CN2887886Y - 真空热处理炉 - Google Patents

Abstract

一种真空热处理炉，可以实现金属零件热处理后无氧化、无脱碳、少畸变、干净、无污染，实现快速加热和快速冷却，运行可靠性高，其采用冷壁内热式真空加热，由不同子系统构成一体化设备，整体布局紧凑合理，壳体采用异型流线加强结构。加热炉胆是八角形整体式结构，炉胆360度立体空间布置多组喷嘴，可以向炉内提供渗碳气氛。复合绝热密封门(3)采用绝热密封结构，启闭运行时执行“慢—快—慢”速度节拍，速度可控可调。工件自动转移机构(4)采用移动车和升降车叠加在一起的整体式结构，载重量大，转移运行平稳速度快。内置淬火油槽容积大，淬火热油采用外循环冷却，加大冷却能力，油槽内布置多个特殊油喷嘴喷射淬火油，增大淬火搅拌烈度。使用炉用密封水冷风机机组和内置气冷循环风道，对工件强制冷却，气流均匀，具备气淬功能。真空系统紧凑，管道短，阻力小。精确自控，人机对话，实现自动编程和工艺随机更改。

Description

真空热处理炉

                              所属技术领域

本实用新型是真空热处理炉，应用于机械制造行业中，满足金属零件热处理这一热加工工艺要求的真空热处理设备。

                                背景技术

在机械加工中，对所加工的零件进行热处理是常用的一种手段。在热处理中应用各种不同的热处理设备尤其是采用真空热处理装置是近年来常用的手段。

                         现有技术中所存在的不足

真空热处理炉在近十几年的使用过程中，通过对众多用户使用状况的调查和相关反馈信息表明：目前国内各类真空热处理设备普遍存在较多的设计制造缺陷和使用的问题，存在的缺点集中表现如下：

(1).设备长时间运行表现为可靠性差、故障率高.

(2).整体布局绝大部分不合理、外形设计不美观.

(3).真空系统管道长、直角弯管多、气流阻力大、不紧凑.

(4).淬火油槽容量普遍偏小，搅拌能力差、无法满足较大工件的淬透性及淬硬性要求.

(5).工件转移内部料车运行不可靠、不平稳、承重量小、并且工件转移速度慢，进而造成转移时间长.

(6).所配气冷装置仅对淬火油面产生压强作用，一般表现为流速低，充气气流不均匀，极少具备气淬功能.

(7).内部结构存在致命缺陷致使加热室经常容易被油蒸汽污染，缩短设备使用寿命.

(8).自控系统操作不直观，易出错.

以上种种缺陷和不足的存在，无法满足重要金属零件热处理这一热加工工艺高质量要求，尤其是针对大型金属零件而言更易出废品。

                                发明内容

为了杜绝上述种种缺陷和不足，本实用新型提供一套真空热处理炉特有技术。

本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种真空热处理炉，由不同功能的部件构成一体化设备，壳体采用异型流线加强结构；加热炉胆是八角形整体式结构，炉胆360度立体空间布置多组喷嘴，可以提供炉内渗碳气氛；复合绝热密封门(3)采用绝热密封结构；内部工件自动转移结构(4)采用叠加式整体结构，运行执行“慢—快—慢”速度节拍，速度可控可调；淬火油加热的管状加热器置于密封钢管内，沿淬火油槽(25)立体空间上均匀布置，热油采用外循环冷却，油槽内布置多个油喷嘴(31)，增大淬火搅拌烈度；内置气冷循环风道(36)，对工件强制冷却；真空系统采用加热室(2)和进、出料室(1)共用一套系统。

设备进出料室(1)壳体设计采用带有弧度的、分体式、异型双壁加强钢板焊接成流线型结构，进出料室(1)炉门使用碟型封头与圆形法兰焊成一体，因而整体刚性大、强度高，可确保真空密封状态的实现，而且在2bar压力下长期使用不变形。进出料室(1)含淬火油槽(25)并与其它系统组成一体，因此设备主体整体布局更加紧凑、合理，占地面积小。

加热室壳体使用双层钢板焊接成套形的卧式圆筒结构，套内通冷却水，两端与法兰焊接而成，炉体内壁刷有低放气率的、防锈的、耐高温的聚四氟涂层，可以保证加热室安全、可靠。加热炉胆由复合隔热层(8)、加热元件(10)、支撑料台(11)等组合成整体式八角形结构，炉胆装在可移动的导轨上，隔热屏外层由高强度金属板构成，内层用多层碳毡等组合成复合隔热屏(8)，采用CFC螺栓固定，保温性能优越、炉温均匀，炉胆360度立体空间布置可供炉内渗碳气氛多组喷嘴，从而使被处理工件在渗碳室内得到均匀的渗碳气氛。加热元件(10)由鼠笼式的石墨棒组成，外观构成八角形，进而保证加热元件使用强度高、易更换，升温迅速。以上种种方案可以有效保证有效加热区(9)炉温均匀性。

