RU2161657C2

RU2161657C2 - Installation for cooling hollow products

Info

Publication number: RU2161657C2
Application number: RU99107723A
Authority: RU
Inventors: В.А. Андронов; В.Г. Белинович; В.С. Верник; С.Б. Жеребин; Н.А. Малых; И.А. Минухин; Б.А. Полысаев; Ю.Л. Ройтман; Б.К. Ушаков; В.М. Федин; В.Ю. Щербаков
Original assignee: ГПО "Уральский вагоностроительный завод"
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2001-01-10

Abstract

FIELD: machine engineering, namely apparatuses for quenching products of low-carbon steels. SUBSTANCE: installation including quenching tank and pipeline for feeding water to inner cavity of product has in addition tank for draining water, member for distributing water flow arranged coaxially inside product. Quenching tank is in the form of coaxially arranged shells forming regulated annular gap for water discharging. Mounting members are in the form of changeable vertical guides. EFFECT: improved design. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано в машиностроении для закалки изделий из низкоуглеродистых сталей, в частности литых корпусов поглощающего аппарата железнодорожных вагонов, тяговых хомутов и других литых изделий железнодорожного транспорта. The invention relates to the field of heat treatment and can be used in mechanical engineering for hardening products from low-carbon steels, in particular cast cases of an absorbing apparatus of railway cars, traction clamps and other cast products of railway transport.

Известна установка для термообработки изделий, содержащая бак с охлаждающей жидкостью, крышку и подвеску для фиксирования изделий внутри бака (SU N 601315A, C 21 D 1/63, 1978). A known installation for heat treatment of products containing a tank with coolant, a lid and a suspension for fixing products inside the tank (SU N 601315A, C 21 D 1/63, 1978).

Данная установка предназначена для охлаждения изделий погружением в спокойную жидкость, что не обеспечивает требуемой высокой скорости охлаждения для закалки низкоуглеродистых сталей и не дает возможности раздельного регулирования скорости охлаждения для различных зон изделия в соответствии с требуемым характером его упрочения. This unit is designed for cooling products by immersion in a still liquid, which does not provide the required high cooling rate for hardening low-carbon steels and does not allow separate regulation of the cooling rate for different zones of the product in accordance with the required nature of its hardening.

Известна установка для закалки изделий, содержащая ванну и загрузочный механизм в виде крюковой подвески с крышкой и защелками (SU N 1372941, C 21 D 1/63, 1986). A known installation for hardening products containing a bath and a loading mechanism in the form of a hook suspension with a lid and latches (SU N 1372941, C 21 D 1/63, 1986).

Недостатком данной установки является отсутствие запирания крышки на корпус ванны, что не позволяет интенсифицировать охлаждение движущихся потоков жидкости под избыточным давлением и невозможность дифференцированного упрочнения различных зон изделий. The disadvantage of this installation is the lack of locking the lid on the body of the bath, which does not allow to intensify the cooling of moving fluid flows under excessive pressure and the impossibility of differentiated hardening of different product zones.

Наиболее близким по технической сущности к заявленной установке является установка для охлаждения полых изделий, содержащая закалочный бак, подводящий трубопровод для подачи воды во внутреннюю полость изделия, установочные элементы, закрепленные на дне бака и сменные приспособления для распределения потока (SU N 840146, C 21 D 1/63, 1981). The closest in technical essence to the claimed installation is an installation for cooling hollow products, containing a quenching tank, a supply pipe for supplying water to the internal cavity of the product, mounting elements fixed to the bottom of the tank and interchangeable devices for flow distribution (SU N 840146, C 21 D 1/63, 1981).

Недостатком данной установки является невозможность интенсивного охлаждения изделий водой под давлением и регулирования в требуемых широких пределах интенсивности охлаждения для различных зон изделий. The disadvantage of this installation is the impossibility of intensive cooling of products with water under pressure and regulation within the required wide limits of the cooling intensity for different zones of the products.

Техническим результатом изобретения является обеспечение интенсивного охлаждения изделия водой под давлением и регулирования интенсивности охлаждения различных зон изделия. The technical result of the invention is the provision of intensive cooling of the product with water under pressure and regulation of the cooling intensity of various zones of the product.

