Установка для термодиффузионного легирования изделий

 

Изобретение относится к установкам для термодиффузионного легирования изделий. Установка содержит поворотную электропечь, в полости которой размещена реторта, разделенная клапаном на рабочую и вспомогательную зоны, шлюзовую камеру, закрепленную коаксиально крышке, перфорированный контейнер, прикрепленный к крышке. Клапан выполнен в виде двух перфорированных пластин, между которыми расположены усеченные конусы, в каждом из которых имеется один свободно перемещающийся шар (Ш). Наружный диаметр Ш больше или равен внутреннему диаметру усеченного конуса, а удельный вес Ш ниже удельного веса легирующей смеси. Обогрев реторты осуществляется нагревателями. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, применяемым для химико-термической обработки изделий, и может быть использовано в машиностроительной и химической промышленностях.

Известно устройство для термодиффузионного легирования изделий, содержащее имеющую возможность поворота электропечь с размещенной в ней с возможностью вращения ретортой с рабочей и вспомогательной камерами, окнами загрузки и выгрузки, привод вращения реторты, системы подачи активатора и продувки реторты, при этом вспомогательная камера выполнена съемной в виде двух усеченных конусов, расположенных один в другом, при этом внутренний конус выполнен в виде воронки, конусообразная часть которой имеет прорези вдоль концентрических окружностей.

Основными недостатками данного устройства являются нерациональное использование рабочего объема реторты из-за выполнения вспомогательной камеры в виде конусов, а также низкое качество отделения обработанных изделий от легирующей смеси при диаметре реторты менее 500 мм.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является установка для термодиффузионного легирования изделий, содержащая имеющую возможность поворота электропечь с размещенной в ней с возможностью вращения ретортой с крышкой и разделительным клапаном, делящим реторту на вспомогательную и рабочую зоны, и снабженная двумя приводами - приводом вращения реторты и перемещения разделителя и привода поворота печи.

Подлежащие термодиффузионному легированию изделия загружают через крышку в передней части реторты при ее положении, близком к вертикальному, в заранее разогретую рабочую зону, легирующая смесь находится во вспомогательной зоне при такой же температуре. После создания защитной атмосферы печь наклоняют горловиной вниз на 45-60^о, открывают клапан и легирующую смесь высыпают в рабочую зону, где она смешивается с изделиями. Затем реторту поворачивают горловиной вверх на угол 45-60^о, создают легирующую атмосферу, устанавливают в горизонтальное положение и осуществляют термодиффузионное легирование изделий при заданной температуре и выдержке.

После окончания процесса термодиффузионного легирования изделий с целью экономии гранул легирующей смеси и для того, чтобы не загружать ее заново для последующих партий деталей, смесь отделяют от изделий, подстуживая их перед закалкой, легирующую смесь отделяют при наклоне печи на 15-30^о горловиной вверх и открытии клапана. После отделения легирующей смеси и закрытия клапана открывают крышку реторты, печь наклоняют горловиной вниз и детали ссыпают в закалочный бак. Однако примерно 25-30% объема реторты данной установки используется под вспомогательную зону, что приводит к нерациональному использованию рабочего объема реторты и снижает производительность установки.

Значительное влияние на снижение производительности установки оказывает и то, что используемый в данной установке клапан при высоких температурах испытывает значительные нагрузки и при загрузке изделий, когда падающие изделия ударяют по клапану, и при выгрузке изделий при пересыпке легирующей смеси во вспомогательную зону установки, что приводит к заклиниванию мелких изделий в посадочном месте клапана и препятствует его плотному закрытию, что способствует окислению легирующей смеси при открытии крышки реторты при загрузке и выгрузке изделий за счет поступления воздуха в рабочую зону реторты и приводит к частой замене легирующей смеси и снижению производительности установки.

Кроме того, при закрытии клапана значительные нагрузки выпадают на привод штока клапана, что снижает его надежность и может вызвать его поломку. Вмешательство обслуживающего персонала для устранения неисправностей клапана также снижает производительность установки.

Целью изобретения является повышение производительности установки при сохранении ее надежности.

Поставленная цель достигается тем, что установка для термодиффузионного легирования изделий, содержащая имеющую возможность поворота электропечь с размещенной в ней с возможностью вращения ретортой с крышкой и разделительным клапаном, делящим реторту на вспомогательную и рабочую зоны, снабжена шлюзовой камерой, выполненной в виде коаксиально закрепленной на корпусе обечайки с коллектором подачи газа, и перфорированным контейнером, прикрепленным к внутренней поверхности крышки, при этом обечайка установлена коаксиально крышке.

Кроме того, целесообразно выполнять разделительный клапан в виде закрепленных поперек реторты с зазором между собой перфорированных пластин, соосно установленных между пластинами полых усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями, и центрального усеченного конуса, прикрепленного меньшим основанием к пластине, обращенной к рабочей зоне, при этом участок соединения перпендикулярных конусов и большее основание центрального конуса расположены в одной плоскости, и шаров, которые свободно расположены в полости, образованной центральным и периферийными конусами, а диаметр шаров равен или больше расстояния между участком соединения периферийных конусов и большим основанием центрального конуса, причем удельный вес каждого шара меньше удельного веса легирующей смеси.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (клапан, делящий реторту на вспомогательную и рабочую зоны); на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Установка содержит имеющую возможность поворота электропечь 1 с размещенной в ней с возможностью вращения ретортой 2 с крышкой 3 и разделительным клапаном 4, делящим реторту 2 на вспомогательную 5 и рабочую 6 зоны. Коаксиально крышке 3 на корпусе электропечи 1 коаксиально закреплена шлюзовая камера 7, выполненная в виде обечайки с коллектором подачи газа 8. К внутренней поверхности крышки 3 прикреплен перфорированный контейнер 9 для изделий, представляющий собой перфорированный цилиндр с перфорированной крышкой 10, расположенной в нижней его части, и разделенный перегородкой 11 на утеплитель 12 и рабочую зону 6 для изделий. Герметизацию реторты 2 осуществляют путем передачи усилия на крышку 3 реторты 2 с помощью прижимного устройства 13. Разделительный клапан 4 выполнен в виде закрепленных поперек реторты 2 с зазором между собой перфорированных пластин 14, соосно установленных между пластинами 14 полых усеченных конусов 15, соединенных меньшими основаниями, и центрального усеченного конуса 15, прикрепленного меньшим основанием к пластине 14, обращенной к рабочей зоне, при этом часто соединения перпендикулярных конусов 15 и большее основание центрального конуса расположены в одной плоскости. В полости, образованной центральным и периферийным конусами 15, свободно расположены полые шары 16, диаметр которых равен или больше расстояния между участком соединения периферийных конусов 15 и большим основанием центрального конуса 15, причем удельный вес каждого шара 16 меньше удельного веса легирующей смеси.

Расчетное отношение удельного веса легирующей смеси к удельному весу каждого шара составляет 1,5-3 и зависит от толщины и материала шара, а также от химического и гранулометрического состава легирующей смеси.

Обогрев реторты 2 осуществлен нагревателями 17, а механизм поворота 18 электропечи 1 расположен на станине 19. Вращение реторты 2 осуществляется механизмом 20.

Установка работает следующим образом. С помощью механизма 18 электропечь 1 поворачивают в вертикальное положение горловиной вверх и выводят реторту 2 в положение загрузки, причем во вспомогательную зону 5 предварительно засыпают легирующую смесь. Затем снимают крышку 3 реторты 2 с прикрепленным к ее внутренней поверхности контейнером 9 для изделий, освободив ее от прижимного устройства 13, и в шлюзовую камеру 7 через коллектор 8 вводят защитную атмосферу для исключения проникновения кислорода воздуха в рабочую зону 6 реторты 2. Затем открывают крышку 10 контейнера 9, заполняют его подлежащими термодиффузионному легированию изделиями, закрывают крышку 10 и с помощью грузоподъемного механизма (не показан) крышку 3 с перфорированным контейнером 9 устанавливают в реторту 2 до упора крышкой 3 во фланец реторты 2. После этого посредством прижимного устройства 13 передают усилие на крышку 3 для обеспечения герметизации реторты 2 и с помощью механизма 20 приводят во вращение реторту. Затем с помощью механизма 18 электропечь 1 поворачивают на 105-110^о горловиной вниз, при этом полые шары 16 открывают отверстия в полых конусах 15 и легирующая смесь поступает из вспомогательной зоны 5 в рабочую зону 6 реторты 2. После того, как вся легирующая смесь перейдет в рабочую зону 6, электропечь 1 с помощью механизма 18 переводят в горизонтальное положение и осуществляют процесс термодиффузионного легирования изделий. После окончания процесса легирования, не останавливая вращения реторты 2, электропечь 1 при помощи механизма 18 переводят в вертикальное положение, при этом легирующая смесь через перфорацию контейнера 9 и пластин 14 по поверхностям усеченных конусов 15 поступает во вспомогательную зону 5, за счет меньшего удельного веса шары 16 перекрывают отверстия в конусах 15. Затем выключают вращение реторты 2 и, освободив крышку 3 от прижимного устройства 13, с помощью грузоподъемного механизма извлекают крышку 3 с контейнером 9 из реторты 2. После этого открывают крышку 10 контейнера 9 и выгружают из него обработанные изделия. Одновременно со снятием крышки 3 в шлюзовую камеру 7 через коллектор 8 вводят защитную атмосферу, препятствующую проникновению кислорода воздуха в рабочую зону 6 реторты 2. После этого без снижения температуры в реторте 2 вводят в электропечь 1 следующий контейнер 9 с изделиями и цикл повторяют. Таким образом можно многократно, не выгружая легирующей смеси, обрабатывать новые партии изделий. Для удаления легирующей смеси реторту 2 переводят в положение горловиной вниз и при открытой крышке 3 смесь извлекают из реторты.

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемой установки для термодиффузионного легирования изделий по сравнению с прототипом заключается в повышении ее производительности на 30% за счет более полного использования объема реторты и расширения номенклатуры легируемых изделий, при этом сохраняется высокая надежность установки, т. е. отсутствует привод клапана.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ, содержащая имеющую возможность поворота электропечь с размещенной в ней с возможностью вращения ретортой, с крышкой и разделительным клапаном, делящим реторту на вспомогательную с легирующей смесью и рабочую зоны, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки, она снабжена шлюзовой камерой, выполненной в виде коаксиально закрепленной на корпусе обечайки с коллектором подачи газа, и перфорированным контейнером, прикрепленным к внутренней поверхности крышки, при этом обечайка установлена коаксиально крышке.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что разделительный клапан выполнен в виде закрепленных поперек реторты с зазором между собой перфорированных пластин, соосно установленных между пластинами периферийных полых усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями, и центального усеченного конуса, прикрепленного меньшим основанием к пластине, обращенной к рабочей зоне, при этом участок соединения соосных конусов и большее основание центрального конуса расположены в одной плоскости, и шаров, которые свободно расположены в полости, образованной центральным и периферийными конусами, а диаметр шаров равен или больше расстояния между участком соединения периферийных конусов и большим основанием центрального конуса, причем удельный вес каждого шара меньше удельного веса легирующей смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3