專(zhuān)利名稱(chēng)：大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法，特別是一種用于大型筒形工件的淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
淬火是將工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保溫一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻以改善工件性能的一種熱處理工藝。為保證工件的淬火質(zhì)量，淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)需滿足一定要求，即工件周?chē)拇慊鸾橘|(zhì)應(yīng)具有適宜、均勻的流速，且淬火介質(zhì)在淬火槽內(nèi)形成良好的循環(huán)。若工件周?chē)慊鹨毫魉龠^(guò)低，則無(wú)法達(dá)到足夠的硬化層深，無(wú)法獲得工件所需的組織和性能；若工件周?chē)慊鹨毫魉俨痪?，則會(huì)造成工件不同位置處冷卻速度不同，容易導(dǎo)致工件表面硬度不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生變形、開(kāi)裂等缺陷；若淬火槽內(nèi)冷卻液循環(huán)性能較差，導(dǎo)致只有小部分的淬火液參與工作，無(wú)法充分發(fā)揮淬火槽的冷卻性能，還容易造成部分淬火液溫升過(guò)高超過(guò)規(guī)定范圍。對(duì)于大型工件的淬火槽，由于淬火槽的尺寸、淬火介質(zhì)的 質(zhì)量大大增加，導(dǎo)致滿足淬火要求的淬火槽內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)變得十分困難。如何基于淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)要求，對(duì)大型淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控顯得尤為重要。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)“具有組合式限流板的淬火槽”(專(zhuān)利號(hào)ZL200910053753. 8)，該淬火槽在淬火槽工作區(qū)的底部設(shè)置了一個(gè)支架，在支架上放置帶有流通口的組合式限流板，限流板的結(jié)構(gòu)可為整體式可更換限流板，也可以是若干塊同心環(huán)形限流板和一塊中央限流板。淬火時(shí)，可根據(jù)工件的形狀、尺寸更換限流板或打開(kāi)限流板上的相應(yīng)流通口板，使淬火介質(zhì)集中于限流板的流通口向上流向工件所在位置，使工件周?chē)_(dá)到較大的流速，從而實(shí)現(xiàn)淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控。盡管上述方法可針對(duì)工件形狀、尺寸的不同實(shí)現(xiàn)淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控，但仍存在一定問(wèn)題。該方法根據(jù)工件的形狀、尺寸確定限流板的尺寸或打開(kāi)的流通口板的位置，淬火介質(zhì)集中于限流板上的流通口流向工件所在位置，使工件周?chē)拇慊鸾橘|(zhì)具有較大的流速。但淬火時(shí)只有少部分的淬火介質(zhì)參與淬火冷卻工作，整個(gè)淬火槽內(nèi)淬火介質(zhì)的循環(huán)性能較差，無(wú)法充分發(fā)揮淬火槽的冷卻性能。此外在實(shí)際生產(chǎn)中，大型工件的淬火主要是利用吊車(chē)吊裝把工件浸入淬火水槽中，工人在操作時(shí)很難保證工件的放入位置與淬火水槽底部限流板上流通口的位置相匹配，實(shí)際應(yīng)用性也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足和缺陷，提供一種改善的大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法。本發(fā)明提出的一種大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法，包括同時(shí)形成入口連通水槽以外的淬火液、并朝工件內(nèi)側(cè)壁傾斜向上噴射的內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽以外的淬火液、并自工件的外側(cè)下方向上噴射的外噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽頂部、并朝工件外側(cè)壁傾斜向上噴射的螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)；通過(guò)對(duì)內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)、外噴嘴射流流場(chǎng)以及螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)工件淬火工藝的調(diào)節(jié)。優(yōu)選的，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置和/或淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)壁區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控。優(yōu)選的，所述內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置沿著工件高度方向設(shè)置多層，且每層沿著工件圓周方向設(shè)置多處。優(yōu)選的，調(diào)節(jié)每層內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置的直徑為工件內(nèi)徑的1/2 2/3。優(yōu)選的，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的流量和/或外噴嘴射流流場(chǎng)的淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)筒形工件外壁區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控。優(yōu)選的，外噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置的直徑為工件外徑的I. 01 I. 35倍。本發(fā)明可根據(jù)工件的尺寸和淬火要求，對(duì)淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)控，使筒 形工件周?chē)拇慊鸾橘|(zhì)具有均勻、適宜的流速，使淬火介質(zhì)在淬火槽內(nèi)形成良好的循環(huán)，有效保證了大型筒形工件的淬火質(zhì)量，并在實(shí)際生產(chǎn)中具有良好的可操作性。


圖I所示為本發(fā)明大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，圖I是本發(fā)明大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法的示意圖，包括淬火水槽I和大型筒形工件2。大型筒形工件2可通過(guò)吊車(chē)吊裝放置在淬火水槽I內(nèi)，并進(jìn)行淬火操作。淬火水槽I包括槽體10、溢流槽11、溢流管111、內(nèi)噴嘴射流裝置12、內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置13、螺旋槳攪拌射流裝置14、外噴嘴射流裝置15等組成。溢流槽11具有溢流管111并設(shè)置在槽體10的上端。工件2的內(nèi)壁區(qū)的淬火主要由設(shè)置在槽體10中心的內(nèi)噴嘴射流裝置12完成。內(nèi)噴嘴射流裝置12包括連通水槽I以外的淬火液的內(nèi)入口段管路121、內(nèi)驅(qū)動(dòng)泵122、內(nèi)環(huán)狀管路123、波紋管124、內(nèi)主管路125、內(nèi)支管126、內(nèi)噴嘴127。內(nèi)環(huán)狀管路123與內(nèi)主管路125之間通過(guò)波紋管124連接，內(nèi)主管路125有多個(gè)，且相對(duì)于槽體10的中心線周向均布。在每個(gè)內(nèi)主管路125上均勻設(shè)置多層內(nèi)支管126，每個(gè)內(nèi)支管126上均勻設(shè)置多個(gè)內(nèi)噴嘴127，由此形成沿著工件高度方向設(shè)置多層、且每層沿著工件圓周方向設(shè)置多處的噴射位置；內(nèi)噴嘴127的管口斜向上朝向筒形工件2的內(nèi)壁。為了使內(nèi)噴嘴射流裝置12能夠適應(yīng)不同的筒形工件尺寸，還設(shè)置了內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置13。內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置13包括定位支撐柱131、油壓缸132、活塞桿133、推桿134、密封罩135、進(jìn)油管路136、出油管路137、導(dǎo)軌滑塊138、導(dǎo)軌139、支架1390。定位支撐柱131為具有一定壁厚的中空管，位于槽體10的中心線位置處，其高度高于自由液面，便于淬火時(shí)工件2的定位。在定位支撐柱131外壁上不同高度處設(shè)置多個(gè)油壓缸132，油壓缸132的數(shù)量與內(nèi)噴嘴射流裝置12中的內(nèi)主管路125的數(shù)量相同，每個(gè)油壓缸132的活塞桿133與一個(gè)推桿134連接，推桿134的另一端與一個(gè)內(nèi)主管路125鉸接。在油壓缸132外面設(shè)置密封罩135，使油壓缸132與淬火介質(zhì)隔離。在定位支撐柱131內(nèi)設(shè)置油壓缸132的進(jìn)油管路136和出油管路137。每個(gè)內(nèi)主管路125的底端均設(shè)置一個(gè)導(dǎo)軌滑塊138，一個(gè)導(dǎo)軌滑塊138與一個(gè)導(dǎo)軌139間隙配合，導(dǎo)軌139固定設(shè)置在支架1390上。淬火前，首先根據(jù)筒形工件2的內(nèi)徑尺寸啟動(dòng)內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置13，通過(guò)控制進(jìn)油管路136或出油管路137使液壓缸132的活塞桿133帶動(dòng)推桿134產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，使內(nèi)主管路125在導(dǎo)軌139上滑動(dòng)，從而調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流裝置12的最大徑向尺寸(每層內(nèi)噴射位置的直徑)為筒形工件2的內(nèi)徑的1/2 2/3，隨后停止內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置。工件2的放入位置則通過(guò)內(nèi)噴嘴直徑調(diào)節(jié)裝置13中的定位支撐柱131定位。