ES2262914T3 - Dispositivo para el tratamiento de piezas de trabajo metalicas con gas de refrigeracion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para el tratamiento de piezas metálicas con gas refrigerante, con una carcasa (3) cilíndrica con una abertura para introducir y sacar las piezas (4), con una fuente de gas refrigerante mediante la cual se alimenta a las piezas (4) gas refrigerante transportado con sopladores y conducido a través de intercambiadores (8, 9) de calor, y con un soporte (5) para las piezas con chapas (6, 7) del soporte provistas con aberturas (22, 23), dispuestas a los dos lados del soporte (5) para las piezas, que se extienden verticales y paralelas una a otra, que separan las piezas (4), de espacios laterales, y con intercambiadores (8, 9) de calor mantenidos por encima y/o por debajo de las piezas (4) entre las chapas (6, 7) del soporte, y con motores (10, 11) de sopladores dispuestos a los dos lados de la carcasa (3) con árboles que se extienden en los espacios laterales, horizontales y perpendiculares al eje longitudinal de la carcasa, estando previsto cada uno de los rodetes de los sopladores,que gira con el árbol en la carcasa (12, 13) del soplador, cerca de cada pared interior de la carcasa, y estando separados de las chapas (6, 7) del soporte mediante chapas (14, 15) deflectoras del aire, cada una de las cuales es sujetada por la carcasa (12, 13) del soplador, y se extiende paralela y distanciada de las chapas (6, 7) del soporte, y 5 forman con cada una de las chapas (6, 7) del soporte, a los dos lados de la carga (4) de las piezas, dos cubas (16, 17 ó 26, 27) que se extienden verticalmente, para la conducción de la corriente de gas refrigerante, estando apoyadas en cada uno de los extremos superiores y en los inferiores de las dos chapas (14, 15) deflectoras del aire, trampillas (18, 19, 20, 21) reversibles que en cada caso según su posición hacen tope obturando, en las chapas (6, 7) del soporte o en la pared interior de la carcasa.

Description

Dispositivo para el tratamiento de piezas de trabajo metálicas con gas de refrigeración.

La invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento de piezas metálicas con gas refrigerante, con una carcasa con una abertura para introducir y sacar las piezas, con una fuente de gas refrigerante mediante la cual se alimenta a las piezas gas refrigerante transportado con sopladores y conducido a través de intercambiadores de calor, y con un soporte para las piezas.

Se conocen hornos de vacío para la cementación por plasma de piezas metálicas, mediante un gas que contenga carbono, por ejemplo, metano o propano. En la cementación por plasma, las piezas se calientan en el horno de vacío a una temperatura entre unos 800ºC y 1050ºC. A continuación se dirige el gas de proceso que contiene carbono a la cámara del horno, y se establece un campo eléctrico en la carga de las piezas. Después de esto, con el fin de templar se lleva a cabo el enfriamiento de la carga mediante un soplado de gas refrigerante que sale desde las toberas sobre la carga, acreditándose como gas refrigerante, en especial, el helio.

Se conoce, por ejemplo, un horno de cuba de vacío (documento DE 32 08 574 A1) con un dispositivo para el enfriamiento de la carga tratada térmicamente, mediante una corriente de gas que se conduce a través de aberturas por el interior de la cámara caliente, de preferencia cilíndrica, y fuera de la cámara caliente, en la carcasa cerrada del horno se hace circular mediante un soplador de gas a través de un refrigerador de gas, estando dispuestas para una circulación vertical en la cámara caliente, aberturas cerradizas en la solera y en la cubierta, y para una circulación horizontal, aberturas cerradizas superpuestas a todo lo alto, en puntos opuestos en la pared lateral de la cámara caliente. Para el cierre de las aberturas, están previstas en la pared de la cámara caliente, placas de cubierta que cubren todas las aberturas, y cada una de las cuales, contienen aberturas coincidentes con las aberturas en las paredes laterales, y es cerradiza a una posición de abertura intermedia.

