RU2026369C1

RU2026369C1 - Device for hardening of articles

Info

Publication number: RU2026369C1
Authority: RU
Inventors: Альфред Николаевич Ковальчук; Виктор Петрович Руднев; Михаил Николаевич Сыровец; Юрий Геннадьевич Чистяков
Original assignee: Крымский институт природоохранного и курортного строительства
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-05-27
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: device for hardening of articles has hardening tank with bell in it. Hardening tank is connected with generator of vertical oscillations and has air supply hose connected to hole in tank bottom. Bell is made in form of bellows 3 located on bottom of hardening tank concentrically to hole 8. Bellows is pressed to hardening tank bottom in its most lower position. Oscillations of bellows excite intensive waves and turbulent pulsing flows of quenching medium in hardening tank and in combination with air intensity heat exchange to improve hardening quality and exclusion of a special source of compressed air simplifies the design. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к термообработке стальных изделий в охлаждающей жидкости и может быть использовано в инструментальной и машиностроительной промышленности. The invention relates to heat treatment of steel products in a coolant and can be used in the tool and engineering industries.

Известно устройство для закалки изделий, содержащее закалочный бак, установленный на пружинящем основании, и вибропривод для создания колебаний бака [1]. A device for hardening products is known, comprising a quenching tank mounted on a spring base, and a vibratory drive for creating tank vibrations [1].

Недостатком данного устройства является невысокая эффективность процесса закалки, так как амплитуда возбуждаемых в баке колебаний жидкости оказывается недостаточной для эффективного воздействия на паровые образования вокруг обрабатываемой детали. Устройство обладает также низкими эксплуатационными свойствами при повышенных энергозатратах, так как в процессе закалки приходится осуществлять колебания бака, заполненного жидкостью. The disadvantage of this device is the low efficiency of the hardening process, since the amplitude of the fluid oscillations excited in the tank is insufficient to effectively affect the vapor formations around the workpiece. The device also has low operational properties at high energy costs, since during the hardening process it is necessary to oscillate the tank filled with liquid.

Наиболее близким к изобретению является устройство для закалки изделий, содержащее неподвижно установленный закалочный бак с размещенным с нем колоколом, соединенным посредством вертикального штока с генератором вертикальных колебаний, причем плоскость колокола сообщена посредством шланга с системой подачи сжатого воздуха, а по боковым сторонам колокола выполнены щелевые отверстия [2]. Closest to the invention is a device for hardening products containing a fixed hardening tank with a bell placed with it, connected by means of a vertical rod to a generator of vertical vibrations, the plane of the bell communicated through a hose with a compressed air supply system, and slotted holes are made on the sides of the bell [2].

При работе известного устройства вертикальные колебания колокола, размещенного в баке, возбуждают волны переменного (динамического) давления в объеме закалочной жидкости. Волны давления жидкости через открытый нижний торец колокола передаются находящемуся в нем газу. В результате в жидкости создаются вихревые течения, а вводимый в полость колокола газ выходит в жидкость в виде дисперсных пузырьков. Вихревые течения жидкости, содержащие пузырьки газа, омывают обрабатываемое (охлаждаемое) изделие, производя разрушение паровых образований, образующихся на изделии в виде пленок и подушек, и удаление их с поверхности изделий. During operation of the known device, the vertical vibrations of a bell placed in a tank excite waves of variable (dynamic) pressure in the volume of quenching fluid. The pressure waves of the liquid through the open lower end of the bell are transmitted to the gas contained in it. As a result, vortex flows are created in the liquid, and the gas introduced into the bell cavity enters the liquid in the form of dispersed bubbles. Vortex fluid flows containing gas bubbles wash the processed (cooled) product, destroying the vapor formations formed on the product in the form of films and pillows, and removing them from the surface of the products.

