專利名稱:一種用于快速化學熱處理的自動通用設備的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于快速化學熱處理的自動通用設備。
我們知道，為了增加機械工業(yè)中零件的硬度及疲勞強度，所述零件要經(jīng)過一化學熱處理，以選定的如碳或氮等化學元素富集于零件的材料中，之后，按已知的流程對其進行冷卻。
現(xiàn)在所用的進行這類處理的設備，一般是連續(xù)生產(chǎn)線或批量生產(chǎn)爐子。所述設備中，加熱及化學熱處理在同一爐室內(nèi)進行，淬火則是通過將零件經(jīng)過一密封室后，并浸入與爐子相連的槽中進行的。待處理的零件置于料板、料框或送料帶上，這些零件常常占爐子總負荷的50%。
已知的設備明顯地受損于如下要求及缺點1.熱處理后工件質(zhì)量有差別，這是由于爐料的溫度及活性氣體的分布難于均勻;
2.對薄件的滲元素處理而言，周期的長短受制于通常的加熱方法，即對流輻射，還受制于對最小均勻性的研究;
3.當出現(xiàn)操作故障時，則存在有將整個爐料報廢的風險;
4.與爐子尺寸、所用氣氛及淬火槽相聯(lián)系的高爆炸危險;
5.一方面，由于同時對料框、料板、或送料帶及爐子耐火材料加熱造成了額外消耗，另一方面，由于由貴重合金制成的上述裝料材料的周期的更新，生產(chǎn)成本增大了;
6.設備缺少通用性，這是由于考慮最重最大的爐料量，因此爐子尺寸過大，並因此有過剩的生產(chǎn)能力;而且對具有不同熱以及空氣動力學要求的爐料而言，也難于適應;
7.就連續(xù)生產(chǎn)而言，即有的零件處在預熱階段，有的則處在擴散階段，并在同一爐內(nèi)，減少質(zhì)量的分散性和周期長度是困難的。
這些要求及缺點，以及這樣的設備需由專門人員操作，所以，不可能設想，將它們很容易地並入制造大量機械零件的加工流水線中。
因此，本設備系一種按這下述方法設計的設備，它沒有上述已知設備的缺點。
根據(jù)本發(fā)明的設備，其特征是它包括內(nèi)有控制氣氛的一個轉(zhuǎn)位密封室;多個零件處理罐，如預熱罐、化學熱處理罐、淬火罐，所有上述罐均與轉(zhuǎn)位密封室相連接;一個投料組件;一個卸料組件;以及一個位于轉(zhuǎn)位密封室中的零件操縱機構(gòu)，用于順次將待處理零件傳送到各個處理罐中。
根據(jù)本發(fā)明，可以了解，零件化學熱處理循環(huán)的每一步驟，是在所述處理罐之一中進行的，其特性可根據(jù)它在循環(huán)中的特定作用而達到最佳，例如-根據(jù)傳送方式的要求進行熱傳送;
-質(zhì)量轉(zhuǎn)移或淬火。
整個循環(huán)包括了不同時間的各個步驟，這是由于其中的動力學(化學物質(zhì)的擴散速度不同于通過表面的熱擴散速度)過程是不同的，處理程序中的最短時間步驟(基本步驟)決定了罐的生產(chǎn)能力。根據(jù)本發(fā)明，對每一依次進行的處理步驟而言，在總數(shù)中的罐的數(shù)目與所考慮步驟的時間和基本步驟的時間之間的關(guān)系成比例。
根據(jù)本發(fā)明的一個特點，連續(xù)地從生產(chǎn)線上送來的零件堆成柱形，它們可由分隔件隔開?？捎靡蛔詣硬倏v器傳送到投料組件處，并有一個拱頂升至零件柱頂，緊密地將其封閉，之后，零件柱經(jīng)轉(zhuǎn)位密封室和零件操縱機構(gòu)被傳送到第一個處理罐，例如預熱罐中。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)位密封室可以是一有圓形斷面的爐室，在爐室周邊分布有各類罐，該轉(zhuǎn)位密封室也可以是一有矩形斷面的爐室，沿爐室配置有各類罐，這一配置決定于設計方案以及所要進行的處理。