Es conocido, además, un horno de vacío para la cementación por plasma de piezas metálicas (documento EP 0 535 319 B1) con un dispositivo eléctrico de calefacción, con una bomba de vacío para la producción de un vacío en la cámara caliente, así como aberturas de admisión de gas, mediante las cuales se alimenta a la carga, gas refrigerante transportado por un soplador y conducido a través de un intercambiador de calor, estando dispuestas las aberturas de admisión del gas, que conducen el gas refrigerante, en la cámara caliente, y orientadas hacia la carga. Las toberas configuradas como aberturas de admisión de gas, están dispuestas en general alrededor de la cámara caliente y del lado frontal, sirviendo las toberas del lado frontal para el encauzamiento axial del gas refrigerante en la cámara caliente. Con un horno de vacío configurado de tal manera para la cementación por plasma, es posible templar la carga cementada para completar el proceso de tratamiento térmico, sin que para ello tenga que sacarse la carga de la cámara caliente. Puesto que todas las etapas del tratamiento térmico se pueden realizar exclusivamente en el interior de una cámara caliente, la necesidad de espacio de un horno único, es también comparativamente pequeña. Puesto que la conducción del gas y la corriente de gas, constituyen factores decisivos para el proceso de enfriamiento brusco; en los precitados hornos de vacío, sin embargo, no se efectúa una inversión de la dirección de la corriente del gas refrigerante, se ha propuesto también equipar la carcasa del horno con dos cámaras separadas una de otra mediante una corredera de cierre, y disponer en una de las cámaras, los elementos de calefacción y un ventilador de gas caliente, y en la otra cámara, el ventilador de refrigerante y el intercambiador de calor con chapas apropiadas de circulación. En este tipo de horno, la carga se calienta y cementa primeramente en una de las cámaras y, después, con la corredera abierta de cierre, se desplaza a la otra cámara con el fin de enfriar bruscamente.

No obstante, el inconveniente más importante de todos los hornos conocidos de vacío consiste en que una nueva carga de los hornos, nunca es posible hasta que haya llegado completamente a su conclusión el precedente proceso respectivo de tratamiento, lo cual en el caso de la demanda de grandes cantidades de piezas, significa la instalación de una multitud de hornos completos de vacío. Sin embargo, puesto que la primera fase del proceso de tratamiento térmico, a saber, el calentamiento y la cementación de la carga, dura un largo tiempo en comparación con la segunda fase, a saber, el proceso de temple, la misión de la presente invención se basa en crear un dispositivo para el tratamiento de piezas metálicas con gas refrigerante que evite los inconvenientes de los hornos conocidos, y que con una estructura muy compacta -para una pequeña relación del volumen de la cámara al volumen de la carga-, permita una inversión rápida de la corriente, y con el que se presenten condiciones de la corriente, con simetría de espejo, después de la inversión de la corriente. Además, el dispositivo debe de estar configurado de una sola pared y, ya al comienzo de la fase de enfriamiento brusco, permitir un alto coeficiente de transmisión térmica en todas las piezas dentro de la carga, necesitar una cantidad menor de gas de enfriamiento brusco para cada proceso de enfriamiento brusco, y permitir un funcionamiento con ciclos especialmente cortos. Finalmente el dispositivo debe de estar concebido de manera que haga posible un enfriamiento brusco regulado -es decir, con intensidad variable-, y pueda acoplarse para el cementado en hornos existentes, de manera que con un único dispositivo puedan gestionarse varios hornos sencillos -sin intercambiadores de calor ni sopladores de gas refrigerante-, lo cual ahorra costes y
espacio.

Esta misión se resuelve según la invención mediante un dispositivo con una carcasa para introducir y sacar las piezas, con una fuente de gas refrigerante mediante la cual se alimenta a las piezas, gas refrigerante transportado con sopladores y conducido a través de intercambiadores de calor, con un soporte para las piezas con chapas del soporte provistas con aberturas, dispuestas a los dos lados del soporte para las piezas, que se extienden verticales y paralelas una a otra, que separan las piezas, de espacios laterales, y con intercambiadores de calor mantenidos por encima y/o por debajo de las piezas entre las chapas del soporte, y con motores de sopladores previstos a los dos lados de la carcasa, con árboles que se extienden en los espacios laterales, horizontales y perpendiculares al eje longitudinal de la carcasa, estando previsto cada uno de los rodetes de los sopladores, que gira con el árbol en la carcasa del soplador, cerca de la pared interior de la carcasa, y estando separados de las chapas del soporte mediante chapas deflectoras del aire, cada una de las cuales es sujetada por la carcasa del soplador, y se extiende paralela y distanciada de las chapas del soporte, y forman con cada una de las chapas del soporte, a los dos lados de la carga de las piezas, dos cubas que se extienden verticalmente, para la conducción de la corriente de gas refrigerante, estando apoyadas en cada uno de los extremos superiores y en los inferiores de las dos chapas deflectoras del aire, trampillas reversibles que en cada caso según su posición hacen tope obturando, en las chapas del soporte o en la pared interior de la carcasa. Otras particularidades y notas características se describen y caracterizan en detalle en las reivindicaciones
secundarias.

