火炉的冷却水套可以得到以下有益效果：

1、通过冷却水套和冷却内胆之间形成的水套夹层，提高冷却水与冷却内胆之间的接触面积。

2、通过环状的散热片形成栅形结构破坏冷却内胆与冷却水之间稳定的边界层，进一步提高冷却内胆的散热效果。

3、散热片与冷却内胆之间采用紫铜钎焊，通过导热性更强的紫铜，进一步提高冷却内胆与散热片之间的热传递效果，达到提高淬火硬度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套示意图；

图2为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套右视图；

图3为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套剖视图；

图4为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套前视图；

图5为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套水套组件示意图；

图6为本发明实施例用于速冷淬火炉的冷却水套散热片示意图。

图中：1水套组件、2冷却内胆、21胆芯、22散热片、3水套夹层、11外套管、12进水管、13出水管、14进气管、15温度探测器、111冷却水法兰、112进气法兰、113探测法兰、114端部法兰、4密封板、221直边片、222弧边片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1-6，本实施例提供的用于速冷淬火炉的冷却水套包括水套组件1、冷却内胆2以及在所述冷却内胆2的外表面呈环状设置的散热片22。

为了实现换热功能，具体的设置一水套组件1包括外套管11，取一冷却内胆2嵌套于外套管11内形成水套夹层，使冷却水在水套夹层内流动，实现冷却水与冷却内胆2之间的换热功能，同时将冷却内胆2悬空以令冷却水包裹冷却内胆2流动，进一步提高冷却水与冷却内胆2之间的接触面积。

为了实现冷却内胆2内可存放工件，冷却内胆2包括为方管构成的胆芯21，使传送带传递工件穿过胆芯21，以便工件在胆芯21内进行换热。

为了进一步提高换热效果，取散热片22呈环状均匀布置在胆芯21的外表面，通过散热片22形成的栅形结构破坏冷却水在胆芯21表面稳定的层流，使冷却水在散热片22之间做规则的阶跃性紊流，令冷却水由层流变为湍流，提高了冷却水与散热片22之间的换热系数，同时环状散热片22进一步提高冷却内胆2与冷却水之间的接触面积，实现淬火炉快速冷却的效果。

为了进一步提高胆芯21与散热片22之间的导热效果，散热片22与胆芯21之间采用紫铜钎焊，利用紫铜的强导热性使工件的热量通过胆芯21快速的传递给散热片22，以满足导热效果和散热效果的同步提升，为了防止钎焊过程中有杂质混入，可以采用真空钎焊炉对胆芯21与散热片22进行钎焊。

为了保证冷却水的顺利流通和快速散热，在外套壳上分别安装冷却水法兰111、进气法兰112、探测法兰113，其中冷却水法兰111分别固定于外护套的两端，且进水管12与位于外护套顶部的冷却水法兰111连通，出水管13与外护套底部的冷却水法兰111连通，使水流沿工件运动方向流动达到快速散热的效果。

为了给淬火炉持续提供保护气体，在外套管11的侧面开设两个进气法兰112，取两根进气管14分别与进气法兰112和胆芯21连通，以令保护气体有效进入淬火炉，同时在外套管11的顶部设置探测法兰113，取一温度探测器15分别与探测法兰113和淬火炉连通，以令淬火炉内温度能实时监测。

为了使冷却水顺利包裹冷却内胆2并顺利流出冷水套夹层，将胆芯21的顶部设置为弧面，以减少水流阻力，令在胆芯21的顶部的冷却水沿胆芯21的中部流向胆芯21的两侧，同时散热片22对应胆芯21的顶部和侧面分别设置为直边片221和弧边片222。

