专利名称：通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理淬火用设备，特别是一种通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽。用于热处理设备领域。
背景技术：
钢铁加热到奥氏体化温度，随后快速冷却，使工件获得高硬度、高强度的热处理工艺称为淬火。热的工件在液体介质中冷却(以下简称液冷)是最常用的淬火冷却方法，所用的盛淬火液的敞开式容器为淬火槽。为了避免因热工件带入的热量导致淬火液的温度升高到超过规定允许的范围，通常淬火槽中淬火液的重量约为工件重量的10倍以上。为了提高冷却速度和均匀性，可以在淬火槽中配置搅拌器，有些工厂在淬火槽之外配置一个贮液箱，在淬火过程中，当工件带入的热量使槽温升高时，用泵将贮液箱内冷的淬火液输入到淬火槽内，热的淬火液则从溢流口廻流到贮液箱，淬火液在淬火槽与贮液箱之间的流动，只起着调节槽内液温的作用，在淬火过程槽中液面的变化很小，在液冷阶段开始时，需要将工件浸入淬火液中，在液冷阶段结束时需要将工件提出液面。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200310123799.5，发明名称浸液与喷液组合淬火的控制冷却设备，该专利公开了一种采用介质快速注入与排放方法浸液与喷液组合淬火的控制冷却设备，它采用一个固定的载料台，在槽体上部的一侧的外部设置介质快速注入系统，在上部的另一侧设置介质快速回流系统，在淬火槽的上部设置能左右移动的盖板，上盖板上设置喷嘴向下的冷却喷嘴，在载料台的下部设置向上的喷嘴，这种设备的优点在于可以通过淬火槽液面的升高和下降进行淬火操作。这种现有技术的缺点在于1)淬火槽必须有足够大的体积，使淬火过程槽中的淬火介质的温升保持在允许范围内，然而淬火槽的体积愈大，在向其中注入液体时液面上升也就愈慢，工件上下液冷时间相差也就愈大，很难解决这一矛盾；2)在上述传统技术中设置上下两组喷嘴，在工件进出时上喷嘴必需随着盖板作左右移动，增加了结构的复杂性和造价，而下喷口设置在载料台的下面，安装和维修比较困难；3)回流系统设在槽体的上部，降低了排液效果。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种通过液面的上升和回落进行淬火操作的淬火槽。使其淬火槽中淬火介质的液面保持在允许范围，又能使注入液体时的液面上升速度提高，减少工件液冷时间相差，满足工件冷却均匀性要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明淬火槽分隔为内槽和外槽，内槽的四周和底部与外槽隔绝，内槽中安装一个固定的支承架，内槽的进、泄液管路和外槽的排、取液管路间配置一个大流量泵和相应的四个独立启闭的阀，泵的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管，进液管经进液阀通向内槽，另一分支作为泄液管，泄液管经泄液阀通向外槽，泵的入口管道也有两个分支，其一作为排液管，排液管经排液阀通向内槽。另一分支作为取液管，取液管经取液阀通向外槽。
内槽用薄钢板或铜板或铝板制成，其顶部是敞开的，可以通过钢板(或铜、铝板)导热使得外槽的淬火液能参与淬火时的热交换。支承架的上方是用于放置工件的区域，取消上、下喷嘴或者将喷嘴设置在工件的周围，可以在淬火槽外设置集液和贮液箱也可以将外槽兼作贮液箱和集液箱。进液管路经进液阀后伸入内槽，取液管路经取液阀后伸入到外槽的底部。启动泵就可以将淬火液注入内槽，使内槽的液面迅速上升。同时，籍助于阀门启闭就可以将内槽淬火液排出使内槽的液面回落。内槽的截面略大于工件放置区域，正由于内槽的截面较小，因此内槽液面的上升与回落可以很快，例如如果放置工件的直径为0.5m，内槽直径为1m，外槽为3m，则在注入或排出的淬火液的流量相同的情况下，设置内槽可使液面升高或回落的速度提高11.6倍。在准备开始淬火之前，先将内槽液面保持在稍低于支承架顶部的低液位，将已经加热的工件放上支承架，在淬火的液冷阶段开始时刻，开通进液管和取液管，淬火液自外槽大量注入内槽，使其液面迅速上升并将工件浸没，实现工件液冷操作，在淬火的液冷阶段结束时刻，关断进液管和取液管，开通排液管和泄液管，使内槽的液面迅速回落到支承架的顶部以下，实现工件的出液操作。
本发明通过设置内槽，大大加快了液面的上升与回落的速度，因此减少了工件沿高度方向液冷的时间差，提高了工件冷却的均匀性，当液面上升到内槽顶部之后内槽中多余的液体溢入外槽，如果此后继续向内槽输入淬火剂，则可以起到如同淬火液搅拌一样的作用，因此本发明可以全部省略包括淬火机升降机和搅拌器等淬火槽中运动的部件。
图1本发明结构示意2本发明具有喷液器的结构示意3本发明具有集液箱的结构示意4本发明具有喷液器和集液箱的结构示意5本发明具有集液箱和贮液箱的结构示意图其中内槽1、外槽2、支承架3、工件4、进液管5、进液阀6、泄液管7、泵8、溢液阀9、排液管10、排液阀11、取液阀12、取液管13、喷液器14、喷嘴15、廻流管16、三通切换阀17、集液箱18、取液管19、贮液箱20、泵21。
具体实施例方式
如图1所示，本发明淬火槽分隔为内槽1和外槽2，内槽2的四周和底部与外槽1隔绝，内槽1中安装一个固定的支承架3，内槽1的进、泄液管路和外槽2的排、取液管路间配置一个大流量泵8和相应的四个独立启闭的阀，泵8的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管5，进液管5经进液阀6通向内槽1，另一分支作为泄液管7，泄液管7经泄液阀9通向外槽2，泵8的入口管道也有两个分支，其一作为排液管10，排液管10经排液阀11通向内槽1。另一分支作为取液管，取液管13经取液阀12通向外槽2。
内槽1用薄钢板或铜板或铝板制成，其顶部是敞开的。可以在淬火槽外设置集液箱18、贮液箱20或者将外槽2兼作集液箱18、贮液箱20。
以下提供实施例，对本发明技术方案作进一步的理解实施例1如图1所示，淬火槽分隔为外槽2与内槽1，支承工件的支承架3安装在内槽1中，外槽2兼作贮液箱18和集液箱20。在内槽1的进、泄液管路和外槽2的排、取液管路间配置一个大流量泵8和相应的四个可以独立启闭的阀，泵8的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管5，经过进液阀6通向淬火槽的内槽1，另一分支作为泄液管7，经过泄液阀9通向兼作集液箱之用的外槽2，泵8的入口管道也有两个分支，其一作为排液管10经过排液阀11通向淬火槽的内槽1。另一分支作为取液管13经过取液阀12通向兼作贮液箱的外槽2。打开进液阀6和取液阀12关闭排液阀11和泄液阀9并启动泵8，则淬火液从外槽2进入内槽1，使淬火槽内槽1的液面上升。打开排液阀11和泄液阀9，关闭进液阀6和取液阀12，开动泵8就使淬火内槽的淬火液排到外槽2，使淬火槽的液面回落。在准备开始淬火之前令内槽1的液位保持在稍低于支承架3顶部的低液位处，热的淬火工件4放上支承架3之后，在液冷阶段开始时刻，打开进液阀6和取液阀12，关闭排液阀11和泄液阀9，在泵8的驱动下淬火液大量注入内槽1，内槽1的液位迅速提升，到内槽1顶部的高液位处，将工件4浸没，实现淬火工件4入液操作，多余的液体从内槽1顶部溢出到外槽2。淬火工艺所规定的液冷阶段结束后，打开排液阀11和泄液阀9，关闭进液阀6和取液阀12，在泵8的驱动下内槽1的淬火液迅速排到外槽2，内槽1的液位迅速回落到支承架3的顶部的低液位处，实现淬火工件4出液操作，液冷阶段结束。各个阀门的开启与关闭和泵8的启动与停止，可以根据淬火工艺的规定，编成程序，由计算机或可编程控制器自动控制，实现预冷淬火、延时淬火、控时浸淬、间歇淬火及淬火自回火的自动控制。
在通过液面的上升和下降回落进行淬火操作的淬火槽上，可用三通切换阀17分别替代进液阀6和泄液阀9以及取液阀12和排液阀11。
实施例2如图2所示，淬火槽分隔为内槽1与外槽2，使外槽2兼作贮液箱18和集液箱20，内槽1的顶部是敞开的，固定支承架3安装在内槽1中，在其上方放置工件4，区域周围设置喷液器14，喷液器14的喷嘴15面向工件，喷液器的数量和分布能使喷出的液体覆盖工件4区四周的表面，在驱动淬火液流动的管路中配置一个大流量的泵8和四个阀，泵8的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管5，经过进液阀6通向喷液器14，泵8的出口的另一分支作为泄液管7经过泄液阀9通向外槽2，泵8的入口也有两个分支，其一作为取液管13经过取液阀12通向外槽2，泵入口的另一分支作为排液管10经过排液阀11通入淬火内槽1的下方。