淬火時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)驅(qū)動(dòng)泵122，淬火介質(zhì)從介質(zhì)源通過(guò)內(nèi)入口段管路121充入內(nèi)環(huán)狀管路123，之后通過(guò)波紋管124進(jìn)入各個(gè)內(nèi)主管路125，流經(jīng)各個(gè)內(nèi)支管126并通過(guò)內(nèi)噴嘴127斜向上射向工件2的內(nèi)壁，多余的淬火介質(zhì)在槽體10上部的溢流槽11處溢出，通過(guò)溢流管111回到介質(zhì)源，從而在淬火槽I內(nèi)形成筒形工件2的內(nèi)壁附近區(qū)域內(nèi)淬火介質(zhì)自下向上的循環(huán)回路。根據(jù)工件2的內(nèi)徑尺寸調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流裝置12的最大徑向尺寸和/或調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流裝置12中的淬火介質(zhì)流量即可控制工件2的內(nèi)壁周?chē)慊鸾橘|(zhì)的液流速度，實(shí)現(xiàn)大型筒形工件2的內(nèi)壁區(qū)的流場(chǎng)調(diào)控。對(duì)于工件2的外壁區(qū)的淬火，在槽體10的內(nèi)壁沿周向均布多個(gè)螺旋槳攪拌射流裝置14，螺旋槳攪拌射流裝置14包括螺旋槳攪拌器141、導(dǎo)流管142。所述螺旋槳攪拌射流裝置14的入口連通槽體10的頂部，末端管口朝向工件2的外側(cè)，并且向上傾斜。為了強(qiáng)化工件2的外壁區(qū)的淬火，在工件2的下方設(shè)置外噴嘴射流裝置15，外噴嘴射流裝置15主要包括連通水槽I以外的淬火液的外入口段管路151、外驅(qū)動(dòng)泵152、外環(huán)狀管路153，并在外環(huán)狀管路153上均勻設(shè)置多個(gè)外噴嘴154，外噴嘴154所在圓(外噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置)的直徑為筒形工件2的外徑的I. 01 I. 35倍。淬火時(shí)，啟動(dòng)螺旋槳攪拌射流裝置14中的螺旋槳攪拌器141，淬火介質(zhì)從淬火槽的上部進(jìn)入導(dǎo)流管142向下流動(dòng)，由于導(dǎo)流管142的末端管口斜向上，因此淬火介質(zhì)最終在導(dǎo)流管142的管口處以斜向上的方向從管口噴出流向工件2的外壁，在淬火槽內(nèi)形成筒形工件2的外壁至淬火水槽內(nèi)壁這一部分區(qū)域內(nèi)淬火介質(zhì)的循環(huán)回路。此外，同時(shí)啟動(dòng)外噴嘴射流裝置15中的外驅(qū)動(dòng)泵152，淬火介質(zhì)從介質(zhì)源通過(guò)外入口段管路151充入外環(huán)狀管路153，然后通過(guò)外環(huán)狀管路153上的外噴嘴154射向工件2的外壁，多余的淬火介質(zhì)在溢流槽11處溢出，通過(guò)溢流管111回到介質(zhì)源，從而在淬火槽內(nèi)形成筒形工件2的外壁附近區(qū)域內(nèi)介質(zhì)自下向上的循環(huán)回路。調(diào)節(jié)螺旋槳攪拌射流裝置14中螺旋槳攪拌器141的轉(zhuǎn)速和/或外噴嘴射流裝置15中的淬火介質(zhì)流量即可控制工件2的外壁周?chē)慊鸾橘|(zhì)的液流速度，實(shí)現(xiàn)大型筒形工件2的外壁區(qū)的流場(chǎng)調(diào)控?！?br> 其實(shí)施結(jié)果如下淬火水槽的內(nèi)徑為10. 0m，大型筒形工件的內(nèi)徑3.0m，壁厚O. 12m，調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流裝置使其最大徑向尺寸達(dá)到2. Om。內(nèi)噴嘴射流裝置總的介質(zhì)流量500t/h，螺旋槳攪拌射流裝置中螺旋槳攪拌器的轉(zhuǎn)速為400rpm，外噴嘴射流裝置中淬火介質(zhì)的流量為1800t/h，最終在淬火槽內(nèi)形成了淬火介質(zhì)的良好循環(huán)，且工件內(nèi)、外壁周?chē)慊鸾橘|(zhì)的流速達(dá)到O. 30-0. 35m/s，滿足淬火要求，實(shí)現(xiàn)了大型筒形工件淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控。本發(fā)明最重要的創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)大型筒形工件的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)淬火水槽的流場(chǎng)調(diào)控方法，包括形成入口連通水槽以外的淬火液、并朝工件內(nèi)側(cè)壁傾斜向上噴射的內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽以外的淬火液、并自工件的外側(cè)下方向上噴射的外噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽頂部、并朝工件外側(cè)壁傾斜向上噴射的螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)。上述流場(chǎng)將淬火液分成內(nèi)、外兩股液流。其中，內(nèi)股液流主要用于筒形工件內(nèi)壁區(qū)的淬火，由內(nèi)噴嘴射流裝置帶動(dòng)，通過(guò)內(nèi)噴嘴射流裝置在淬火槽內(nèi)形成筒形工件內(nèi)壁附近區(qū)域淬火介質(zhì)自下向上的循環(huán)回路。筒形工件內(nèi)壁附近區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控則可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流裝置的最大徑向尺寸(內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置)和/或內(nèi)噴嘴射流裝置中的淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)。