ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК B23K3/04 F27D11/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для пайки и термообработки изделий.

Известно устройство для пайки, содержащее ступенчатую камеру разряжения, предназначенную для установки паяемого изделия, индуктор, предназначенный для разогрева камеры, а также привод перемещения камеры с изделием в индуктор и механизм вакуумирования /см. а.с. СССР N 471967, кл. B 23 K 3/04, 1973 г./.

В результате анализа данного устройства необходимо отметить, что оно предназначено, в основном, для пайки изделий небольшого размера, поэтому вакуумная камера выполнена подвижной в осевом направлении, причем время пайки изделий в данном устройстве невелико, так как конструкция системы вакуумирования не позволяет длительное время поддерживать вакуум, а следовательно, и обеспечить высокое качество пайки.

Известна печь с индукционным нагревом, содержащая наружный корпус и внутренний цилиндр, закрепленные на фланце, имеющие отверстия для подачи и отвода газа, причем внутри корпуса установлена стойка для размещения на ней паяемых или термообрабатываемых изделий, нагреваемых высокочастотным электромагнитным полем индуктора.

В процессе работы в цилиндр через отверстия подается под избыточным давлением газ, который попадает в рабочий объем внутреннего цилиндра и охлаждает нагретые индуктором детали, после чего поднимается вверх, попадает в пространство между стенками корпуса и цилиндра и через отверстия выходит наружу (см. а.с. СССР, N 310751, кл. B 23 K 3/04, 1970 г.).

Анализируя данную конструкцию печи, необходимо отметить, что она имеет ограниченное применение, так как с изменением сечения изделия (круг, квадрат, многогранник) и его размеров необходимо менять индуктор и, как следствие, осуществлять согласование нагрузки с источником питания, кроме того в данной печи невозможно управлять скоростью охлаждения, что снижает качество изделий.

Известна печь с индукционным нагревом, содержащая корпус, муфель, установленный в корпусе и предназначенный для размещения и нагрева в нем изделия, индуктор, устройство для подачи охлаждающей среды, выполненное в виде теплообменника, соединенного подводящим и отводным трубопроводами с рабочим пространством установки, нагнетатель, напорный трубопровод и элемент закручивания потока охлаждающей среды, размещенный у входа в рабочее пространство установки, заслонки, установленные в подводящем и напорном трубопроводах (см. описание изобретения к заявке RU, 94028457, A1, B 23 K 3/04, 10.05.96 - наиболее близкий аналог изобретения).

Известная конструкция печи имеет ограниченное применение, в ней также невозможно управлять скоростью охлаждения.

Предложенная индукционная установка отличается от ближайшего аналога тем, что может быть использована не только для пайки изделий, но и для термообработки изделия.

Техническим результатом от использования изобретения является расширение технологических и эксплуатационных возможностей индукционной установки за счет обеспечения пайки и термообработки изделия различных форм и размеров (в пределах рабочего пространства) без переналадки установки, а также путем обеспечения управления скоростью нагрева и охлаждения изделия для повышения их качества.

Технический результат достигается тем, что в индукционной установке, содержащей корпус, индуктор, футеровку, устройство для подачи охлаждающей среды, муфель, установленный в корпусе и предназначенный для размещения и нагрева в нем изделия, устройство для подачи охлаждающей среды выполнено в виде теплообменника, соединенного подводящим и отводным трубопроводами с рабочим пространством установки, нагревателя, напорного трубопровода и элемента закручивания потока охлаждающей среды, размещенного у входа в рабочее пространство установки, причем в подводящем и напорном трубопроводах смонтированы заслонки, новым является то, что установка снабжена теплоизоляционным отсекателем, установленным в муфеле.

Элемент закручивания потока охлаждающей среды выполнен в виде шнека. Теплообменник закреплен на корпусе установки. Часть муфеля, обращенная к элементу закручивания, выполнена конической формы и имеет в торце отверстие, предназначенное для подачи в полость муфеля охлаждающей среды. В отверстии муфеля размещен диффузор. Теплоизоляционный отсекатель выполнен в виде пакета из нескольких, установленных с зазором друг относительно друга, экранов с пазами, предназначенными для отвода охлаждающей среды из полости, образованной муфелем и изделием, причем пазы по отношению к оси корпуса выполнены по винтовой линии.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Считаем, что конструкция предложенной установки не следует явным образом из известных устройств, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного изобретения критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг. 1 - индукционная установка в общем виде, осевое сечение;
фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1;
фиг. 3 - сечение Б-Б по фиг. 2.