复合绝热密封门(3)采用四连杆机构(17)原理设计，门体上装有多层石墨毡组成的复合绝热层(16)，因此可确保进出料室(1)与加热室(2)的热量不散失和真空状态隔绝，密封门启闭运行采用变频交流电机驱动减速机构，速度执行“慢—快—慢”节拍，根据需要速度可控可调，启闭速度快。密封门体装有真空密封圈(19)，可保证真空密封和气淬时正压状态的双向密封，绝热密封结构可以彻底杜绝淬火油蒸汽对加热室的污染。

内置的工件自动转移机构(4)即内部料车。整体采用转移车和升降车叠加在一起，可自动完成两维运动：a)升降运动；b)水平运动；料车采用叠加整体式结构，因此整体刚性好，强度高，承载重量大(可载重物料1500kg)，运行平稳可靠。料车运行由两套变频交流电机驱动各自减速机构，物料传送速度执行“慢—快—慢”速度节拍，变频调速，因此可以满足运行速度快工件转移时间的要求，杜绝现有技术其它的缺陷，例如：分叉式结构缺点是不可靠、液压传动结构缺点易漏油污染、气动传动结构缺点承重小、丝杠螺母传动缺点速度慢等等

淬火油加热、冷却及循环搅拌系统(5)中使用的淬火油槽(25)容积大，进而有效冷却空间大。在油槽内设有加热装置，以便实现对淬火油的加热，加热装置由管状加热器(27)来实现，置于油槽内部的密封钢管内，沿油槽立体空间上均匀布置，可保证加热速度快、温度均匀，并且在不影响真空状态下加热器维修更换极为方便。炉体外部装有用于淬火油循环泵(26)，油泵有两方面作用：一方面通过高压油泵的工作可实现油槽内真空油的强力循环，另一方面油槽内的热油通过炉体内部两排吸油管，被油泵排到炉体外部的油管路上，通过外部的油热交换器(28)，实现淬火油温的降低，经过油热交换器(28)降温的冷油被油泵重新打入油槽内。系统设置的油温测量及控制系统可尽量保持油温恒定，以便提供最佳冷速需要。带有导流板的油槽底部排列着数排循环油管路，每个管路上均装有数个特殊喷嘴(31)，特殊喷嘴(31)均匀分布于油槽底部，高压油泵可使每个喷嘴高速喷射出经冷却的油，均匀喷向油槽内的工件料筐，冷油从料筐下部均匀进入，料筐上部喷出，从而实现油槽内淬火油的剧烈搅拌，强力冲刷被处理的金属表面，形成强烈流动【对流和紊流】，达到料筐内工件均匀冷却之目的。

气冷(气淬)循环系统(6)配置炉使用密封水冷风机机组(32)、高效热交换器(34)及内置风道(36)，以实现对工件的强制冷却。内置风道出口端布置着风向强制导流板I(37)和强制导流板II(35)，因此可保证气流均匀。气流设计流速20m/s，因而高速气流可以将热工件的热量强力喷出，并通过高效热交换器(34)进行热量交换，经热交换器冷却后的气体又被高压风机机组的高压离心叶轮(33)再次高速喷吹工件，从而形成一个循环回路，系统阻力小，风量大。高压离心叶轮组(33)，转速近达3000r/min，全压高，可以实现高压气体对工件的强制对流循环。

真空系统采用加热室(2)和进、出料室(1)共用一套系统的技术方案，配置主泵为扩散泵(44)，中间泵为罗茨泵(41)，前级真空泵为旋片机械泵(43)，增设维持泵(45)，维持扩散泵(44)腔内的真空泵，以便防止扩散泵(44)油氧化。初级真空测量使用PIRANI真空探头，高真空测量是由PENNING真空探头，真空管路采用气流流态优化设计理论，因此可以保证系统阻力极小，管路短、紧凑，设备容易得到真空度使用要求。

供电及电气控制系统由电源柜和控制柜构成控制中心，具有开机密码保护功能，以便严格限制各类操作权限，设备在运行过程采用PLC全自动运行方式。系统配置触摸屏，画面显示，可以对运行状态的进行实时监视，实现人机对话功能。系统具有声光报警及安全联锁保护功能，因此可以保证设备运行的可靠性。

                          本实用新型的有益效果

此新型真空热处理炉设备系内热式冷壁真空加热设备，热效率高，装炉量大，设备由各个子系统构成一体化主体，主壳体采用异型流线加强结构，整体布局合理，人文化设计，外形美观。淬火油槽(25)容积大，热油外循环，冷却能力强，油喷嘴喷射，搅拌烈度大。内部工件自动转移机构(4)运行可靠、平稳，载重量大，速度快。气淬、气冷系统(6)流速快，流量大，气流均匀，具备气淬功能。真空系统紧凑，管道短，阻力小。设备配置的精确自控系统，以人机对话的画面形式出现在操作者面前，可实现自动编程和工艺随机更改、保证在真空状态下的自动加热、工件自动转移和淬火工艺的实现。主要技术参数：有效加热区最大：1200mm×900mm×900mm，总装炉量可达1500kg，最高温度：1350℃，炉温均匀度：≤±5℃，极限真空度6.67×10^-6mbar，压升率≤0.5Pa/h，工件移送时间≤15s，气冷压力2bar.

