專利名稱:一種用于快速化學熱處理的自動通用設備的制作方法
本發明涉及一種用于快速化學熱處理的自動通用設備。
我們知道，為了增加機械工業中零件的硬度及疲勞強度，所述零件要經過一化學熱處理，以選定的如碳或氮等化學元素富集于零件的材料中，之后，按已知的流程對其進行冷卻。
現在所用的進行這類處理的設備，一般是連續生產線或批量生產爐子。所述設備中，加熱及化學熱處理在同一爐室內進行，淬火則是通過將零件經過一密封室后，并浸入與爐子相連的槽中進行的。待處理的零件置于料板、料框或送料帶上，這些零件常常占爐子總負荷的50%。
已知的設備明顯地受損于如下要求及缺點1.熱處理后工件質量有差別，這是由于爐料的溫度及活性氣體的分布難于均勻;
2.對薄件的滲元素處理而言，周期的長短受制于通常的加熱方法，即對流輻射，還受制于對最小均勻性的研究;
3.當出現操作故障時，則存在有將整個爐料報廢的風險;
4.與爐子尺寸、所用氣氛及淬火槽相聯系的高爆炸危險;
5.一方面，由于同時對料框、料板、或送料帶及爐子耐火材料加熱造成了額外消耗，另一方面，由于由貴重合金制成的上述裝料材料的周期的更新，生產成本增大了;
6.設備缺少通用性，這是由于考慮最重最大的爐料量，因此爐子尺寸過大，並因此有過剩的生產能力;而且對具有不同熱以及空氣動力學要求的爐料而言，也難于適應;
7.就連續生產而言，即有的零件處在預熱階段，有的則處在擴散階段，并在同一爐內，減少質量的分散性和周期長度是困難的。
這些要求及缺點，以及這樣的設備需由專門人員操作，所以，不可能設想，將它們很容易地並入制造大量機械零件的加工流水線中。
因此，本設備系一種按這下述方法設計的設備，它沒有上述已知設備的缺點。
根據本發明的設備，其特征是它包括內有控制氣氛的一個轉位密封室;多個零件處理罐，如預熱罐、化學熱處理罐、淬火罐，所有上述罐均與轉位密封室相連接;一個投料組件;一個卸料組件;以及一個位于轉位密封室中的零件操縱機構，用于順次將待處理零件傳送到各個處理罐中。
根據本發明，可以了解，零件化學熱處理循環的每一步驟，是在所述處理罐之一中進行的，其特性可根據它在循環中的特定作用而達到最佳，例如-根據傳送方式的要求進行熱傳送;
-質量轉移或淬火。
整個循環包括了不同時間的各個步驟，這是由于其中的動力學(化學物質的擴散速度不同于通過表面的熱擴散速度)過程是不同的，處理程序中的最短時間步驟(基本步驟)決定了罐的生產能力。根據本發明，對每一依次進行的處理步驟而言，在總數中的罐的數目與所考慮步驟的時間和基本步驟的時間之間的關系成比例。
根據本發明的一個特點，連續地從生產線上送來的零件堆成柱形，它們可由分隔件隔開。可用一自動操縱器傳送到投料組件處，并有一個拱頂升至零件柱頂，緊密地將其封閉，之后，零件柱經轉位密封室和零件操縱機構被傳送到第一個處理罐，例如預熱罐中。
根據本發明，轉位密封室可以是一有圓形斷面的爐室，在爐室周邊分布有各類罐，該轉位密封室也可以是一有矩形斷面的爐室，沿爐室配置有各類罐，這一配置決定于設計方案以及所要進行的處理。
下面，參照附圖，敘述兩個不受限制的實施例，本發明的其它各種特點及優點將變得更加清楚圖1是根據本發明的第一個實施例設備的垂直縱剖面視圖，該設備包括一個有圓形斷面的轉位密封室，圖2是圖1的平面圖，圖3是圖1、2中設備的裝料、卸料站的局部視圖，圖4是該設備預熱罐的縱剖面局部視圖，圖5是根據該設備的第二個實施例設備的部分剖開的側向立視圖，本實施例的設備為矩形斷面的轉位密封室，以及圖6是圖5的剖面圖，位于一個與之成90°的垂直平面內。
參見圖1和2，可以看到，根據本發明的設備基本上包括如下部件-一個轉位密封室10，在這一實施例中，其形狀為一有圓形斷面的箱體;
-多個零件處理罐，例如有預熱罐12、14，滲碳/擴散罐16～26，以及控制氣氛下的一個淬火罐28。上述所有罐均安裝在轉位密封室的上部壁上，並與該室相連接;
-一個操縱機構30，位于轉位密封室10內，并按下述方案設計在各個罐之間傳送待處理的零件;
-一個零件的裝料/卸料站34，有其密封室32及活動拱頂42;以及-一個用于將零件投入該設備的自動投料器36。
從生產線連續送來的零件，堆成一高柱C，它們可由間隔件隔開。零件柱C可通過一個傳送器38送至設備處，自動投料器36將這些零件柱從傳送器38上取下，順序地將每一柱C送到裝料站34，裝料站34基本為一托架40，托架40可沿桿44垂直運動，並且載帶動拱頂42。拱頂42可到達零件柱C的頂部，然后密封地裝于其中。隨后，由該拱頂構成的封閉體被置于某一氣氛下，其壓力等于轉位密封室10中氣氛的壓力，由于上述封閉體容積小，因而可以迅速排除氣體。
