一种铝合金环形件喷淋淬火设备及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金环形件喷淋淬火设备及其使用方法，主要包括环形加热炉、喷淋系统、支撑系统、旋转系统、转移系统、自动控制系统，喷淋系统构成的淬火区与环形加热炉构成的加热区成上下布置；环形加热炉为环形，炉口开在炉体上端；喷淋系统包括内、外喷淋系统，把环形件包络其中，置于环形加热炉正上方，喷淋系统分成6个可独立控制喷淋部，分别负责环形件相应区域冷却，实现系统分区、分阶段控制冷却强度；淬火时，支撑系统支撑环形件并与旋转系统协同工作带动其旋转；转移系统置于环形加热炉正下方，支撑杆穿入炉中，把环形加热炉与喷淋系统连为一个整体，用于在淬火区与加热区转移铝合金环形件。
【专利说明】一种铝合金环形件喷淋淬火设备及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种淬火设备，特别是涉及一种铝合金环形件喷淋淬火设备，本发明还涉及该铝合金环形件喷淋淬火设备的使用方法。
【背景技术】
[0002]铝合金环形件是运载火箭及飞机关键连接件，直径一般为Ι-lOm，为提高产品综合性能，如强度、韧性、耐磨性、稳定性等，需进行固溶淬火处理。但铝合金环形件固溶淬火后，产生较大残余应力且分布不均，引起环形件热处理及后续加工变形，降低材料使役性能、疲劳寿命。比如，高强度铝合金环形件(Φ 1000mm)为飞机连接关键零件，环形件淬火后机加工开口内缩量达20_，使得航空厂只能放弃锻环，采用国外预拉伸板机加而成；铝合金储箱环形件为运载火箭的关键零件，淬火残余应力分布不合理，机加后产品尺寸稳定性差，限制了运载火箭性能的提高。
[0003]当前铝合金环形件常采用传统盐浴淬火，存在以下几个方面的问题，而难以满足航空航天用铝合金环形件淬火要求。铝合金环形件传统盐浴炉由加热腔和淬火腔组成。先将铝合金环形件垂直固定在专用料架上，放入盐浴炉内进行固溶，固溶过程中，铝合金环形件因自重易产生较大径向变形。固溶保温后，铝合金环形件在淬火腔内采取垂直入水浸没淬火，先浸水部位与后浸水部位时间差使得环形件冷却不同步、冷却不均匀，淬火过程中，铝合金环形件易产生较大淬火残应力及大变形；环形件温度高于水的沸点时，环形件表面被一层气膜覆盖且不易破裂，把环形件与淬火介质隔开，降低了冷却速率；介质冷却能力调整困难，不能根据环形件几何及材料特性实行分阶段、分区控制冷却强度。
[0004]喷淋淬火是把冷却介质加压从喷嘴喷出用以冷却构件，较浸没淬火，具有冷却速率高、冷却强度可控、可实现构件同步冷却等特点，在钢板、铝合金板的淬火处理上得到较广泛应用，然而在环形件上运用较少。可能适用于环形件的喷淋淬火装置，公开有3个中国专利文献。文献I专利号98227376.2，文献2专利号200720187498.2，文献3专利申请公布号 CN 101701329。
[0005]文献I所述淬火装置提出了用喷淋方式对一种环形件进行淬火，淬火时，工件旋转以提高喷淋均匀性。但因存在如下不足不能推广至铝合金环形件的喷淋淬火处理:根据其描述，推断淬火炉与加热炉为水平布置，随着环形件外径尺寸增大，转移路程增加明显，环形件转移时间长，转移时间难以满足技术要求(铝合金转移时间一般希望在1s以内)，加热炉、淬火炉二者所占地面空间大，处理大直径环形件时，转移时间及占地面积大的问题更加突出；未设置专门喷嘴冷却环形件端面，忽视了端面冷却对构件影响，实际上随着构件尺寸的增加，这些影响不能忽视。
