一种大型封头的水冷淬火装置的制作方法

本发明涉及金属材料热处理领域，尤其涉及一种大型封头的水冷淬火装置。

背景技术：

淬火是提高封头性能，满足各种机械零件和工具的不同使用要求的必要工艺。为保证淬火质量，必须确保淬火时封头各个表面的周围冷却介质具有足够的、均匀的流速。冷却介质流速过低，则封头冷却速度低，无法获得封头所需的组织和性能；封头上各个表面或封头某一表面的不同区域的周围冷却介质流速不均，则封头表面不同位置冷却速度不均，容易导致封头表面硬度不均匀，严重时还会产生变形、开裂等缺陷。为解决这一问题，中、小型槽体常通过设置均流装置，以实现整个槽体内冷却介质的均匀流动。但对于大型槽体，由于冷却介质质量大大增加，此时将中、小型槽体中采用的均流装置移植到大型槽体中，则无法满足要求。

经文献检索发现，中国专利文献“具有组合式限流板的淬火槽”(专利号zl200910053753.8)公开了一种具有组合式限流板的淬火水槽。该淬火槽槽体采用了带有流通口的限流板，限流板平放在支架上，支架设置在槽体工作区的底部，根据封头的形状、尺寸更换限流板，使冷却介质集中于限流板的流通口向上流向封头所在位置，使封头周围达到较大的流速，从而满足封头淬火要求。

尽管上述方法在保证槽体内冷却介质的流动状态上具有一定优势，但仍存在一定问题。如前所述，为了保证淬火质量，必须确保淬火时封头各个表面的周围冷却介质均具有足够、均匀的流速。“具有组合式限流板的淬火槽”采用了带有流通孔的限流板，可以在淬火有效区形成流速较高且方向向上的射流，但只适用于筒体这类上、下均开口的贯通类封头。对于一端或两端封闭的非贯通类封头，则无法保证封头上所有表面周围的冷却介质都具有足够的、均匀的流速。以大型封头这类一端开口一端封闭的非贯通类封头为例，若封头开口向上放置，限流板形成的向上射流只能作用于封头的外壁，内壁的冷却介质基本处于层流状态，无法满足封头内壁淬火对冷却介质液流速度的要求；若封头开口向下放置，限流板形成的向上射流只能作用于封头的内壁，外壁的冷却介质流速很低，无法满足封头外壁对冷却介质液流速度的要求。这就导致大型封头内、外壁面无法同时均匀冷却，对封头的淬火质量产生非常不利的影响。此外，限流板的设置使得槽体内非淬火有效区的冷却介质流动状态变差，且无法在整个槽体内形成冷却介质的循环流动，这就导致冷却介质冷能利用率很低，生产成本不经济。

技术实现要素：

本发明提供一种大型封头的水冷淬火装置，在实际生产中具有良好的可操作性。

一种大型封头的水冷淬火装置,包括槽体，还包括外喷嘴旋转射流装置、内喷吸组合式旋转射流装置、位置调节装置、水槽边壁区冷却介质搅拌装置，其特征在于：所述槽体的中心区域的封头外壁淬火有效区的下方设置外喷嘴旋转射流装置；

所述槽体内壁沿周向均布若干个水槽边壁区冷却介质搅拌装置，水槽边壁区冷却介质搅拌装置包括螺旋桨搅拌器、导流管，导流管管口斜向上，螺旋桨搅拌器安装于导流管内部；

所述外喷嘴旋转射流装置，包括外入口段管路、外驱动泵、内入口管路、蓄水池、蓄水池密封装置、旋转驱动电机、电机防水罩、联轴器、y形喷头导管以及喷头导管喷嘴；y形喷头导管包含两个分支管路，两分支管路夹角为110°～130°,y形喷头导管上方设置有若干个喷头导管喷嘴，y形喷头导管的下部置于蓄水池内，其上均匀开设大量通孔，并通过联轴器与旋转驱动电机连接,蓄水池与y形喷头导管的转动轴通过密封装置密封，旋转驱动电机与联轴器的外侧安装有电机防水罩，防止旋转驱动电机进水，蓄水池连通内入口段管路，内入口段管路连通槽体外侧的外入口管路，外入口管路上安装有外驱动泵；工作时，启动旋转驱动电机，则y形喷头导管以及喷头导管喷嘴绕y形喷头导管的对称中心旋转。在外驱动泵的作用下，冷却介质从介质源经外入口段管路、内入口管路充入蓄水池，并通过y形喷头导管下部的通孔进入y形喷头导管，然后通过喷头导管喷嘴以旋转射流的方式流向封头外壁，在大型封头的外壁有效淬火区内形成高速、均匀的流动。