La invención permite las más diversas posibilidades de realización; una de las cuales está representada en el dibujo adjunto que muestra un dispositivo en corte transversal, en forma puramente esquemática.

El dispositivo se compone de una carcasa 3 cilíndrica de una sola pared, uno de cuyos extremos está cerrado firmemente con una cubierta, y cuyo otro extremo puede cerrarse mediante una puerta o una corredera, y por lo demás está acondicionado y dimensionado de manera que la carga 4 de piezas, calentada y cementada en un horno separado, pueda transferirse a la carcasa 3 del dispositivo, sin que para ello sea necesario un aparato transportador adicional. En la carcasa 3 está dispuesto un soporte 5 para las piezas en forma de una placa perforada o prevista con boquetes, sobre la que descansa la carga 4. A los dos lados de la carga 4 están dispuestas chapas 6, 7 sólidamente dimensionadas en las que está sujeto el soporte 5 para las piezas, y entre las cuales se encuentran intercambiadores 8, 9 de calor. A los dos lados de la carcasa 3, en su cara exterior, están previstos motores 10, 11 de sopladores, cuyos árboles de los motores se conducen obturando a través de la pared de la carcasa 3, extendiéndose los dos árboles de los motores, horizontales y alineados uno con otro. Cada una de las carcasas 12, 13 de los sopladores, está unida rígidamente con la carcasa 3, y cada una sujeta en su cara frontal una chapa 14, 15 deflectora del aire, que se extiende paralela y distanciada de la respectiva chapa 6 ó 7 próxima del soporte, y forma con ésta una cuba 16 ó 17. En las aristas paralelas superiores e inferiores de las chapas 14, 15 deflectoras del aire, que discurren en la dirección longitudinal de la carcasa, están apoyadas sendas trampillas 18, 19, 20, 21 reversibles, estando éstas dimensionadas y apoyadas de manera que cada una de ellas o bien se corresponde con cada una de las chapas 6 ó 7 contiguas del soporte o se apoya en estas, o bien, si no, hace tope en la pared interior de la carcasa 3, en una posición -girada unos 80º-. Como lo muestra el dibujo, las dos trampillas 19, 20 reversibles apoyadas en los extremos superiores de las chapas 14, 15 deflectoras del aire, están giradas de manera que sus extremos libres se apoyan en las aristas superiores de las chapas 6, 7 del soporte, y cierran hacia arriba las cubas 16, 17. Por el contrario las trampillas 18, 21 reversibles apoyadas en las aristas inferiores de las chapas 14, 15 deflectoras del aire, se apoyan con sus extremos libres en la pared interior de la carcasa 3, y provocan que el gas refrigerante que penetra en la zona 24 por debajo del intercambiador 9 de calor, entre en la dirección de las flechas desde abajo en las cubas 16, 17, para lo cual las partes inferiores de las chapas 6, 7 del soporte están provistas con aberturas 22, 23. El gas refrigerante que irrumpe hacia arriba en las cubas 16, 17, penetra en las aberturas centrales de aspiración de las carcasas 12, 13 de los sopladores, y es comprimido después de nuevo hacia fuera, a la zona 25 por encima del intercambiador 8 de calor, y entonces fluye a través del intercambiador 8 de calor, hacia la carga 4 de las piezas y desde esta, a través del intercambiador 9 de calor, de nuevo a la zona 24. En caso de inversión de la corriente, las cuatro trampillas 18, 19, 20, 21 reversibles, se giran a su otra posición
respectiva.