                                附图说明

图1是本实用新型的设备主体纵向剖面图

(1).进、出料室(2).加热室(3).可移动的复合绝热密封门(4).工件自动转移机构(5).淬火油加热、冷却及循环搅拌系统(6).气淬、气冷循环系统

图中设备主体由进、出料室(1)和加热室(2)组成，进、出料室(1)位于设备主体前部，加热室(2)位于设备主体后部。在进、出料室(1)和加热室(2)之间是可移动的复合绝热密封门(3)，工件自动转移机构(4)装在进、出料室(1)室内；气淬、气冷循环系统(6)在工件自动转移机构(4)上部，同样也装在进、出料室(1)室内。淬火油加热、冷却及循环搅拌系统(5)一部分位于进、出料室(1)，其余部分在设备主体外部。

图2是本实用新型的加热室横向剖面图

(7).加热室炉胆外壳体 (8).复合隔热层 (9).有效加热区 (10).加热元件

(11).支撑料台        (12).料台立柱  (13).炉胆滚轮

图中加热室炉胆外壳体(7)是炉胆的最外部，复合隔热层(8)固定在加热室炉胆外壳体(7)上，复合隔热层(8)内分布着加热元件(10)，在加热元件(10)内部空间便是有效加热区(9)，在有效加热区(9)下部便是支撑料台(11)和料台立柱(12)，炉胆滚轮(13)固定在加热室炉胆外壳体(7)下部。

图3是本实用新型的复合绝热密封门纵向和横向剖面图

(14).复合绝热密封门升降导轨  (15).传动机构   (16).复合绝热层

(17).四连杆机构              (18).铰链       (19).真空密封圈

图中复合绝热密封门升降导轨(14)固定在进、出料室(1)壳体上，可移动的复合绝热密封门(3)上部是传动机构(15)，复合绝热密封门(3)门体内装有复合绝热层(16)，复合绝热密封门(3)门体外部固定着四连杆机构(17)和铰链(18)，传动机构(15)带动四连杆机构(17)和铰链(18)对加热室(2)进行密封，复合绝热密封门(3)周圈装有真空密封圈(19)。

图4是本实用新型的内置的工件自动转移机构纵向剖面图

(20).移动车加热室位  (21).升降车淬火位  (22).移动车和升降车叠加后冷室位

(23).升降车驱动轴组  (24).移动车驱动轴组

图中移动车加热室位(20)是工件自动转移机构(4)进入加热室(2)的位置，升降车淬火位(21)是工件自动转移机构(4)进入淬火油槽(25)的位置，移动车和升降车叠加后冷室位(22)是工件自动转移机构(4)在进、出料室(1)的正常原位，升降车驱动轴组(23)装在升降车上，移动车驱动轴组(24)装在移动车上。

图5是本实用新型淬火油加热、冷却及循环搅拌系统图

(25).淬火油槽    (26).淬火油循环泵   (27).淬火油管装加热器

(28).油热交换器  (29).油循环进油管道 (30).油循环回油管道  (31).特殊油喷嘴

图中淬火油槽(25)位于进、出料室(1)下部，淬火油槽(25)内装有淬火油管装加热器(27)和特殊油喷嘴(31)，油循环进油管道(29)和油循环回油管道(30)分别与淬火油槽(25)接通，在油循环回油管道(30)上装有油热交换器(28)，淬火油循环泵(26)吸口连接油循环回油管道(30)，淬火油循环泵(26)出口连接油循环进油管道(29)

图6是本实用新型气冷(气淬)循环系统图

(32).密封水冷变频电动机机组  (33).高压离心叶轮组  (34).高效热交换器

(35).强制导流板II            (36).风道            (37).强制导流板I

图中密封水冷变频电动机机组(32)位于气冷(气淬)循环系统顶部，高压离心叶轮组(33)与密封水冷变频电动机机组(32)连接为一体，系统下部吸口布置着高效热交换器(34)，高效热交换器(34)与风道(36)固定为一体，风道(36)内有强制导流板I(37)和强制导流板II(35)

