真空高压气淬炉的研制
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
山西科技 SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY
●应用技术
2009 年第 1 期 1 月 20 日出版
真空高压气淬炉的研制
张金凤1 ,靳丽岩1 ,程建平1 ,杨荣虎2
(1. 中国电子科技集团公司第二研究所 ,山西太原 ,030024 ;2. 装备指挥技术学院 ,北京昌平 ,102249)
真空高压气淬是近几年发展起来的对零部件原材料的表 面硬 (强) 化很理想的工艺技术 ,特别对于在军事技术 、微电子 技术中应用的一些特殊零部件材料需要真空淬火处理才能达 到要求 。真空淬火比起普通淬火而言有很多优点 ,它淬硬均 匀 、变形小 ,不破坏表面的光洁 ,减少了淬火后的表面加工工 序 ,大大提高了效率 ,降低了成本 。随着国民经济的发展和科 学技术的进步 ,许多行业都提出了新的材料性能要求 ,真空淬火 正是目前迫切需要的热处理工艺之一 。而目前国内的真空气淬 设备品种单一 ,不能满足市场各种材料热处理的要求 ,同时这些 设备中还存在有不同的不足之处 。我们研制开发真空高压气淬 炉就是在这种形势下进行的 ,该设备的主要特点是高压 、高气流 量 ,特别适合于低熔点材料如铝基材的真空淬火处理 。 1 设备主要技术指标
图 3 软件流程图 5 结束语
真空气淬炉的研制与开发很好地解决了传统工艺设备处 理工件时出现的种种弊端 ,如变形 、氧化等 ,提高了产品的性能 和质量 ,减少了废品率 ,大大提高了生产效率 ,满足了军工 、微 电子技术等行业特种材料淬火的需求 ,同时为我国实现无氧化 热处理技术起到了积极的促进作用 。
作者简介 :1) 张金凤 ,女 ,1962 年出生 ,1984 年毕业于西安 公路学院 ,高级工程师 ,030024 ,山西省太原市
收稿日期 :2008 - 10 - 24
结构 。为保证炉体内的真空度 ,炉筒与炉门间用“O”型橡胶圈 密封 。
1 、炉体部分 ;2 、加热室 ;3 、强冷系统 ; 4 、真空系统 ;5 、水冷系统
KEYWORDS :vacous gas quenching ; force cooling ; PLC
·105 ·
图 2 系统控制图
4 软件设计 为了保证系统安全可靠地运行 ,软 、硬件中均采用了自锁
与互锁 ,即在炉内压力达到一定程度时 ,禁止门打开 ;在水压 、 气压不正常时设备不能投入运行 ;炉门齿圈上设有行程开关 , 炉门必须关到位才能向炉体内充氮气等安全措施 ,以避免产生 不良后果 ,保证系统正常运行 。其设备软件流程见图 3 。
1996.
Development of Gas Quenching Vacuum Furnace
Zhang Jinfeng ,Jin Liyan ,Cheng Jianping ,Yang Ronghu
ABSTRACT : This paper introduces the key technical target ,the mechanical structure , electronic control system and the software of the
强冷风量循环过程 :在一定的真空条件下完成对工件的加 热和保温后向炉内通入高纯氮气 ,离心风机带动风叶旋转将氮 气打入进风管 ,氮气通过内胆上的喷气孔快速 、均匀地进入加 热室对工件进行整体冷却 ,受热的氮气通过活动门屏及门屏缝
·104 ·
张金凤 ,等 :真空高压气淬炉的研制
2009 年第 1 期 1 月 20 日出版
图 1 真空高压气淬炉结构示意图 2. 2 加热室
加热室置于炉体内 ,为筒体结构 ,它由外套筒和内胆组成 。 外套筒是为形成强冷风道而设计的 ;内胆由不锈钢框架 、辐射 屏 、加热元件及其支承瓷座 、工件支撑机构等组成 。辐射屏由 五层不锈钢板围成 ,为了减少高温热膨胀引起的翘曲变形 ,每 层辐射屏采用多块组成 。根据设备真空度和温度指标的要求 , 选用镍铬带作为加热元件 。镍铬带具有高的电阻率 ,热稳定性 好 ,成本低 ,在 1 000 ℃以下使用 ,不易变脆 ,可多次反复拆卸 , 即使是由于加工或安装断裂 ,仍可焊接补救 。工件支撑机构用 以放置被处理的工件 。 2. 3 强冷系统
Gas Quenching Vacuun Furance. The force cooling system is the key technic of the furnace , and two sides of measures were taken to assure the cooling speed and the uniform temperature of the workpiece , which are cooling medium and cooling fashion.