其淬火的操作流程如下在准备开始淬火之前，先令淬火槽的液面保持在稍低于支承架3顶部的低液位处，需要淬火冷却的热工件4放在支承架3之后，在液冷阶段开始时刻，打开进液阀6和取液阀12，启动泵8，将淬火液压入喷液器14，并从喷嘴15喷向工件4。与此同时，内槽1的液面迅速上升至内槽1顶部的高液面，将工件4浸没，实现淬火工件4入液操作。多余的液体从内槽1顶部溢出到外槽2。在淬火工艺所规定的液冷结束时刻，打开排液阀11和泄液阀9，关闭进液阀6和取液阀12，内槽1中的淬火液在泵8的驱动下，迅速排到外槽2。内槽1的液位迅速回落到支承架3的顶面以下的低液位处，实现工件4出液操作，液冷阶段即告结束。在工件4浸入的液冷阶段中，如果继续向喷液器14输入淬火液则可以使工件4表面的蒸汽膜加快破裂，能够比一般的搅拌方法更好地改善冷却均匀性和提高冷却能力。如图2所示进液阀6可以用一个三通切换阀17替代，从三通切换阀17引出一个廻流管，通向外槽2，在准备开始淬火之前先打开取液阀12，三通切换阀17处于流向外槽2的状态，泵8预先启动使淬火液回流到外槽2，在液冷阶段开始时刻，要将三通阀17切换到通向喷液器14方向、喷液器14立即将大量淬火液喷向工件4，可以避免泵8启动过程而引起的喷液滞后现象。
实施例3如图3所示，将淬火槽分隔为内槽1与外槽2，内槽1四周与底部与外槽2隔绝，内槽1顶部是敞开的，固定支承架3安装在内槽1中，支承架3顶部上方是放置工件4区域，在淬火槽之外设置一个集液箱18，集液箱18的最高液面低于支承架3顶部，在进液管5路中配置一个大流量泵8，泵8的出口为进液管5，进液管5的一端通过进液阀6伸入到内槽1中，泵8的入口设置取液管19，经取液阀12通向集液箱18，从内槽1底部引出的排液管10经过排液阀11通向集液箱18。
在准备开始淬火前令内槽1的液面保持在稍低于支承架3顶部的低液位，将已经加热的淬火工件4放在固定支承架3上，在淬火液冷阶段开始时刻，启动泵8，从集液箱18抽取淬火液注入到内槽1，使内槽1的液面迅速上升到内槽1顶部的高液位，将工件4浸没，实现了淬火工件4的入液操作，多余的液体从内槽1顶部溢到外槽2，从外槽2溢流槽和溢流管16廻流到集液箱18中。在淬火液冷阶段结束时刻，令泵8停止，打开排液阀11，内槽1中淬火液排入集液箱18，内槽1液面迅速回落到支承架3顶部以下，完成淬火工件的出液操作。
实施例4如图4所示，在实施例3的基础上，在内槽1支承架3顶部上方工件放置区的周围设置一个喷液器14，其喷嘴15面向工件4，泵8的出口经过进液管5和进液阀6通入到喷射器14，注液时淬火液从喷射器14进入内槽1，泵8的入口通过取液管19和取液阀12通向集液箱18。
实施例5如图5所示，淬火槽分隔成内槽1和外槽2，内、外槽2的四周和底部相互隔开，支承架3安装在内槽1中，其顶部的上方是放置工件的区域，进液管5直接通入到内槽1的下方，经过进液阀6与增压贮液箱20连接，增压贮液箱20可以通过提高位置(使其底部高于淬火槽的溢流槽)形成与淬火槽的压力差，或者是采用气密式的增压贮液箱，气密式增压贮液箱可置于地面上，向其中通入高压气体形成与淬火槽的压力差。排液管10也直接通入到内槽1的底部，经过排液阀11与集液箱18连接。集液箱18的最高液面低于支承架3的顶部。在外槽2中有一溢流管16通向集液箱，配置一个泵21可将集液箱18内的液体送回到贮液箱20中。
在上述实施例中，可以将所有阀门的启闭和泵的启动都由计算机或可编程控制器进行自动控制，就可以实现淬火槽内的液体的自动上升和回落，根据淬火工艺所规定的液冷阶段时间、预冷时间或延迟淬火的时间或控时浸淬的进液出液的时间或间歇淬火多次进水出水的时间，自回火的出液时间等编制各个阀门和泵的动作程序，就可以实现单液淬火、预冷淬火(延时淬火)、控时浸淬、间歇淬火、淬火自回火等不同淬火操作的自动控制。用计算机通过变频器调节泵的转速，可由计算机根据设定的程序调节控制工件在液冷阶段中的冷却速度。
对于以上实施例都可在计算机(或可编控制器下同)的控制下实现自动化操作，在淬火槽中设置液位传感器，并将其信号输入到计算机中，结合上述的计算机和可编程序控制，可以自动实现工件局部淬火，及工件局部的淬火自回火等淬火工艺过程。还可以在液冷阶段自动调节泵的流量调节淬火液的冷却能力。
本发明的优点在于将淬火工件置于淬火槽中固定支承架上，通过液面的升高和下降完成淬火操作，将淬火槽分隔为内槽和外槽，加速了液面上升或回落速度，提高了冷却的均匀性，克服了原有技术中因液面上升速度和回落速度慢而造成工件上下冷却不均匀的缺点。本发明取消了包括淬火机，搅拌器、移动式的喷嘴等需要在淬火液中移动的部件。避免了传统的机械淬火槽所存在的造价高、易损坏、故障率高、维修保养困难等缺点。并且本发明便于实现淬火操作的自动化控制，可见本发明具有实质性的技术进步。
权利要求
