Устройство для закалки изделий

 

Сущность изобретения устройство содержит бак для закалочной жидкости и стакан с гофрированной боковой поверхностью, расположенный вверх днищем в верхней части бака Стакан соединен со штоком вибратора с помощью радиапьных ребер, закрепленных на днище стакана, в котором выполнено центральное отверстие Периодические колебания гофрированного стакана вызывают турбулизацию жидкости и образование в ней волн давления, при этом верхняя часть стакана захватывает газ с поверхности жидкости и обеспечивает насыщение им объема жидкости Возбуждаемые резонансные колебания газожидкостной системы способствуют росту динамического давления и турбупизации жидкости. Образующиеся мощные турбулентные пульсирующие потоки насыщенной газом жидкости воздействуют на нагретые изделия, эффективно разрушая паровую пленку на их поверхности и обеспечивая интенсивное охлаждение изделий. 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5020179/02 (22) 19.07.91 (46) 15.12.93 Бюп. Na 45 — 46 (?1) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева (72) Ковальчук АН.; Лакиза ВД; Осипов В.И.; Сыровец М.Н.; Чистяков Ю.Г. (73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: устройство содержит бак для закапочной жидкости и стакан с гофрированной боковой поверхностью, распопоженный вверх днищем в верхней части бака. Стакан сое(19) RRU U(11) 2ÎÎ46Î4 C J (Я}5 С2101 бЗ динен со штоком вибратора с помощью радиапьных ребер, закреппенных на днище стакана, в котором выполнено центральное отверстие. Периодические колебания гофрированного стакана вызывают турбупизацию жидкости и образование в ней волн давления, при этом верхняя часть стакана захватывает газ с поверхности жидкости и обеспечивает насыщение им объема жидкости. Возбуждаемые резонансные колебания газожидкостной системы способствуют росту динамического давления и турбулизации жидкости. Образу;ощиеся мощные турбулентные пульсирующие потоки насыщенной газом жидкости воздействуют на нагретые изделия, эффективно разрушая паровую пленку на их поверхности и обеспечивая интенсивное охлаждение изделий. 1 ил.

2004604

Изобретение относится к оборудованию для термообработки стальных изделий и может быть использовано в инструментальной и машиностроительной промышленности.

Наиболее близким к предложенному является устройство для закалки изделий, содержащее бак для закалочной жидкости, размещенные в нем упругий усилитель колебаний и полый жесткий перфорированный кожух, связанный через шток с виброприводом, причем усилитель колебаний помещен с зазором в перфорированном кожухе (1).

При включении вибропривода вертикальные колебания перфорированного кожуха передаются помещенному в нем усилителю колебаний, создавая в жидкости гидродинамическое давление. При этом в баке возбуждаются колебания нелинейной системы жидкость — гаэ, в которой усилитель колебаний (заключенный в эластичную оболочку газ) является упругим элементом, а столб жидкости над ним выполняет роль инерционного элемента. При частоте колебаний вибропривода, близкой к собственной частоте системы жидкость — газ, возбуждается резонансный режим колебаний этой системы с увеличением амплитуды волн динамического давления в жидкости и амплитуды объемных пульсаций усилителя колебаний, Пульсации объема усилителя колебаний в перфорированном кожухе приводят к возникновению струйных течений через отверстия перфорации. Это турбулизирует охлаждающую жидкость в баке испособствует повышению эффективности процесса закалки, Однако размещение усилителя колебаний в перфорированном кожухе вследствие большого гидросопротивления перфорации затрудняет динамический контакт усилителя со столбом жидкости, что снижает чувствительность колебательной системы жидкость — гаэ. При этом газ (упругий элемент системы) взаимодействует с жидкостью (инерционным элементом) через упругую эластичную оболочку, что также ухудшает их динамический контакт и снижает чувствительность газожидкостной колебательной системы. Это приводит к большим энергозатратам при работе известного устройства: создание устойчивого резонансного режима в нем обеспечивается на частотах 50 — 80 Гц при виброускорении

18 — 20g. Причем даже при повышенных энергозатратах, вследствие плохого динамического контакта между газом и жидкостью не используются все воз ложности резонансного режима колебаний, что ограничивает эффективность действия устройства. Кроме того, необходимость наличия газонаполненного упругого усилителя колебаний и размещение его в полом перфорированном кожухе усложняет конструкцию и технологию изготовления устройства.

При этом наличие в жестком перфорированном кожухе герметичной газонаполненной оболочки из эластичного материала, совершающей интенсивные пульсирующие и осциллирующие движения и жестко соударяющейся с этим кожухом, может привести к нарушению герметичности оболочки, выходу из нее газа и срыву резонансного режима.

Следует также иметь в виду, что при обьемных пульсациях усилителя колебаний, совершаемых в перфорированном кожухе, каждые полпериода пульсаций направление движения струй жидкости через перфорацию изменяется на противополо>кное.

Поэтому при BblcoKo÷àñòoòíûx (50-80 Гц) пульсациях струи жидкости создаются лишь у поверхности перфорированного кожуха и не оказывают существенного влияния на более отдаленные слои жидкости в баке.

Кроме того, при закалке происходит значительный подогрев жидкости и наличие в ней газонаполненной эластичной (например, З0 резиновой) оболочки нежелательно, т.к. снижает надежность в работе устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности действия устройства для закалки изделий и сни>кение энергозатрат за счет интенсификации резонансного режима колебаний.

Цель достигается за счет того, что в устройстве для закалки изделий, содержащем бак для закалочной жидкости и размещен4о ный в нем рабочий орган для создания гидродинамического давления, связанный через шток с вибратором, рабочий орган выполнен в виде стакана с гофрированной боковой поверхностью, расположенного вверх днищем и помещенного в верхней части бака, соединенного со штоком с помощью радиальных ребер, закрепленных на днище стакана, в котором выполнено центральноее отверстие.

50 Конструкция предложенного устройства представлена на прилагаемом чертеже.

Устройство содержит бак 1 с закалочной жидкостью, рабочий орган 2, размещенный в верхней части бака и соединенный через вертикальный шток 3 с виброприводом 4.

Рабочий орган 2 выполнен в виде тонкостенного стакана с гофрированной боковой поверхностью 5 (в виде сильфона), установленного вверх днищем 6, в котором выполнено центральное отверстие 7, Стакан 2

2004604

10

35

50 жестко закреплен на штоке 3 с помощью двух-трех радиальных ребер 8. подсоединенных к днищу 6 стакана, В эакалочную жидкость помещаются охлаждаемые изделия 9.

Устройство работает следующим образом, Бак 1 заполняют охлаждающей жидкостью до уровня, при котором в крайнем нижнем положении стакана 2 его гофрированная боковая стенка 5 находится в жидкости, а днище 6 стакана — на поверхности жидкости. При включении вибропривода 4 вертикальный шток 3 со стаканом 2 начинает совершать периодические колебания, причем гофрированная стенка 5 стакана находится в жидкости, а его днище 6 с центральным отверстием 7 периодически поднимается вверх над уровнем жидкости (и ри ходе штока вверх). Гофри рова н н ая стенка 5 тонкостенного стакана обладает упругими свойствами, и при высокочастотных колебаниях стакана, закрепленного консольно верхним концом на штоке вибратора, происходит ее периодическое импульсное расширение и сжатие, что увеличивает амплитуду колебаний нижней части стакана.

Колебаний гофрированного стакана в жидкости возбуждают в ней динамическое давление, при этом импульсные расширения и сжатия стенки стакана при колебаниях увеличивают амплитуду возбуждаемых волн динамического давления. Кроме того, периодические удары днища стакана о поверхность жидкости усиливают его динамическое воздействие на жидкость, увеличивая возбуждаемое динамическое давление, Одновременно с этим при высокочастотных колебаниях стакана происходит захват его гофрированной поверхностью газа из верхней части бака, его диспергирование и перемещение в виде динамически активных пузырьков в глубь жидкости. Периодические соударения днища 6 стакана с поверхностью жидкости также воэбужцают интенсивный поток в глубь жидкости газа, поступающего из верхней части стакана, сообщенной с газовой полостью бака 1 через центральное отверстие 7 в днище. Радиальные ребра 8, соединяющие рабочий орган 2 со штоком вибратора, не препятствуют поступлению газа из газовой полости бака под днище 6 стакана. Непрерывное поступление газа в жидкость приводит к образованию в баке колебательной системы жидкость — газ с переменной собственной частотой колебаний, зависящей от количества газа в жидкости, По мере накопления газа в жидкости при работе устройства снижается:обственная частота системы жидкость — газ и через 10 — 15 с сравнивается с частотой вибропривода 4, лежащей в диапазоне 35 — 60 Гц. Это приводит к воэбу>кдению резонансного режима колебаний системы при резком увеличении гидродинамического давления и возникновении турбулентных пульсирующих потоков жидкости в обьеме бака 1, интенсивно воздействующих на охлаждаемые иэделия 9.

Под воздействием пульсирующих потоков эакалочной жидкости при высоком значении гидродинамического давления происходит интенсивное разрушение паровых пленок на поверхности изделий 9, удаление образующихся мелких пузырьков пара и их схлопывание, В полученной колебательной системе жидкость — газ имеет место непосредственный динамический контакт жидкости и газа (инерционного и упругого элементов системы), причем газ находится ь. дисперсном состоянии в вице пузырьков, распределенных по всему объему жидкости, что обуславливает большуо удельнуl0 поверхность их контакта. Чувствительность этой колебательной системы намного больше, чем в прототипе, где динамический контакт жидкости и газа сильно затруднен иэ-за наличия эластичной оболочки и перфорированного кожуха, а удельная-площадь их контакта значительно меньше, Наличие в закалочной жицкости распределенных пузырьков газа обеспечивает также ей свойство с>кимаемости, что способствует усилению волн давления и увеличивает гидродинамическую нестабильность жидкости по всему обьему бака. Вследствие этого в предложенном устройстве при резонансе создается значительно более высокая, чем в прототипе, амплитуда волн гидродинамического давления и повышается турбулизация жицкости, что позволяет интенсифицировать процесс теплообмена при закалке иэделий и повысить эффективность действия устройства, Возбуждаемые при этом мощные турбулентные пульсирующие течения обеспечивают хорошую обменность охлаждающей жидкости в обьеме закалочного бака, позволяя поддерживать более низкую рабочую температуру жидкости, омывающей нагретые изделия, и за счет этого дополнительно интенсифицировать процесс теплообмена при закалке. Резонансный режим данной колебательной системы жидкость — гаэ является устойчивым, т.к, получен в результате самонастройки системы на резонанс.

Качественное улучшение амплитудно-частотных характеристик газожидкостной Колебательной системы позволяет получить резонансный режим колебаний при вибро2004604

15 (56) Авторское свидетельство СССР

М 1470785, кл. С 21 0 1/63, 1987.

Формула изобретения

Составитель А,Ковальчук

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор А.Купрякова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3380

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ускорении 5-89, что обеспечивает снижение на 25-30 затрат энергии при закалке изделий.

Выполнение рабочего органа в виде гофрированного стакана позволяет значительно упростить конструкцию и технологию изготовления устройства по сравнению с прототипом, Во много раз повышается также надежность и долговечность работы устройства для закалки изделий, так как рабочий орган его (стакан) при колебаниях практически не испытывает сколько-нибудь значительных нагрузок, могущих вызвать выход его из строя. Рабочий орган выполняется металлическим, но может быть изготовлен, наприУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ, содержащее бак для закалочной жидкости и размещенный в нем рабочий орган для создания гидродинамического давления, соединенный через шток с вибратором, отличающееся тем, что рабочий мер, из фторопласта, обладающего высокими механическими свойствами и теплостойкостью.

5 Кроме того, в прототипе рабочий орган размещен в нижней части бака {т.к. для образования в баке колебательной системы

"жидкость — газ" над усилителем колебаний должен находиться столб жидкости), что мо10 жет привести к соударению помещаемых в бак нагретых деталей с рабочим органом, совершающим колебания. Предложенное устройство лишено этого недостатка, орган выполнен в виде размещенного вверх днищем стакана с гофрированной боковой поверхностью и закрепленными на днище радиальными ребрами, соединенными со штоком вибратора, при этом

25 стакан помещен в верхней части бака, а в днище стакана выполнено центральное отверстие, расположенное над уровнем закалочной жидкости.