CN1010418B - 一种用于快速化学热处理的自动通用设备 - Google Patents

Abstract

一种用于零件，特别是机械工业中零件的快速化学热处理的自动设备，特征在于它包括：一个在控制气氛下用于零件处理的转位密封室；各个用于零件处理的处理罐体，所有上述罐体均与该转位密封室相连接；一个装料组件；一个卸料组件；以及一个零件自动操纵器，它配置在所述转位密封室内，以便在上述各个罐体间逐次传送零件。

Description

本发明涉及一种用于快速化学热处理的自动通用设备。

我们知道，为了增加机械工业中零件的硬度及疲劳强度，所述零件要经过一化学热处理，以选定的如碳或氮等化学元素富集于零件的材料中，之后，按已知的流程对其进行冷却。

现在所用的进行这类处理的设备，一般是连续生产线或批量生产炉子。所述设备中，加热及化学热处理在同一炉室内进行，淬火则是通过将零件经过一密封室后，并浸入与炉子相连的槽中进行的。待处理的零件置于料板、料框或送料带上，这些零件常常占炉子总负荷的50%。

已知的设备明显地受损于如下要求及缺点：

1.热处理后工件质量有差别，这是由于炉料的温度及活性气体的分布难于均匀;

2.对薄件的渗元素处理而言，周期的长短受制于通常的加热方法，即对流辐射，还受制于对最小均匀性的研究;

3.当出现操作故障时，则存在有将整个炉料报废的风险;

4.与炉子尺寸、所用气氛及淬火槽相联系的高爆炸危险;

5.一方面，由于同时对料框、料板、或送料带及炉子耐火材料加热造成了额外消耗，另一方面，由于由贵重合金制成的上述装料材料的周期的更新，生产成本增大了;

6.设备缺少通用性，这是由于考虑最重最大的炉料量，因此炉子尺寸过大，并因此有过剩的生产能力;而且对具有不同热以及空气动力学要求的炉料而言，也难于适应;

7.就连续生产线而言，即有的零件处在预热阶段，有的则处在扩散阶段，并在同一炉内，减少质量的分散性和周期长度是困难的。

这些要求及缺点，以及这样的设备需由专门人 员操作2，所以，不可能设想，将它们很容易地并入制造大量机械零件的加工流水线中。

因此，本设备系一种按这下述方法设计的设备，它没有上述已知设备的缺点。

根据本发明的设备，其特征是它包括：内有控制气氛的一个转位密封室;多个零件处理罐，如预热罐、化学热处理罐、淬火罐，所有上述罐均与转位密封室相连接;一个投料组件;一个卸料组件;以及一位于转位密封室中的零件操纵机构，用于顺次将待处理零件传送到各个处理罐中。

根据本发明，可以了解，零件化学热处理循环的每一步骤，是在所述处理罐之一中进行的，其特性可根据它在循环中的特定作用而达到最佳，例如：

-根据传送方式的要求进行热传送;

-质量转移或淬火。

整个循环包括了不同时间的各个步骤，这是由于其中的动力学（化学物质的扩散速度不同于通过表面的热扩散速度）过程是不同的，处理程序中的最短时间步骤（基本步骤）决定了罐的生产能力。根据本发明，对每一依次进行的处理步骤而言，在总数中的罐的数目与所考虑步骤的时间和基本步骤的时间之间的关系成比例。

根据本发明的一个特点，连续地从生产线上送来的零件堆成柱形，它们可由分隔件隔开。可用一自动操纵器传送到投料组件处，并有一个拱顶升至零件柱顶，紧密地将其封闭，之后，零件柱经转位密封室和零件操纵机构被传送到第一个处理罐，例如预热罐中。

根据本发明，转位密封室可以是一有圆形断面的炉室，在炉室周边分布有各类罐，该转位密封室也可以是一有矩形断面的炉室，沿炉室配置有各类罐，这一配置决定于设计方案以及所要进行的处理。

下面，参照附图，叙述两个不受限制的实施例，本发明的其它各种特点及优点将变得更加清楚：

图1是根据本发明的第一个实施例设备的垂直纵剖面视图，该设备包括一个有圆形断面的转位密封室，

图2是图1的平面图，

图3是图1、2中设备的装料、卸料站的局部视图，

图4是该设备预热罐的纵剖面局部视图，

图5是根据该设备的第二个实施例设备的部分剖开的侧向立视图，本实施例的设备为矩形断面的转位密封室，以及

图6是图5的剖面图，位于一个与之成90°的垂直平面内。

参见图1和2，可以看到，根据本发明的设备基本上包括如下部件：

-一个转位密封室10，在这一实施例中，其形状为一有圆形断面的箱体;

-多个零件处理罐，例如有预热罐12、14，渗碳/扩散罐16～26，以及控制气氛下的一个淬火罐28。上述所有罐均安装在转位密封室的上部壁上，并与该室相连接;