Для достижения технического результата установка для охлаждения полых изделий, содержащая закалочный бак, подводящий трубопровод для подачи воды во внутреннюю полость изделия, установочные элементы, закрепленные на дне бака, и сменные приспособления, согласно изобретению установка снабжена дополнительным баком для слива воды, размещенным под закалочным баком, закалочный бак выполнен в виде коаксиально расположенных обечаек с образованием между ними кольцевого зазора, закрепленных между собой с помощью радиально расположенных вертикальных ребер, а установочные элементы выполнены в виде сменных вертикальных направляющих, при этом подводящий трубопровод размещен в дополнительном баке, приспособление для распределения потока воды размещено на подводящем трубопроводе, а внутренняя обечайка имеет закрепленное в ее верхней части регулировочное кольца. При охлаждении полого изделия в виде корпуса поглощающего аппарата железнодорожных вагонов приспособление для распределения потока воды выполнено в виде полого сердечника с конфигурацией, повторяющей форму внутренней поверхности корпуса и имеющего спрейерную часть, при этом сердечник установлен на подводящем трубопроводе, часть направляющих выполнена в виде двух вертикальных ребер с общим основанием и связанных между собой пластиной, примыкающей к основанию. При охлаждении тягового хомута приспособление для распределения потока воды выполнено в виде укрепленного на дне верхнего бака диска с окнами и с рассекателем потока воды, при этом рассекатель выполнен в виде трехгранной горизонтальной призмы, закреплен на нижней поверхности диска и размещен в соединительном патрубке, расположенном между дном закалочного бака и подводящим трубопроводом, а направляющие выполнены в виде короба. To achieve a technical result, an installation for cooling hollow products, comprising a quenching tank, a supply pipe for supplying water to the internal cavity of the product, mounting elements fixed to the bottom of the tank, and replaceable devices, according to the invention, the installation is equipped with an additional tank for draining water placed under the quenching tank , the quenching tank is made in the form of coaxially located shells with the formation of an annular gap between them, fixed to each other using radially arranged vertices cial ribs and the positioning elements are designed as removable vertical guides, with the supply conduit disposed in the additional tank, a device for the distribution of water flow has been placed on the supply pipe and the inner shroud is fixed in its upper part an adjusting ring. When cooling a hollow product in the form of a casing of an absorbing apparatus of railway cars, the device for distributing the water flow is made in the form of a hollow core with a configuration that repeats the shape of the inner surface of the casing and has a sprayer part, while the core is mounted on the supply pipe, part of the guides are made in the form of two vertical ribs with a common base and interconnected by a plate adjacent to the base. When cooling the traction collar, the device for distributing the water flow is made in the form of a disk with windows and a water flow divider fixed at the bottom of the upper tank, and the divider is made in the form of a trihedral horizontal prism, mounted on the lower surface of the disk and placed in a connecting pipe located between the bottom the quenching tank and the inlet pipe, and the guides are made in the form of a box.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 изображена схема установки для закалки; на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1, изображающий закалочное устройство с установленный в нем изделием: корпусом поглощающего аппарата, на фиг. 3 - разрез А-А по фиг. 1, где в закалочном устройстве установлено изделие; тяговый хомут на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б по фиг. 2, на фиг. 5 - поперечный разрез В-В по фиг. 3, на фиг. 6 - разрез Г-Г по фиг. 5, установка вкладышей. The invention is illustrated by drawings: in FIG. 1 shows a diagram of an installation for hardening; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, depicting a quenching device with an article installed in it: the body of an absorbing apparatus, FIG. 3 is a section AA in FIG. 1, where the product is installed in the quenching device; traction clamp in FIG. 4 is a transverse section bB of FIG. 2, in FIG. 5 is a cross-sectional view BB of FIG. 3, in FIG. 6 is a section GG of FIG. 5, installation of liners.

Установка состоит из закалочного устройства 1, насоса для подачи воды 2, распределительной и контрольной аппаратуры 3, 4. The installation consists of a quenching device 1, a pump for supplying water 2, distribution and control equipment 3, 4.