所述内喷吸组合式旋转射流装置包括内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置，所述内喷旋转射流装置包括通孔连接杆、内喷入水管路、内喷蓄水管路、内喷嘴、内喷连接杆、内喷旋转电机、固定架以及密封装置；所述内喷旋转射流装置的顶部的内喷连接杆与推杆的伸出臂通过轴承外连接，内喷连接杆和通孔连接杆通过轴承内连接，通孔连接杆被固定架固定于伸出臂上；内喷蓄水管路上端面与内喷连接杆下端面连接，在通孔连接杆的上端面周向开多列通孔即内喷入水管路，内喷入水管路与通孔连接杆下部即包含于内喷蓄水管路的部分设置的喷口相贯通；而在内喷蓄水管路的下部区域设有多列且每列有多个均布的内喷嘴，内喷嘴斜向下喷射向封头内壁处，内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置通过密封装置密封；工作时，伸出臂上的内喷旋转电机通过皮带带动内喷连接杆及内喷蓄水管路绕其中心轴旋转。压力冷却介质从内喷入水管路通孔的上端进入，通过通孔连接杆下部的喷口，进入到内喷蓄水管路内，再从内喷嘴喷射出。此时冷却介质在旋转着的内喷连接杆及内喷蓄水管路的带动下,以旋转射流的方式射向封头内壁面，使得内壁区不断的更新着冷却介质并保持着高速均匀的流动。同时，内喷旋转射流装置可通过设定其旋转速度，使封头内表面处冷却介质得到可控的高速均匀流动。此外，内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置通过密封装置密封，防止漏水对喷射压力造成影响。

所述内吸循环流动装置部分内嵌于内喷旋转射流装置，包括喇叭状吸水口管路、离心泵抽水机、抽水循环管路、抽水机驱动电机，抽水循环管路的水平方向管路贯穿于内喷蓄水管路并密封固定在一起作同步旋转运动，离心泵抽水机的转动轴穿过内空的通孔连接杆，在顶部通过皮带与伸出壁上的抽水机驱动电机连接，抽水机驱动电机可进行高速可控速旋转运动，离心泵抽水机的转动轴和通孔连接杆通过两个转动轴承相连接。工作时，通过位置调节装置使得喇叭状吸水口管路位于大型封头内部，且正对大型封头内壁的轴心；此时启动抽水机驱动电机，在离心泵抽水机的作用下，位于大型封头内腔区域的冷却介质从喇叭状吸水管路吸入到抽水循环管路中，并从抽水循环管路的管口即出水口流出，流向槽体的边壁区。由于大型封头内壁低处的冷却介质被不断吸走，在负压作用下冷却介质从封头开口端沿着工件内壁源源不断地流入到大型封头内壁低处，以及内喷旋转射流装置喷射出的冷却介质，两路介质汇流流向封头内壁低处后再次被喇叭状吸水管路吸走排出，从而形成大型封头内壁区域冷却介质的循环流动，及时排出封头内壁区的热介质，提高封头内壁有效区内流体冷却效率。进一步地，根据大型封头的尺寸，通过调节离心泵抽水机的转速，可保证不同尺寸的封头内壁周围冷却介质均具有足够的、均匀的流速。同时，内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置同步组合式使用，封头内部的喷射和吸流产生的内部介质流动，及时补充新介质和吸走热介质，相互配合、相互促进更进一步增大封头内部表面冷却介质流速及保证均匀性。

所述位置调节装置包括支撑底座、液压升降系统、水平旋转装置、定位支撑架、推杆及伸出臂，支撑底座固定安装在地基上，底座上方设置有液压升降系统，推杆安装在液压升降系统的升降轴上，推杆上安装有水平旋转装置，推杆穿过安装在槽体上的定位支撑架，推杆的上方安装有伸出臂；淬火结束后，液压升降系统推动推杆及伸出臂并带动内喷吸组合式旋转射流装置上升，当内喷吸组合式旋转射流装置的最低点位于槽体正上方时，通过水平旋转装置带动推杆水平旋转90°，使得内喷吸组合式旋转射流装置移出槽体，卡具夹紧封头直边移出槽体完成淬火操作。而当淬火开始时，其过程与上述过程相反。

槽体上方安装有溢流槽，溢流槽的外侧设置有溢流管，所述溢流槽与内喷吸组合式旋转射流装置的管路及导流管连通。

所述喷头导管喷嘴均匀设置在y形喷头导管的两个分支管路上，并与y形喷头导管连通，喷头导管喷嘴在径向方向的最大喷射区域为封头外径的1.01～1.35倍。

本发明的有益效果是：

(1)针对大型封头这类一端封闭的非贯通型封头的结构特征，把封头淬火有效区分为外壁淬火有效区和内壁淬火有效区两部分。不同淬火区内介质的流动由不同的射流和吸流装置分别带动，可以有效保证大型封头外壁和内壁附近的冷却介质都获得高速的、均匀的流动，使得淬火有效区内的介质流动状态满足淬火要求。

(2)在外驱动泵的作用下，可以控制一定速度的冷却介质从介质源通过外入口段管路充入y形喷头导管内，然后通过y形喷头导管上多个喷嘴支管喷射向封头外壁，同时y形喷头导管以一定速度旋转，使得封头外壁区流场流速更加均匀。

(3)设置了内喷吸组合式旋转射流装置，将喷射搅拌产生的流速巧妙地转变为喷射搅拌和吸流的共同作用而使冷却介质产生一定流速并自主贴合封头内壁流动，及时补充新冷却介质和带走热介质，提高淬火效率。同时由于内喷吸组合式旋转射流装置头部位于封头内壁最低处，所以可适应不同的封头尺寸，适用性大大增强。

(4)水槽边壁区冷却介质搅拌装置的设置形成了槽体边壁区冷却介质向水槽中心淬火有效区的整体循环流动，大大提高了槽体内冷却介质冷能的利用率。本发明的大型封头的水冷淬火装置既保证了淬火时封头壁面对冷却介质流动状态的要求，同时又在整个槽体内形成了冷却介质的整体循环流动，并在实际生产中具有良好的可操作性。

(5)可通过设定外喷嘴旋转射流装置的旋转速度，使外壁周围的冷却介质达到淬火要求的流速；通过调节内喷吸组合式旋转射流装置的旋转速度，在内喷旋转射流与内吸循环流动的共同作用下使内壁周围的冷却介质达到淬火所需的流速。

附图说明

图1：是本发明的工作状态示意图。

图2：是本发明的y形喷头导管底部区细节图。

图3：是本发明的内喷吸组合式旋转射流装置上部区半剖细节图。

图4：是本发明的未工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

一种大型封头的水冷淬火装置,包括槽体1，还包括外喷嘴旋转射流装置、内喷吸组合式旋转射流装置、位置调节装置、水槽边壁区冷却介质搅拌装置，其特征在于：所述槽体1的中心区域的封头外壁淬火有效区的下方设置外喷嘴旋转射流装置；

所述槽体内壁沿周向均布若干个水槽边壁区冷却介质搅拌装置，水槽边壁区冷却介质搅拌装置包括螺旋桨搅拌器2、导流管3，导流管3的管口斜向上，螺旋桨搅拌器2安装于导流管内部；

所述外喷嘴旋转射流装置，包括外入口段管路4、外驱动泵5、内入口管路28、蓄水池29、蓄水池密封装置32、旋转驱动电机10、电机防水罩30、联轴器31、y形喷头导管9以及喷头导管喷嘴8；y形喷头导管9包含两个分支管路，两分支管路夹角为110°～130°,y形喷头导管9上方设置有若干个喷头导管喷嘴8，如图2所示，y形喷头导管9的下部置于蓄水池29内，其上均匀开设大量通孔33，并通过联轴器31与旋转驱动电机10连接,蓄水池29与y形喷头导管9的转动轴通过密封装置32密封，旋转驱动电机10与联轴器31的外侧安装有电机防水30罩，防止旋转驱动电机10进水，蓄水池29连通内入口段管路28，内入口段管路28连通槽体1外侧的外入口管路4，外入口管路上安装有外驱动泵5；

所述内喷吸组合式旋转射流装置包括内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置，所述内喷旋转射流装置包括通孔连接杆24、内喷入水管路25、内喷蓄水管路7、内喷嘴27、内喷连接杆34、内喷旋转电机36、固定架41以及密封装置6；所述内喷旋转射流装置的顶部的内喷连接杆34与推杆21的伸出臂35通过轴承43外连接，内喷连接杆34和通孔连接杆24通过轴承内连接，通孔连接杆24被固定架41固定于伸出臂35上；内喷蓄水管路7上端面与内喷连接杆34下端面连接，在通孔连接杆24的上端面周向开多列通孔即内喷入水管路25，内喷入水管路25与通孔连接杆24下部即包含于内喷蓄水管路7的部分设置的喷口26相贯通；而在内喷蓄水管路7的下部区域设有多列且每列有多个均布的内喷嘴27，内喷嘴27斜向下喷射向封头11内壁处，内喷旋转射流装置和内吸循环流动装置通过密封装置6密封；

如图所示，所述内吸循环流动装置部分内嵌于内喷旋转射流装置，包括喇叭状吸水口管路12、离心泵抽水机13、抽水循环管路16、抽水机驱动电机37，抽水循环管路16的水平方向管路贯穿于内喷蓄水管路7并密封固定在一起作同步旋转运动，离心泵抽水机13的转动轴穿过内空的通孔连接杆24，在顶部通过皮带38与伸出臂35上的抽水机驱动电机37连接，抽水机驱动电机37可进行高速可控速旋转运动，离心泵抽水机13的转动轴和通孔连接杆24通过两个转动轴承40相连接；

