一種“一體兩機(jī)”式立式真空爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

唐宏波，郭華鋒，郝嘉欣

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原030024）

0 引言

真空熱處理技術(shù)是材料改性方面高精度、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和無污染的加工制造技術(shù)，是本世紀(jì)機(jī)械制造工業(yè)新技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一，也是當(dāng)今機(jī)械工程先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域之一[1]。

真空回火爐主要用于航空結(jié)構(gòu)鋼，合金工具鋼，模具鋼，不銹鋼、鈦合金的真空回火[2]；高溫真空釬焊爐主要用于各種鈦及鈦合金、不銹鋼、高溫合金零件的真空焊接及焊后熱處理，包括真空退火、真空氣淬及真空消除應(yīng)力等。但實(shí)際生產(chǎn)中一個(gè)零部件通常需要多種熱處理、釬焊等工藝，這就分別需要多臺真空爐?；谠搯栴}，本文提出一種新型的“一體兩機(jī)”式的立式真空爐，即由一套機(jī)組連接一臺立式回火爐體和一臺立式釬焊爐體，通過電氣部分控制各臺爐體對應(yīng)高閥的開關(guān)而控制爐體的運(yùn)行；文章還在傳統(tǒng)的噴氣風(fēng)管基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，選擇95瓷材料替換原有金屬材料風(fēng)管從而節(jié)約了設(shè)備維修成本。

1 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡述

如圖1所示，該結(jié)構(gòu)為“一機(jī)兩體”式立式爐，即真空回火/高溫真空釬焊爐總體結(jié)構(gòu)。 真空回火/高溫真空釬焊爐由真空爐體、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、爐門升降機(jī)構(gòu)、強(qiáng)冷系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等組成，現(xiàn)將其主要部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡述如下。圖1中1為高溫真空釬焊爐，2為真空回火爐，3為真空機(jī)組。

圖1 “一機(jī)兩體”式立式爐設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

1.1爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

真空回火/高溫真空釬焊爐爐體均采用立式、下開門、雙層夾套水冷結(jié)構(gòu)，爐體上裝有水冷電極、控溫?zé)犭娕甲?、測真空度裝置、測爐溫均勻性軟偶的接口、放氣接口以及用于其它一些用途的接口等。由于兩個(gè)爐體結(jié)構(gòu)類似，所以現(xiàn)只展示真空回火爐體結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示：

圖2 真空回火爐體結(jié)構(gòu)簡圖

1.2加熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

加熱室置于爐體內(nèi)，由冷卻風(fēng)管和內(nèi)膽組成。風(fēng)管是為形成強(qiáng)冷風(fēng)道而設(shè)計(jì)的，內(nèi)膽由加熱元件、輻射屏、料臺及其支撐瓷座、工件支撐機(jī)構(gòu)等組成[3]。加熱元件采用高溫鉬鑭合金帶（加熱帶上有加強(qiáng)筋），布置成圓筒型，加熱帶沿加熱體圓周均勻分布，保證加熱均勻、熱損失小。同時(shí)各區(qū)加熱帶可單獨(dú)拆卸，便于更換和維修。如圖3所示。

圖3 加熱室結(jié)構(gòu)簡圖

1.3傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備整體為立式支架結(jié)構(gòu)，爐體主體放置在爐體支架上，爐門豎直升降時(shí)，升降驅(qū)動(dòng)采用減速電機(jī)，電機(jī)通過減速機(jī)后再通過換向器分配動(dòng)力連接至絲杠，絲桿螺母與真空爐爐門連接，絲杠同步升降帶動(dòng)爐門上下運(yùn)動(dòng)。在爐門升降過程中依靠直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，整個(gè)系統(tǒng)精確傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)[4]。如圖4所示。

圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

1.4外冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

強(qiáng)冷系統(tǒng)采用外循環(huán)冷卻方式，由熱交換器、強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)、風(fēng)管等部分構(gòu)成，采用惰性氣體作為強(qiáng)制冷卻的介質(zhì)，用大風(fēng)量離心分機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)道式循環(huán)冷卻。該設(shè)備采用獨(dú)特冷卻氣體循環(huán)管路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)膽筒體360°方向上都設(shè)置噴氣孔，使被處理工件均勻冷卻。如圖5所示。

圖5 外冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2 創(chuàng)新點(diǎn)設(shè)計(jì)

本文在傳統(tǒng)真空立式爐的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的需要，提出以下兩點(diǎn)創(chuàng)新。

2.1“一機(jī)兩體”式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的一套機(jī)組只連接一臺爐體，本文在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上提出“一體兩機(jī)”結(jié)構(gòu)，即一套機(jī)組連接兩臺爐體，其原理圖如圖6所示。

圖6 “一機(jī)兩體”關(guān)鍵點(diǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖

圖6中1為擴(kuò)散泵，2為連接法蘭，3為回火爐高閥，4為釬焊爐高閥。兩個(gè)高閥分別連接回火爐與釬焊爐的爐體彎頭部分，通過電控系統(tǒng)可以分別控制兩臺爐體高閥的開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)爐體的單獨(dú)運(yùn)行。采用改進(jìn)的“一機(jī)兩體”式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約20%以上的成本，并且極大地減少設(shè)備占用面積。

2.2改進(jìn)式風(fēng)管設(shè)計(jì)

如圖7所示，件1、件2共同組成風(fēng)管噴氣組件，件2傳統(tǒng)材料為耐熱鋼或者不銹鋼等金屬，件2與件1通過螺紋連接。金屬在長時(shí)間的高溫狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致熔融或者變形致使件1、件2粘合為一起，久而久之使風(fēng)管堵塞造成風(fēng)路循環(huán)不暢影響設(shè)備使用性能，在設(shè)備維護(hù)時(shí)不便于拆卸?，F(xiàn)提出一種采用改進(jìn)式風(fēng)管結(jié)構(gòu)，用95瓷材料代替金屬材料，瓷件的一端為螺紋，與分管進(jìn)行螺紋連接，95瓷耐高溫且方便拆卸。圖8為改進(jìn)后的實(shí)物風(fēng)管。通過在實(shí)際加熱中發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的瓷件風(fēng)管不會(huì)出現(xiàn)與件1粘合現(xiàn)象，這極大地提高了風(fēng)管使用壽命，減少了維護(hù)的時(shí)間。

圖7 風(fēng)管組件三維圖

圖8 瓷件風(fēng)管

3 結(jié)論

文章提出改進(jìn)的“一機(jī)兩體”式立式爐體結(jié)構(gòu)并對其爐體、加熱室、傳動(dòng)系統(tǒng)、外冷系統(tǒng)等主要部件結(jié)構(gòu)做了描述。該結(jié)構(gòu)減少了爐體占地面積，并大大降低了設(shè)備的成本；改進(jìn)式風(fēng)管結(jié)構(gòu)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明長時(shí)間加熱不會(huì)發(fā)生粘合現(xiàn)象，因此減輕了設(shè)備維護(hù)的壓力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王廣生，王志剛.真空熱處理的發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù) [J].材料工程，1997（04）：21-23.

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[4]C.Moller，賴勇來.用于航空航天工業(yè)的新型底部裝料立式真空爐[J].國外金屬熱處理，2004（05）：28-29.