外股液流主要用于筒形工件外壁區(qū)的淬火，由螺旋槳攪拌射流裝置、外噴嘴射流裝置帶動(dòng)，通過(guò)螺旋槳攪拌射流裝置和外噴嘴射流裝置在淬火槽內(nèi)形成筒形工件外壁至淬火水槽內(nèi)壁這一部分區(qū)域內(nèi)淬火介質(zhì)的循環(huán)回路。筒形工件外壁附近區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控則可通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋槳攪拌射流裝置中螺旋槳攪拌器的轉(zhuǎn)速(螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的流量)和/或外噴嘴射流裝置中的淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)。通過(guò)上述方法，可根據(jù)工件尺寸和淬火要求在淬火水槽內(nèi)形成了淬火介質(zhì)的良好循環(huán)，且有效保證了工件內(nèi)、外壁附近區(qū)域具有適宜、均勻的流速，實(shí)現(xiàn)了基于工件淬火要求的大型筒形工件淬火槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控。此外，定位支撐柱的頂端高于自由液面，工人在進(jìn)行淬火操作時(shí)，可觀察到淬火水槽中心線的實(shí)際位置，方便了工件浸入淬火液時(shí)的工件定位，具有良好的可操作性。 本領(lǐng)域技術(shù)人員均應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權(quán)利要求書(shū)及等同物的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法，其特征在于包括同時(shí)形成入口連通水槽以外的淬火液、并朝工件內(nèi)側(cè)壁傾斜向上噴射的內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽以外的淬火液、并自工件的外側(cè)下方向上噴射的外噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽頂部、并朝工件外側(cè)壁傾斜向上噴射的螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)；通過(guò)對(duì)內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)、外噴嘴射流流場(chǎng)以及螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)工件淬火工藝的調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置和/或淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)壁區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置沿著工件高度方向設(shè)置多層，且每層沿著工件圓周方向設(shè)置多處。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)每層內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置的直徑為工件內(nèi)徑的1/2 2/3。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的流量和/或外噴嘴射流流場(chǎng)的淬火介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)筒形工件外壁區(qū)域淬火介質(zhì)的流速調(diào)控。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)外噴嘴射流流場(chǎng)的噴射位置的直徑為工件外徑的I. Ol I. 35倍。
全文摘要
本發(fā)明提出一種大型筒形工件淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)調(diào)控方法，包括同時(shí)形成入口連通水槽以外的淬火液、并朝工件內(nèi)側(cè)壁傾斜向上噴射的內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽以外的淬火液、并自工件的外側(cè)下方向上噴射的外噴嘴射流流場(chǎng)，入口連通水槽頂部、并朝工件外側(cè)壁傾斜向上噴射的螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)；通過(guò)對(duì)內(nèi)噴嘴射流流場(chǎng)、外噴嘴射流流場(chǎng)以及螺旋槳攪拌射流流場(chǎng)的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)工件淬火工藝的調(diào)節(jié)。本發(fā)明可根據(jù)工件的尺寸和淬火要求，對(duì)淬火水槽內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)控，使筒形工件周?chē)拇慊鸾橘|(zhì)具有均勻、適宜的流速，使淬火介質(zhì)在淬火槽內(nèi)形成良好的循環(huán)，有效保證了大型筒形工件的淬火質(zhì)量。
文檔編號(hào)C21D1/64GK102925641SQ20121043515
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者孫會(huì), 李榮斌, 陳志英 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院