A causa de la disposición de los dos intercambiadores 8, 9 de calor, por encima o por debajo de la carga 4, en los rodetes de los sopladores y en la carcasa del dispositivo, existe siempre gas refrigerante frío. Gracias al ajuste acertado de las trampillas 18, 19, 20, 21 reversibles, se provoca que el movimiento de circulación del gas refrigerante, solamente se lleve a cabo en la zona exterior, con lo que puede provocarse desde afuera una bajada o elevación rápida. Mediante un ajuste acertado de las trampillas 18, 19, 20, 21 reversibles puede obtenerse una reducción definida del caudal volumétrico, con lo que puede obtenerse el temple interrumpido y el temple en baño
caliente.

Por conveniencia, las chapas 6, 7 del soporte están provistas con una capa especular en su superficie lateral vuelta hacia la carga, o están fabricadas de un material con alto coeficiente de reflexión, presentando las mismas chapas una pequeña capacidad térmica. De este modo se reduce la radiación de las zonas marginales de la carga hacia la pared fría, lo cual minimiza la deformación durante el temple, y mejora la uniformidad de la distribución del temple. Se menciona también que, en una forma alternativa de realización, los árboles de los motores no atraviesan obturando la pared de la carcasa 3, sino que las carcasas de los propios motores 10, 11 están configuradas a prueba de presión, de manera que está excluida una variación de presión en el interior de la carcasa 3, a través de los pasos de los árboles.

Lista de los símbolos de referencia Listado de las piezas sueltas

3	Carcasa
4	Piezas, carga
5	Soporte para las piezas
6	Chapa del soporte
7	Chapa del soporte
8	Intercambiador de calor
9	Intercambiador de calor
10	Motor del soplador
11	Motor del soplador
12	Carcasa del soplador
13	Carcasa del soplador
14	Chapa reflectora del aire
15	Chapa reflectora del aire
16	Cuba
17	Cuba
18	Trampilla reversible
19	Trampilla reversible
20	Trampilla reversible
21	Trampilla reversible

22	Abertura
23	Abertura
24	Zona por debajo del intercambiador
	inferior de calor

25	Zona por encima del intercambiador
	inferior de calor
26	Cuba
27	Cuba.

Claims (2)

1. Dispositivo para el tratamiento de piezas metálicas con gas refrigerante, con una carcasa (3) cilíndrica con una abertura para introducir y sacar las piezas (4), con una fuente de gas refrigerante mediante la cual se alimenta a las piezas (4) gas refrigerante transportado con sopladores y conducido a través de intercambiadores (8, 9) de calor, y con un soporte (5) para las piezas con chapas (6, 7) del soporte provistas con aberturas (22, 23), dispuestas a los dos lados del soporte (5) para las piezas, que se extienden verticales y paralelas una a otra, que separan las piezas (4), de espacios laterales, y con intercambiadores (8, 9) de calor mantenidos por encima y/o por debajo de las piezas (4) entre las chapas (6, 7) del soporte, y con motores (10, 11) de sopladores dispuestos a los dos lados de la carcasa (3) con árboles que se extienden en los espacios laterales, horizontales y perpendiculares al eje longitudinal de la carcasa, estando previsto cada uno de los rodetes de los sopladores, que gira con el árbol en la carcasa (12, 13) del soplador, cerca de cada pared interior de la carcasa, y estando separados de las chapas (6, 7) del soporte mediante chapas (14, 15) deflectoras del aire, cada una de las cuales es sujetada por la carcasa (12, 13) del soplador, y se extiende paralela y distanciada de las chapas (6, 7) del soporte, y forman con cada una de las chapas (6, 7) del soporte, a los dos lados de la carga (4) de las piezas, dos cubas (16, 17 ó 26, 27) que se extienden verticalmente, para la conducción de la corriente de gas refrigerante, estando apoyadas en cada uno de los extremos superiores y en los inferiores de las dos chapas (14, 15) deflectoras del aire, trampillas (18, 19, 20, 21) reversibles que en cada caso según su posición hacen tope obturando, en las chapas (6, 7) del soporte o en la pared interior de la carcasa.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los motores (10, 11) de los sopladores están contenidos fuera, y las carcasas (12, 13) de los sopladores dentro, de la carcasa (3), desembocando la admisión de cada uno de los sopladores en una cuba (16 ó 17) que se extiende verticalmente, y la salida de los sopladores, en el espacio contiguo a la cuba (16 ó 17), limitado por la pared interior de la carcasa y una chapa (14 ó 15) deflectora del aire.