为了使水套夹层形成密闭空间，在胆芯21的端部与外套管11的端部之间采用密封板4连接，同时在外套管11的两端设置端部法兰114，以令冷却水套与淬火炉连接为一体。

基于上述结构的基础上，本发明还提供一种用于速冷淬火炉的冷却水套的加工方法，包括如下步骤：

S001、选定第一金属管，将金属管套在机床的套模上，对金属管进行定位后，压机正对金属管的顶部或者底部动作，并将金属管的顶部或者底部轧制成弧面以形成冷却内胆2的胆芯21。

S002、在胆芯21的两个侧面上对称切割两个圆孔，取两根金属的导气管，分别将金属导气管一端的外径与圆孔焊接；在胆芯21的顶部切割一个圆孔，将温度探测器15与顶部圆孔焊接；进气管14与温度探测器15加工完成。

S003、选定SUS304不锈钢板材，并对应胆芯21的侧面为分别裁成直边片221和弧边片222的两组，散热片22加工完成。

S004、将胆芯21以及裁好的散热片22放入真空釺焊炉，取紫铜作为釺焊介质，在胆芯21外表面圆周固定一环散热片22，再将紫铜焊膏均匀的分布于胆芯21和不锈钢散热片22之间，重复固定散热片22和分布紫铜焊膏，将散热片22均匀釺焊在胆芯21整个外表面，冷却内胆2加工完成。

S005、选定第二金属管为外套管11，将外套管11的中部放置在支撑架上，将胆芯21插入外套管11内，用固定块对胆芯21进行限位；在外套管11一端的顶部和外套管11另一端的底部分别切割两个对称的圆孔，分别在圆孔上焊接冷却水法兰111；在外套管11的侧面分别切割两个对称的圆孔，在外套管11的内表面沿圆孔分别与进气管14焊接，在外套管11的外表面沿圆孔再分别焊接进气法兰112；在外套管11的顶部切割圆孔，在外套管11的内表面沿圆孔与温度探测器15焊接，在外套管11的外表面沿圆孔焊接探测法兰113；冷却水法兰111、进气法兰112、探测法兰113加工完成。

S006、选定两块金属板，分别切割至等于外套管11内径大小，对应胆芯21外径在金属板中间切割方孔，密封板4加工完毕；将两块密封板4分别覆盖在外套管11的两端固定，分别沿外套管11的端口内壁和胆芯21的端口外壁焊接；在外套管11的两端口外壁，分别焊接端口法兰，冷却水套加工完毕。

基于上述的用于速冷淬火炉的冷却水套，以工件(410不锈钢螺丝)为例，其使用方式如下：

步骤一：冷却水套与淬火炉连接，进水管12注入冷却水，使冷却水经过并注满水套夹层，冷却水从出水管13流出；

步骤二：将工件(410不锈钢螺丝)置入淬火炉中加热至1050℃完成后，由输送带运送至胆芯21内部；

步骤三：胆芯21内壁迅速吸收工件(410不锈钢螺丝)的热量，胆芯21吸收的热量经紫铜传递只散热片22；

步骤四：水套夹层内冷却水循环时迅速带走散热片22上的热量，工件(410不锈钢螺丝)迅速冷却。

由如下表格，工件(410不锈钢螺丝)经过安装本发明提供的冷却水套，和经过未安装本发明提供的冷却水套的淬火参数值，可知工件淬火硬度提高约HV70°，工件(410不锈钢螺丝)到淬火硬度要求。

根据上述用于速冷淬火炉的冷却水套，通过冷却水套和冷却内胆2之间形成的水套夹层，提高冷却水与冷却内胆2之间的接触面积，再通过散热片22的环状栅形结构破坏冷却内胆2与冷却水之间稳定的边界层，进一步提高冷却内胆2的散热效果，散热片22与冷却内胆2之间采用紫铜钎焊，采用导热性更强的紫铜，进一步提高冷却内胆2与散热片22之间的热传递效果，使工件可以迅速降温达到提高淬火硬度的目的，此结构新颖有效，使产品更便捷实用。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：包括水套组件、用于工件存放的冷却内胆以及在所述冷却内胆的外表面呈环状设置的散热组件；所述冷却内胆嵌套于所述水套组件内，所述水套组件包括外套管，所述冷却内胆在所述外套管内悬空设置，并在所述冷却内胆外周形成供冷媒流动的水套夹层，以增大冷媒与所述冷却内胆之间的接触面积。