Однако вертикальные колебания колокола, свободно размещенного в жидкости, не обеспечивают высокой амплитуды волн динамического давления в жидкости, и, следовательно, высокой степени диспергирования в жидкости пузырьков подводимого в колокол газа и слабую интенсивность их осциллирования. Поэтому здесь не достигается высокая интенсивность воздействия вихревых течений жидкости и пузырьков газа на паровые образования на поверхности детали, что снижает эффективность процесса закалки. Колебания колокола не обеспечивают также достаточно эффективного перемешивания охлаждающей жидкости по всему объему бака, что отрицательно сказывается на интенсивности охлаждения детали и качестве закалки. However, the vertical oscillations of the bell, freely placed in the liquid, do not provide a high amplitude of the waves of dynamic pressure in the liquid, and, therefore, a high degree of dispersion in the liquid of the bubbles of the gas supplied to the bell and the low intensity of their oscillation. Therefore, the high intensity of the effect of vortex flows of liquids and gas bubbles on vapor formations on the surface of the part is not achieved here, which reduces the efficiency of the hardening process. Oscillations of the bell do not provide sufficiently effective mixing of the coolant throughout the tank, which adversely affects the cooling rate of the part and the quality of the quenching.

Наличие источника сжатого воздуха, подводимого в полость колокола, усложняет конструкцию известного устройства и связано с повышением энергозатрат. Кроме этого, высокочастотные колебания размещенного в баке воздушного шланга, подсоединенного к колоколу, ухудшают эксплуатационные свойства и снижают надежность работы устройства. The presence of a source of compressed air supplied to the cavity of the bell, complicates the design of the known device and is associated with increased energy consumption. In addition, high-frequency vibrations of the air hose placed in the tank connected to the bell, worsen operational properties and reduce the reliability of the device.

Наличие в боковой стенке колокола щелевых отверстий уменьшает степень заполнения полости колокола газом, так как часть вводимого в колокол газа выходит через боковые отверстия. Это снижает интенсивность пульсаций газового объема в полости колокола и степень турбулизации жидкости в баке, а также интенсивность осциллирования пузырьков газа в жидкости, что снижает интенсивность теплообмена при охлаждении изделия и эффективность процесса закалки. The presence of slit openings in the side wall of the bell reduces the degree of filling of the bell cavity with gas, since part of the gas introduced into the bell exits through the side openings. This reduces the intensity of the pulsations of the gas volume in the cavity of the bell and the degree of turbulization of the liquid in the tank, as well as the intensity of the oscillation of gas bubbles in the liquid, which reduces the intensity of heat transfer during cooling of the product and the efficiency of the hardening process.