参考文献 [1 ] 达道安. 真空设计手册[M] . 北京 :国防工业出版社 ,1991. [2 ] 张继玉. 真空电炉[M] . 北京 :冶金工业出版社 ,1994. [3 ] 阎承沛. 真空热处理工艺与设备设计 [M] . 北京 :机械工
业出版社 ,1998. [4 ] 王秉铨. 工业炉设计手册 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 ,
a) 最高温度 :850 ℃。 b) 工作温度 :540 ℃。 c) 均温区尺寸 :550 ×475 ×325 (mm) (长 ×宽 ×高) 。 d) 极限真空度 : ≤2. 0 ×10 - 3 Pa 。 e) 工作真空度 : ≤8. 0 ×10 - 3 Pa 。 f) 炉温均匀性 : ±5 ℃。 g) 压升率 :0. 3～0. 67 PaΠh。 h) 充气压力 : ≤6 ×105 Pa (6bar) 。 i) 冷却速度 :从 540 ℃冷至 100 ℃,不超过 8 min。 j) 装炉量 :50 kg。 2 设备结构设计 该设备设计为卧式 、单室结构 。主要由炉体部分 、加热室 、 强冷系统 、真空系统 、水冷系统等几部分组成 ,如图 1 所示 。 2. 1 炉体部分 炉体部分是真空气淬炉的主体部分 ,由炉筒和炉门两部分 组成 。炉筒是由具有水套的双层钢板圆筒构件组成 ,内装有加 热室和强冷部分 。炉筒的内壁和外壁分别用不锈钢和碳钢制 成 ,侧壁设有水冷电极引入 、热电偶引入 、观察窗 、冷却管道 、充 气系统等装置 。炉门采用椭圆形标准封头 ,封头亦为双层水套
气淬炉采用 PLC 控制 , PLC 控制具有抗干扰能力强 、程序 运行稳定等优点 ,特别适合在强干扰环境中应用 。气淬炉的控 制分为各种阀的开关控制 ,泵的启动 、停止控制及炉内温度的 控制几部分 。具体如下 :
a) 阀及泵的控制采用可编程控制器控制 ,方便灵活 ,可完 成手动启停及自动启停操作 。
强冷系统是淬火设备的关键部分 ,必须保证设备的冷却速 度和淬火温度的均匀性 ,保证零件表面质量和内部组织结构达 到产品的性能要求 。
本设备采用高压高纯氮气作为强制冷却的介质 ,用高压大 风量离心风机进行强制风道式循环冷却 ,采用水冷式翅片管换 热器进行热交换 ———热交换量大 、冷却速度快 。内胆后壁和内 胆筒体 360°方向上都设置喷气孔 ,使被处理工件总体同时冷 却 ,保证冷却速度和气淬的均匀性 。
隙排出加热室从外套筒外循回 ,经过换热器时被冷却 ,冷却了 的氮气再次被离心风叶打入进风管进行循环冷却 。 2. 4 真空系统
根据设备工作真空度和极限真空度的指标要求 ,真空系统 由 KT - 500 型油扩散泵 、2X - 70 型机械泵及各个管道等组成 。 2. 5 水冷系统
水冷系统主要对以下各部分进行水冷循环 ,即有 :炉筒部 分 、炉门部分 、换热器 、水冷电极及真空系统中的油扩散泵 、机 械泵 、冷阱等 。冷却水由总进水管流经各个分配管到达各冷却 部位 ,经循环返回回水箱 。在回水箱处可观察各部位水流是否 畅通并可测量水温 。在总进水管上装有电接点水压表 ,用以控 制水的压力 。 3 控制系统
b) 温控系统采用调压器控制方式 ,控制简单 、运行可靠 、成 本低 ,并加入了短路保护等安全措施 ,确保系统安全稳定运行 。 其控制原理是 :温度采集点采集的现场环境温度信号通过温控 表的 PID 调节 ,输出调节信号 ,驱动功率调节器 ,功率调节器发 出变压器的调节信号调节变压器的输出功率 ,从而改变加热执 行元件的加热功率 ,起到调节加热室温度的作用 。其控制方案 如图 2 所示 。
摘 要 :文章介绍了真空气淬炉的主要技术指标 、机械结构 、控制系统和软件设计 。作为关键
技术的强冷系统 ,应从冷却介质和冷却方式两方面采取措施 ,保证工件的冷却速度和
温度均匀性 。ຫໍສະໝຸດ Baidu
关键词 :真空气淬 ;强制冷却 ;PLC
中图分类号 :TK414. 2 文献标识码 :A
文章编号 :1004 - 6429 (2009) 01 - 0104 - 02
●应用技术
2009 年第 1 期 1 月 20 日出版
真空高压气淬炉的研制
张金凤1 ,靳丽岩1 ,程建平1 ,杨荣虎2
(1. 中国电子科技集团公司第二研究所 ,山西太原 ,030024 ;2. 装备指挥技术学院 ,北京昌平 ,102249)
