RU2004604C1 - Устройство дл закалки изделий - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени  устройство содержит бак дл  закалочной жидкости и стакан с гофрированной боковой поверхностью, расположенный вверх днищем в верхней части бака Стакан соединен со штоком вибратора с помощью радиапь- ных ребер, закрепленных на днище стакана, в котором выполнено центральное отверстие Периодические колебани  гофрированного стакана вызывают турбулизацию жидкости и образование в ней волн давлени , при этом верхн   часть стакана захватывает газ с поверхности жидкости и обеспечивает насыщение им объема жидкости Возбуждаемые резонансные колебани  газожидкостной системы способствуют росту динамического давлени  и турбупизации жидкости. Образующиес  мощные турбулентные пульсирующие потоки насыщенной газом жидкости воздействуют на нагретые издели , эффективно разруша  паровую пленку на их поверхности и обеспечива  интенсивное охлаждение изделий. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к оборудованию дл  термообработки стальных изделий и может быть использовано в инструментальной и машиностроительной промышленности .

Наиболее близким к предложенному  вл етс  устройство дл  закалки изделий, содержащее бак дл  закалочной жидкости, размещенные в нем упругий усилитель колебаний и полый жесткий перфорированный кожух, св занный через шток с виброприводом, причем усилитель колебаний помещен с зазором в перфорированном кожухе 1.

При включении вибропривода вертикальные колебани  перфорированного кожуха передаютс  помещенному в нем усилителю колебаний, создава  в жидкости гидродинамическое давление. При этом в баке возбуждаютс  колебани  нелинейной системы жидкость - газ, в которой усилитель колебаний (заключенный в эластичную оболочку газ)  вл етс  упругим элементом, а столб жидкости над ним выполн ет роль инерционного элемента. При частоте колебаний вибропривода, близкой к собственной частоте системы жидкость - газ, возбуждаетс  резонансный режим колебаний этой системы с увеличением амплитуды волк динамического давлени  в жидкости и амплитуды объемных пульсаций усилител  колебаний. Пульсации объема усилител  колебаний в перфорированном кожухе привод т к возникновению струйных течений через отверсти  перфорации. Это турбули- зирует охлаждающую жидкость в баке испо- собствует повышению эффективности процесса закалки,

Однако размещение усилител  колебаний в перфорированном кожухе вследствие большого гидросопротивлени  перфорации затрудн ет динамический контакт усилител  со столбом жидкости, что снижает чувст- вительность колебательной системы жидкость - газ. При этом газ (упругий элемент системы) взаимодействует с жидкостью (инерционным элементом) через упругую эластичную оболочку, что также ухудшает их динамический контакт и снижает чувствительность газожидкостной колебательной системы. Это приводит к большим энергозатратам при работе известного устройства: создание устойчивого резонансного режима в нем обеспечиваетс  на частотах 50-80 Гц при виброускорении 18-20д. Причем даже при повышенных энергозатратах, вследствие плохого динамического контакта между газом и жидкостью не используютс  все возможности резонансного режима колебаний, что огра

ничивает эффективность действи  устройства . Кроме того, необходимость наличи  газонаполненного упругого усилител  колебаний и размещение его в полом перфорированном кожухе усложн ет конструкцию и технологию изготовлени  устройства. При этом наличие в жестком перфорированном кожухе герметичной газонаполненной оболочки из эластичного материала, совершающей интенсивные пульсирующие и осциллирующие движени  и жестко соудар ющейс  с этим кожухом, может привести к нарушению герметичности оболочки , выходу из нее газа и срыву резонансного

5 режима.

Следует также иметь в виду, что при объемных пульсаци х усилител  колебаний, совершаемых в перфорированном кожухе, каждые полпериода пульсаций направле0 ние движени  ст руй жидкости через перфорацию измен етс  на противоположное. Поэтому при высокочастотных (50-80 Гц) пульсаци х струи жидкости создаютс  лишь у поверхности перфорированного кожуха и

5 не оказывают существенного вли ни  на более отдаленные слои жидкости в баке. Кроме того, при закалке происходит значительный подогрев жидкости и наличие в ней газонаполненной эластичной (например,

0 резиновой) оболочки нежелательно, т.к. снижает надежность в работе устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности действи  устройства дл  закалки изделий и снижение знергозат5 рат за счет интенсификации резонансного режима колебаний.

Цель достигаетс  за счет того, что в устройстве дл  закалки изделий, содержащем бак дл  закалочной жидкости и размсщен0 ный в нем рабочий орган дл  создани  гидродинамического давлени , св занный через шток с вибратором, рабочий орган выполнен о виде стакана с гофрированной боковой поверхностью, расположенного

5 вверх днищем и помещенного в верхней части бака, соединенного со штоком с помощью радиальных ребер, закрепленных на днище стакана, в котором выполнено центральное отверстие.

0Конструкци  предложенного устройства представлена на прилагаемом чертеже. Устройство содержит бак 1 с закалочной жидкостью, рабочий орган 2, размещенный в верхней части бака и соединенный через

5 вертикальный шток 3 с виброприводом 4. Рабочий орган 2 выполнен в виде тонкостенного стакана с гофрированной боковой поверхностью 5 (в виде сильфона), установленного вверх днищем 6, в котором выполнено центральное отверстие 7 Стакан 2

жестко закреплен на штоке 3 с помощью двух-трех радиальных ребер 8. подсоединенных к днищу 6 стакана, В закалочную жидкость помещаютс  охлаждаемые издели  9.

Устройство работает следующим образом . Бак 1 заполн ют охлаждающей жидкостью до уровн , при котором в крайнем нижнем положении стакана 2 его гофрированна  бокова  стенка 5 находитс  в жидкости , а днище б стакана - на поверхности жидкости. При включении вибропривода 4 вертикальный шток 3 со стаканом 2 начинает совершать периодические колебани , причем гофрированна  стенка 5 стакана находитс  в жидкости, а его днище 6 с центральным отверстием 7 периодически поднимаетс  вверх над уровнем жидкости (при ходе штока вверх). Гофрированна  стенка 5 тонкостенного стакана обладает упругими свойствами, и при высокочастотных колебани х стакана, закрепленного консольно верхним концом на штоке вибратора , происходит ее периодическое импульсное расширение и сжатие, что увеличивает амплитуду колебаний нижней части стакана .

Колебаний гофрированного стакана в жидкости возбуждают в ней динамическое давление, при этом импульсные расширени  и сжати  стенки стакана при колебани х увеличивают амплитуду возбуждаемых волн динамического давлени . Кроме того, периодические удары днища стакана о поверхность жидкости усиливают его динамическое воздействие на жидкость, увеличива  возбуждаемое динамическое давление. Одновременно с этим при высокочастотных колебани х стакана происходит захват его гофрированной поверхностью газа из верхней части бака, его диспергирование и перемещение в виде динамически активных пузырьков в глубь жидкости . Периодические соударени  днища 6 стакана с поверхностью жидкости также возбуждают интенсивный поток в глубь жидкости газа, поступающего из верхней части стакана, сообщенной с газовой полостью бака 1 через центральное отверстие 7 в днище. Радиальные ребра 8, соедин ющие рабочий орган 2 со штоком вибратора, не преп тствуют поступлению газа из газовой полости бака под днище б стакана. Непрерывное поступление газа в жидкость приводит к образованию в баке колебательной системы жидкость - газ с переменной собственной частотой колебаний, завис щей от количества газа в жидкости. По мере накоплени  газа в жидкости при работе устройства снижаетс  собственна  частота

системы жидкость - газ и через 10-15 с сравниваетс  с частотой вибропривода 4, лежащей в диапазоне 35-60 Гц. Это приводит к возбуждению резонансного режима 5 колебаний системы при резком увеличении гидродинамического давлени  и возникновении турбулентных пульсирующих потоков жидкости в объеме бака 1, интенсивно воздействующих на охлаждаемые издели  9.

0 Под воздействием пульсирующих потоков закалочной жидкости при высоком значении гидродинамического давлени  происходит интенсивное разрушение паровых пленок на поверхности изделий 9, удаление

5 образующихс  мелких пузырьков пара и их схлопывание.

В полученной колебательной системе жидкость - газ имеет место непосредственный динамический контакт жидкости и газа

0 (инерционного и упругого элементов системы ), причем газ находитс  в дисперсном состо нии в виде пузырьков, распределенных по всему объему жидкости, что обуславливает большую удельную поверхность их

5 контакта. Чувствительность этой колебательной системы намного больше, чем в прототипе, где динамическим контакт жидкости и газа сильно затруднен из-за наличи  эластичной оболочки и перфорированного

0 кожуха, а удельна  площадь их контакта значительно меньше. Наличие в закалочной жидкости распределенных пузырьков газа обеспечивает также ей свойство сжимаемости , что способствует усилению волн давле5 ни  и увеличивает гидродинамическую нестабильность жидкости по всему объему бака. Вследствие этого в предложенном устройстве при резонансе создаетс  значительно более высока , чем в прототипе,

0 амплитуда волн гидродинамического давлени  и повышаетс  турбулизаци  жидкости, что позвол ет интенсифицировать процесс теплообмена при закалке изделий и повысить эффективность действи  устройства.

5Возбуждаемые при этом мощные турбулентные пульсирующие течени  обеспечивают хорошую обменность охлаждающей жидкости в объеме закалочного бака, позвол   поддерживать более низкую рабочую

0 температуру жидкости, омывающей нагретые издели , и за счет этого дополнительно интенсифицировать процесс теплообмена при закалке. Резонансный режим данной колебательной системы жидкость - газ  в5 л етс  устойчивым, т.к. получен в результате самонастройки системы на резонанс. Качественное улучшение амплитудно-частотных характеристик газожидкостной колебательной системы позвол ет получить резонансный режим колебаний при виброускорении 5-8g, что обеспечивает снижение на 25-30% затрат энергии при закалке изделий.

Выполнение рабочего органа в виде гофрированного стакана позвол ет значительно упростить конструкцию и технологию изготовлени  устройства по сравнению с прототипом.

Во много раз повышаетс  также надежность и долговечность работы устройства дл  закалки изделий, так как рабочий орган его (стакан) при колебани х практически не испытывает сколько-нибудь значительных нагрузок, могущих вызвать выход его из стро . Рабочий орган выполн етс  металлическим , но может быть изготовлен, например , из фторопласта, обладающего высокими механическими свойствами и теплостойкостью .

Кроме того, в прототипе рабочий орган размещен в нижней части бака (т.к. дл  образовани  в баке колебательной системы жидкость - газ над усилителем колебаний должен находитьс  столб жидкости), что может привести к соударению помещаемых в бак нагретых деталей с рабочим органом, совершающим колебани . Предложенное устройство лишено этого недостатка.

(56) Авторское свидетельство СССР № 1470785. кл. С 21 D 1/63. 1987.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ , содержащее бак дл  закалочной жидкости и размещенный в нем рабочий орган дл  создани  гидродинамического давлени , соединенный через шток с вибратором , отличающеес  тем, что рабочий

   орган выполнен в виде размещенного вверх днищем стакана с гофрированной боковой поверхностью и закрепленными на днище радиальными ребрами, соединенными со штоком вибратора, при этом

   стакан помещен в верхней части бака, а в днище стакана выполнено центральное отверстие , расположенное над уровнем закалочной жидкости.