2.根据权利要求1所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述水套组件还包括进水管、出水管、进气管以及温度探测器；所述进水管和所述出水管分别固定于所述外套管表面；所述进气管和所述温度探测器分别贯穿所述外套管，并分别与所述冷却内胆连通。

3.根据权利要求2所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述外套管包括若干个设置于所述外套管顶部和底部的冷却水法兰以及设置于所述外套管两端的端部法兰；位于所述外套管顶部的所述冷却水法兰与所述进水管连通，位于所述外套管底部的所述冷却水法兰与所述出水管连通。

4.根据权利要求2所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述外套管还包括若干个进气法兰、探测法兰；所述进气法兰分别布置于所述外套管的两个侧面，且与所述进气管相连通；所述探测法兰布置于所述所述外套管的顶部，且与所述温度探测器相连通。

5.根据权利要求1所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述冷却内胆包括胆芯；所述胆芯为一段顶面或底面呈弧面的方管，所述胆芯的端部与所述外套管的端部通过密封板连接，以令所述水套夹层形成密封。

6.根据权利要求5所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述散热组件包括散热片；所述散热片对应所述胆芯的顶面或底面呈弧边设置，所述散热片对应所述胆芯的侧面呈直边设置，若干片所述散热片呈环状均匀布置于所述胆芯的外周面，所述散热片与所述胆芯之间采用紫铜进行釺焊。

7.根据权利要求1所述的用于速冷淬火炉的冷却水套，其特征在于：所述散热片的材质为SUS304。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的用于速冷淬火炉的冷却水套的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

S001、选定第一金属管，将金属管套在机床的套模上，对金属管进行定位后，压机正对金属管的顶部或者底部动作，并将金属管的顶部或者底部轧制成弧面以形成冷却内胆的胆芯。

S002、在胆芯的两个侧面上对称切割两个圆孔，取两根金属的导气管，分别将金属导气管一端的外径与圆孔焊接；在胆芯的顶部切割一个圆孔，将温度探测器与顶部圆孔焊接；进气管与温度探测器加工完成。

S003、选定SUS304不锈钢板材，并对应胆芯的侧面为分别裁成直边片和弧边片的两组，散热片加工完成。

S004、将胆芯以及裁好的散热片放入真空釺焊炉，取紫铜作为釺焊介质，在胆芯外表面圆周固定一环散热片，再将紫铜焊膏均匀的分布于胆芯和不锈钢散热片之间，重复固定散热片和分布紫铜焊膏，将散热片均匀釺焊在胆芯整个外表面，冷却内胆加工完成。

S005、选定第二金属管为外套管，将外套管的中部放置在支撑架上，将胆芯插入外套管内，用固定块对胆芯进行限位；在外套管一端的顶部和外套管另一端的底部分别切割两个对称的圆孔，分别在圆孔上焊接冷却水法兰；在外套管的侧面分别切割两个对称的圆孔，在外套管的内表面沿圆孔分别与进气管焊接，在外套管的外表面沿圆孔再分别焊接进气法兰；在外套管的顶部切割圆孔，在外套管的内表面沿圆孔与温度探测器焊接，在外套管的外表面沿圆孔焊接探测法兰；冷却水法兰、进气法兰、探测法兰加工完成。

S006、选定两块金属板，分别切割至等于外套管内径大小，对应胆芯外径在金属板中间切割方孔，密封板加工完毕；将两块密封板分别覆盖在外套管的两端固定，分别沿外套管的端口内壁和胆芯的端口外壁焊接；在外套管的两端口外壁，分别焊接端口法兰，冷却水套加工完毕。

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