热处理炉和具有该热处理炉的热处理设备的制作方法

专利名称：热处理炉和具有该热处理炉的热处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对通过铸造、锻造等由铝合金等形成的模制物品进行 热处理的技术。更详细地说，本发明涉及用来进行溶体化处理和时效 处理的热处理炉、和具有该热处理炉的热处理设备。
背景技术：
一般来说，已经公知有用于铝、钢等铸件和锻件的热处理设备， 该设备用来进行一系列处理，例如溶体化处理、淬火处理和时效处理。
例如，对于在图9中所示的设备结构而言，多个工件(被处理体) 被收容在托盘70中，并且在托盘70中的每个工件在输送托盘70的同 时连续地受到溶体化处理、淬火和失效处理。涉及使用托盘70的热处 理过程的这种技术是已知的。
对于在图9中所示的结构而言，附图标记71表示溶体化炉，附图 标记72表示淬火池，并且附图标记73表示时效炉。这些构件与托盘 70—起连续地提供给它们。输送装置75设置在地下坑76中，以便回 收附着在工件上的型芯砂。这些输送装置75将型芯砂输送给砂回收箱 77。
日本专利特许公报2003-183725披露了溶体化炉和时效炉为旋转 炉的结构。对于该专利文献1而言，设有快速加热炉，用来在溶体化 处理、淬火处理和时效处理的过程中的溶体化处理之前在短时间内提 高温度。该快速加热是为了消除累积在工件中的内应力。
在图9中所示的设备的结构具有以下问题。
首先，在溶体化炉71和时效炉73中加热时，在托盘70中的工件 之间温度分布是不均匀的，并且在托盘70中的所有工件到达设定温度 需要较长时间。因此，加热时间较短的工件的等温时间较长，并且加 热时间较长的工件的等温时间较短，由此工件的质量变得不均匀。这 是因为在容纳工件的托盘70中容易存在有热空气不能到达的地方。例 如，

图10中所示的工件78a和78b的质量是不均匀的。
在淬火池72中进行冷却时，工件78a和78b的冷却速度也是不均 匀的。
在加热过程和冷却过程中，热能根据托盘70的加热和冷却而运 动，由此用于工件的加热和冷却的能量损失。因此，溶体化炉71和时 效炉73的生产线延长，并且提高了燃烧器的输出。
必须将托盘70装载到设备中和从设备中将托盘70取出。
可以想到设置一快速加热区，在该快速加热区处，温度高于等温 温度，以便縮短加热时间。但是，因为上述的热不均匀性，可能将一 些工件加热至高于熔融温度。
在溶体化炉71或时效炉73中的温度在将托盘70输送到该炉中时 下降。这也会造成能量损失并且延长加热时间。
由于托盘70受到反复冷却和加热，托盘70会受到应变，由此托 盘70在输送途中会卡住，从而使生产线停止。另外，需要托盘70的 维护成本。
为了回收型芯砂，螺杆设置在斜槽79中，以将型芯砂排到输送装 置75上，由此需要用于螺杆的驱动源。另外，这些螺杆会被型芯砂磨 损，从而增加了修理或更换的维护成本。
砂可能在输送装置75的连接点处掉落。为了解决该问题，它可以
构造成省略输送装置75，并且将砂回收箱77设置在每个斜槽79下方。 但是，该结构增加了回收砂的负担，由此增大了维护成本(劳动成本)。
该设备构成为输送在其中的多个托盘70，由此该设备较大，并且 增加了燃烧器81、风扇82和输送设备83的促动器等的数量。因此， 增大了运行成本，延长了运行周期，并且增大了维护成本。另外，该 设备不能容易地输送和转移。
发明概述
对于在上述专利文献中所披露的技术而言，需要设置快速加热炉， 也就是说，需要用于设置快速加热炉的费用。通过改善溶体化炉的加 热效率，可以在不设置快速加热炉的情况下实现相同的效果。
考虑到上述问题，本发明提供了一种具有新颖结构的热处理炉和 具有该热处理炉的热处理设备。