操縱機構或自動操縱器30用于順序地將零件柱C經轉位密封室10送到不同的處理罐中。
所述轉位密封室由一低輻射系數內壁封閉體構成，以便在傳送零件柱期間，將由熱輻射造成的熱交換減至最小。設備處于中性氣氛中，以便將氧化、爆炸的危險減至最小，和/或處于低壓下，以便減少由對流造成的熱交換。
位于轉位密封室10中的自動操縱器30，作成臂46的形式，臂46可繞中心柱48轉動，并且可沿柱48滑動。該臂46在其端部帶有一塊板49，板49上置有零件柱C的支撐50，該支撐按下述結構方式設計為各處理罐對轉位密封室是密封的。
隨后，已投入預熱罐12、其后密封住的零件柱C充入所要求壓力的氣體、在這一實施例中，使用感應器52進行加熱，其優點是加熱迅速，但也可使用任何其它的預熱或處理手段。一旦達到處理溫度，罐12即在等于轉位密封室10的壓力及氣氛下進行換氣，零件柱C傳送到下一個罐處。
在這一不受限制的實施例中，提供有兩個預熱罐12、14，以便獲得較好的均勻性在第一個罐12中，在居里點以下進行預熱，在第二個罐14中，在高于居里點溫度進行預熱。感應器52的饋給頻率是如此選定的，即可以得到所需要的加熱方式或是對要富集的表面進行局部加熱，或者加熱到芯部。該饋給頻率及將加熱分成兩步的必要性(因此提供兩個罐)，決定于預先的實驗結果。每一預熱罐可裝備一氣體分配系統，以便在預熱周期內，減少表面氧化和/或對零件進行脫脂。
預熱在一個或兩個步驟中完成，之后，自動操縱器30將零件柱C傳送至其附近的化學熱處理罐16～26，這些罐密封，並置于適宜于所選氣體的壓力下。
在每一化學熱處理罐16～26中，零件進行元素富集是通過氣體循環實現的，零件維持在要求的溫度下。在富集階段的末了，罐中的氣氛被清除，並由那些擴散所需的氣氛所代替。在擴散階段末了，罐氣氛被清除，並由與轉位密封室10中相同壓力及組份的氣氛所代替，故自動操縱器30可以將零件柱傳輸到下一個罐中。
化學熱處理可在減小的壓力值下按人的意圖進行，即幾個絕對毫巴，或是高于大氣壓力，例如幾個絕對巴。
兩種情況中，氣體的分布可由實驗決定，它是壓力、待處理零件類型及零件柱高度的函數。
根據爐室空氣動力學的熱、質交換方程，氣體反應動力學及平衡熱動力參數，通過有關實驗，來決定所充氣體的濃度。
零件的富集元素處理可以連續的方式進行，所加氣體的比例，為上述所確定的時間的函數。
為了更好地更新反應氣體，可以向罐充入所加氣體氣流。所述氣流的充入頻率，通過實驗確定，它與下述參量有關氣體性質，濃度，容積，溫度，爐室尺寸。也可進行離子處理，這時零件連接到陰極上，封密箱體連接到陽極上。
化學物質在零件中的擴散在同一罐中進行，最好是在真空下，或是在中性氣氛中，或是在所加氣體經調制后的氣氛下進行。
在化學熱處理的末了，自動操縱器30將零件柱傳輸至淬火罐28中。可通過冷卻氣體的對流，霧氣，液體射流的沖擊，或者是將所述三種辦法結合起來，完成淬火，淬火用的流體在罐中循環的參數為-氣體性質，其溫度，在罐中的速度及其分布;
-霧氣的性質，其通過速度，霧滴的尺寸及所占比例;
-液滴尺寸，噴咀與零件之間的距離。
這些參數通過實驗確定。
在熱交換器中，在冷卻過程的第一個階段，液體多少是有些差別的，罐及其周圍的設備為被冷卻零件放出的熱量所干燥。
罐可設計成雙壁殼體;該殼體與冷卻液體橫向相交，從而通過輻射冷卻所述零件。由于零件被堆成柱形，從而可能實現上述情況。
淬火末了，罐28排氣，從而置于與密封室10相同的氣氛中。零件柱由自動操縱器30傳送到裝料/卸料組件32處，零件柱由這兒，被自動卸料器36和取出傳送器38′運走。
圖5及圖6所示的改變方案，與上面所述設備有相同的構成部件，主要不同是轉位密封室10′由一矩形截面的箱體構成，在其頂部排有一行罐體。
在這個不同的實施例中，自動操縱器30′在從裝料組件到卸料組件32′間的各個罐12～28之間傳送零件柱，該操縱器30′制成為臂54的形式，該臂可沿豎直柱56滑動，並由一垂直載帶器58承載，載帶器58可在滾圈60、60′上，沿密封室10′作橫向運動，所述自動操縱器的其它部件與上述自動操縱器30的基本相同。