-一个操纵机构30，位于转位密封室10内，并按下述方案设计：在各个罐之间传送待处理的零件;

-一个零件的装料/卸料站34，有其密封室32及活动拱顶42;以及

-一个用于将零件投入该设备的自动投料器36。

从生产线连续送来的零件，堆成一高柱C，它们可由间隔件隔开。零件柱C可通过一个传送器38送至设备处，自动投料器36将这些零件柱从传送器38上取下，顺序地将每一柱C送到装料站34，装料站34基本为一托架40，托架40可沿杆44垂直运动，并且载带动拱顶42。拱顶42可到达零件柱C的顶部，然后密封地装于其中。随后，由该拱顶构成的封闭体被置于某一气氛下，其压力等于转位密封室10中气氛的压力，由于上述封闭体容积小，因而可以迅速排除气体。

操纵机构或自动操纵器30用于顺序地将零件柱C经转位密封室10送到不同的处理罐中。

所述转位密封室由一低辐射系数内壁封闭体构成，以便在传送零件柱期间，将由热辐射造成的热交换减至最小。设备处于中性气氛中，以便将氧化、爆炸的危险减至最小，和/或处于低压下，以便减少由对流造成的热交换。

位于转位密封室10中的自动操纵器30，作成臂46的形式，臂46可绕中心柱48转动，并且可沿柱48滑动。该臂46在其端部带有一块板49， 板49上置有零件柱C的支撑50，该支撑按下述结构方式设计为：各处理罐对转位密封室是密封的。

随后，已投入预热罐12、其后密封住的零件柱C充入所要求压力的气体、在这一实施例中，使用感应器52进行加热，其优点是加热迅速，但也可使用任何其它的预热或处理手段。一旦达到处理温度，罐12即在等于转位密封室10的压力及气氛下进行换气，零件柱C传送到下一个罐处。

在这一不受限制的实施例中，提供有两个预热罐12、14，以便获得较好的均匀性：在第一个罐12中，在居里点以下进行预热，在第二个罐14中，在高于居里点温度进行预热。感应器52的馈给频率是如此选定的，即可以得到所需要的加热方式：或是对要富集的表面进行局部加热，或者加热到芯部。该馈给频率及将加热分成两步的必要性（因此提供两个罐），决定于预先的实验结果。每一预热罐可装备一气体分配系统，以便在预热周期内，减少表面氧化和/或对零件进行脱脂。

预热在一个或两个步骤中完成，之后，自动操纵器30将零件柱C传送至其附近的化学热处理罐16～26，这些罐密封，并置于适宜于所选气体的压力下。

在每一化学热处理罐16～26中，零件进行元素富集是通过气体循环实现的，零件维持在要求的温度下。在富集阶段的末了，罐中的气氛被清除，并由那些扩散所需的气氛所代替。在扩散阶段末了，罐气氛被清除，并由与转位密封室10中相同压力及组份的气氛所代替，故自动操纵器30可以将零件柱传输到下一个罐中。

化学热处理可在减小的压力值下按人的意图进行，即几个绝对毫巴，或是高于大气压力，例如几个绝对巴。

两种情况中，气体的分布可由实验决定，它是压力、待处理零件类型及零件柱高度的函数。

根据炉室空气动力学的热、质交换方程，气体反应动力学及平衡热动力参数，通过有关实验，来决定所充气体的浓度。

零件的富集元素处理可以连续的方式进行，所加气体的比例，为上述所确定的时间的函数。

为了更好地更新反应气体，可以向罐充入所加气体气流。所述气流的充入频率，通过实验确定，它与下述参量有关：气体性质，浓度，容积，温度，炉室尺寸。也可进行离子处理，这时零件连接到阴极上，封密箱体连接到阳极上。

化学物质在零件中的扩散在同一罐中进行，最好是在真空下，或是在中性气氛中，或是在所加气体经调制后的气氛下进行。

在化学热处理的末了，自动操纵器30将零件柱传输至淬火罐28中。可通过冷却气体的对流，雾气，液体射流的冲击，或者是将所述三种办法结合起来，完成淬火，淬火用的流体在罐中循环的参数为：

-气体性质，其温度，在罐中的速度及其分布;

-雾气的性质，其通过速度，雾滴的尺寸及所占比例;

-液滴尺寸，喷嘴与零件之间的距离。

这些参数通过实验确定。

在热交换器中，在冷却过程的第一个阶段，液体多少是有些差别的，罐及其周围的设备为被冷却零件放出的热量所干燥。

罐可设计成双壁壳体;该壳体与冷却液体横向相交，从而通过辐射冷却所述零件。由于零件被堆成柱形，从而可能实现上述情况。

淬火末了，罐28排气，从而置于与密封室10相同的气氛中。零件柱由自动操纵器30传送到装料/卸料组件32处，零件柱由这儿，被自动卸料器36和取出传送器38′运走。

图5及图6所示的改变方案，与上面所述设备有相同的构成部件，主要不同是转位密封室10′由一矩形截面的箱体构成，在其顶部排有一行罐体。

在这个不同的实施例中，自动操纵器30′在从装料组件到卸料组件32′间的各个罐12～28之间传送零件柱，该操纵器30′制成为臂54的形式，该臂可沿竖直柱56滑动，并由一垂直载带器58承载，载带器58可在滚圈60、60′上，沿密封室10′作横向运动，所述自动操纵器的其它部件与上述自动操纵器30的基本相同。

可以了解，在本发明的一个设备中，每一个罐，或一组罐在尺寸及形状上是与待处理零件的类型相适应的;零件类型的变化超出一定容许范围时，只要简单地改换罐体即可，这特别带来如下优点：

-生产上的多方面适应性;

-由于具有较好的温度均匀性，罐体适应于零件，从而使质量得到改进;

-好的气体分布;

-批量零件柱可以用感应器进行加热处理，这在标准炉子中是不可能的;

-当出现故障时，仅有部分产品受影响，而不是设备中的整个炉料;

-与常用设备比较，爆炸的危险大为减少，这是由于：

·炉料-罐体系统空气动力学的改进，允许有效地利用气体和或雾气进行淬火，因此在油中进行淬火就不太必要了;

·另外，炉料的体积减少了可爆炸气体的容积;事实上，所述容积仅限于化学热处理罐体中所余的自由空间，即罐壁和零件之间的容积;

可对成批零件进行所谓的低压技术处理，可进一步减少爆炸的危险;

-通过使用He或H₂，加大冷却速度，这是由于炉室的尺寸很小;

-由于零件柱支撑的重量，与常用设备的料板或料框重量相比是很小的，故与常用设备相比，其生产成本得以降低;

-由于不再需要加热一个具有耐火衬的大尺寸炉室，所以生产成本得以降低;

-由于设备的几何形状有最大的可能与零件的几何形状相适合，并尽量避免设备具有多余的生产能力，所述的成本得以下降;

-所有在同一箱体内处理的零件，受到实际相同的处理，故而没有控制气氛的问题。

当然，本发明不受以上所述和/或所示的实施例的限制，它包括由此产生的所有变更方案。特别是，可以看到，能用其它几何形状及配置方法作为本发明的目的的自动设备，很明显，零件的处理罐体可以在一个圆盘传送带上运动，而进料则是静止的。

Claims (8)

1、用于机械工业中对零件进行快速化学热处理的自动设备，此设备具有若干零件处理罐，特别是预热罐、化学热处理罐、淬火罐、零件装料和卸料组件、一转位密封室和用以在各不同的罐体之间通过转位密封室依次传送待处理零件的操纵器，其特征是，此设备具有：

传送器(38)，用以将待处理零件送到设备所在地，并堆放成柱(C)；

自动供料器(36)，用以将各零件柱(C)依次送到装料站(34)；

装料站(34)，位于转位密封室(10)的上面，具有一带一移动拱顶(42)的托架(40)，此拱顶可罩住零件柱(C)而形成一装料密封室，其下部平面用作通向转位密封室(10、10′)的密封室装/卸料组件(32)并装有零件柱的支撑(50)，

自动操纵器(30)，装在转位密封室(10)内，用以在各不同的处理罐(12～28)之间依次传送待处理零件，具有一可在转位密封室内移位的臂(46)，此臂在其端部装有一板(49)，此板上装有零件柱的支撑(50)，此支撑可使各处理罐对转位密封室呈密封状态。

2、根据权利要求1所述设备，其特征是：自动操纵器（30）的臂（46）可绕一中心柱（48）转动，并可沿此柱作垂直移动。

3、根据权利要求1所述设备，其特征是：自动操纵器（30′）的臂（54）可沿由一垂直载带器（58）支承的竖直柱（56）滑动，此垂直载带器（58）借助于滚圈（60、60′）沿转位密封室（10′）作横向移动。

4、根据上述任一权利要求所述设备，其特征是：转位密封室（10）由截面为圆形的箱体构成，在其周边的上面配置各不相同的处理罐。

5、根据上述权利要求1～3中任一要求所述设备，其特征是：转位密封室（10′）由一截面为长方形的箱体构成，沿此箱体配置各不相同的处理罐。

6、根据权利要求1所述设备，其特征是：设置有数量取决于有关待处理零件研制生产过程中各处理步骤的处理罐。

7、根据权利要求6所述设备，其特征是：设置有一个预热罐，用于以单一步骤进行预热处理。

8、根据权利要求6所述设备，其特征是：设置有两个预热处理罐，分别用于第一步在居里点温度以下进行预热，及第二步在居里点温度以上进行预热。

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