УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C21D9/663 

Изобретение относится к металлургии, а именно к печам нагрева для термообработки деталей, преимущественно листов магнитопроводов.

Известна печь для обжига углеродных заготовок, содержащая корпус квадратного горизонтального сечения со съемным сводом и решетчатым подом, каналы для подачи рабочего газа, выполненные по периферии к центру печи, контейнеры с заготовками, помещенные в печь.

Недостатком такой печи является неравномерность температурного поля в камере печи из-за низкой проницаемости конструкции контейнеров газовыми потоками, обдувающими поверхности обрабатываемых деталей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для термообработки статорных листов магнитопроводов, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус печи прямоугольного горизонтального сечения, трубопроводы для подачи в нее контролируемой атмосферы, контейнер с несущими стержнями одинаковой длины, вентилятор для циркуляции рабочего газа.

Недостатком известного устройства является несимметричночть газовых потоков и значительный градиент температуры внутри печи, что исключает возможность равномерного нагрева и обдува деталей по всему объему и, как следствие, получения высоких и однородных физических свойств обрабатываемых деталей, в частности магнитных свойств магнитопроводов.

Технической задачей изобретения является создание устройства для термообработки деталей, преимущественно листов магнитопроводов, использование которого обеспечивает однородность физических свойств обрабатываемых деталей, в частности магнитных свойств листов магнитопроводов по всему объему печи.

Задача решается путем изменения конструкции известной установки, позволяющей получить технический результат, заключающийся в снижении температурного градиента по объему печи и оптимизации газовых потоков, обдувающих поверхности обрабатываемых деталей.

Это достигается тем, что известное устройство, содержащее корпус, под печи, трубопроводы для подачи в нее контролируемой атмосферы, контейнеры с несущими стрежнями, помещенные в печь, вентилятор для циркуляции газа, дополнительно снабжено центральным трубчатым элементом в виде цилиндра с глухой крышкой и боковыми отверстиями, корпус выполнен цилиндрическим, контейнеры установлены радиально, несущие стержни выполнены увеличивающейся длины, длина каждого последующего больше предыдущего на ΔL = (2,2...3,2)D•tgα/2, где D внешний диаметр обрабатываемых деталей, α угол расхождения контейнера.

Как известно, уровень магнитных потерь в магнитопроводе определяется его геометрическими размерами, химическим составом и микроструктурой металла, формирование которой, в свою очередь, зависит от температуры и длительности термообработки, состава рабочего газа. Поэтому однородность температурного поля по объему печи однозначно предопределяет и однородность магнитных свойств обрабатываемых деталей.

Цилиндрическая форма корпуса печи и установленный в центре печи цилиндр с глухой крышкой и боковыми отверстиями для отсоса газа обеспечивают симметричную в горизонтальных сечениях радиальную циркулюцию газа, что благоприятно для выравнивания условий термической обработки деталей по всему объему печи.

Предлагаемая конструкция позволяет устанавливать контейнеры радиально для равномерного обдува поверхностей обрабатываемых деталей потоками газа, направленными от периферии к центру. При этом для равномерного и наиболее полного заполнения рабочего объема камеры печи несущие стержни, на которые подмешивают детали, выполнены увеличивающейся длины.

Соотношение, определяющее прирост длины каждого последующего стержня на DL = (2,2...3,2)D•tgα/2, получено исходя из того, что несущие стержни устанавливаются в положениях, соответствующих расстоянию (1,1.1,6)•D между осями соседних стержней.

При установке несущих стержней на расстоянии между их осями, меньшем 1,1•D, возникают затруднения при подвешивании деталей.

Установка на расстоянии, большем 1,6•D (например 1,65•D, см. табл. поз. 5), приводит к нерациональному использованию рабочего объема камеры печи, так как при этом вместо трех несущих можно установить четыре, сместив центральный стержень и установив рядом четвертый.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство дополнительно снабжено центральным трубчатым элементом для радиальной циркуляции газа, корпус выполнен цилиндрическим, а контейнеры установлены радиально, при этом несущие стержни выполнены увеличивающейся длины.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показано устройство для термообработки, вертикальный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для термообработки содержит корпус печи 1, который может быть съемным, под 2, вентилятор 3, трубопровод 4 для подачи в печь контролируемой атмосферы, центральный трубчатый элемент 5 в виде цилиндра с глухой крышкой и боковыми отверстиями, контейнеры 6 с несущими стержнями 7, на которые подвешивают обрабатываемые детали 8.

Устройство для термообработки деталей работает, например, следующим образом. Каждый из шести контейнеров 6 загружают обрабатываемыми деталями 8, устанавливают на под 2 печи вокруг центрального трубчатого элемента 6 и накрывают съемным корпусом 1. Затем включают вентилятор 3, подают в печь контролируемую газовую смесь, включают нагреватели, изолированные от камеры печи и расположенные вдоль боковой поверхности корпуса 1 печи, и проводят процесс по заданному режиму. Вентилятор 3 с крыльчаткой центробежного типа засасывает рабочий газ в центральный трубчатый элемент 5 и подает его вдоль стен внутри корпуса печи. Поднимаясь, газ нагревается и при своем движении к отверстиям центрального трубчатого элемента 5 омывает поверхности обрабатываемых деталей 8. Двигаясь с большей скоростью, газ создает турбулентные потоки, что способствует выравниванию температурного градиента по высоте и сечению загрузки. В результате такой направленности газовых потоков перепад температуры по высоте контейнера составляет 20-30^oC (по прототипу 30-40^oC), а по сечению 10-20^oC (по прототипу 20-30^oC).

Пример. Предлагаемое устройство использовано при термообработке статорных листов магнитопроводов, вырубленных из полос нелегированной изотропной электротехнической стали марки 2012 толщиной 0,5 мм.

Отжиг проводили в защитной атмосфере (94-96% N₂, 4-6% H₂) при температуре 750^oC в течении 1,5 ч, охлаждали до температуры 600^oC со скоростью 50^oC/ч, затем вместе с печью до 120^oC, после чего снимали корпус и дальнейшее охлаждение до комнатной температуры проводили на воздухе.

При загрузке печи в нее одновременно закладывали стандартные образцы, отобранные из той же партии стали для определения магнитных характеристик материала магнитопроводов после термообработки.

Результаты проведенных испытаний приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществить термическую обработку деталей в условиях равномерного эффективного теплообмена по всему объему печи. Наличие центрального трубчатого элемента обеспечивает радиальную циркуляцию газа, цилиндрическая форма корпуса печи, радиальное расположение контейнеров, увеличивающаяся длина несущих стержней обеспечивают оптимальный обдув обрабатываемых деталей и наиболее полное использование рабочего объема печи, повышая тем самым ее производительность.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить разброс физических характеристик обрабатываемых деталей, в частности удельных магнитных потерь магнитоприводов, с одновременным снижением их среднего уровня, что обеспечит сокращение потерь электроэнергии на перемагничивание и уменьшение габаритов электродвигателей.

Сущность изобретения: устройство для термообработки содержит цилиндрический корпус печи, трубопроводы для подачи в нее контролируемой атмосферы, центральный трубчатый элемент в виде цилиндра с глухой крышкой и боковыми отверстиями для радиальной циркуляции газа, контейнеры выполнены радиальными, с несущими стержнями, которые выполнены увеличивающейся длины, прирост длины L каждого последующего стержня по отношению к предыдущему составляет ΔL = (2,2...3,2)D•tgα/2, где D - внешний диаметр обрабатываемых деталей; α - угол раскрытия стен контейнера. Конструкция позволяет уменьшить разброс физических характеристик обрабатываемых деталей, в частности удельных магнитных потерь магнитопроводов, с одновременным снижением их среднего уровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил, 1 табл.

1. Устройство для термообработки деталей, преимущественно листов магнитопроводов, содержащее корпус печи, преимущественно съемный, под, трубопроводы подачи в печь контролируемой атмосферы, размещенные в печи контейнеры для деталей с несущими стержнями, вентилятор для циркуляции газа, отличающееся тем, что оно снабжено центральным трубчатым элементом для радиальной циркуляции газа, корпус выполнен цилиндрическим, контейнеры выполнены с радиальными боковыми стенками, а несущие стержни выполнены с увеличивающейся к периферии длиной, причем длина L каждого последующего стержня больше предыдущего на величину
ΔL = (2,2-3,2)D•tgα/2,
где D наружный диаметр обрабатываемой детали;
α - угол раскрытия боковых стен контейнера. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный трубчатый элемент выполнен в виде цилиндра с глухой крышкой и боковыми отверстиями.