1.一种通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征在于，分隔为内槽(1)和外槽(2)，内槽(2)的四周和底部与外槽(1)隔绝，内槽(1)中设置一个固定的支承架(3)，内槽(1)的进、泄液管路和外槽(2)的排、取液管路间配置一个大流量泵(8)和相应的四个独立启闭的阀，泵(8)的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管(5)，进液管(5)经进液阀(6)通向内槽(1)，另一分支作为泄液管(7)，泄液管(7)经泄液阀(9)通向外槽(2)，泵(8)的入口管道也有两个分支，其一作为排液管(10)，排液管(10)经排液阀(11)通向内槽(1)，另一分支作为取液管，取液管(13)经取液阀(12)通向外槽(2)。
2.根据权利要求1所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，内槽(1)用薄钢板或铜板或铝板制成，其顶部是敞开的。
3.根据权利要求1所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，在淬火槽外设置集液箱(18)、贮液箱(20)或者将外槽(2)兼作集液箱(18)、贮液箱(20)。
4.根据权利要求1或者3所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，在淬火槽之外设置一个集液箱(18)，集液箱(18)的最高液面低于支承架(3)的顶部，泵(8)的出口为进液管(5)，进液管(5)经液阀(6)通向内槽(1)，泵(8)的入口设置取液管(19)，经取液阀(12)通向集液箱(18)，从内槽(1)底部引出的排液管(10)，经排液阀(11)通向集液箱(18)，外槽(2)有一个溢流槽，以及通向集液箱(18)的溢流管(16)，在开始淬火之前，内槽(2)的液面稍低于支承架(3)顶部的低液位。
5.根据权利要求1或者3所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，在淬火槽之外设置一个贮液箱或者气密式的增压贮液箱(20)，进液管(5)直接通入到内槽(1)的下方，经进液阀(6)与贮液箱(20)连接，贮液箱(20)底部高于淬火槽的溢流槽，气密式的增压贮液箱(20)置于地面上，在外槽(2)中有一溢流管(16)通向集液箱(18)，集液箱(18)配置一个泵(21)，泵(21)出口连接到贮液箱(20)中。
6.根据权利要求1所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，用三通切换阀(17)分别替代进液阀(6)和泄液阀(9)、取液阀(12)和排液阀(11)。
7.根据权利要求1所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，在固定支承架(3)上方放置工件(4)区域的周围设置喷液器(14)，喷液器(14)的喷嘴(15)面向工件(4)，泵(8)的出口通向喷液器(14)，在进液管(5)通入喷液器(14)之前经过一个三通切换阀(17)，从三通切换阀(17)引出一个廻流管，通向外槽(2)。
8.根据权利要求1所述的通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，其特征是，控制系统采用一个工业计算机或可编程控制器，在淬火槽中设置液位传感器，其信号输入到工业计算机或可编程控制器中，由工业计算机或可编程控制器输出端连接泵和阀门，控制所有阀门的启、闭及泵的运行与停止。
全文摘要
一种通过液面上升和下降进行淬火操作的淬火槽，用于热处理设备领域。本发明分隔为内槽和外槽，内槽四周和底部与外槽隔绝，内槽中安装一个固定支承架，内槽进、泄液管路和外槽排、取液管路间配置一个泵和四个独立启闭的阀，泵的出口管道有两个分支，其中之一作为进液管，进液管经进液阀通向内槽，另一分支作为泄液管，泄液管经泄液阀通向外槽，泵的入口管道也有两个分支，其一作为排液管，排液管经排液阀通向内槽，另一分支作为取液管，取液管经取液阀通向外槽。本发明通过设置内槽，大大加快了液面上升与回落的速度，因此减少了工件沿高度方向液冷的时间差，提高了工件冷却的均匀性，本发明可以全部省略淬火槽中运动的部件。
文档编号C21D1/62GK1616689SQ20041008473
公开日2005年5月18日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者潘健生, 陈乃录, 刘占仓, 张伟民, 朱祖昌 申请人:上海交通大学