一種“一體兩機”式立式真空爐結(jié)構(gòu)設計

唐宏波，郭華鋒，郝嘉欣

（中國電子科技集團公司第二研究所，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)，是本世紀機械制造工業(yè)新技術(shù)發(fā)展熱點之一，也是當今機械工程先進制造技術(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力等。但實際生產(chǎn)中一個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。基于該問題，本文提出一種新型的“一體兩機”式的立式真空爐，即由一套機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高閥的開關(guān)而控制爐體的運行；文章還在傳統(tǒng)的噴氣風管基礎(chǔ)上進行改進，選擇95瓷材料替換原有金屬材料風管從而節(jié)約了設備維修成本。

1 主要結(jié)構(gòu)設計簡述

如圖1所示，該結(jié)構(gòu)為“一機兩體”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)、爐門升降機構(gòu)、強冷系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等組成，現(xiàn)將其主要部分結(jié)構(gòu)設計簡述如下。圖1中1為高溫真空釬焊爐，2為真空回火爐，3為真空機組。

圖1 “一機兩體”式立式爐設備結(jié)構(gòu)圖

1.1爐體結(jié)構(gòu)設計

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、控溫熱電偶座、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)設計

加熱室置于爐體內(nèi)，由冷卻風管和內(nèi)膽組成。風管是為形成強冷風道而設計的，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。同時各區(qū)加熱帶可單獨拆卸，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傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

設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，升降驅(qū)動采用減速電機，電機通過減速機后再通過換向器分配動力連接至絲杠，絲桿螺母與真空爐爐門連接，絲杠同步升降帶動爐門上下運動。在爐門升降過程中依靠直線導軌導向，整個系統(tǒng)精確傳動，運動平穩(wěn)[4]。如圖4所示。

圖4 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

1.4外冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

強冷系統(tǒng)采用外循環(huán)冷卻方式，由熱交換器、強冷風機、風管等部分構(gòu)成，采用惰性氣體作為強制冷卻的介質(zhì)，用大風量離心分機進行強制風道式循環(huán)冷卻。該設備采用獨特冷卻氣體循環(huán)管路設計，實現(xiàn)內(nèi)膽筒體360°方向上都設置噴氣孔，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)新點設計

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

2.1“一機兩體”式設計

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

圖6 “一機兩體”關(guān)鍵點機構(gòu)設計簡圖

圖6中1為擴散泵，2為連接法蘭，3為回火爐高閥，4為釬焊爐高閥。兩個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)從而實現(xiàn)爐體的單獨運行。采用改進的“一機兩體”式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約20%以上的成本，并且極大地減少設備占用面積。

2.2改進式風管設計

如圖7所示，件1、件2共同組成風管噴氣組件，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。金屬在長時間的高溫狀態(tài)下會導致熔融或者變形致使件1、件2粘合為一起，久而久之使風管堵塞造成風路循環(huán)不暢影響設備使用性能，在設備維護時不便于拆卸。現(xiàn)提出一種采用改進式風管結(jié)構(gòu)，用95瓷材料代替金屬材料，瓷件的一端為螺紋，與分管進行螺紋連接，95瓷耐高溫且方便拆卸。圖8為改進后的實物風管。通過在實際加熱中發(fā)現(xiàn)，改進后的瓷件風管不會出現(xiàn)與件1粘合現(xiàn)象，這極大地提高了風管使用壽命，減少了維護的時間。

圖7 風管組件三維圖

圖8 瓷件風管

3 結(jié)論

文章提出改進的“一機兩體”式立式爐體結(jié)構(gòu)并對其爐體、加熱室、傳動系統(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，并大大降低了設備的成本；改進式風管結(jié)構(gòu)經(jīng)過實驗證明長時間加熱不會發(fā)生粘合現(xiàn)象，因此減輕了設備維護的壓力。

參考文獻：

[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.

[2]達道安.真空設計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1991：35-39.

[3]閻承沛.真空熱處理工藝與設備設計[M].北京.機械工業(yè)出版社，1998：78-80.

[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.