TWM564043U - 高壓液態或超臨界態淬火的裝置 - Google Patents

高壓液態或超臨界態淬火的裝置 Download PDF

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Abstract

本新型涉及一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置，包括：工作室，內部設有加熱設備和冷卻設備，並連接有真空泵組；儲存罐，設有液態二氧化碳供給口，並連接工作室的液態二氧化碳入口；緩存罐，通過增壓回路分別連接工作室和儲存罐，還通過循環回路分別連接工作室和儲存罐；氣體增壓機，設於緩存罐的出氣口處；第一壓力測量器，設於工作室上；溫度控制器，設於工作室上，分別連接加熱設備和冷卻設備。與現有技術相比，本新型具實現了真空液態或超臨界態淬火，不僅滿足大工件的淬火需求，又能達到高壓氣淬的效果，而且還是乾淨、清潔的熱處理，無廢氣、廢水污染，節能、環保的熱處理。

Description

高壓液態或超臨界態淬火的裝置
本新型涉及真空熱處理技術領域，尤其是涉及一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置。
現有的真空設備完成淬火只有兩種方法，一種是：加熱後高壓氣淬；另外一種是：加熱後轉移到淬火室在常壓或低壓下油淬。
高壓氣淬的優點減小零件的熱處理畸變，減少工件油淬的污染(氣淬後工件免清洗)，而且是無氧化無污染的熱處理技術。但是它的缺點也非常顯著：無論用氣體作為冷卻介質，它的導熱能力是非常有限的，跟液體的導熱能力相差甚遠。所以為了保證高壓氣淬的熱處理效果，只能處理小工件或薄工件。
液體淬火時泠卻速度相當好，基本上能滿足各類工件的淬火工藝，但是不能避免淬火變形、開裂等熱處理缺陷，淬火時產生的蒸汽對加熱室有一定的污染，污染後很難達到需要設定的真空度，所以需要定期清理加熱室和工件轉移平台。
本新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置，實現了真空液態或超臨界態淬火，不僅滿足大工件的淬火需求，又能達到高壓氣淬的效果，而且還是乾淨、清潔的熱處理，無廢氣、廢水污染，節能、環保的熱處理。
本新型的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置包括：
工作室，內部設有加熱設備和冷卻設備，并連接有真空泵組；
儲存罐，設有液態二氧化碳供給口，并連接工作室的液態二氧化碳入口；
緩存罐，通過增壓回路分別連接工作室和儲存罐，還通過循環回路分別連接工作室和儲存罐；
氣體增壓機，設於緩存罐的出氣口處；
第一壓力測量器，設於工作室上；
溫度控制器，設於工作室上，分別連接加熱設備和冷卻設備。
該裝置還包括設於緩存罐上的第二壓力測量器和設於儲存罐上的第三壓力測量器。
該裝置還包括集成控制器，所述集成控制器分別連接真空泵組、氣體增壓機、第一壓力測量器和溫度控制器。
所述集成控制器采用PLC 控制器。
所述集成控制器無線連接有帶顯示屏的上位機。
所述工作室上設有用於顯示工作狀態的液晶顯示屏，所述液晶顯示屏連接集成控制器。
該裝置還包括多個控制閥門，所述多個控制閥門分別對應設置在增壓回路、循環回路上和液態二氧化碳入口處。
所述緩存罐內設有氣體過濾網。
所述工作室與緩存罐之間設有洩壓管路，所述洩壓管路上設有流量調節閥。
高壓液態或超臨界態淬火時，儲存罐內的液態二氧化碳進入加熱結束後的工作室內，對目標工件進行淬火，淬火時根據設定的壓力與溫度關係曲線，控制工作室內的二氧化碳狀態，進行液態淬火和超臨界態淬火；當工作室內的壓力低於設定的範圍時，打開增壓回路並運行氣體增壓機，當工作室內的壓力高於設定的範圍時，打開洩壓管路，將排放出的二氧化碳送到緩存罐。
與現有技術相比，本新型具有以下優點：
1、利用液態或超臨界的二氧化碳做為淬火介質，完成對工件的淬火，淬火效果非常好，工件無開裂、變形等熱處理缺陷。
2、CO 2的液態或超臨界態淬火主要是控制工作室內的壓力和溫度，因設置了壓力測量器和溫度控制器，配合分離的增壓回路和循環回路工作，當工作室的壓力低於設定壓力範圍時，用增壓回路上的緩存罐、氣體增壓機增加壓力，當工作室的壓力高於設定的壓力範圍時，再用控制閥門排出工作室內的二氧化碳，從而實現實時調節工作室內的壓力和溫度的目的。工作室的後部安裝冷卻設備，配合溫度控制器，保證工作室裡面的液態二氧化碳處於設定的溫度範圍內。
3、不受目標工件的大小的影響，能滿足不同的工件要求，易于推廣利用，實用性強。
4、通過控制工作室的壓力，可以選擇液態淬火、超臨界態淬火，超臨界態的CO 2還具有清洗工件的作用。同時淬火後的工件不需要清洗，而且工作室不會污染。
5、CO 2安全、無毒、無污染、可回收、容易獲取，且可循環使用，給用戶節省成本。
6、工作室連接有用於抽真空的真空泵組，將工件進工作室時帶進來的空氣抽乾淨，防止CO 2與空氣的混合，污染了淬火介質，也是保證工件真空下加熱不會產生氧化，升溫速度快。當真空的工作室內的工件完成加熱後，切斷加熱設備，並快速的將液態的二氧化碳輸送到工作室裡面，液態的二氧化碳配合工作室後部的冷卻設備降溫，實現液態的工件的液態或超臨界態淬火。
7、設置緩存罐，淬火結束後，將工作室裡面的CO 2排放到緩存罐裡面，控制這個緩存罐裡面的壓力，最後通過循環回路上的氣體增壓機將氣態CO 2輸送到存儲罐裡面，等待下一周期的工作。
8、設置集成控制器、控制閥門等，實現自動化控制，提供工作效率和控制精度，配合上位機和液晶顯示屏，便於操作人員實時觀察設備的所有工作狀態，可視性好。
9、額外設置洩壓管路，通過流量調節閥，可以精確減低工作室內的壓力， 彌補循環回路上無調節洩壓而導致工作室內壓力調節不準的缺陷。