Закалочное устройство 1 состоит из нижнего бака 5 и верхнего закалочного бака 6. Нижний бак предназначен для приема и последующего слива поступающей в процессе закалки отработанной воды. Верхний бак предназначен для ориентированной установки в нем предварительно разогретой в печи детали. Верхний бак выполнен в виде коаксиально расположенных наружной 7 и внутренней 8 обечаек. Обечайки скреплены между собой с помощью радиально расположенных вертикальных ребер 9. Между обечайками образован кольцевой зазор 10, который используют для перелива воды в нижний бак 5 в процессе закалки. Наружная обечайка выполнена с фланцем 11, а внутренняя обечайка с регулировочным кольцом 12. Бак имеет крышку 13 с крюком 14 для подвески детали. Крышка оперта на фланец 11. На наружной обечайке 7 закреплен кронштейн 15, на котором шарнирно установлены три равномерно расположенных защелки 16 гравитационного действия. Каждая защелка под действием собственного веса занимает одно и то же устойчивое положение, при этом верхний конец защелки ограничивает возможный подъем крышки, а нижний конец упирается в поверхность кронштейна. Защелки позволяют производить установку крышки с последующей ее фиксацией. При снятии крышки все защелки одновременно отклоняют принудительно на угол, обеспечивающий свободный выход крышки, для этой цели предусмотрено установленное на баке с возможностью ручного поворота кольцо 17 с кулачками 18 по числу защелок. При повороте кольца кулачки взаимодействуют с нижними концами защелок, отклоняя их на нужный угол и удерживая в этом положении. Перед установкой крышки кольцо поворачивают в обратном направлении, и защелки занимают первоначальное положение. Угол поворота кольца ограничен упорами 19. The quenching device 1 consists of a lower tank 5 and an upper quenching tank 6. The lower tank is designed to receive and subsequently discharge the waste water entering the quenching process. The upper tank is designed for oriented installation of a preheated part in it. The upper tank is made in the form of coaxially located outer 7 and inner 8 shells. The shells are fastened together by means of radially arranged vertical ribs 9. An annular gap 10 is formed between the shells, which is used to overflow water into the lower tank 5 during the quenching process. The outer shell is made with a flange 11, and the inner shell with an adjusting ring 12. The tank has a lid 13 with a hook 14 for suspending the part. The lid is supported on the flange 11. On the outer shell 7, a bracket 15 is mounted on which three equally spaced latches 16 of gravitational action are pivotally mounted. Each latch under the influence of its own weight occupies the same stable position, while the upper end of the latch limits the possible lifting of the lid, and the lower end abuts against the surface of the bracket. Latches allow installation of the cover with its subsequent fixation. When removing the lid, all the latches are simultaneously forcibly rejected by an angle that provides a free exit of the lid; for this purpose, a ring 17 with cams 18 mounted on the tank with the possibility of manual rotation is provided according to the number of latches. When the ring is rotated, the cams interact with the lower ends of the latches, deflecting them to the desired angle and holding them in this position. Before installing the cover, the ring is turned in the opposite direction, and the latches occupy their original position. The angle of rotation of the ring is limited by stops 19.

В днище верхнего бака встроены два вентиля 20, с помощью которых производится дополнительный слив воды из бака для регулирования времени его заполнения и слива остатка воды после окончания процесса закалки. Two valves 20 are built into the bottom of the upper tank, with the help of which an additional discharge of water from the tank is performed to regulate the time of its filling and discharge of the remaining water after the end of the quenching process.

Установка предназначена для закалки как корпуса поглощающего аппарата, так и тягового хомута. The unit is designed for hardening both the body of the absorbing apparatus and the traction clamp.

Для этого закалочное устройство оснащено сменными установочными элементами 21, 22, 23 в виде направляющих, закрепленных на днище верхнего бака вертикально и размещенным в нижнем баке внутри детали сменным приспособлением для распределения потока воды 24 в детали. For this, the hardening device is equipped with interchangeable mounting elements 21, 22, 23 in the form of guides mounted vertically on the bottom of the upper tank and a removable device for distributing the water flow 24 in the part located in the lower tank inside the part.

При закалке детали корпуса поглощающего аппарата направляющая 21 выполнена в виде вертикального ребра с основанием для крепления к днищу, а направляющая 22 выполнена в виде двух разнесенных ребер с общим основанием, связанных между собой пластиной 25, примыкающей к основанию. Пластина выполняет функцию защитного экрана и уменьшает утечку воды через нижние боковые окна корпуса поглощающего аппарата при прохождении по нему воды. Приспособление для распределения потока воды внутри изделия 26 состоит из полого сердечника 27 со спрейерной частью 28. Сердечник выполнен с конфигурацией, повторяющей внутреннюю поверхность корпуса, и закреплен на подводящем трубопроводе 29. Через отверстие в дне сердечник выступает в полость верхнего бака на заданную высоту. Между сердечником и внутренней поверхностью изделия образован зазор, в который поступает вода при закалке. When hardening the body parts of the absorbing apparatus, the guide 21 is made in the form of a vertical rib with a base for attachment to the bottom, and the guide 22 is made in the form of two spaced ribs with a common base, interconnected by a plate 25 adjacent to the base. The plate performs the function of a protective screen and reduces the leakage of water through the lower side windows of the body of the absorbing apparatus when water passes through it. The device for distributing the water flow inside the product 26 consists of a hollow core 27 with a sprayer part 28. The core is configured to repeat the inner surface of the housing and is mounted on the supply pipe 29. Through the hole in the bottom, the core protrudes into the cavity of the upper tank to a predetermined height. A gap is formed between the core and the inner surface of the product, into which water enters during quenching.

При закалке изделия в виде тягового хомута на днище верхнего бака 6 закреплен диск 30 с окнами для прохода воды. К нижней поверхности диска крепят рассекатель потока воды 31, выполненный в виде трехгранной горизонтальной призмы, который направляет воду в окна диска. When hardening the product in the form of a traction clamp on the bottom of the upper tank 6, a disk 30 with windows for water passage is fixed. A water flow divider 31 is mounted to the bottom surface of the disk, made in the form of a trihedral horizontal prism, which directs water into the windows of the disk.

На диске установлена направляющая 23 в виде короба. Между дном бака и подводящим трубопроводом 28 устанавливают соединительный патрубок 32. On the disk mounted guide 23 in the form of a box. Between the bottom of the tank and the inlet pipe 28 establish a connecting pipe 32.

Установка работает следующим образом. Изделие-корпус поглощающего аппарата железнодорожных вагонов нагревают до температуры закалки. Корпус захватывают крюком 14 и помещают в закалочный бак 6. Корпус центрируют по вертикальным направляющим 21 и 22 соосно относительно полого сердечника со спрейерной частью. Крышку 13 закрепляют на закалочном баке защелками 16. Включают подачу воды от насоса 2 через подводящий трубопровод 29. Вода поступает во внутреннюю полость сердечника 27, и через отверстия в спрейерной части 28 струи воды интенсивно охлаждают внутреннюю коническую поверхность корпуса. Вода, перемещаясь по зазору между изделием и сердечником, заполняет объем закалочного бака и через зазор между регулировочным кольцом 12 и наружной обечайкой 7 сливается в дополнительный нижний бак 5, откуда удаляется через сливной трубопровод 33. Величина зазора между кольцом 3 и наружной обечайкой 7 назначают таким образом, чтобы обеспечить избыточное давление внутри обечайки 8, необходимое для равномерного охлаждения изделия. Installation works as follows. The product body of the absorbing apparatus of railway cars is heated to a hardening temperature. The body is captured by a hook 14 and placed in the quenching tank 6. The body is centered along the vertical guides 21 and 22 coaxially with respect to the hollow core with the sprayer part. The lid 13 is fixed on the quenching tank with latches 16. The water supply from the pump 2 is turned on through the supply pipe 29. Water enters the inner cavity of the core 27, and the internal conical surface of the casing is intensively cooled through the holes in the sprayer part 28. Water moving along the gap between the product and the core fills the volume of the quenching tank and is discharged into the additional lower tank 5 through the gap between the adjusting ring 12 and the outer shell 7, from where it is removed through the drain pipe 33. The gap between the ring 3 and the outer shell 7 is assigned as so as to provide excess pressure inside the shell 8, necessary for uniform cooling of the product.