可以了解，在本發明的一個設備中，每一個罐，或一組罐在尺寸及形狀上是與待處理零件的類型相適應的;零件類型的變化超出一定容許范圍時，只要簡單地改換罐體即可，這特別帶來如下優點-生產上的多方面適應性;
-由于具有較好的溫度均勻性，罐體適應于零件，從而使質量得到改進;
-好的氣體分布;
-批量零件柱可以用感應器進行加熱處理，這在標準爐子中是不可能的;
-當出現故障時，僅有部分產品受影響，而不是設備中的整個爐料;
-與常用設備比較，爆炸的危險大為減少，這是由于·爐料-罐體系統空氣動力學的改進，允許有效地利用氣體和/或霧氣進行淬火，因此在油中進行淬火就不太必要了;
·另外，爐料的體積減少了可爆炸氣體的容積;事實上，所述容積僅限于化學熱處理罐體中所余的自由空間，即罐壁和零件之間的容積;
可對成批零件進行所謂的低壓技術處理，可進一步減少爆炸的危險;
-通過使用He或H2，加大冷卻速度，這是由于爐室的尺寸很小;
-由于零件柱支撐的重量，與常用設備的料板或料框重量相比是很小的，故與常用設備相比，其生產成本得以降低;
-由于不再需要加熱一個具有耐火襯的大尺寸爐室，所以生產成本得以降低;
-由于設備的幾何形狀有最大的可能與零件的幾何形狀相適合，並盡量避免設備具有多余的生產能力，所述的成本得以下降;
-所有在同一箱體內處理的零件，受到實際相同的處理，故而沒有控制氣氛的問題。
當然，本發明不受以上所述和/或所示的實施例的限制，它包括由此產生的所有變更方案。特別是，可以看到，能用其它幾何形狀及配置方法作為本發明的目的的自動設備，很明顯，零件的處理罐體可以在一個圓盤傳送帶上運動，而進料則是靜止的。
權利要求
1.一種用于零件，特別是機械工業中零件的快速化學熱處理的自動設備，其特征在于，它包括一個在控制氣氛下用于零件處理的轉位密封室；多個用于零件處理的處理罐，所有上述罐體均與該轉位密封室連接；一個裝料組件；一個卸料組件；以及一個零件自動操縱器，它配置在所述轉位密封室內，以便在上述各個罐體間依次傳送零件。
2.根據權利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是預熱罐。
3.根據權利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是化學熱處理罐。
4.根據權利要求
1的設備，其特征在于，所述處理罐是發生氣罐。
5.根據權利要求
1的設備，其特征在于，所述轉位密封室由一圓形截面的箱體構成，所述各個罐體分布在其周邊附近。
6.根據權利要求
1的設備，其特征在于，所述轉位密封室由一矩形截面的箱體構成，所述各罐體沿箱體分布。
7.根據權利要求
1的設備，其特征在于，連續到達的零件堆成一柱形，並由一自動操縱器送至相應于投料組件站的位置，在那兒一個拱頂到達零件柱的頂部，以便密封地封住零件柱，之后經過轉位密封室，由自動操縱器將該零件柱傳送到第一個處理罐體中。
8.根據權利要求
7的設備，其特征在于，位于轉位密封室中的自動操縱器包括一個臂件，該臂件可繞一中心柱轉動，並且它還能沿中心柱垂直地滑動，所述臂件有一板件，板上有零件柱的支撐件，該支撐件使每一罐體對轉位密封室是密封的。
9.根據權利要求
7的設備，其特征在于，所述自動操縱器為一垂直載帶件，上帶有沿其垂直柱滑動的一個臂件，該載帶件在滾圈上沿轉位密封室作橫向運動，所述臂件帶有一板件，在板上有零件柱的支撐件，該支撐件保證每一罐體對密封室是密封的。
10.根據權利要求
2的設備，其特征在于，預熱處理以單一步驟完成。
11.根據權利要求
2的設備，其特征在于，預熱處理以兩個步驟完成第一步的溫度低于居里點溫度，第二步的溫度高于居里點溫度。
12.根據權利要求
11的設備，其特征在于，用于每一步的罐體數目由基本罐體及產品所決定。
專利摘要
一種用于零件，特別是機械工業中零件的快速化學熱處理的自動設備，特征在于它包括一個在控制氣氛下用于零件處理的轉位密封室；各個用于零件處理的處理罐體，所有上述罐體均與該轉位密封室相連接；一個裝料組件；一個卸料組件；以及一個零件自動操縱器，它配置在所述轉位密封室內，以便在上述各個罐體間逐次傳送零件。
文檔編號F27B13/00GK87100626SQ87100626
公開日1987年8月26日 申請日期1987年2月11日
發明者簡·伯里爾, 丹尼斯·萊比賓, 奧利維爾·施威貝爾 申請人:斯坦·赫爾蒂導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan