ТЕРМООБРАБАТЫВАЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 1998 года по МПК C22F1/04 C21D9/00 

Изобретение касается термообрабатывающей установки для диффузионного отжига конструктивных элементов из алюминиевых сплавов в авиационной промышленности в соответствии с техническими предписаниями, в частности, плоских заготовок или обработанных давлением конструктивных элементов заранее заданных минимальных и максимальных размеров, причем конструктивные элементы подвергаются процессам термической обработки, закалки, очистки и сушки.

Известна установка для термического улучшения конструктивных деталей из металла, содержащая средствo для термической обработки деталей, средство закалки и средство очистки и сушки (см. патент Германии 4035155, кл. C 22 F 1/04).

Недостатком известной из патента Германии установки для термического улучшения конструктивных деталей из металла является возможность ее применения лишь только для малогабаритных металлических деталей.

При обработке металла/переработке металла в заготовку металлы подвергаются упрочняющему процессу обработки давлением. Известно проведение перед или после подобного рода обработки давлением "неполного отжига", с помощью которого покоробившиеся и деформированные кристаллические структуры металлов разрыхляются и образуются новые кристаллы. Последние ведут себя вновь как структура недеформированного металла, так что металлы в ходе нового технологического процесса можно подвергать дальнейшей обработке давлением. Это "мягкое" состояние позволяет осуществлять хорошую переработку металла в заготовку.

Кроме того, известно, что у части алюминиевых сплавов прочность можно повышать с помощью специальных методов термической обработки, например, с помощью диффузионного отжига после процесса обработки давлением. Для этого алюминиевые сплавы подвергают отжигу, например, в печи с нагревом в соляной ванне или в печи с циркуляцией воздуха при температуре примерно от 500 до 520^oC. Для термической обработки необходимa ручная подвязка деталей на рамы или укладка в короба. После проведения процесса отжига производится немедленная закалка в воде всегда при температуре 20^oC или для тонких конструктивных элементов в воздушном потоке. Затем при использовании сплавов проводится процесс искусственного старения путем выдерживания в течение 1/2 - 24 ч в масляной ванне или в электрически нагреваемой печи с циркуляцией воздуха при температуре примерно от 100 до 200^oC. Приставшие к металлу из печи с нагревом в соляной ванне остатки соли необходимо тщательно удалить, так как они разъедают металл.

В основе изобретения лежит задача создания термообрабатывающей установки указанного вначале типа, с помощью которой можно бездефектно автоматически проводить диффузионный отжиг конструктивных элементов из алюминиевых сплавов с минимальной затратой времени на процесс при воспроизводимых технологических условиях с минимальным короблением или без коробления.

В соответствии с изобретением задача решается благодаря тому,
что предусмотрена имеющая несколько транспортерных лент и/или лентопротяжных роликов транспортная система для незакрепленного размещения и транспортировки конструктивных элементов,
что расположенная после транспортерной ленты и/или лентопротяжных роликов в зоне загрузки конструктивных элементов печь непрерывного действия оснащена транспортирующей конструктивные элементы через печь транспортерной лентой и/или лентопротяжными роликами и системой обогрева для нагревания конструктивных элементов до зависящей от используемого сплава температуры отжига примерно от 460 до 570^oC при заранее заданном времени выдержки нагрева примерно в течение 10-25 мин,
что после печи непрерывного действия расположено содержащее жидкую закалочную среду устройство для закалки конструктивных элементов,
что транспортная система в передаточной зоне между печью непрерывного действия и закалочным устройством выполнена таким образом, что конструктивные элементы под заранее заданным углом без пузырьков погружаются в закалочную среду,
что к закалочному устройству примыкает система очистки и сушки, через которую конструктивные элементы направляются с помощью транспортерной ленты
и что предусмотрена система управления процессом для управления и контроля всех необходимых для безупречной термической обработки конструктивных элементов параметров и протекания процесса.

Варианты выполнения в соответствии с изобретением описаны в дополнительных пунктах 2-19 формулы изобретения.