下面，參照附圖，敘述兩個不受限制的實施例，本發(fā)明的其它各種特點及優(yōu)點將變得更加清楚圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例設備的垂直縱剖面視圖，該設備包括一個有圓形斷面的轉(zhuǎn)位密封室，圖2是圖1的平面圖，圖3是圖1、2中設備的裝料、卸料站的局部視圖，圖4是該設備預熱罐的縱剖面局部視圖，圖5是根據(jù)該設備的第二個實施例設備的部分剖開的側(cè)向立視圖，本實施例的設備為矩形斷面的轉(zhuǎn)位密封室，以及圖6是圖5的剖面圖，位于一個與之成90°的垂直平面內(nèi)。
參見圖1和2，可以看到，根據(jù)本發(fā)明的設備基本上包括如下部件-一個轉(zhuǎn)位密封室10，在這一實施例中，其形狀為一有圓形斷面的箱體;
-多個零件處理罐，例如有預熱罐12、14，滲碳/擴散罐16～26，以及控制氣氛下的一個淬火罐28。上述所有罐均安裝在轉(zhuǎn)位密封室的上部壁上，並與該室相連接;
-一個操縱機構(gòu)30，位于轉(zhuǎn)位密封室10內(nèi)，并按下述方案設計在各個罐之間傳送待處理的零件;
-一個零件的裝料/卸料站34，有其密封室32及活動拱頂42;以及-一個用于將零件投入該設備的自動投料器36。
從生產(chǎn)線連續(xù)送來的零件，堆成一高柱C，它們可由間隔件隔開。零件柱C可通過一個傳送器38送至設備處，自動投料器36將這些零件柱從傳送器38上取下，順序地將每一柱C送到裝料站34，裝料站34基本為一托架40，托架40可沿桿44垂直運動，並且載帶動拱頂42。拱頂42可到達零件柱C的頂部，然后密封地裝于其中。隨后，由該拱頂構(gòu)成的封閉體被置于某一氣氛下，其壓力等于轉(zhuǎn)位密封室10中氣氛的壓力，由于上述封閉體容積小，因而可以迅速排除氣體。
操縱機構(gòu)或自動操縱器30用于順序地將零件柱C經(jīng)轉(zhuǎn)位密封室10送到不同的處理罐中。
所述轉(zhuǎn)位密封室由一低輻射系數(shù)內(nèi)壁封閉體構(gòu)成，以便在傳送零件柱期間，將由熱輻射造成的熱交換減至最小。設備處于中性氣氛中，以便將氧化、爆炸的危險減至最小，和/或處于低壓下，以便減少由對流造成的熱交換。
位于轉(zhuǎn)位密封室10中的自動操縱器30，作成臂46的形式，臂46可繞中心柱48轉(zhuǎn)動，并且可沿柱48滑動。該臂46在其端部帶有一塊板49，板49上置有零件柱C的支撐50，該支撐按下述結(jié)構(gòu)方式設計為各處理罐對轉(zhuǎn)位密封室是密封的。
隨后，已投入預熱罐12、其后密封住的零件柱C充入所要求壓力的氣體、在這一實施例中，使用感應器52進行加熱，其優(yōu)點是加熱迅速，但也可使用任何其它的預熱或處理手段。一旦達到處理溫度，罐12即在等于轉(zhuǎn)位密封室10的壓力及氣氛下進行換氣，零件柱C傳送到下一個罐處。
在這一不受限制的實施例中，提供有兩個預熱罐12、14，以便獲得較好的均勻性在第一個罐12中，在居里點以下進行預熱，在第二個罐14中，在高于居里點溫度進行預熱。感應器52的饋給頻率是如此選定的，即可以得到所需要的加熱方式或是對要富集的表面進行局部加熱，或者加熱到芯部。該饋給頻率及將加熱分成兩步的必要性(因此提供兩個罐)，決定于預先的實驗結(jié)果。每一預熱罐可裝備一氣體分配系統(tǒng)，以便在預熱周期內(nèi)，減少表面氧化和/或?qū)α慵M行脫脂。
預熱在一個或兩個步驟中完成，之后，自動操縱器30將零件柱C傳送至其附近的化學熱處理罐16～26，這些罐密封，並置于適宜于所選氣體的壓力下。
在每一化學熱處理罐16～26中，零件進行元素富集是通過氣體循環(huán)實現(xiàn)的，零件維持在要求的溫度下。在富集階段的末了，罐中的氣氛被清除，並由那些擴散所需的氣氛所代替。在擴散階段末了，罐氣氛被清除，並由與轉(zhuǎn)位密封室10中相同壓力及組份的氣氛所代替，故自動操縱器30可以將零件柱傳輸?shù)较乱粋€罐中。
化學熱處理可在減小的壓力值下按人的意圖進行，即幾個絕對毫巴，或是高于大氣壓力，例如幾個絕對巴。
兩種情況中，氣體的分布可由實驗決定，它是壓力、待處理零件類型及零件柱高度的函數(shù)。
根據(jù)爐室空氣動力學的熱、質(zhì)交換方程，氣體反應動力學及平衡熱動力參數(shù)，通過有關(guān)實驗，來決定所充氣體的濃度。
零件的富集元素處理可以連續(xù)的方式進行，所加氣體的比例，為上述所確定的時間的函數(shù)。
為了更好地更新反應氣體，可以向罐充入所加氣體氣流。所述氣流的充入頻率，通過實驗確定，它與下述參量有關(guān)氣體性質(zhì)，濃度，容積，溫度，爐室尺寸。也可進行離子處理，這時零件連接到陰極上，封密箱體連接到陽極上。
化學物質(zhì)在零件中的擴散在同一罐中進行，最好是在真空下，或是在中性氣氛中，或是在所加氣體經(jīng)調(diào)制后的氣氛下進行。
在化學熱處理的末了，自動操縱器30將零件柱傳輸至淬火罐28中。可通過冷卻氣體的對流，霧氣，液體射流的沖擊，或者是將所述三種辦法結(jié)合起來，完成淬火，淬火用的流體在罐中循環(huán)的參數(shù)為-氣體性質(zhì)，其溫度，在罐中的速度及其分布;
-霧氣的性質(zhì)，其通過速度，霧滴的尺寸及所占比例;
-液滴尺寸，噴咀與零件之間的距離。
這些參數(shù)通過實驗確定。
在熱交換器中，在冷卻過程的第一個階段，液體多少是有些差別的，罐及其周圍的設備為被冷卻零件放出的熱量所干燥。
罐可設計成雙壁殼體;該殼體與冷卻液體橫向相交，從而通過輻射冷卻所述零件。由于零件被堆成柱形，從而可能實現(xiàn)上述情況。
淬火末了，罐28排氣，從而置于與密封室10相同的氣氛中。零件柱由自動操縱器30傳送到裝料/卸料組件32處，零件柱由這兒，被自動卸料器36和取出傳送器38′運走。
圖5及圖6所示的改變方案，與上面所述設備有相同的構(gòu)成部件，主要不同是轉(zhuǎn)位密封室10′由一矩形截面的箱體構(gòu)成，在其頂部排有一行罐體。
在這個不同的實施例中，自動操縱器30′在從裝料組件到卸料組件32′間的各個罐12～28之間傳送零件柱，該操縱器30′制成為臂54的形式，該臂可沿豎直柱56滑動，並由一垂直載帶器58承載，載帶器58可在滾圈60、60′上，沿密封室10′作橫向運動，所述自動操縱器的其它部件與上述自動操縱器30的基本相同。
可以了解，在本發(fā)明的一個設備中，每一個罐，或一組罐在尺寸及形狀上是與待處理零件的類型相適應的;零件類型的變化超出一定容許范圍時，只要簡單地改換罐體即可，這特別帶來如下優(yōu)點-生產(chǎn)上的多方面適應性;
-由于具有較好的溫度均勻性，罐體適應于零件，從而使質(zhì)量得到改進;
-好的氣體分布;
-批量零件柱可以用感應器進行加熱處理，這在標準爐子中是不可能的;
-當出現(xiàn)故障時，僅有部分產(chǎn)品受影響，而不是設備中的整個爐料;
-與常用設備比較，爆炸的危險大為減少，這是由于·爐料-罐體系統(tǒng)空氣動力學的改進，允許有效地利用氣體和/或霧氣進行淬火，因此在油中進行淬火就不太必要了;
·另外，爐料的體積減少了可爆炸氣體的容積;事實上，所述容積僅限于化學熱處理罐體中所余的自由空間，即罐壁和零件之間的容積;
可對成批零件進行所謂的低壓技術(shù)處理，可進一步減少爆炸的危險;
-通過使用He或H2，加大冷卻速度，這是由于爐室的尺寸很小;
-由于零件柱支撐的重量，與常用設備的料板或料框重量相比是很小的，故與常用設備相比，其生產(chǎn)成本得以降低;
-由于不再需要加熱一個具有耐火襯的大尺寸爐室，所以生產(chǎn)成本得以降低;
-由于設備的幾何形狀有最大的可能與零件的幾何形狀相適合，並盡量避免設備具有多余的生產(chǎn)能力，所述的成本得以下降;
-所有在同一箱體內(nèi)處理的零件，受到實際相同的處理，故而沒有控制氣氛的問題。
當然，本發(fā)明不受以上所述和/或所示的實施例的限制，它包括由此產(chǎn)生的所有變更方案。特別是，可以看到，能用其它幾何形狀及配置方法作為本發(fā)明的目的的自動設備，很明顯，零件的處理罐體可以在一個圓盤傳送帶上運動，而進料則是靜止的。
權(quán)利要求
1.一種用于零件，特別是機械工業(yè)中零件的快速化學熱處理的自動設備，其特征在于，它包括一個在控制氣氛下用于零件處理的轉(zhuǎn)位密封室；多個用于零件處理的處理罐，所有上述罐體均與該轉(zhuǎn)位密封室連接；一個裝料組件；一個卸料組件；以及一個零件自動操縱器，它配置在所述轉(zhuǎn)位密封室內(nèi)，以便在上述各個罐體間依次傳送零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是預熱罐。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是化學熱處理罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是發(fā)生氣罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)位密封室由一圓形截面的箱體構(gòu)成，所述各個罐體分布在其周邊附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)位密封室由一矩形截面的箱體構(gòu)成，所述各罐體沿箱體分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的設備，其特征在于，連續(xù)到達的零件堆成一柱形，並由一自動操縱器送至相應于投料組件站的位置，在那兒一個拱頂?shù)竭_零件柱的頂部，以便密封地封住零件柱，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)位密封室，由自動操縱器將該零件柱傳送到第一個處理罐體中。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的設備，其特征在于，位于轉(zhuǎn)位密封室中的自動操縱器包括一個臂件，該臂件可繞一中心柱轉(zhuǎn)動，並且它還能沿中心柱垂直地滑動，所述臂件有一板件，板上有零件柱的支撐件，該支撐件使每一罐體對轉(zhuǎn)位密封室是密封的。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的設備，其特征在于，所述自動操縱器為一垂直載帶件，上帶有沿其垂直柱滑動的一個臂件，該載帶件在滾圈上沿轉(zhuǎn)位密封室作橫向運動，所述臂件帶有一板件，在板上有零件柱的支撐件，該支撐件保證每一罐體對密封室是密封的。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2的設備，其特征在于，預熱處理以單一步驟完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求
2的設備，其特征在于，預熱處理以兩個步驟完成第一步的溫度低于居里點溫度，第二步的溫度高于居里點溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的設備，其特征在于，用于每一步的罐體數(shù)目由基本罐體及產(chǎn)品所決定。
專利摘要
一種用于零件，特別是機械工業(yè)中零件的快速化學熱處理的自動設備，特征在于它包括一個在控制氣氛下用于零件處理的轉(zhuǎn)位密封室；各個用于零件處理的處理罐體，所有上述罐體均與該轉(zhuǎn)位密封室相連接；一個裝料組件；一個卸料組件；以及一個零件自動操縱器，它配置在所述轉(zhuǎn)位密封室內(nèi)，以便在上述各個罐體間逐次傳送零件。
文檔編號F27B13/00GK87100626SQ87100626
公開日1987年8月26日 申請日期1987年2月11日
發(fā)明者簡·伯里爾, 丹尼斯·萊比賓, 奧利維爾·施威貝爾 申請人:斯坦·赫爾蒂導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan