Результат интеллектуальной деятельности: Установка для закалки металлических изделий

Изобретение относится к области термической обработки металлических изделий и может быть использовано для осуществления таких видов термообработки как объемная закалка всего изделия на мартенсит без отпуска, прерывистая закалка, позволяющая избежать трещин и коробления изделий и закалка с самоотпуском.

Известен (патент на изобретение RU 2459877 опубл. 27.08.2012 г.) способ закалки пружинных клемм рельсовых скреплений, включающий нагрев пружинной клеммы до температуры аустенизации и быстрое охлаждение в струйном потоке закалочной жидкости, при этом быстрое охлаждение осуществляют в интервале температур перлитного и мартенситного превращений, причем в зависимости от конфигурации и размеров изделия скорость струйного потока закалочной жидкости устанавливают в диапазоне 5…15 м/с, удельный расход регулируют в диапазоне 20…60 см³/(см²⋅с),с обеспечением скорости охлаждения детали в интервале 100…600°С/с, при этом температуру закалочной жидкости поддерживают в пределах 30-60°С.

Установка для закалки пружинных клемм рельсовых скреплений, содержащая насос высокого давления, накопительный бак, стабилизатор температуры, фильтр и охлаждающую камеру, в которой установлены спрейер, склиз и транспортер, отличающаяся тем, что на выходе спрейера установлена заслонка, соединенная с приводом, обеспечивающим открывание и закрывание заслонки по времени и ее вибрацию в закрытом положении, при этом внутреннее пространство спрейера повторяет габаритную конфигурацию пружинной клеммы с минимальным зазором.

Таким образом, недостатком известного агрегата являются его ограниченные технологические возможности. Он предназначен для закалки изделий, при погружении всего изделия целиком в закалочную жидкость. В таком агрегате невозможно провести прерывистую или зональную закалку изделия.

Известно (патент на изобретение RU 2093590 опубл. 20.10.1997 г.) устройство для закалки железнодорожных колес, содержащее опору с установленной на ней кантующей площадкой, приводной ролик и боковые неприводные ролики, спрейеры, при этом кантующая площадка кинематически связана с опорой и имеет возможность вертикального перемещения и размещения в спрейере и на приводном ролике, который установлен на опоре, а боковые неприводные ролики кинематически связаны между собой с возможностью синхронного перемещения относительно продольной оси площадки, при этом кантующая площадка и опора связаны между собой через рычажную систему.

Недостатком установки является неравномерность охлаждения поверхности изделия, а также невозможна частичная закалка изделия.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по назначению и совокупности составляющих конструктивных элементов и узлов является способ закалки плоских деталей и устройство для его осуществления (патент на изобретение RU 2105822, опубл. 27.02.1998 г.), включающий нагрев, зажим деталей и охлаждение их в баке с закалочной средой, отличающийся тем, что нагретые детали размещают на высоте на 5…10 мм выше уровня закалочной среды в баке, зажимают между матрицей и пуансоном пресса, подстуживают до температуры Acl и мгновенно, за 0,2…1,0 с, поднимают уровень закалочной среды в баке не менее чем на 10…15 мм выше уровня детали.

Устройство для закалки плоских деталей, содержащее пресс с матрицей и пуансоном, закалочный бак с закалочной средой, отличающееся тем, что оно снабжено баком-накопителем, соединенным с закалочным баком посредством переливного клапана с приводной шарнирно-поворотной заслонкой, и регулятором уровня закалочной среды, выполненным в виде установленного в верхней части переливного клапана патрубка с фланцем и подпружиненного отсекающего клапана, взаимодействующего с фланцем патрубка и стационарно закрепленного на пуансоне, закалочный бак установлен на матрице и имеет расположенные внутри него направляющие для укладки и прижима детали, верхний уровень которых на 5…10 мм выше уровня закалочной среды, а пуансон имеет направляющие прижима деталей, согласованные с направляющими для укладки и прижима деталей.

Недостатком известного агрегата являются его ограниченные технологические возможности. Он предназначен для закалки плоских изделий, и в нем можно осуществлять закалку при погружении всего изделия целиком в закалочную жидкость. В таком агрегате невозможно, например, провести прерывистую закалку или закалку с самоотпуском, нельзя выполнить зональную закалку изделия, т.е. какого-то определенного элемента изделия, например, рабочей части долота плуга, или зуба экскаватора и т.д.

Задачей изобретения является получение качественных изделий массового производства переменного сечения за счет получения в них структуры бейнита или отпущенного мартенсита с одного объемного нагрева изделия.

Техническим результатом изобретения является возможность использования при этом холодной закалочной среды и осуществление в одной установке таких видов термообработки, как объемная закалка всего изделия на мартенсит без отпуска, прерывается закалка, позволяющая избежать трещин и коробления изделий, и закалка с самоотпуском.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что установка для закалки металлических изделий, содержащая закалочный бак с закалочной средой, внутри которого расположены направляющие для прижима деталей, регулятор уровня закалочной среды, заслонка, согласно изобретению напорный бак посредством клапана соединен с пневмосистемой нагнетания закалочной жидкости через клапан подачи сжатого воздуха и дополнительно содержит атмосферный клапан для сброса воздуха, подача жидкости из напорного бака в закалочный бак происходит посредством патрубка, закалочная ванна совмещена с кантователем для поворота поддона с изделиями на 180° из верхней позиции загрузки-выгрузки в позицию закалки, выполненным в виде рамы, внутри которой над приемными направляющими в позиции загрузки-выгрузки установлена подвижная в вертикальном направлении прижимная решетка, связанная с приводом, при этом в позиции закалки поддон расположен выше уровня закалочной жидкости, а напорный бак снабжен устройством, дифференцирующим расход закалочной жидкости, при этом закалочный бак связан со сливным баком, и далее насосом, радиатором, промежуточным баком, клапаном наполнения и напорным баком системой трубопроводов, переливные отверстия в закалочной ванне снабжены шиберами вертикального хода, напорный бак снабжен программируемым по времени атмосферным клапаном сброса.

Снабжение установки кантователем, совмещенным с закалочной ванной с возможностью поворота садки изделий вместе с поддоном на 180° позволяет подвергать закалочному охлаждению только определенное место, ориентированных на поддоне изделий, например, выступающее под прижимной решеткой, а сам поддон фиксировать над уровнем закалочной жидкости, благодаря чему часть изделий не охлажденная закалочной жидкостью и соприкасающийся с ними поддон являются достаточным источником тепла для самоотпуска закаленной части изделий.

Установленное в напорном баке устройство, дифференцирующее расход закалочной жидкости, позволяет обеспечивать высокий расход закалочной жидкости для быстрого подъема уровня в закалочной ванне, либо низкий расход закалочной жидкости для перетока нагретой жидкости.

Оснащение переливных отверстий в закалочной ванне шиберами вертикального хода позволяет регулировать уровень закалочной жидкости в ванне в зависимости от размеров обрабатываемых изделий.

Снабжение напорного бака установки программируемым по времени атмосферным клапаном сброса позволяет осуществлять мгновенный, либо регулируемый по времени сброс уровня закалочной жидкости в ванне.

Предлагаемая установка для закалки металлических изделий представлена на рисунках, где изображено:

- на фиг. 1 - общий вид установки в положении загрузки-выгрузки поддона с изделиями.

- на фиг. 2 - общий вид установки при положении кантователя и поддона с изделиями в процессе закалки изделий.

Установка для закалки металлических изделий содержит закалочный бак 1, внутри которой размещен кантователь 2, выполненный в виде рамы 3, скользящей по роликам 4. Внутри рамы 3 установлены приемные направляющие 5 позиции загрузки-выгрузки, на которые помещают поддон 6 с обрабатываемыми изделиями 7.

Над направляющими 5 установлена прижимная решетка 8 с упорами 9, которая через направляющие скалки 10 связана с приводом 11.

Закалочный бак 1 переливными отверстиями с шиберами 12 вертикального хода связана со сливным баком 13.

Установка включает также напорный бак 14, соединенный с закалочным баком 1 по принципу сообщающихся сосудов патрубком 15, снабженным устройством 16 для дифференцированного расхода жидкости. Это устройство выполнено в виде двух размешенных на патрубке 15 отверстий, перекрытых клапанами. Одно из этих отверстий в поперечном сечении патрубка обеспечивает высокий расход закалочной жидкости для быстрого подъема или сброса уровня в закалочной ванне, другого отверстие - в боковой стенке патрубка обеспечивает малый расход жидкости для перетока нагретой жидкости.

Напорный бак 14 через клапан 17 подачи сжатого воздуха соединен с пневмосистемой нагнетания закалочной жидкости, а также снабжен программируемым по времени атмосферным клапаном 13 для мгновенного или регулируемого по времени сброса уровня закалочной жидкости в ванне. Кроме того, напорный бак 14 соединен с расположенным над ним промежуточным баком 19 трубопроводом 20 с клапаном наполнения 21.

Установка для закалки металлических изделий работает следующим образом.

Осуществляют заполнение закалочной жидкостью баков и закалочной ванны до первоначального перед закалкой уровня.

Поддон 6 с нагретыми под закалку изделиями 7 устанавливают на приемные направляющие 5. Под действием привода 11 прижимная решетка 8 перемещается вниз и поджимает изделия 7 к поддону 6, а ее упоры 9 прижимают поддон 6 к направляющим 5 кантователя 2, таким образом, что над решеткой выступают части изделий, предназначенные для закалки. Затем осуществляют поворот кантователя на 180°, при этом прижимная решетка 8 и закаливаемые изделия оказываются внизу. В напорный бак 14 через клапан 17 подают сжатый воздух, атмосферный клапан 18 сброса воздуха при этом закрыт. Закалочная жидкость под воздействием давления сжатого воздуха по патрубку 15 перетекает в закалочный бак 1. При достижении необходимого уровня жидкости в баке 1, когда закаливаемые изделия или часть их до прижимной решетки 3 оказываются в закалочной жидкости, патрубок 15 перекрывают клапаном устройства 16 и дальнейшая подача жидкости из напорного бака 14 осуществляется через регулируемое отверстие, расположенное на патрубке 15. Излишнее количество закалочной жидкости и нагретые слои жидкости перетекают через переливные отверстия, расположенные в боковых стенках закалочной ванны, в сливной бак 13.

Уровень расположения переливных отверстий по вертикали регулируется шиберами вертикального хода 12, чем и определяется уровень жидкости в закалочном баке 1. По истечении заданного времени клапан 17 подачи сжатого воздуха закрывают, а клапан 18 сброса открывают. Жидкость из закалочной ванны обратным током перетекает в напорный бак 14. Клапан устройства 16 при этом открыт. По окончании закалки кантователь поворачивают на 180° в исходное положение загрузки-выгрузки, поднимая прижимную решетку приводом 11, освобождают поддон 6 с изделиями и выгружают его из кантователя.

Закалочную жидкость из сливного бака 13 насосом прогоняют через охлаждающий радиатор и подают в промежуточный бак 19. В перерывах между циклами закалки для поддержания необходимого уровня жидкости в напорном баке 14 открытием клапана наполнения 21 закалочная жидкость из промежуточного бака 19 поступает в напорный бак 14.

Таким образом, предлагаемое конструктивное выполнение установки позволяет осуществлять широкий спектр технологических процессов закалки металлических изделий различных типоразмеров, а именно, производить закалку как всего изделия целиком, так и отдельных его зон, осуществляя при этом закалку с самоотпуском, а также прерывистую (циклическую) закалку, чередуя охлаждение упрочняемой зоны изделия и ее саморазогрев теплом, аккумулированным неохлаждаемой частью детали и поддона.