Целью изобретения является повышение качества закалки и упрощение конструкции устройства. The aim of the invention is to improve the quality of hardening and simplify the design of the device.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для закалки изделий, содержащем закалочный бак с размещенным в нем колоколом, соединенным с генератором вертикальных колебаний, бак выполнен с отверстием в днище, шланг подвода воздуха соединен с отверстием, а колокол выполнен в виде сильфона, размещенного на днище концентрично отверстию, при этом в крайнем нижнем положении сильфон прижат к днищу бака. This goal is achieved due to the fact that in the device for hardening products containing a quenching tank with a bell placed in it, connected to a vertical oscillation generator, the tank is made with a hole in the bottom, the air supply hose is connected to the hole, and the bell is made in the form of a bellows, placed on the bottom concentrically with the hole, while in the lowermost position the bellows is pressed to the bottom of the tank.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит закалочный бак 1, в нижней части которого (у днища) размещен колокол 2, выполненный в виде сильфона 3 с плоской герметичной крышкой 4 в верхней части. Колокол 2 с помощью вертикального штока 5, закрепленного на крышке 4, соединен с генератором 6 вертикальных колебаний, установленным снаружи бака. В днище 7 бака выполнено отверстие 8, к которому снизу подсоединен наружный шланг 9 подвода воздуха, второй конец которого связан с атмосферой. При этом сильфон установлен с возможностью вертикальных колебаний над отверстием 8 в днище бака концентрично ему. При колебаниях колокола 2 в крайнем нижнем положении колокола сильфон 3 прижат к днищу 7 бака, а при последующем движении штока 5 вверх образуется кольцевой зазор между нижним торцом колокола и днищем бака. Диаметр сильфона 3 выбирается в несколько раз (5-7) большим диаметра воздушного шланга 9, поэтому нижний торец сильфона перекрывает сечение отверстия 8. Охлаждаемая деталь 10 размещается в нижней части закалочного бака 1 вблизи колокола 2. The device contains a quenching tank 1, in the lower part of which (at the bottom) a bell 2 is placed, made in the form of a bellows 3 with a flat sealed cover 4 in the upper part. The bell 2 using a vertical rod 5, mounted on the lid 4, is connected to a generator 6 of vertical vibrations mounted on the outside of the tank. An opening 8 is made in the bottom of the tank 7, to which an external air supply hose 9 is connected from below, the second end of which is connected to the atmosphere. In this case, the bellows is mounted with the possibility of vertical vibrations above the hole 8 in the bottom of the tank concentrically to it. When the bell 2 vibrates in the lowermost position of the bell, the bellows 3 is pressed against the bottom of the tank 7, and with the subsequent movement of the rod 5 upward, an annular gap is formed between the lower end of the bell and the bottom of the tank. The diameter of the bellows 3 is selected several times (5-7) by the large diameter of the air hose 9, so the lower end of the bellows overlaps the section of the hole 8. The cooled part 10 is placed in the lower part of the quenching tank 1 near the bell 2.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении генератора 6 возбуждаются периодические колебания штока 5 с закрепленным на его конце колоколом 2. Колебания колокола 2 возбуждают в жидкости волны динамического давления, вызывающие турбулизацию жидкости в закалочном баке 1. При этом с жидкостью взаимодействует не только верхняя часть колокола - крышка 4, но и гофрированная поверхность сильфона 3, что обеспечивает увеличение амплитуды волн давления в жидкости и образование в ней турбулентных потоков. When the generator 6 is turned on, periodic oscillations of the rod 5 with the bell 2 fixed at its end are excited. The oscillations of the bell 2 excite dynamic pressure waves in the liquid, which cause turbulization of the liquid in the quenching tank 1. In addition, not only the upper part of the bell interacts with the liquid — cap 4, but and the corrugated surface of the bellows 3, which provides an increase in the amplitude of the pressure waves in the liquid and the formation of turbulent flows in it.

При колебаниях колокола происходит также периодическое прижатие (касание) открытого конца сильфона 3 к днищу 7 бака (при крайнем нижнем положении колокола) и последующее движение колокола вверх с образованием зазора. Одновременно вследствие эластичных и упругих свойств сильфона происходят его периодические растяжения (при движении штока вверх) и сжатия (при движении вниз), вызывающие изменение объема его внутренней полости. При этом в полости сильфона создается устойчивое разряжение, обеспечивающее подсос воздуха в закалочный бак 1 через шланг 9 из атмосферы без использования специальных средств для подачи воздуха. Эксперименты показали, что при колебаниях сильфона с частотой 30-50 Гц и амплитудой 2-3 мм на выходе шланга 9 в закалочный бак 1 создается разрежение порядка 4-5 м вод.ст. При этом высокочастотные колебания торца сильфона 3, а также его импульсные расширения и сжатия обеспечивают импульсный выброс поступающего воздуха в жидкость и диспергирование его на множество динамически активных осциллирующих пузырьков, насыщающих объем жидкости. Импульсный ввод воздуха возбуждает также пульсирующее течение закалочной жидкости, усиливающие турбулизацию ее объема. Наличие газа в жидкости делает ее сжимаемой и приводит к образованию колебательной системы жидкость - газ, что ведет к увеличению амплитуды волн гидродинамического давления и усилению турубулизации жидкости. Образующиеся интенсивные турбулентные пульсирующие течения, омывая поверхность нагретого изделия, способствуют также перемешиванию закалочной жидкости в объеме бака 1. During bell oscillations, the open end of the bellows 3 is periodically pressed (touched) to the bottom of the tank 7 (at the extreme lower position of the bell) and the bell moves upward to form a gap. At the same time, due to the elastic and elastic properties of the bellows, its periodic stretching (when the rod moves up) and compression (when moving down) occur, causing a change in the volume of its inner cavity. At the same time, a stable vacuum is created in the bellows cavity, which ensures air intake into the quenching tank 1 through the hose 9 from the atmosphere without using special means for supplying air. The experiments showed that when the bellows vibrates with a frequency of 30-50 Hz and an amplitude of 2-3 mm, a vacuum of about 4-5 m water column is created at the outlet of the hose 9 to the quenching tank 1. In this case, the high-frequency vibrations of the end face of the bellows 3, as well as its pulse expansion and contraction, provide a pulsed discharge of the incoming air into the liquid and disperse it into many dynamically active oscillating bubbles that saturate the volume of the liquid. A pulsed air inlet also excites a pulsating flow of quenching fluid, enhancing the turbulization of its volume. The presence of gas in the liquid makes it compressible and leads to the formation of a liquid-gas oscillatory system, which leads to an increase in the amplitude of the waves of hydrodynamic pressure and to an increase in the turbulence of the liquid. The resulting intense turbulent pulsating flows, washing the surface of the heated product, also contribute to the mixing of the quenching fluid in the volume of the tank 1.

Таким образом, выполнение колокола 2 в виде сильфона, совершающего свободные колебания у днища бака, позволяет повысить амплитуду волны давления и увеличить турбулизацию объема закалочной жидкости. На нагретое изделие, помещенное в бак 1 вблизи колокола, воздействуют интенсивные турбулентные пульсирующие потоки жидкости и импульсные потоки газа при высокой амплитуде волн гидродинамического давления, что приводит к эффективному разрушению паровой пленки на поверхности изделия, а образующиеся мелкие паровые пузыри удаляются потоками с поверхности изделия и схлопываются под действием пульсаций давления. Это интенсифицирует процесс теплообмена и повышает эффективность закалки изделий. Происходящее при этом перемешивание закалочной жидкости, выравнивая температуру ее по объему бака, также интенсифицирует процесс теплообмена при закалке. Повышение интенсивности теплообмена между деталью и закалочной жидкостью позволяет повысить физико-механические характеристики обрабатываемой детали при существенном снижении энергозатрат. Thus, the implementation of the bell 2 in the form of a bellows, making free oscillations at the bottom of the tank, allows to increase the amplitude of the pressure wave and increase the turbulization of the volume of quenching fluid. The heated product placed in the tank 1 near the bell is affected by intense turbulent pulsating fluid flows and pulsed gas flows at a high amplitude of hydrodynamic pressure waves, which leads to effective destruction of the vapor film on the surface of the product, and the resulting small vapor bubbles are removed by flows from the surface of the product and collapse under the influence of pressure pulsations. This intensifies the heat transfer process and increases the efficiency of quenching of products. The mixing of the quenching fluid that occurs while equalizing its temperature over the volume of the tank also intensifies the heat transfer process during quenching. Increasing the intensity of heat transfer between the part and the quenching fluid allows you to increase the physico-mechanical characteristics of the workpiece with a significant reduction in energy consumption.

Возможность импульсного подвода в закалочную жидкость наружного воздуха за счет колебаний сильфона без использования специального источника подачи сжатого воздуха с вибрирующим воздушным шлангом, имеющего в прототипе, позволяет также упростить конструкцию и работу устройства для закалки изделий, повысить его надежность. The possibility of a pulsed supply of external air into the quenching liquid due to the oscillations of the bellows without the use of a special source of compressed air with a vibrating air hose, which has a prototype, also allows to simplify the design and operation of the device for quenching products, to increase its reliability.

Claims

A device for quenching products, containing a quenching tank with a bell placed in it, a vertical oscillation bell generator and an air supply system with a hose, characterized in that, in order to improve the quality of quenching and simplify the design, the tank is made with a hole in the bottom, the air supply hose is connected with a hole, and the bell is made in the form of a bellows mounted on the bottom concentrically to the hole, while in the extreme lower position the bellows is pressed to the bottom.