上述问题是通过根据本发明的以下装置来解决的。
根据本发明，对于热处理炉而言，炉室包括向下打开的炉本体；
和炉底本体，该炉底本体封闭炉本体的下开口，并且在炉室中设有一 层或多层安置搁架，在所述安置搁架上安置工件。因此，与使用托盘 的普通设备相比，该结构没有使用任何托盘，从而使得每个工件的质 量均衡并且改善了工件的质量。减少了由托盘的加热和冷却所引起的 能量损失。广泛地确保了每个工件和热空气的接触面积，从而减少了 加热时间，由此减少了包括等温时间在内的整个热处理时间。设有多 层安置搁架，以便迅速对许多工件进行热处理，由此改善了生产率。
根据本发明，在炉室中设有热空气循环装置，该热空气循环装置 使炉室中的热空气在平面中看时沿着周向循环。因此，使提供给每个 安置搁架的热空气量(能量)均衡，并且对每个工件进行均匀地热处理， 由此使得工件的产品质量均衡。掉落的砂不会被吹起，从而延长了该 设备的预期寿命。
根据本发明，对于热处理炉而言，该热处理炉的炉室包括向下打 开的炉本体和封闭炉本体的下开口的炉底本体，该炉室被分隔件划分
成上下两个空间；上空间构成为进行时效处理的时效炉，下空间构成 为进行溶体化处理的溶体化炉，在时效炉和溶体化炉中的每个炉中设 有一层或多层安置搁架，在所述安置搁架上安置工件，并且炉本体在 其中设有使时效炉中的热空气在平面中看时沿着周向循环的热空气 循环装置；和使溶体化炉中的热空气在平面中看时沿着周向循环的热 空气循环装置。因此，本发明所需安装热处理炉的空间更小(减小了该 设备)，由此减小了用于安装整个热处理设备的空间。
根据本发明，炉底本体被旋转驱动，并且安置搁架由竖立设置在 炉底本体上的支柱支撑，并且与炉底本体一体地转动。因此，减小了 由于配置不同而引起的热传递量的不均匀性的影响，由此使得工件的 产品质量均衡。
根据本发明，炉底本体在其中设有斜槽部分，该斜槽部分与位 于炉底本体下方的外部空间连通；和砂排出机构，该砂排出机构具有
盖子，该盖子打开和关闭斜槽部分的下开口，并且在炉底本体下方设 有引导构件和砂回收箱，该引导构件打开和关闭所述盖子，在所述盖 子打开时将累积在所述盖子上的砂投入到该砂回收箱中。于是，回收 砂的装置简易且便宜。此外，能够容易地回收砂。
根据本发明，热处理炉用作溶体化炉和时效炉，并且热处理设备 包括溶体化炉和时效炉。因此，与普通结构的热处理炉相比，缩短了
通过溶体化炉完成溶体化处理以及通过时效炉完成时效处理所需的时 间，由此整个热处理过程在短时间内完成。与使用托盘的传统设备相 比，降低了运行成本，縮短了运行时间，并且降低了维护成本。溶体 化炉和时效炉单独构成，从而该设备能够容易地传送和转移。减少了 燃烧器和风扇的数量，并且无需用于托盘的输送装置。
根据本发明，热处理设备包括用于对工件进行热处理的溶体化 炉；用于对经过溶体化炉溶体化处理的工件进行淬火的淬火池；用于 对经过淬火池淬火的工件进行时效处理的时效炉；用于对经过时效炉 时效处理的工件进行冷却的空冷装置；工件接入装置，该工件接入装 置用于接入要由溶体化炉进行溶体化处理的工件；用于将经过空冷装 置冷却的工件取出的工件取出装置；和机器人臂，该机器人臂使工件 一件接一件地依次移动到工件接入装置、溶体化炉、淬火池、时效炉、 空冷装置和工件取出装置。因此，不能由输送装置等输送的具有复杂 形状的工件以及具有型芯砂的工件也能够由机器人臂输送。淬火池一 件接一件地冷却工件，从而该淬火池能够紧凑地构成。工件在经过热 处理之后由空冷装置强制冷却，从而在随后的过程中很容易用手来检 査这些工件。
附图的简要说明
图1为根据本发明的热处理设备的示意图。 图2为实施方案1的热处理炉的剖面平面图。 图3为实施方案1的热处理炉的剖面侧视图。 图4为溶体化处理和时效处理的时间縮短图。