[0006]文献2针对铝合金构件提出了一种喷淋淬火装置，加热炉与淬火炉成上下垂直布置，由单一物料运输系统在加热炉与淬火炉间转移工件，缩短了工件从加热炉至淬火炉转移时间，减少了设备整体所占地面空间。但是，因存在如下缺点不能满足铝合金环形件喷淋淬火需要:工件、喷嘴均静止，未采取措施消除喷嘴布置及喷嘴制造偏差对工件冷却均匀性的影响；加热炉为圆柱形，如对环形件加热，空置空间大，浪费能源；未设置专门喷嘴冷却环形件端面，忽视了端面冷却对构件影响，实际上随着构件尺寸的增加，这些影响不能忽视。
[0007]文献3提出了一种米级铝合金锻环的喷淋淬火工艺，其所涉及的喷淋淬火设备其特征在于加热炉与辊底式喷淋淬火装置成水平布置，锻环水平放置进行加热及喷淋淬火，实现工件内外表面及上下端面的同时喷淋淬火。所述方案部分解决了铝合金环形件传统淬火方法所存在的缺陷，但还有如下缺点:加热炉为圆柱形，对于环形件，无效加热空腔大，浪费能源；加热炉与淬火炉水平布置，占地面积大、转移路径长，需附加设备把环形件从加热区转移至喷淋淬火区，转移时间长，重复性差；常见航空航天用铝合金环形件轴向高度远大于截面厚度，然而本装置中喷嘴从环形件轴向的上、下方向向环形件端面、侧面喷淋冷却介质，导致侧面冷却强度较难得到满足，构件淬火均匀性难以保证。上述问题随着铝合金环形件直径增大变得更加突出。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种占地场地小、转移路程短且受环形件径向尺寸影响小、节省能源、提高炉内温度分布均匀性和喷淋均匀性的铝合金环形件喷淋淬火设备。
[0009]本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该铝合金环形件喷淋淬火设备的使用方法。
[0010]为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的铝合金环形件喷淋淬火设备，主要包括环形加热炉、喷淋系统、支撑系统、旋转系统、转移系统和自动控制系统；所述的环形加热炉用于加热环形件，平放在炉体底部的水平安装面上，所述的环形加热炉的炉口朝上，且设有炉门；喷淋系统分为内喷淋系统和外喷淋系统，置于所述的环形加热炉正上方，安装于所述的环形加热炉内侧及外侧的安装架上，所述的内喷淋系统和外喷淋系统围成一个开放的环形空间，为环形件放置、移入及移出提供空间，所述的内喷淋系统和外喷淋系统连接有挡水装置以保护其他装置；所述的支撑系统置于所述的内喷淋系统和外喷淋系统的正上方，用于淬火时支撑环形件，与所述的旋转系统连接在一起，所述的支撑系统的支腿从所述的内喷淋系统和外喷淋系统上方伸入所述的内喷淋系统和外喷淋系统所围成的环形空间中，所述的支腿能沿环形件径向撑开和收缩；所述的旋转系统置于所述的支撑系统正下方、所述的环形加热炉内侧；所述的转移系统置于所述的环形加热炉正下方，安装在所述的环形加热炉底部的所述的水平安装面上。
[0011]所述的环形加热炉主要包括环形加热炉主体、两扇半圆式炉门即第一炉门、第二炉门、炉门轨道和两个汽缸；所述的环形加热炉主体为环形，炉口朝上设在所述的环形加热炉主体上部；所述的环形加热炉主体内腔底部周向均布三个支撑块，为环形件提供支撑，内腔底部均布三个通孔为转移系统支撑杆提供运动通道；所述第一炉门和第二炉门上表面成中间高四周低的倾斜状，四周焊有钢板与炉门上表面构成集水槽，收集喷淋冷却液，两门接合处，第一炉门集水槽壁钢板成“7”字形类似屋檐跨过第二炉门集水槽壁边沿，防止水从两炉门接合处流入环形加热炉内腔；第一炉门、第二炉门两侧分别装有2套滚轮装置，与环形加热炉主体两侧炉门轨道形成运动副减少摩擦；炉门开关运动由气缸驱动，气缸由所述的自动控制系统控制。
[0012]所述的内喷淋系统和外喷淋系统主要包括供水管路、主水管、喷嘴；其中，所述的内喷淋系统和外喷淋系统均分成上端喷淋部、侧面喷淋部、下端喷淋部，共计6个部分，分别负责环形件相应侧面相应区域的喷淋冷却；所述的内喷淋系统上端、下端喷淋部分别包括I根内喷淋主水管、若干喷嘴，喷嘴沿内喷淋主水管周向均匀分布，喷嘴向环形件端面倾斜；所述的内喷淋系统的侧面喷淋部包括3根内喷淋主水管、沿内喷淋主水管周向均匀布的喷嘴，喷嘴朝向环形件内表面；所述的外喷淋系统上端、下端喷淋部分别包括根第一外喷淋主水管、若干喷嘴，喷嘴沿外喷淋主水管一周向均匀分布，喷嘴向环形件端面倾斜，与其成一定角度；所述外喷淋系统述侧面喷淋部包括根第二外喷淋主水管、喷嘴沿第二外喷淋主水管周向均匀布，喷嘴朝向环形件外表面；所述的内喷淋系统连接有挡水装置，挡水装置下端部弯曲跨过集水槽边沿，使冷却液流入炉门上方的集水槽，保护其他装置免受淬火介质侵蚀；外喷淋系统连接有环形挡水装置，使水流入集水槽进水入循环系统，防止水落入设备外侧。
[0013]所述的内喷淋系统和外喷淋系统各主水管内径面积大于安装其上的所有喷嘴等效面积之和，每个喷淋区主水管数目根据需要进行相应增删；所述内喷淋系统和外喷淋系统各个部分均为独立喷淋控制层，实现环形件喷淋冷却能力的分区、分阶段控制。
[0014]所述的支撑系统主要包括上盘、三根支腿、三根连杆、下盘、端面滚子轴承、推盘、中空液压缸和防偏装置，所述的支撑系统与所述的旋转系统连接在一起；其中，所述的上盘中空，中间孔穿过所述的旋转系统的主轴上端，与所述的旋转系统连接在一起，所述的上盘外侧面有三个耳朵，耳朵上端部有通孔用于通过旋转轴与所述的支腿铰接，为所述的支腿提供旋转支点；所述的支腿用于淬火时为环形件提供支撑，为上大下小的变截面中空结构，支腿未端成“L”形，上半部开有上、下两个通孔，上部孔用于与所述的上盘铰接，中间孔用于与所述的连杆相连；所述的下盘用于通过所述的连杆带动所述的支腿绕所述的上盘耳朵的旋转运动，置于所述的上盘正下方，套在所述的旋转系统的主轴上，所述的下盘通过外围三个耳朵与所述的连杆相连；所述的连杆带有两个耳环，分成两根带有耳环的独立杆，再由带有内螺纹的套筒套在两根独立杆上形成一根所述的连杆，通过旋转套筒调整所述的连杆的长度；所述的推盘用于推动下盘作轴向运动，置于下盘下方，套在旋转系统主轴上，为环形盘件，所述的推盘通过所述的端面滚子铀承与所述的下盘接触；所述的推盘的“7”字环形装置与所述的下盘上所安装的三个“L”形装置使得所述的推盘与下盘相对旋转，轴向方向相互联动；所述的中空液压缸为中空活塞杆式结构，置于所述的推盘下方，包络所述的旋转系统的主轴，液压缸一端连接推盘，另一端与安装在所述的防偏装置上，用于带动所述的推盘上升和下降；所述的中空液压缸由所述的自动控制系统控制。
[0015]所述的旋转系统主要包括主轴、支撑架、滚子轴承及轴承座和液压马达，其中，所述的主轴通过所述的滚子轴承及轴承座固定在所述的水平安装面上；所述的液压马达置于所述的主轴未端，倒置在所述的水平安装面上；所述的液压马达由所述的自动控制系统控制。
[0016]所述的转移系统主要包括导向筒、支撑杆、连接架、液压缸和液压缸支架，其中，所述的导向筒为所述的支撑杆上下运动提供导向、由一端焊有法兰且四周焊有加强筋的钢管构成，钢管内部安装有筒套，连接在所述的环形加热炉底部及所述的水平安装面上；所述的支撑杆穿过所述的环形加热炉底部相应的通孔用于转移构件时推动环形件移动；所述的连接架用于把所述的支撑杆及所述的液压缸连在一起，置于所述的支撑杆正下方；所述的液压缸上端连接在液压缸支架上，下端铰接在所述的连接架上；液压缸支架安装于所述的水平安装面上，为液压缸提供安装面；所述的油压缸由所述的自动控制系统控制。
[0017]为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的铝合金环形件喷淋淬火设备的方法，包括如下步骤:
[0018]第一步:炉门打开，转移系统上升至喷淋区承接吊至此处环形件，环形件由移动机构从支撑系统上方吊入喷淋区；随即，环形件被转移系统转移至环形加热炉底部凸台上；然后，炉门关闭，开始加热保温，支撑系统支腿收拢；
[0019]第二步:铝合金环形件完成固溶后，炉门打开，转移系统推动环形件至喷淋区指定位置，支撑系统支腿张开；然后，转移系统回缩使环形件落在支撑系统支腿上，在转移系统回撤同时，旋转系统开始带动环形件旋转；待转移系统将完全进入环形加热炉，炉门开始关闭，待炉门完全关闭，喷淋系统开始喷射冷却介质；
[0020]第三步:完成淬火后，用设备把环形件从淬火区吊走。
[0021]采用上述技术方案的铝合金环形件喷淋淬火设备，其有益之处在于:淬火系统与环形加热炉成上下布置，相较二者水平并列布置，所占地场地减少近一半，转移路程短且受环形件径向尺寸影响小，环形件在加热区与淬火区的转移由程序控制的转移系统实现，使得转移时间短且可控，工艺重复性高、产品质量稳定；工件水平放置进行加热固溶，消除了环形件垂直加热过程中因重力产生的径向变形；环形加热炉为环形，与环形件契合较好，减少无用空间，节省了能源，提高了炉内温度分布均匀性；喷淋系统通过合理布置，达到同步冷却，消除传统浸没淬火冷却不同步所带来的淬火问题；喷淋淬火冷却能力强，强度可控性高，提高了设备、介质对不同几何形状及材料特性铝合金环形件的适用范围；喷淋系统分成若干独立控制的喷淋部分，分别负责环形件某一区域冷却，可实现环形件淬火过程中的分区、分阶段控制，适应环形件不同的材料几何特性，从而在提高环形件综合性能前提下减少淬火残余应力生成；淬火时，环形件旋转与喷淋系统喷嘴相对运动，改善喷淋均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明环形件喷淋淬火设备主视示意图。
[0023]图2为本发明环形件喷淋淬火设备左视示意图。
[0024]图3为本发明环形件喷淋淬火设备支撑系统示意图。
[0025]图中符号说明如下:
[0026]1、环形加热炉；2、内喷淋系统；3、外喷淋系统；4、支撑系统；5、旋转系统；6、转移系统；7、水平安装面；1-1、环形加热炉主体；1-2、第一炉门；1_3、第二炉门；1_4、滚轮装置；2-1、内喷主水管；3-1、第一外喷淋主水管；3-2、第二外喷淋主水管；4-1、上盘；4-2、支腿；4-3、连杆；4-4、下盘；4-5、端面滚子轴承；4-6、推盘；4_7、中空液压缸；4_8、防偏装置；
5-1、主轴；5-2、支撑架；5-3、滚子轴承及轴承座；5-4、液压马达；6_1、导向筒；6_2、支撑杆；
6-3、连接架；6-4、液压缸。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及一种具体实例描述本发明的结构原理及工作原理。
[0028]图1和图2所示为本发明的一种【具体实施方式】，一种铝合金环形件喷淋淬火设备，主要包括环形加热炉1、内喷淋系统2、外喷淋系统3、支撑系统4、旋转系统5、转移系统6、自动控制系统(未在图中体现)；其中，所述环形加热炉I用于加热环形件，平放在炉体底部水平安装面7上，为环形结构，无效空间小，节约了能源，提高了加热炉内温度分布均匀性，炉口朝上，便于环形件在环形加热炉与淬火区之间转移；内喷淋系统2和外喷淋系统3用于分区同步冷却环形件，置于环形加热炉I正上方，安装于环形加热炉内侧及外侧的安装架上(安装架未在图中体现)，内、外喷淋系统围成一个开放的环形空间，为环形件放置、移入及移出提供空间，内喷淋系统2和外喷淋系统3连接有挡水装置(未在图中体现)以保护其他装置；所述支撑系统4用于淬火时支撑环形件，置于喷淋系统正上方，与旋转系统5连接在一起，支撑系统支腿4-2从喷淋系统上方伸入内喷淋系统2和外喷淋系统3所围成的环形空间中，支腿4-2可沿环形件径向撑开、收缩，撑开时为环形件提供支撑，收缩时为环形件移入环形加热炉让出通道；所述旋转系统5用于带动与其相连的支撑系统做旋转运动，从而使得铝合金环形件运动，提高环形件冷却均匀性，降低对喷淋系统制造要求，其置于支撑系统4正下方，环形加热炉I内侧；所述转移系统6用于在淬火区与加热区转移铝合金环形件，置于环形加热炉I正下方，安装在环形加热炉I底部的水平安装面7上；所述铝合金环形件喷淋淬火设备各部件动作均由自动控制系统控制，减少人为干扰，提高工艺稳定性。
[0029]进一步地揭示本发明的具体实例。
[0030]环形加热炉I主要包括环形加热炉主体1-1、两扇半圆式炉门即第一炉门1-2、第二炉门1-3、炉门轨道(未在图中体现)、两个汽缸(未在图中体现)；所述环形加热炉主体1-1为环形，炉口朝上在环形加热炉主体1-1上部；所述环形加热炉主体1-1内腔底部周向均布三个支撑块，为环形件提供支撑，内腔底部均布三个通孔为转移系统支撑杆提供运动通道；第一炉门1-2和第二炉门1-3上表面成中间高四周低的倾斜状，四周焊有一定高度的钢板与炉门上表面构成集水槽，收集喷淋冷却液，两门接合处，第一炉门1-2集水槽壁钢板成“7”字形类似屋檐跨过第二炉门集水槽壁边沿，防止水从两炉门接合处流入环形加热炉I内腔；第一炉门1-2、第二炉门1-3两侧分别装有2套滚轮装置1-4，与环形加热炉主体两侧炉门轨道形成运动副减少摩擦；炉门开关运动由气缸驱动，气缸由自动控制系统控制。
[0031]内喷淋系统2和外喷淋系统3主要包括供水管路、主水管和喷嘴；其中，内喷淋系统2和外喷淋系统3均分成上端喷淋部、侧面喷淋部和下端喷淋部，共计6个部分，分别负责环形件相应侧面某一区域的冷却；内喷淋系统2上端、下端喷淋部分别包括I根内喷淋主水管2-1和若干喷嘴，喷嘴沿内喷淋主水管2-1周向均匀分布，喷嘴向环形件端面倾斜，与其成一定角度；内喷淋系统2的侧面喷淋部包括3根内喷淋主水管2-1和沿内喷淋主水管2-1周向均匀布的喷嘴，喷嘴朝向环形件内表面；外喷淋系统3上端、下端喷淋部分别包括I根第一外喷淋主水管3-1和若干喷嘴，喷嘴沿第一外喷淋主水管周向均匀分布，喷嘴向环形件端面倾斜，与其成一定角度；外喷淋系统3的侧面喷淋部包括3根第二外喷淋主水管3-2和若干喷嘴，喷嘴沿第二外喷淋主水管3-2周向均匀布，喷嘴朝向环形件外表面；内喷淋系统2和外喷淋系统3的各主水管内径面积大于安装其上的所有喷嘴等效面积之和，每个喷淋区主水管数目可根据需要进行相应增删；内喷淋系统2和外喷淋系统3各个部分均为独立喷淋控制层，可实现环形件喷淋冷却能力的分区、分阶段控制；内喷淋系统2连接有挡水装置(未在图中体现)，挡水装置下端部弯曲跨过集水槽边沿，使冷却液流入炉门上方的集水槽，保护其他装置免受淬火介质侵蚀；外喷淋系统3连接有环形挡水装置(未在图中体现)，使水流入集水槽进水入循环系统，防止水落入设备外侧；所述喷淋系统每个喷淋部由可编程控制的自动控制系统控制。
[0032]如图3所示为支撑系统4示意图，支撑系统4主要包括上盘4-1、三根支腿4_2、三根连杆4-3、下盘4-4、端面滚子轴承4-5、推盘4-6、中空液压缸4_7、防偏装置4_8、若干旋转轴及紧固件，支撑系统4与旋转系统5连接在一起；其中，上盘4-1中空，中间孔用于穿过旋转系统5的主轴，与旋转系统5连接在一起，上盘4-1外侧面有三个耳朵，耳朵上端部有通孔用于通过旋转轴与支腿4-2铰接，为支腿4-2提供旋转支点，每个耳朵由内侧面安装有自润滑铜板的两块弧形钢板构成，铜板与支腿4-2侧面贴合减少摩擦；支腿4-2用于淬火时为环形件提供支撑，为上大下小的变截面中空结构，支腿4-2未端成“L”形，上半部开有上、下两个通孔，上部孔用于与上盘4-1