所述位置调节装置包括支撑底座14、液压升降系统15、水平旋转装置19、定位支撑架20、推杆21及伸出臂35，支撑底座14固定安装在地基上，底座上方设置有液压升降系统15，推杆21安装在液压升降系统15的升降轴上，推杆21上安装有水平旋转装置19，推杆穿过安装在槽体1上的定位支撑架20，推杆21的上方安装有伸出臂35；

槽体上方安装有溢流槽23，溢流槽23的外侧设置有溢流管22，所述溢流槽23为一紧密贴合槽体外壁的环形水槽，与溢流管22相连通。

所述喷头导管喷嘴8均匀设置在y形喷头导管9的两个分支管路上，并与y形喷头导管9连通，喷头导管喷嘴8在径向方向的最大喷射区域为封头11外径的1.01～1.35倍。

实施例

如图1所示，首先确保内喷吸组合式旋转射流装置位于槽体外部区域，其所处的高度位置完全高于槽体槽体上端面的高度。如果内喷吸组合式旋转射流装置不满足上述条件，应通过液压升降系统15推动推杆21及伸出臂35并带动内喷吸组合式旋转射流装置上升，一直上升到内喷吸组合式旋转射流装置的最低点位于槽体上方时停止。接着水平旋转装置19带动推杆21水平旋转一定角度，一直到内喷吸组合式旋转射流装置完全移出槽体时停止。利用卡具夹紧大型封头11的直边17，将大型封头11浸入到槽体1内冷却介质中，之后水平旋转装置19带动推杆21水平逆向旋转一定角度，使之位于槽体1的上方，接着利用液压升降系统15推动推杆21并带动内喷吸组合式旋转射流装置下降，使喇叭状吸水管路12位于大型封头11内部。

同时启动外喷嘴旋转射流装置、内喷吸组合式旋转射流装置，以及水槽边壁区冷却介质搅拌装置。其中，启动的外喷嘴旋转射流装置通过外驱动泵5控制外喷介质流速和通过底部旋转驱动电机10控制y形喷头导管9旋转速度；启动的内喷吸组合式旋转射流装置，通过内喷旋转电机36、抽水机驱动电机37分别控制内喷吸组合式旋转射流装置及离心泵抽水机13的旋转运动速度。

在外驱动泵5的作用下，冷却介质从介质源流经外入口段管路4、内入口管路28进入到槽体底部蓄水池29，并通过y形喷头导管下部的通孔33进入y形喷头导管9。在外驱动泵5以及旋转着的y形喷头导管9的共同作用下，最终流入y形喷头导管9的冷却介质通过喷头导管喷嘴8以旋转射流的方式流向封头11外壁，在大型封头11的外壁有效淬火区内形成高速、均匀的流动。

对于封头11的内壁面，内喷吸组合式旋转射流装置在电机的带动下旋转。其中内喷旋转射流装置通过内喷入水管路25输入压力冷却介质，经由通孔连接杆24底部区域的喷口26，进入内喷蓄水管路7，并通过下部的内喷嘴27斜向下垂直于封头11内壁喷出。同时，内吸旋转装置通过离心泵抽水机13的作用下，将位于大型封头11内腔区域的冷却介质从喇叭状吸水管路12吸入到抽水循环管路16中，在抽水循环管路16中依次向上、向两端流动，并最终从抽水循环管路16的管口即出水口18流出，流向槽体1的边壁区，与水槽内边壁区即非淬火有效区的冷却介质进行热交换，充分利用整个槽体1边壁区未被充分利用的冷却介质。由于大型封头11内壁低处的冷却介质被不断吸走，在负压作用下冷却介质从封头开口端沿着工件内壁源源不断的流入到大型封头内壁最低处，以及内喷旋转射流装置旋转喷射出的冷却介质，两路介质汇流流向封头内壁低处后再次被喇叭状吸水管路12吸走，从而形成大型封头11内壁区域冷却介质的高速循环流动。

对于槽体的整体循环流动，在螺旋桨搅拌器2的搅拌作用下，槽体1边壁区的冷却介质从槽体1上部进入导流管3向下流动，并在导流管3的管口处以斜向上的方向从管口喷出流向槽体1的中心淬火有效区。最后多余的冷却介质在溢流槽23处溢出，通过溢流管22回到介质源。

淬火结束后，同时关闭外喷嘴旋转射流装置、内喷吸组合式旋转射流装置，以及水槽边壁区冷却介质搅拌装置。利用液压升降系统15推动推杆21并带动内喷吸组合式旋转射流装置上升，当内喷吸组合式旋转射流装置的最低点位于槽体1上方时，通过水平旋转装置19带动推杆21水平旋转90°，使得内喷吸组合式旋转射流装置移出槽体1，之后利用卡具将封头11移出槽体1完成整个淬火操作。如图4所示。