真空高压气淬是近几年发展起来的对零部件原材料的表 面硬 (强) 化很理想的工艺技术 ,特别对于在军事技术 、微电子 技术中应用的一些特殊零部件材料需要真空淬火处理才能达 到要求 。真空淬火比起普通淬火而言有很多优点 ,它淬硬均 匀 、变形小 ,不破坏表面的光洁 ,减少了淬火后的表面加工工 序 ,大大提高了效率 ,降低了成本 。随着国民经济的发展和科 学技术的进步 ,许多行业都提出了新的材料性能要求 ,真空淬火 正是目前迫切需要的热处理工艺之一 。而目前国内的真空气淬 设备品种单一 ,不能满足市场各种材料热处理的要求 ,同时这些 设备中还存在有不同的不足之处 。我们研制开发真空高压气淬 炉就是在这种形势下进行的 ,该设备的主要特点是高压 、高气流 量 ,特别适合于低熔点材料如铝基材的真空淬火处理 。 1 设备主要技术指标
图 3 软件流程图 5 结束语
真空气淬炉的研制与开发很好地解决了传统工艺设备处 理工件时出现的种种弊端 ,如变形 、氧化等 ,提高了产品的性能 和质量 ,减少了废品率 ,大大提高了生产效率 ,满足了军工 、微 电子技术等行业特种材料淬火的需求 ,同时为我国实现无氧化 热处理技术起到了积极的促进作用 。
作者简介 :1) 张金凤 ,女 ,1962 年出生 ,1984 年毕业于西安 公路学院 ,高级工程师 ,030024 ,山西省太原市
收稿日期 :2008 - 10 - 24
结构 。为保证炉体内的真空度 ,炉筒与炉门间用“O”型橡胶圈 密封 。
1 、炉体部分 ;2 、加热室 ;3 、强冷系统 ; 4 、真空系统 ;5 、水冷系统
KEYWORDS :vacous gas quenching ; force cooling ; PLC
·105 ·
图 2 系统控制图
4 软件设计 为了保证系统安全可靠地运行 ,软 、硬件中均采用了自锁
与互锁 ,即在炉内压力达到一定程度时 ,禁止门打开 ;在水压 、 气压不正常时设备不能投入运行 ;炉门齿圈上设有行程开关 , 炉门必须关到位才能向炉体内充氮气等安全措施 ,以避免产生 不良后果 ,保证系统正常运行 。其设备软件流程见图 3 。
1996.
Development of Gas Quenching Vacuum Furnace
Zhang Jinfeng ,Jin Liyan ,Cheng Jianping ,Yang Ronghu
ABSTRACT : This paper introduces the key technical target ,the mechanical structure , electronic control system and the software of the
强冷风量循环过程 :在一定的真空条件下完成对工件的加 热和保温后向炉内通入高纯氮气 ,离心风机带动风叶旋转将氮 气打入进风管 ,氮气通过内胆上的喷气孔快速 、均匀地进入加 热室对工件进行整体冷却 ,受热的氮气通过活动门屏及门屏缝
·104 ·
张金凤 ,等 :真空高压气淬炉的研制
2009 年第 1 期 1 月 20 日出版
图 1 真空高压气淬炉结构示意图 2. 2 加热室
加热室置于炉体内 ,为筒体结构 ,它由外套筒和内胆组成 。 外套筒是为形成强冷风道而设计的 ;内胆由不锈钢框架 、辐射 屏 、加热元件及其支承瓷座 、工件支撑机构等组成 。辐射屏由 五层不锈钢板围成 ,为了减少高温热膨胀引起的翘曲变形 ,每 层辐射屏采用多块组成 。根据设备真空度和温度指标的要求 , 选用镍铬带作为加热元件 。镍铬带具有高的电阻率 ,热稳定性 好 ,成本低 ,在 1 000 ℃以下使用 ,不易变脆 ,可多次反复拆卸 , 即使是由于加工或安装断裂 ,仍可焊接补救 。工件支撑机构用 以放置被处理的工件 。 2. 3 强冷系统
Gas Quenching Vacuun Furance. The force cooling system is the key technic of the furnace , and two sides of measures were taken to assure the cooling speed and the uniform temperature of the workpiece , which are cooling medium and cooling fashion.