Хомут захватывают крюком и помещают в закалочный бак. Хомут центрируют по направляющим 23 в виде короба относительно диска с рассекателем. Бак закрывают крышкой с помощью защелок. Включают подачу воды от насоса через подводящий трубопровод и соединительный патрубок, подают воду к рассекателю потока воды, который обеспечивает равномерное распределение воды во время подачи через окна диска. Вода перемещается по зазору между хомутом, вкладышем и коробом, заполняет бак и через зазор между кольцом 12 и обечайкой 7 сливается в нижний бак и удаляется через сливной трубопровод. The clamp is hooked and placed in a quenching tank. The clamp is centered along the guides 23 in the form of a box relative to the disk with a divider. The tank is closed with a lid using latches. Turn on the water supply from the pump through the inlet pipe and the connecting pipe, supply water to the water flow divider, which ensures uniform distribution of water during delivery through the windows of the disk. Water moves through the gap between the clamp, liner and box, fills the tank and through the gap between the ring 12 and the shell 7 is discharged into the lower tank and is removed through the drain pipe.

Данная конструкция установки обеспечивает интенсивное охлаждение струями воды внутренней поверхности изделия и более медленное равномерное охлаждение спокойной водой под давлением наружных поверхностей, что позволяет на низкоуглеродистых сталях типа 20ГЛ, 20ФТЛ получить градиент твердости по сечению стенки изделий. При этом высокая твердость внутренних поверхностей предотвращает их износ и схватывание (заедание) в контексте с сопряженными деталями, а более низкая твердость наружных поверхностей обеспечивает вязкость и, в сочетании с более твердой внутренней поверхностью, высокую циклическую долговечность изделий. This design of the installation provides intensive cooling with water jets of the inner surface of the product and slower uniform cooling with calm water under pressure of the outer surfaces, which makes it possible to obtain a hardness gradient over the cross section of the wall of products on low-carbon steels like 20GL, 20FTL. At the same time, the high hardness of the inner surfaces prevents their wear and seizure (seizing) in the context of mating parts, and the lower hardness of the outer surfaces provides viscosity and, in combination with a harder inner surface, high cyclic durability of the products.

На фиг. 7 представлены результаты измерения твердости по сечению стенки корпусов поглощающего аппарата из различных плавок стали 20 ФТЛ. In FIG. 7 presents the results of measuring the hardness along the cross section of the wall of the bodies of the absorbing apparatus from various melts of steel 20 FTL.

Испытания поглощающих аппаратов с корпусами, закаленными в предлагаемом устройстве, показали их высокую долговечность в связи с уменьшением износа и предотвращением заедания (схватывания) по внутренним поверхностям корпусов при отсутствии хрупких разрушений при эксплуатационных нагрузках. Tests of absorbing devices with housings hardened in the proposed device showed their high durability due to reduced wear and prevention of jamming (setting) on the inner surfaces of the housings in the absence of brittle fractures under operational loads.

Claims

1. Installation for cooling hollow products, comprising a quenching tank, a supply pipe for supplying water to the internal cavity of the product, mounting elements fixed to the bottom of the bath, and interchangeable devices for distributing the water flow during cooling of the product, characterized in that it is provided with an additional tank for discharge of water placed under the quenching tank, the quenching tank is made in the form of coaxially located shells with the formation of an annular gap between them, fixed to each other with a radially located vertical ribs, and the mounting elements are made in the form of replaceable vertical guides, while the inlet pipe is placed in an additional tank, the device for distributing the water flow is placed on the inlet pipe, and the inner shell has an adjustment ring fixed in its upper part.

2. Installation according to claim 1, characterized in that when cooling a hollow product in the form of a case of an absorbing apparatus of railway cars, the device for distributing the water flow is made in the form of a hollow core with a configuration that repeats the shape of the inner surface of the body having a sprayer part, while the core is installed on the supply pipe, part of the guides is made in the form of vertical ribs with a base for fastening to the bottom of the tank, and the other part of the guides is made in the form of two spaced ribs with a common base and connected by a plate adjacent to the base.

3. Installation according to claim 1, characterized in that when cooling the hollow product in the form of a traction clamp, the device for distributing the water flow is made in the form of a disk with windows and a water flow divider fixed to the bottom of the quenching tank, while the divider is made in the form of a trihedral horizontal prism mounted on the lower surface of the disk, which is placed in the connecting pipe located between the bottom and the supply pipe, and the guides are made in the form of a box.