铰接，中间孔用于与连杆4-3相连；下盘4-4用于通过连杆4-3带动支腿4-2绕上盘4-1耳朵的旋转运动，置于上盘4-1正下方，套在旋转系统5主轴5-1上，下盘4-4中间通孔两端装有铜套，减少滑动摩擦，通过外围三个耳朵与连杆4-3相连；连杆4-3带有两个耳环，分成两根带有耳环的独立杆，再由带有内螺纹的套筒套在两根独立杆上形成一根连杆4-3，可通过旋转套筒调整连杆4-3的长度；推盘4-6用于推动下盘4-3作轴向运动，置于下盘4-4下方，套在旋转系统5的主轴5-1上，为环形盘件，推盘4-6中间通孔装有铜套，减少其与旋转系统5之间的摩擦，推盘4-6通过端面滚子铀承4-5与下盘4-4接触，减少两者间摩擦；推盘4-6的“7”字环形装置与下盘4-5上所安装的三个“L”形装置使得推盘4-6与下盘4-4可以相对旋转，轴向方向相互联动；中空液压缸4-7为中空活塞杆式结构，置于推盘4-6下方,包络旋转系统5主轴5-1,液压缸一端连接推盘4-6,另一端安装在防偏装置4-8上，用于带动推盘4-6上升、下降；中空液压缸4-7由自动控制系统控制。
[0033]旋转系统5主要包括主轴5-1、支撑架5-2、滚子轴承及轴承座5_3和液压马达5-4，用于带动支撑系统4旋转。其中，主轴5-1通过滚子轴承及轴承座5-3固定在水平安装面7上；液压马达5-4置于主轴5-1未端，安装在水平安装面7上；支撑架5-2由型钢及钢板焊接而成；液压马达5-4由自动控制系统控制。
[0034]转移系统6主要包括导向筒6-1、支撑杆6-2、连接架6_3、液压缸6_4和液压缸支架(图中未体现)。其中，导向筒6-1为支撑杆6-2上下运动提供导向、由一端焊有法兰且四周焊有加强筋的钢管构成，钢管内部安装有筒套，连接在环形加热炉I底部及水平安装面7上；支撑杆6-2用于转移构件时推动环形件移动，穿过环形加热炉I底部相应的通孔；连接架置6-3用于把支撑杆6-2及液压缸6-4连在一起，置于支撑杆6-2正下方；液压缸6_4上端连接在液压缸支架上，下端铰接在连接架6-3上，为双作用3级液压缸；液压缸支架安装于水平安装面7上，为液压缸6-4提供安装面；油压缸6-4由自动控制系统控制。
[0035]本发明还提供了上述设备的使用方法，包括如下关键步骤:
[0036]第一步:炉门打开，转移系统6支撑杆6-2上升到喷淋区承接吊至此处环形件，环形件由行车从支撑系统4上方吊入喷淋区；随即，环形件被其转移系统6转移至环形加热炉底部凸台上；然后，炉门关闭，开始加热保温，支撑系统4支腿4-2收拢。
[0037]第二步:铝合金环形件完成加热固溶后，炉门打开，转移系统推动环形件至喷淋区指定位置，支撑系统4支腿4-2张开；然后，转移系统6回缩使环形件落在支撑系统4支腿上，转移系统6回撤同时，旋转系统5开始带动环形件旋转；待转移系统6将完全进入环形加热炉1，炉门开始关闭，待炉门完全关闭，喷淋系统开始喷射冷却介质。
[0038]第三步，完成淬火后，用设备把环形件从淬火区移走。
【权利要求】
1.一种铝合金环形件喷淋淬火设备，主要包括环形加热炉(I)、喷淋系统、支撑系统(4)、旋转系统(5)、转移系统(6)和自动控制系统；其特征在于:所述的环形加热炉(I)用于加热环形件，平放在炉体底部的水平安装面(7)上，所述的环形加热炉(I)的炉口朝上，且设有炉门；所述的喷淋系统分为内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)，置于所述的环形加热炉(I)正上方，安装于所述的环形加热炉(I)内侧及外侧的安装架上，所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)围成一个开放的环形空间，为环形件放置、移入及移出提供空间，所