图5为砂排出机构的示意图。
图6为将砂排向砂回收箱的示意图。
图7为实施方案2的热处理炉的剖面侧视图。
图8为具有实施方案2的热处理炉的热处理设备的示意图。
图9为使用托盘的热处理设备的示意图。
图IO为托盘和容纳在其中的工件的示意图。
发明实施方案的最佳模式
基于附图来对实施本发明的模式进行说明。
如图1所示，热处理设备10包括溶体化炉1、淬火池2、时效炉
3、空冷装置4、机器人臂5、工件接入装置6和工件取出装置7。对于 装置的这种构成而言，由工件接入装置6接入的工件8依次由溶体化 炉1进行溶体化处理、通过淬火池2进行淬火、通过时效炉3进行时 效处理、并通过空冷装置4进行冷却、然后通过工件取出装置7取出。
溶体化炉1和时效炉3由根据本发明的热处理炉构成。对于热处 理炉的以下结构而言，通过设定热处理的温度和时间，能够交替地进 行溶体化处理和时效处理中的一个处理。
如图2和3所示，根据本发明的热处理炉(溶体化炉1和时效炉3) 由基座ll支撑。炉室15包括向下打开的圆柱形炉本体12;和用来 关闭炉本体12的下开口并且由基座13可转动地支撑的炉底本体14。 在炉室15中设有多层安置搁架16。炉本体12的上侧由上壁12a封闭。
安置搁架16固定到支柱17上，该支柱17垂直竖立地设置在炉底 本体14的中央处，并且所述层中的每一层为以支柱17为中心的圆盘 形。在该实施方案中，在所述层中的每一层上能够安置20件工件8。
通过电机(未示出)使炉底本体14以支柱17的轴线为中心转动。通 过炉底本体14的转动，使支柱17和安置搁架16转动。另外，可以适 当地设计安置搁架16的层数。例如，处理很少工件8的装置构成可以 具有一层。
用来将工件8放入安置搁架16中的入口 18以及用来从安置搁架 16将工件8取出的出口 19设置在炉本体12中。开关门18a和19a分 别设置在入口 18和出口 19处，并且根据需要打开和关闭。
在炉本体12的外周边的两个部分处，设有热空气循环装置20A和 20B，每个热空气循环装置都具有燃烧器21和风扇22。在该实施方案 中，在沿着周向大致间隔180度的位置处设置这两个热空气循环装置 20A禾卩20B。
通过将燃烧器21和风扇22设置在布置于炉本体1的外周边上的 壳体23中来构造各个热空气循环装置20A和20B。壳体23的内部通 过分隔件24分成两个腔室，即燃烧器腔室25和风扇腔室26。燃烧器 21的加热部分21a设置在燃烧器腔室25中，并且风扇22设置在风扇 腔室26中。燃烧器腔室25和风扇腔室26分别通过设置在炉本体12 中的开口 25a和26a与炉室15的内部连通。对于风扇22而言，风扇 22的进气口在分隔件24中打开，并且风扇22的排气口设置在风扇腔 室26的侧面处。由燃烧器21加热的在燃烧器腔室25中的空气通过风 扇22的转动而被吸入，并且通过风扇腔室26的内部和开口 26a排向炉 室15的内部。从热空气循环装置20A排出的热空气通过热空气循环装 置20B的风扇22的抽吸力被引导进热空气循环装置20B的燃烧器腔室 25，并且由燃烧器21加热，然后通过热空气循环装置20B的风扇22 排出并且重新返回到热空气循环装置20A。因此，热空气在炉室15中 循环流动。
如图3所示，开口 26a如下设定其垂直尺寸，从而面对安装在最 高和最低安置搁架16上的工件8，由此将热空气水平送给每个安置搁 架16。如图2所示，送给每个安置搁架16的热空气在炉室15中循环 流动，同时穿过在工件8之间的空间。通过将热空气送给每个安置搁 架16，从而提供给每个安置搁架16的热空气量(能量)被均衡，并且对 每个工件8进行均匀地热处理，由此使得工件8的产品质量均衡。广 泛地确保了每个工件8和热空气的接触面积，从而使得每个工件8的