下面結合附圖和具體實施例對本新型進行詳細說明。本實施例以本新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本新型的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置包括工作室6、真空泵組1、儲存罐17、緩存罐15、氣體增壓機16、增壓回路、循環回路、多個控制閥門和多個壓力測量器，工作室6內部設有多個均布設置的加熱設備8和冷卻設備3，工作室6上設置有溫度控制器5、第一壓力測量器4，溫度控制器5分別連接加熱設備8和冷卻設備3，真空泵組1通過第一控制閥門2連接工作室6，儲存罐17設有帶第七控制閥門19的液態二氧化碳供給口21，並通過帶第二控制閥門9的管路連接工作室6的液態二氧化碳入口，緩存罐15通過增壓回路分別連接工作室6和儲存罐17，還通過循環回路分別連接工作室6和儲存罐17，其中增壓回路包括帶第六控制閥門13的第一管路22和帶第四控制閥門11的第二管路23，循環管路包括帶第三控制閥門10的第三管路24和帶第五控制閥門12的第四管路25，氣體增壓機16設於緩存罐15的出氣口處，緩存罐15上設置第二壓力測量器14，儲存罐17上設置第三壓力測量器18，工作室6與緩存罐15之間還設有泄壓管路26，泄壓管路26上設有第八控制閥門20，第八控制閥門20採用流量調節閥。
本新型裝置選用CO 2作為淬火介質，是因為CO 2存在於自然界中，安全非易燃易爆，無毒，無腐蝕性，且實現CO 2的液態或超臨界態的狀態條件簡單。同時，由於CO 2在常壓下是氣體狀態，排放完成後，工作室6裡面沒有其他的氣體或液態成分，只有殘存的CO 2，不會造成空氣污染，也不會在工件上殘留，淬火後的CO 2回收再利用，節省能源，也能達到最好的淬火效果，給用戶帶來經濟效益。
高壓液態或超臨界態淬火時，儲存罐17內的液態二氧化碳進入加熱結束後的工作室6內，對目標工件7進行淬火，淬火時根據設定的壓力與溫度關係曲線，控制工作室6內的二氧化碳狀態，進行液態淬火和超臨界態淬火，當工作室6內的壓力低於設定的範圍時，打開增壓回路並運行氣體增壓機16，當工作室6內的壓力高於設定的範圍時，打開泄壓管路26，將排放出的二氧化碳送到緩存罐15。
設定的壓力與溫度關係曲線如圖2所示，壓力與溫度關係曲線符合二次函數曲線，圖2中A為固態區域，B為液態區域，C為氣態區域，D為超臨界態區域，E為次超臨界態區域，a為臨界點。
由圖2可看出CO 2在溫度高於31.1℃且壓力大於73bar時，就處於超臨界狀態；在溫度高於-56.6℃且壓力大於5.7bar時，就處於液態；實驗室資料顯示：CO 2在20℃時當壓力達到57bar，就能液化。本新型利用CO 2的這一特性實現高壓液態或超臨界態淬火的目的。
該裝置還包括集成控制器，集成控制器分別連接真空泵組1、氣體增壓機16、第一壓力測量器4和溫度控制器5。集成控制器採用PLC控制器，並無線連接有帶顯示幕的上位機，實現自動監控與集中控制的功能。
工作室6上設有用於顯示工作狀態的液晶顯示幕，液晶顯示幕連接集成控制器。
緩存罐15內設有氣體過濾網，可對循環利用的CO 2進行雜質過濾，保證CO 2的潔淨度。
真空高壓液態或超臨界態淬火工作過程：
首先將目標工件7裝入到工作室6裡面，然後啟動第一控制閥門2和真空泵組1，對工作室6進行抽真空處理，目的是為了清除目標工件7帶進來的空氣，是為了在真空下加熱，也是為了保證CO 2潔淨度。當第一壓力測量器4檢測到工作室6裡面的真空度達到設定的要求後，關閉第一控制閥門2和真空泵組1。啟動加熱設備8對目標工件7進行加熱，利用溫度控制器5控制工作室6內的溫度在設定的範圍內。
加熱完畢後，關閉加熱設備8，打開第二控制閥門9讓液態的二氧化碳迅速的補充到工作室6完成淬火。當第一壓力測量器4檢測到壓力低於設定的範圍時，打開第四控制閥門11Ⅳ、第六控制閥門13和氣體增壓機16；當第一壓力測量器4檢測到壓力高於設定的範圍時，第八控制閥門20自動打開，將排放出來的CO 2送到緩存罐15，可回收再利用。淬火時可根據工藝要求，通過第一壓力測量器4控制工作室6內的CO 2狀態，可實現液態淬火和超臨界態淬火。
淬火完畢後，打開第三控制閥門10、第五控制閥門12和氣體增壓機16；將工作室6裡面的CO 2通過經過緩存罐15輸送到儲存罐17裡面，淬火工藝結束。利用第三壓力測量器18控制儲存罐17裡面的壓力，使得CO 2在儲存罐17裡面處於液態。
而通過第二壓力測量器14控制緩存罐15裡面的CO 2是處於氣態，這樣做的目的是為了保證氣體增壓機16能正常運轉。為了彌補CO 2在使用過程中的損耗，可以定期通過第七控制閥門19完成儲存罐17的補給。
需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如 此不脫離本新型基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。
1‧‧‧真空泵組
2‧‧‧第一控制閥門
3‧‧‧冷卻設備
4‧‧‧第一壓力測量器
5‧‧‧溫度控制器
6‧‧‧工作室
7‧‧‧目標工件
8‧‧‧加熱設備
9‧‧‧第二控制閥門
10‧‧‧第三控制閥門
11‧‧‧第四控制閥門
12‧‧‧第五控制閥門
13‧‧‧第六控制閥門
14‧‧‧第二壓力測量器
15‧‧‧緩存罐
16‧‧‧氣體增壓機
17‧‧‧儲存罐
18‧‧‧第三壓力測量器
19‧‧‧第七控制閥門
20‧‧‧第八控制閥門
21‧‧‧液態二氧化碳供給口
22‧‧‧第一管路
23‧‧‧第二管路
24‧‧‧第三管路
25‧‧‧第四管路
26‧‧‧洩壓管路
圖l為本新型整體結構示意圖； 圖2為本新型中設定的壓力與溫度關係曲線示意圖。

Claims (10)

  1. 一種高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，包括: 工作室(6)，內部設有加熱設備(8)和冷卻設備(3)，並連接有真空泵組(1)； 儲存罐(17)，設有液態二氧化碳供給口(21)，並連接工作室(6)的液態二 氧化碳入口； 緩存罐(15)，通過增壓回路分別連接工作室(6)和儲存罐(17)，還通過循環回路分別連接工作室(6)和儲存罐(17)； 氣體增壓機(16)，設於緩存罐(1 5)的出氣口處； 第一壓力測量器(4)，設於工作室(6)上；以及 溫度控制器(5)，設於工作室(6)上，分別連接加熱設備(8)和冷部設備(3)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，該裝置還包括設於緩存罐(15)上的第二壓力測量器(14) 和設於儲存罐(17)上的第三壓力測量器(18)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，該裝置還包括集成控制器，所述集成控制器分別連接真空泵組(1)、氣體增壓機(16)、第一壓力測量器(4)和溫度控制器(5) 。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，所述集成控制器採用PLC 控制器。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，所述集成控制器無線連接有帶顯示屏的上位機。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，所述工作室(6)上設有用於顯示工作狀態的液晶顯示屏，所述液晶顯示屏連接集成控制器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，該裝置還包括多個控制閥門，所述多個控制閥門分別對應設置在增壓回路、循環回路上和液態二氧化碳入口處。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於所述緩存罐(15)內設有氣體過濾網。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，所述工作室(6)與緩存罐(15)之間還設有洩壓管路(26)，所述洩壓管路(26)上設有流量調節閥。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的高壓液態或超臨界態淬火的裝置，其特徵在於，高壓液態或超臨界態淬火時，儲存罐(17)內的液態二氧化碳進入加熱結束後的工作室(6)內，對目標工件(7)進行淬火，淬火時根據設定的壓力與溫度關係曲線，控制工作室(6)內的二氧化碳狀態，進行液態淬火和超臨界態淬火，當工作室(6)內的壓力低於設定的範圍時，打開增壓回路並運行氣體增壓機(16)，當工作室(6)內的壓力高於設定的範圍時，打開洩壓管路(26)，將排放出的二氧化碳送到緩存罐(15)。
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