Особое преимущество изобретения можно видеть в том, что разработанная предпочтительно в виде печи непрерывного действия с интегрированной закалкой термообрабатывающая установка может быть расположена в пространственной близости пресса для обработки давлением конструктивных элементов. Тем самым среди прочего возможна отвечающая потребности термическая обработка деталей с минимальными затратами и с привлечением обслуживающего пресс персонала. Другое преимущество в соответствии с изобретением заключается в закалке с незначительным короблением нагреваемых конструктивных элементов. Промежуток времени, с которого температура конструктивного элемента в одном месте ниже температуры диффузионного отжига до полного погружения конструктивного элемента в закалочную ванну, называется продолжительностью выдержки для закалки. Максимально допустимая продолжительность выдержки для закалки не должна превышать, например, 7 с. Более того, установка рассчитана таким образом, что этот промежуток времени по возможности явно не достигается, благодаря чему достигается повышение качества. Большим преимуществом является также отсутствие ручного подвязывания перед термической обработкой и отвязывания после закалки.

На чертеже схематично представлены примеры выполнения изобретения, где:
фиг. 1 - термообрабатывающая установка с указанием важных для частичных систем установки параметров процесса;
фиг.2 - изображение в увеличенном масштабе передаточной зоны печи непрерывного действия и закалочного устройства термообрабатывающей установки;
фиг.3 - блок-схемa используемой для установки управляющей вычислительной машины.

На фиг.1 в зоне загрузки конструктивных элементов из алюминиевых сплавов представлена транспортерная лента 2, которая так же, как и другие транспортерные ленты 3-7, которые сопряжены с отдельными частными системами установки, является составной частью воспринимающей конструктивные элементы и транспортирующей их через термообрабатывающую установку транспортной системы 1. Управление скоростями транспортировки и временем задержки транспортерных лент осуществляется синхронно с помощью представленной на фиг.3 управляющей вычислительной машины, причем соответствующие электродвигатели и регуляторы обозначены соответствующими позициями 8,9.

После транспортерной ленты 2 расположенa печь 10 непрерывного действия, соответствующая транспортерная лента 3 которой проходит под управляемой с помощью системы управления процессом электрической системой обогрева 11, предпочтительно электрической резистивной системой нагрева для нагревания свободно лежащих на транспортерной ленте 3 конструктивных элементов до температуры отжига примерно от 470 до 570^oC в зависимости от сплава при времени выдержки нагрева примерно от 10 до 25 мин. Печь 10 непрерывного действия, полезная ширина которой может составлять 2500 мм, полезная высота пространства - по меньшей мере 160 мм и полезная длина пространства которой зависит от пропускной способности, температуры выдержки и транспортной системы, а также рабочую температуру которой можно регулировать в диапазоне от Т_мин=300^oC до Т_макс=600^oC, имеет, кроме того, заранее заданное количество необозначенных более детально зон терморегуляции для достижения предписанного класса качества термообработки конструктивных элементов. Во входной и выходной зонах печи 10 непрерывного действия могут быть предусмотрены также дверцы печи или другие механизмы с целью недопущения тепловых потерь, управлениe которыми осуществляется с помощью системы управления процессом в зависимости от результатов. Кроме того, предусмотрена установка термоэлементов, измеренные величины температуры которых подаются в систему управления процессом для оценки, управляемого с помощью системы управления процессом воздуходувного устройства 12 в печи непрерывного действия 10.

После печи 10 непрерывного действия расположено содержащее водно-гликолевый раствор, доля гликоля в котором может составлять, например, от 25 до 30 об.%, или другую жидкую закалочную среду, например воду, закалочное устройство 14 для закалки конструктивных элементов. Закалочное устройство 14 может быть оснащено перекачивающей установкой 15 для циркуляции ванны, системой 16 заполнения и опорожнения, устройством 17 контроля температуры и системой 18 оборотного водоснабжения, рабочими процессами которых можно управлять с помощью системы управления процессом.

На фиг. 2 можно видеть, что транспортная система 1 в передаточной зоне между печью 10 непрерывного действия и закалочным устройством 14 выполнена таким образом, что конструктивные элементы под заранее заданным углом без пузырьков погружаются в закалочную среду 13. Для этого транспортерная лента 3 печи 10 непрерывного действия проходит в концевой зоне под заранее заданным углом около 15^o относительно его горизонтального положения. Расположенная после транспортерная лента 4, представляющая собой спусковое устройство, образует в передаточной зоне наклонную поверхность с регулируемым углом примерно от 45 до 75^o относительно горизонталей.

В соответствии с фиг.1 к закалочному устройству 14 примыкают система 19 очистки и система 20 сушки, через которые конструктивные элементы направляются с помощью транспортерной ленты 7 к непоказанной на чертеже зоне отбора. Система 19 очистки имеет устройство 21 для распыления воды для очищаемых конструктивных элементов и приемный резервуар 22 с расположенным после него отделителем 23 гликоля. Объемный поток и время распыления воды, а также концентрация гликоля в воде приемного резервуара 22 регулируются до заранее заданного минимального значения с помощью системы управления процессом. Можно предусмотреть, чтобы снабжение водой распыляющего устройства 21 осуществлялось из приемного резервуара 22. Сушка конструктивных элементов в системе 20 сушки проводится с помощью воздуходувного устройства 24, причем управление объемным потоком воздуха и временем сушки осуществляется с помощью системы управления процессом.

Представленная на фиг.3 в виде блок-схемы система управления процессом способствует полностью автоматической эксплуатации термообрабатывающей установки, а именно обеспечивает управление, визуальное наблюдение за процессом, регулирование, контроль и диагноз ошибок процесса, а также документирование процесса. Для этого система имеет управляющую вычислительную машину 25, которая соединена с программным запоминающим устройством 26, например, с 20 ячейками памяти для процесса термообработки. Кроме того, имеются включенная после блока 27 ввода и вывода данных управляющая вычислительная машина 28 и органы управления для обслуживающего персонала, как, например, клавиатура 29, устройство 30 для считывания кодов, экран 31 и печатающее устройство 32.

Перечень условных обозначений:
1 - транспортная система,
2-7 - транспортерные ленты (лентопротяжные ролики),
8 - электродвигатель,
9 - регулятор для электродвигателя 8,
10 - печь непрерывного действия,
11 - система электрического обогрева печи непрерывного действия,
12 - воздуходувное устройство печи 10 непрерывного действия,
13 - закалочная среда,
14 - закалочное устройство,
15 - перекачивающее устройство,
16 - система заполнения и опорожнения,
17 - устройство контроля температуры,
18 - устройство оборотного водоснабжения,
19 - система чистки,
20 - система сушки,
21 - устройство для распыления воды,
22 - приемный резервуар,
23 - отделитель гликоля,
24 - воздуходувноe устройство,
25 - управляющая вычислительная машина,
26 - программное запоминающее устройство,
27 - блок ввода и вывода данных,
28 - управляющая вычислительная машина,
29 - клавиатура,
30 - устройство для считывания кодов,
31 - экран,
32 - печатающее устройство.