参考文献 [1 ] 达道安. 真空设计手册[M] . 北京 :国防工业出版社 ,1991. [2 ] 张继玉. 真空电炉[M] . 北京 :冶金工业出版社 ,1994. [3 ] 阎承沛. 真空热处理工艺与设备设计 [M] . 北京 :机械工
业出版社 ,1998. [4 ] 王秉铨. 工业炉设计手册 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 ,
a) 最高温度 :850 ℃。 b) 工作温度 :540 ℃。 c) 均温区尺寸 :550 ×475 ×325 (mm) (长 ×宽 ×高) 。 d) 极限真空度 : ≤2. 0 ×10 - 3 Pa 。 e) 工作真空度 : ≤8. 0 ×10 - 3 Pa 。 f) 炉温均匀性 : ±5 ℃。 g) 压升率 :0. 3～0. 67 PaΠh。 h) 充气压力 : ≤6 ×105 Pa (6bar) 。 i) 冷却速度 :从 540 ℃冷至 100 ℃,不超过 8 min。 j) 装炉量 :50 kg。 2 设备结构设计 该设备设计为卧式 、单室结构 。主要由炉体部分 、加热室 、 强冷系统 、真空系统 、水冷系统等几部分组成 ,如图 1 所示 。 2. 1 炉体部分 炉体部分是真空气淬炉的主体部分 ,由炉筒和炉门两部分 组成 。炉筒是由具有水套的双层钢板圆筒构件组成 ,内装有加 热室和强冷部分 。炉筒的内壁和外壁分别用不锈钢和碳钢制 成 ,侧壁设有水冷电极引入 、热电偶引入 、观察窗 、冷却管道 、充 气系统等装置 。炉门采用椭圆形标准封头 ,封头亦为双层水套
气淬炉采用 PLC 控制 , PLC 控制具有抗干扰能力强 、程序 运行稳定等优点 ,特别适合在强干扰环境中应用 。气淬炉的控 制分为各种阀的开关控制 ,泵的启动 、停止控制及炉内温度的 控制几部分 。具体如下 :
a) 阀及泵的控制采用可编程控制器控制 ,方便灵活 ,可完 成手动启停及自动启停操作 。
强冷系统是淬火设备的关键部分 ,必须保证设备的冷却速 度和淬火温度的均匀性 ,保证零件表面质量和内部组织结构达 到产品的性能要求 。
本设备采用高压高纯氮气作为强制冷却的介质 ,用高压大 风量离心风机进行强制风道式循环冷却 ,采用水冷式翅片管换 热器进行热交换 ———热交换量大 、冷却速度快 。内胆后壁和内 胆筒体 360°方向上都设置喷气孔 ,使被处理工件总体同时冷 却 ,保证冷却速度和气淬的均匀性 。
隙排出加热室从外套筒外循回 ,经过换热器时被冷却 ,冷却了 的氮气再次被离心风叶打入进风管进行循环冷却 。 2. 4 真空系统
根据设备工作真空度和极限真空度的指标要求 ,真空系统 由 KT - 500 型油扩散泵 、2X - 70 型机械泵及各个管道等组成 。 2. 5 水冷系统
水冷系统主要对以下各部分进行水冷循环 ,即有 :炉筒部 分 、炉门部分 、换热器 、水冷电极及真空系统中的油扩散泵 、机 械泵 、冷阱等 。冷却水由总进水管流经各个分配管到达各冷却 部位 ,经循环返回回水箱 。在回水箱处可观察各部位水流是否 畅通并可测量水温 。在总进水管上装有电接点水压表 ,用以控 制水的压力 。 3 控制系统
b) 温控系统采用调压器控制方式 ,控制简单 、运行可靠 、成 本低 ,并加入了短路保护等安全措施 ,确保系统安全稳定运行 。 其控制原理是 :温度采集点采集的现场环境温度信号通过温控 表的 PID 调节 ,输出调节信号 ,驱动功率调节器 ,功率调节器发 出变压器的调节信号调节变压器的输出功率 ,从而改变加热执 行元件的加热功率 ,起到调节加热室温度的作用 。其控制方案 如图 2 所示 。
摘 要 :文章介绍了真空气淬炉的主要技术指标 、机械结构 、控制系统和软件设计 。作为关键
技术的强冷系统 ,应从冷却介质和冷却方式两方面采取措施 ,保证工件的冷却速度和
温度均匀性 。ຫໍສະໝຸດ Baidu
关键词 :真空气淬 ;强制冷却 ;PLC
中图分类号 :TK414. 2 文献标识码 :A
文章编号 :1004 - 6429 (2009) 01 - 0104 - 02