温度分布均衡，由此改善了工件8的产品质量。热量有效地从热空气 传递给每个工件8，由此减少加热时间。
图4显示出加热时间的縮短。虽然使用在背景技术中所述的托盘 的设备对于溶体化处理而言需要加热时间T2，但是根据本发明的结构 需要加热时间Tl。在需要等温时间T3的情况中，整个溶体化处理所 需的时间能够减少的量为加热时间T2和加热时间Tl的差值(T2-T1)。 另外，在图4中，根据本发明的热处理炉用作时效炉3，并且显示出加 热时间T4和等温时间T6。虽然使用在背景技术中所述的托盘的设备 对于溶体化处理需要加热时间T5，但是根据本发明的结构需要加热时 间T4，并且整个溶体化处理所需的时间能够减小的量为加热时间T5 和加热时间T4的差值(T5-T4)。
对于热空气循环的上述模式而言，热空气没有沿着垂直方向对流 传热。因此，从工件8掉落的型芯砂不被吹起，而是掉落并被引导到 形成在炉底本体14中的斜槽部分14a。如果型芯砂被吹起，则型芯砂 碰到炉本体12的内壁，从而内壁表面会磨损并且损坏，或者燃烧器21 会损坏。但是，对于根据本发明的结构而言，这种问题不会出现，由 此延长了该设备的预期寿命。
如图3所示，每个其剖面大致为Y形的斜槽部分14a设置在以支 柱17的轴线为中心的炉底本体14的多个位置处。在该实施方案中， 设有十个斜槽部分14a，并且每个斜槽部分14a布置在工件8下方。在 每个斜槽部分14a的下开口处设有砂排出机构30。
如图5所示，砂排出机构30如下构成，从而在剖面中看时大致为 方形的柱体31通过支撑轴33可摇摆地支撑着盖子32，该盖子32为摇 篮状并覆盖柱体31的下开口。突出地设置在盖子32侧处的凸起34接 触着固定在设备安装底板表面9侧上的引导构件35，以便使盖子32摇 摆。在累积在盖子32上的砂由于盖子32摇摆而落下的位置处布置有
砂回收箱36。在该实施方案中，如图6所示，引导构件35在从侧面看 时为凸轮锥形。通过使凸起34与凸轮接触，从而随着炉底本体14的 转动(砂排出机构30的运动)简单地打开和关闭盖子32。
根据上述结构，如图6所示，在每个砂排出机构30到达引导构件 35所布置的位置时，将盖子32打开，并且将累积在盖子32上的砂投 入到砂回收箱36中。因此，将砂回收到砂回收箱36中。可以只是通 过一对引导构件35和砂回收箱36来处理所有的砂排出机构30。该装 置构成简易。由于砂在一个位置处被回收，所以改善了处理砂回收箱 36的砂回收作业的效率。使用螺杆等的传统结构需要专用于回收砂的 促动器。相反，砂排出机构30能够通过炉底本体14的转动打开和关 闭盖子32，而无需任何专门的促动器，由此节约了设备成本。
上面说明了根据本发明的热处理炉的结构。该结构还适用于溶体 化炉1和时效炉3。对于热处理炉而言，炉室15包括向下打开的炉本 体12和用来关闭炉本体12的下开口并且受到旋转驱动的炉底本体14， 并且在炉室15中设有安置工件8的一层或多层安置搁架16。与使用托 盘的传统设备相比，该结构没有使用任何托盘，从而使得每个工件8 的质量均衡，并且改善了工件8的质量。减少了由于托盘的加热和冷 却而引起的能量损失。
广泛地确保了每个工件8和热空气的接触面积，从而减少了加热 时间，从而减少了包括等温时间在内的整个热处理所需时间。设有多 层安置搁架16，以便迅速热处理许多工件8，由此改善生产率。
用于使在炉室15中的热空气在平面中看时沿着周向循环流动的 热空气循环装置20A和20B设置在炉本体12中。因此，使得提供给安 置搁架16的热空气量(能量)均衡，并且对每个工件8进行均匀地热处 理，由此使得工件8的产品质量均衡。掉落的砂不会被吹起，从而延 长了设备的预期寿命。与使用托盘的传统设备相比，不会出现由于对
托盘的加热和冷却而引起的能量损失，由此能够采用容量较低的燃烧 器和风扇。
安置搁架16固定到支柱17上，该支柱17竖立设置在炉底本体 14上，并且与炉底本体14一体地转动。因此，减小了由配置差异而引 起的热传递量不均匀性的影响，由此均衡了工件8的产品质量。另外， 对于所安置的工件8数量较少的设备结构而言，炉底本体14无需转动。
炉底本体14在其中设有与位于炉底本体14下方的外部空间连 通的斜槽部分14a;以及砂排出机构30，该砂排出机构30具有用来打 开和关闭斜槽部分14a的下开口的盖子32。在炉底本体14下方，设有 接触着盖子32以便打开和关闭盖子32的引导构件35和砂回收箱36， 在盖子32打开时将累积在盖子32上的砂投入到砂回收箱36中。因此， 回收砂的装置简易且廉价。此外，能够容易地回收砂。
如上构成的热处理炉用作溶体化炉1和时效炉3，从而该热处理 设备10包括溶体化炉1和时效炉3。热处理设备10包括用来对工件 8进行溶体化处理的溶体化炉1;对经过溶体化炉1溶体化处理的工件 8进行淬火的淬火池2;用于对经过淬火池2淬火的工件8进行时效处 理的时效炉3;用于对经过时效炉3时效处理的工件8进行冷却的空冷 装置4;用于接入要由溶体化炉1进行溶体化处理的工件8的工件接入 装置6;用于将由空冷装置4冷却的工件8取出的工件取出装置7;以 及机器人臂5，该机器人臂5使工件8 —件接一件地依次向工件接入装 置6、溶体化炉l、淬火池2、时效炉3、空冷装置4和工件取出装置7 运动。
对于该热处理设备10的结构而言，工件8通过机器人臂5而一件 接一件地在这些装置之间运动，由此不能由输送装置等输送的具有复 杂形状的工件以及具有型芯砂的工件也能够被输送。与具有传统结构 的热处理炉相比，縮短了通过溶体化炉1完成溶体化处理以及通过时 效炉3完成时效处理所需的时间，由此整个热处理过程在短时间内完 成。与使用托盘的传统设备相比，降低了运行成本，縮短了运行周期， 并且降低了维护成本。溶体化炉1和时效炉3单独构成，从而该设备 能够容易地传送和转移。减少了燃烧器和风扇的数量，并且无需用于 托盘的输送装置，由此这些装置能够廉价并且紧凑地构成。淬火池2
一件接一件地冷却工件8，从而该淬火池2能够紧凑地构成。工件8在 经过热处理之后由空冷装置4强制冷却，从而在随后的过程中很容易 用手来检査这些工件8。工件一件接一件地输送给空冷装置4并且冷却， 从而许多工件没有同时冷却，由此可以将这些工件均匀地冷却至设定 温度。没有使用任何托盘，从而没有由于冷却托盘而引起的能量损失。 无需存放工件以进行自然冷却。
如图7所示，对于在该实施方案2中的热处理炉40而言，炉本体 12的炉室15通过水平设置的分隔件41分成上下两个空间。上空间构 成为用于进行时效处理的时效炉室42，并且下空间构成为用于进行溶 体化处理的溶体化炉室43。在时效炉室42和溶体化炉室43的每个炉 室中设有一层或多层安置搁架46。炉本体12包括用于使在时效炉室 42中的热空气沿着在平面中看时的周向循环流动的热空气循环装置 44，并且炉本体12包括用于使在溶体化炉室43中的热空气沿着在平 面中看时的周向循环流动的热空气循环装置45。
在该结构中，溶体化炉室43设置在时效炉室42下方。这是因为 附着在工件8上的型芯砂容易在较高的温度下掉落。在比时效处理高 的温度下进行的溶体化处理在炉本体12的下侧处进行，从而掉落的型 芯砂被有效地引导给炉底本体14的斜槽部分14a并且被回收。
在分隔件41内设有绝热材料，以便适度地中断在时效炉室42和 溶体化炉室43之间的热传递。热传递没有完全中断，从而在进行在时 效处理之前的溶体化处理时，溶体化炉室43的热传递给时效炉室42，
并且在时效炉室42中的温度升高，由此縮短了时效炉室42的加热时