Изобретение относится к термообрабатывающей установке для диффузионного отжига конструктивных элементов из алюминиевых сплавов в авиационной промышленности. Техническим результатом является возможность бездефектно автоматически проводить диффузионный отжиг конструктивных элементов в соответствии с заданными техническими предписаниями с минимальной затратой времени на процесс при воспроизводимых технологических условиях, термообрабатывающая установка имеет следующие узлы: несколько транспортерных лент/лентопротяжных роликов, транспортную систему для транспортировки конструктивных элементов, печь непрерывного действия с транспортирующей конструктивные элементы через печь транспортерной лентой и с системой обогрева для нагревания конструктивных элементов до температуры отжига, а также расположенное после печи непрерывного действия устройство для закалки конструктивных элементов, содержащее жидкую закалочную среду, примыкающую к закалочному устройству систему очистки и сушки, через которую конструктивные элементы направляются с помощью транспортерной ленты, и систему управления процессом для управления и контроля всех необходимых для безупречной термической обработки конструктивных элементов параметров и протекания процесса. 18 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Термообрабатывающая установка для диффузионного отжига конструктивных элементов из алюминиевых сплавов в авиационной промышленности, в частности плоских заготовок или обработанных давлением конструктивных элементов заранее заданных минимальных и максимальных размеров, характеризующаяся тем, что содержит транспортную систему, имеющую несколько транспортерных лент и/или лентопротяжных роликов для незакрепленного размещения и транспортировки конструктивных элементов, печь непрерывного действия, расположенную после транспортерной ленты и/или лентопротяжных роликов в зоне загрузки конструктивных элементов и оснащенную транспортной лентой и/или лентопротяжными роликами, транспортирующими конструктивные элементы через печь, и системой обогрева для нагревания конструктивных элементов до зависящей от свойств используемого сплава температуры отжига примерно 470 - 570^oC, при времени выдержки примерно в течение 10 - 25 мин, устройство для закалки конструктивных элементов, расположенное после печи непрерывного действия и содержащее жидкую закалочную среду, причем транспортная система в передаточной зоне между печью непрерывного действия и устройством для закалки выполнена с возможностью погружения конструктивных элементов в закалочную среду под заранее заданным углом без пузырьков, системы очистки и сушки, примыкающие к устройству для закалки, через которые конструктивные элементы направляют с помощью транспортной ленты, и систему управления процессом для управления и контроля всех необходимых параметров процесса термической обработки конструктивных элементов. 2. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что транспортная система содержит транспортерную ленту для зоны загрузки, транспортерную ленту для печи непрерывного действия, транспортерную ленту для передаточной зоны от печи к закалочному устройству, которое содержит две другие транспортерные ленты, и транспортерную ленту для системы очистки и сушки, а также для зоны отбора. 3. Установка по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что скорости транспортных лент синхронизированы с помощью системы управления процессом в соответствии с заранее заданным протеканием процесса. 4. Установка по любому из пп.1 - 4, характеризующаяся тем, что транспортерная лента печи непрерывного действия проходит в концевой зоне под заранее заданным углом примерно 15^o относительно ее горизонтального положения, транспортерная лента в передаточной зоне от печи непрерывного действия к закалочному устройству образует наклонную поверхность с регулируемым углом примерно 45 - 75^o относительно горизонталей. 5. Установка по любому из пп.2 - 4, характеризующаяся тем, что транспортерная лента в передаточной зоне является составной частью приводимого в действие с помощью роликов спускного устройства. 6. Установка по любому из пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что обогрев печи непрерывного действия происходит посредством косвенной электрической резистивной системы обогрева, управляемой с помощью системы управления процессом. 7. Установка по любому из пп.1, 2, 4, или 6, характеризующаяся тем, что печь непрерывного действия имеет регулируемый диапазон температур от T_мин = 300^oC до T_макс = 600^oC. 8. Установка по любому из пп.1, 2, 4, 6 или 7, характеризующаяся тем, что печь непрерывного действия имеет заранее заданное количество зон терморегуляции для достижения предписанного класса термической обработки конструктивных элементов. 9. Установка по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7 или 8, характеризующаяся тем, что печь непрерывного действия во входной и выходной зонах конструктивных элементов имеет дверцы печи и другие механизмы для предотвращения тепловых потерь, управление которыми осуществляется с помощью системы управления процессом в зависимости от результатов. 10. Установка по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 8 или 9, характеризующаяся тем, что она имеет заранее заданное количество расположенных в печи непрерывного действия термоэлементов, измеренные величины температуры которых подаются в систему управления процессом для оценки. 11. Установка по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 8, 9 или 10, характеризующаяся тем, что она имеет расположенное в печи непрерывного действия воздуходувное устройство, управление которым осуществляется с помощью системы управления процессом. 12. Установка по любому из пп.1, 2, 3 или 4, характеризующаяся тем, что закалочное устройство в качестве закалочной среды содержит водно-гликолевый раствор. 13. Установка по п.12, характеризующаяся тем, что доля гликола в водно-гликолевом растворе составляет примерно 25 - 30 об.%. 14. Установка по любому из пп.1, 2, 3 или 4, характеризующаяся тем, что в качестве закалочной среды в закалочном устройстве служит вода. 15. Установка по любому из пп.1, 2, 3, 4, 12 или 14, характеризующаяся тем, что закалочное устройство оснащено перекачивающей установкой для циркуляции в ванне, системой заполнения и опорожнения, устройством контроля температуры и установкой оборотного водоснабжения, рабочими процессами которых можно управлять с помощью системы управления процессом. 16. Установка по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что система очистки имеет устройство для распыления воды для очищаемых конструктивных элементов и приемный резервуар с расположенным после него отделителем гликоля и что объемный поток и время распыления воды, а также концентрация гликоля в воде приемного резервуара регулируются до заранее заданного минимального значения с помощью системы управления процессом. 17. Установка по п.16, характеризующаяся тем, что снабжение водой распыляющего устройства осуществляется из приемного резервуара. 18. Установка по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что система сушки имеет воздуходувное устройство, управление объемным потоком воздуха и временем сушки которой осуществляется с помощью системы управления процессом. 19. Установка по любому из пп.1 - 18, характеризующаяся тем, что система управления процессом имеет соединеную с программным запоминающим устройством управляющую вычислительную машину, включенную после блока ввода и вывода данных, управляющую вычислительную машину и органы управления для обслуживающего персонала.