图7是本实用真空系统图

(38).气动蝶阀  (39).水冷挡板  (40).气动角阀  (41).罗茨泵

(42).压差阀    (43).旋片泵    (44).扩散泵    (45).维持泵

图中气动蝶阀(38)通过管路连接气动角阀(40)，气动角阀(40)下部连接水冷挡板(39)，水冷挡板(39)下部连接扩散泵(44)，旋片泵(43)上部通过压差阀(42)与罗茨泵(41)相连，维持泵(45)通过管路与扩散泵(44)腔体连接。

                              具体实施方式

设备主体包括：(1).进、出料室 (2).加热室 (3).可移动的复合绝热密封门 (4).工件自动转移机构(内部料车) (5).淬火油加热、冷却及循环搅拌系统 (6).气淬、气冷循环系统，整体布置按执行工序顺序排列，由于各系统相辅相成，不同的子系统与设备主体相互构成一体。具体实施前检查设备开炉状态——选择工艺流程——选择油淬——选择高真空——输入淬火时间——输入扩散泵预热时间——把带工件的料盘准确放入进出料室(1)的工件自动转移机构(内部料车)(4)指定位——关闭进出料室(1)门——启动旋片机械泵(43)——开启冷室气动碟阀(38)——启动罗茨泵(45)——真空计自动检测进出料室(1)与加热室(2)真空度——打开热室阀——两室压力平衡——开启复合绝热密封门(3)——自动转移机构(4)送料到位并退车——工件被移到加热室(2)开始等待加热——关复合绝热密封门(3)——关闭维持泵(45)——打开扩散泵(44)真空阀——打开高真空气动角阀(40)——开始对热室抽高真空——当真空度符合要求开始加热——控温仪表运行并自动调节——加热结束——关闭进出料室(1)真空阀——关高真空气动角阀(40)——开启复合绝热密封门(3)——自动转移机构(4)进入加热室(2)取料——工件被移到进出料室(1)——关复合绝热密封门(3)——打开充气阀——氮气压力(500mbar-750mbar)——启动气淬、气冷循环系统(6)——快充气压力到2bar——气淬、气冷计时到——停密封水冷变频电动机机组(32)——开放气阀——工艺结束——出炉

当油淬时按工序实施：自动转移机构(4)降入淬火油槽(25)——开启淬火油加热、冷却及循环搅拌系统(5)——淬火自动计时——淬火时间到——关闭循环油泵(26)——车自动转移机构(4)升到高位——淬火结束——出炉。

Claims (7)

1.一种真空热处理炉，其特征是：由壳体；在壳体中部是加热炉胆；在加热炉的右侧是复合绝热密封门；在复合绝热密封门右侧是叠加式整体内部料车；在加热炉的底部是置于密封钢管内淬火油加热的管；在加热管上设置油槽喷嘴；在加热炉的上部是气冷循环风道；真空系统组成。

2.根据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是进出料室是带有弧度的分体式、异型双壁加强钢板焊接成流线型结构；进出料室含淬火油槽并与其它系统组成一体。

3.据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是加热室炉胆：由隔热层、加热元件、料台组合成八角形整体式结构，炉胆装在可移动的导轨上，隔热层外层由高强度金属板构成，内层用碳毡组合成复合隔热层，采用CFC螺栓固定，炉胆360度立体空间布置可供炉内渗碳气氛喷嘴，加热元件由鼠笼式的石墨棒组成，外观构成八角形。

4.根据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是复合绝热密封门体上装有石墨毡组成的隔热层，密封门启闭运行采用变频交流电机驱动减速机构，密封门体装有真空密封圈，构成双向绝热密封结构。

5.根据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是在油槽内设有加热装置，加热装置为管状加热器，加热器置于油槽内部的密封钢管内，沿油槽立体空间上均匀布置；炉体外部装有用于油循环的热油泵，油槽内的热油通过炉体内部两排吸油管，被油泵排到炉体外部的油管路上，通过外部的“油热交换器”，实现淬火油温的降低，经过“油热交换器”降温的冷油被油泵重新打入油槽内，带有导流板的油槽底部排列着循环油管路，管路上均装有小喷嘴，喷嘴均匀分布于油槽底部，高压油泵可使喷嘴高速喷射出经冷却的油，均匀喷向油槽内的工件料筐，冷油从料筐下部均匀进入，从料筐上部喷出。

6.根据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是气冷(气淬)循环装置包括密封水冷风机机组、热交换器及内置风道，实现对工件的强制冷却，内置风道出口端布置着风向强制导流板，形成强制冷却循环回路。

7.根据权利要求1所述的真空热处理炉，其特征是真空装置采用加热室和冷却室共用一套系统，管路分两路：一路通加热室，主泵为扩散泵，中间泵为罗茨泵，前级真空泵为机械泵，另一路通通往进、出料室，其与加热室通过阀门切换共用罗茨泵及机械泵。

Images