间。另外，支柱47设置成垂直穿过分隔件41并支撑安置搁架46，由 此安置搁架46与支柱47 —体地转动。
通过采用在该实施方案2中的热处理炉40的结构，热处理设备 50如在图8中所示一样构成。与在图1中所示的结构相比，该结构需 要更小的用于安装热处理炉40的空间(减小了该设备)，由此减小了用 于安装整个热处理设备50的空间。
工业利用可能性
本发明可以用于对通过铸造、锻造等由铝合金等形成的模制物品 进行热处理的技术。
权利要求
1.一种热处理炉，该热处理炉的炉室包括向下开口的炉本体；和炉底本体，该炉底本体封闭炉本体的下开口，其特征在于在该炉室中设有一层或多层安置搁架，在所述安置搁架上安置工件。
2.如权利要求l所述的热处理炉，其中在炉室中设有热空气循环 装置，该热空气循环装置使炉室中的热空气在平面中看时沿着周向循 环。
3. —种热处理炉，其特征在于 该热处理炉的炉室包括 向下开口的炉本体；和炉底本体，该炉底本体封闭炉本体的下开口， 该炉室被分隔件划分成上下两个空间； 上空间构成为进行时效处理的时效炉， 下空间构成为进行溶体化处理的溶体化炉；在时效炉和溶体化炉中的每个炉中设有一层或多层安置搁架，在 所述安置搁架上安置工件；并且 炉本体在其中设有使时效炉中的热空气在平面中看时沿着周向循环的热空气循环装 置；和使溶体化炉中的热空气在平面中看时沿着周向循环的热空气循环 装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热处理炉，其中 所述炉底本体被旋转驱动，并且 所述安置搁架由支柱支撑，并与所述炉底本体一体地转动，该支 柱竖立设置在所述炉底本体上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的热处理炉，其中 所述炉底本体在其中设有斜槽部分，该斜槽部分与位于炉底本体下方的外部空间连通，和 砂排出机构，该砂排出机构具有盖子，该盖子打开和关闭斜槽部 分的下开口，并且在炉底本体下方设有引导构件和砂回收箱，该引导构件打开和关 闭所述盖子，在所述盖子打开时将累积在所述盖子上的砂投入到该砂 回收箱中。
6.热处理设备，其特征在于如权利要求1至5中任一项所述的热处理炉用作溶体化炉和时效 炉；并且该热处理设备包括所述溶体化炉和所述时效炉。
7.如权利要求6所述的热处理设备，还包括 用于对工件进行热处理的溶体化炉；用于对经过溶体化炉溶体化处理的工件进行淬火的淬火池； 用于对经过淬火池淬火的工件进行时效处理的时效炉； 用于对经过时效炉时效处理的工件进行冷却的空冷装置； 工件接入装置，该工件接入装置用于接入要由溶体化炉进行溶体化处理的工件；用于将经过空冷装置冷却的工件取出的工件取出装置；和 机器人臂，该机器人臂使工件一件接一件地依次移动到工件接入装置、溶体化炉、淬火池、时效炉、空冷装置和工件取出装置。
全文摘要
对于热处理炉(溶体化炉1和时效炉3)而言，炉室15包括向下打开的炉本体12和用来关闭炉本体12的下开口并且被旋转驱动的炉底本体14，并且在炉室15中设有在其上安置工件8的一层或多层安置搁架16。在炉本体12中设有使在炉室15中的热空气沿着在平面中看时的周向循环流动的热空气循环装置20A和20B。安置搁架16固定在竖立设置在炉底本体14上的支柱17上，并且与炉底本体14一体地转动。
文档编号C22F1/04GK101103241SQ200680002068
公开日2008年1月9日 申请日期2006年1月18日 优先权日2005年1月20日
发明者后藤伸治, 高野和秀 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社日本高热工业社