Индукционная установка представляет собой индукционную печь без сердечника, содержащую охлаждаемый корпус 1 с магнитопроводами 2, днищем 3, индуктором 4 и футеровкой (теплоизоляцией) 5.

В полость корпуса 1 печи вводится приспособление 6, на котором установлен муфель 7, торцевая часть муфеля выполнена в форме усеченного конуса 8, внутри которого размещен диффузор 9, который частично перекрывает в торце муфеля 7 отверстие (позицией не обозначено). Муфель 7 крепят к смонтированной на приспособлении 6 плашайбе 10. На этой же планшайбе установлен экранный теплоизоляционный отсекатель 11. Торцевая часть плашайбы 10 выполнена с отверстиями (позицией не обозначены).

На приспособлении 6 размещен элемент 12 установки изделия 13.

Теплоизоляционный отсекатель 11 выполнен в виде пакета из нескольких, установленных с зазором друг относительно друга, металлических экранов с пазами 14, выполненными по отношению к продольной оси корпуса 1 по винтовой линии.

В корпусе 1 имеется два отверстия (позициями не обозначены), которые посредством подводящего 15 и отводного 16 трубопроводов соединяют полости охлаждения 17 и 18 с теплообменником 19.

Полость 17 образована внутренней поверхностью футеровки 5 и наружной поверхностью муфеля 7, а полость 18 образована внутренней поверхностью муфеля 7 и наружной поверхностью изделия 13.

Для регулирования скорости потока охлаждающей среды и его интенсивности, а также обеспечения разъединения теплообменника 19 с полостью корпуса предусмотрены заслонки, одна из которых 20 установлена в подводящем трубопроводе 15, а вторая 22 - в напорном трубопроводе 21.

Напорный трубопровод 21 соединяет отводной трубопровод 16 с полостью печи.

В магистрали, образованной трубопроводами 16 и 21, установлен нагнетатель 23, а в полости, являющейся продолжением напорного трубопровода 21, выполненной в днище корпуса 1, установлен элемент 24 для закручивания охлаждающей среды, выполненный, например, в виде шнека.

Теплообменник 19 содержит полость 25, соединенную с корпусом 1 трубопроводами 15 и 16, и полость 26, соединенную с системой охлаждения (не показана) трубопроводами 27.

Теплообменник 19 может быть установлен как на корпус 1, так и автономно.

Муфель 7 может быть установлен внутри рабочего пространства стационарно или на приспособлении 6, которое базируется, например, на подводном органе 28 манипулятора.

Приводы поворота заслонок 20 и 22 являются известными, их конструкция не является предметом изобретения, поэтому они в материалах заявки не раскрыты.

Установка работает следующим образом.

Приспособление 6 совместно с муфелем 7 и изделием 13 приводным органом 28 манипулятора подают в рабочее пространство печи, после чего ее герметизируют. При стационарном расположении муфеля в печи изделие загружается в муфель.

При подаче напряжения на индуктор 4 вокруг последнего возникает переменное магнитное поле заданной напряженности, которое обеспечивает нагрев помещенного в него муфеля 7. Нагрев изделия 13 осуществляется теплопередачей излучением от стенок муфеля 7. При достижении изделием 13 заданной температуры и стабилизации ее в течение определенного технологическим процессом времени, припой расплавляется и осуществляет соединение паяемых элементов изделия 13. Затем снимают напряжение с индуктора и охлаждают изделие вместе с печью до заданной температуры.

В случае, если необходимо регулировать скорость охлаждения (или совместить процесс пайки с термообработкой), включают нагнетатель 23 и открывают заслонки 20, 22. При работе нагнетателя 23 происходит циркуляция охлаждающей среды по двум контурам: первый - полость 17, трубопровод 15, теплообменник 19, трубопровод 16, нагнетатель 23, напорный трубопровод 21, полость 17; второй - полость 18, трубопровод 15, теплообменник 19, трубопровод 16, нагнетатель 23, напорный трубопровод 21, полость 18.

Проходя через элемент 24, поток охлаждающей среды получает дополнительно вращательное движение и в рабочем пространстве печи делится на две составляющие части. Первая часть потока равномерно обтекает наружную коническую поверхность 8 муфеля 7, а вторая часть потока, обтекая диффузор 9, поступает внутрь муфеля 7 и, равномерно обтекая изделие 13, охлаждает последнее.

Разделение потока охлаждающей (газовой) среды на две составляющие части, одна из которых охлаждает муфель 7 и футеровку 5, а вторая - изделие 13, позволяет обеспечить термообработку изделия 13 и сократить цикл его охлаждения.

Закрученная охлаждающая среда из полостей 17 и 18, как уже было упомянуто выше, совершается по двум контурам и, охлажденная, снова поступает в печь. Цикл многократно повторяется. Регулирование скорости охлаждения осуществляется заслонками 20 и 22 путем дросселирования.

Конструкция установки может быть использована и для термообработки.

Выполнение части муфеля 7, обращенной к элементу закручивания 24, конической формы позволяет снизить гидравлическое сопротивление потоку охлаждающей среды на его выходе и обеспечить равномерное обтекание наружной поверхности муфеля 7.

Размещение внутри муфеля 7 диффузора 9 позволяет организовать поток охлаждающей среды между муфелем 7 и изделием 13 и тем самым повысить скорость охлаждения последнего.

Использование в конструкции установки теплового отсекателя 11, выполненного в виде пакета из нескольких установленных с зазором друг относительно друга металлических экранов с пазами 11, выполненных по отношению к продольной оси корпуса 1 по винтовой линии, позволяет обеспечить не только снижение тепловых потерь, но и обеспечивает отвод охлаждающей среды из полости 18 по трубопроводу 15 в теплообменник 19.

Установка теплообменника 19 на корпусе 1 способствует экономии производственных площадей и компактности конструкции установки.

Элемент 24, выполненный в виде шнека, обеспечивает закручивание газового потока, движущегося от нагнетателя 23 поступательно относительно оси установки. В результате сложения этих движений частицы газа получают кориолисово ускорение, способствующее эффективному съему тепла с нагретых объектов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для пайки и термообработки изделий. Индукционная установка представляет собой индукционную печь без сердечника, содержащую охлаждаемый корпус с магнитопроводами, днищем, индуктором, футеровкой. Установка дополнительно снабжена теплоизоляционным отсекателем. В полости корпуса установлен муфель, торцевая часть которого выполнена в виде усеченного конуса, внутри которого размещен диффузор. Муфель закреплен на планшайбе. На планшайбе установлен экранный теплоизоляционный отсекатель. Установка обеспечивает пайку и термообработку изделий различных форм и размеров без переналадки, а также управление скоростью нагрева и охлаждения изделий для повышения их качества. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Индукционная установка, содержащая корпус, муфель, установленный в корпусе и предназначенный для размещения и нагрева в нем изделия, индуктор, футеровку, устройство для подачи охлаждающей среды, выполненное в виде теплообменника, соединенного подводящим и отводным трубопроводами с рабочим пространством установки, нагнетатель, напорный трубопровод, элемент закручивания потока охлаждающей среды, размещенный у входа в рабочее пространство установки, заслонки, установленные в подводящем и напорном трубопроводах, отличающаяся тем, что установка снабжена теплоизоляционным отсекателем, установленным в муфеле. 2. Индукционная установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционной отсекатель выполнен в виде пакета из нескольких установленных с зазором друг относительно друга экранов с пазами, предназначенными для отвода охлаждающей среды из полости, образованной муфелем и изделием, причем пазы по отношению к оси корпуса выполнены по винтовой линии. 3. Индукционная установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что часть муфеля, обращенная к элементу закручивания, выполнена конической формы и имеет в торце отверстие, предназначенное для подачи в полость муфеля охлаждающей среды. 4. Индукционная установка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в отверстии для подачи в полость муфеля охлаждающей среды размещен диффузор. 5. Индукционная установка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что элемент закручивания потока охлаждающей среды выполнен в виде шнека. 6. Индукционная установка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что теплообменник закреплен на охлаждаемом корпусе.