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)连接有挡水装置以保护其他装置；所述的支撑系统(4)置于所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)的正上方用于淬火时支撑环形件，与所述的旋转系统(5)连接在一起，所述的支撑系统(4)的支腿(4-2)从所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)上方伸入所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)所围成的环形空间中，所述的支腿(4-2)能沿环形件径向撑开和收缩；所述的旋转系统(5)置于所述的支撑系统(4)正下方、所述的环形加热炉(I)内侧；所述的转移系统(6)置于所述的环形加热炉(I)正下方，安装在所述的环形加热炉(I)底部的所述的水平安装面(7)上。
2.根据权利要求1所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的环形加热炉(I)主要包括环形加热炉主体(1-1)、两扇半圆式炉门即第一炉门(1-2)、第二炉门(1-3)、炉门轨道和两个汽缸；所述的环形加热炉主体(1-1)为环形，炉口朝上设在所述的环形加热炉主体(1-1)上部；所述的环形加热炉主体(1-1)内腔底部周向均布至少三个支撑块，为环形件提供支撑，内腔底部均布有通孔为转移系统支撑杆提供运动通道；所述的第一炉门(1-2)和第二炉门(1-3)上表面成中间高四周低的倾斜状，四周焊有钢板与炉门上表面构成集水槽，收集喷淋冷却液，两门接合处，所述的第一炉门(1-2)集水槽壁钢板成“7”字形类似屋檐跨过所述的第二炉门(1-3)集水槽壁边沿，防止水从两炉门接合处流入环形加热炉(I)内腔；所述的第一炉门(1-2)和所述的第二炉门(1-3)两侧分别装有2套滚轮装置(1-4)，与所述的环形加热炉主体(1-1)两侧炉门轨道形成运动副减少摩擦；炉门开关运动气缸驱动，气缸由所述的自动控制系统控制。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)主要包括供水管路、主水管、喷嘴；所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)均分成上端喷淋部、侧面喷淋部和下端喷淋部，共计6个部分，分别负责环形件相应区域的喷淋冷却；所述的内喷淋系统(2)上端、下端喷淋部分别包括I根内喷淋主水管(2-1)和若干喷嘴，所述的喷嘴沿所述的内喷淋主水管(2-1)周向均匀分布，所述的喷嘴向环形件端面倾斜；所述的内喷淋系统(2)的侧面喷淋部包括3根内喷淋主水管(2-1)、沿内喷淋主水管(2-1)周向均匀布的喷嘴，喷嘴朝向环形件内表面；所述的外喷淋系统(3)上端、下端喷淋部分别包括I根第一外喷淋主水管(3-1)和若干喷嘴，喷嘴沿所述的第一外喷淋主水管周向均匀分布，喷嘴向环形件端面倾斜，与其成一定角度；所述的外喷淋系统(3)的侧面喷淋部包括3根第二外喷淋主水管(3-2)和若干喷嘴，所述的喷嘴沿所述的第二外喷淋主水管(3-2)周向均匀布，所述的喷嘴朝向环形件外表面；所述的内喷淋系统(2)连接有挡水装置，挡水装置下端部弯曲跨过集水槽边沿，使冷却液流入炉门上方的集水槽，保护其他装置免受淬火介质侵蚀；所述的外喷淋系统(3)连接有环形挡水装置，使水流入集水槽进水入循环系统，防止水落入设备外侧。
4.根据权利要求3所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)各主水管内径面积大于安装其上的所有喷嘴等效面积之和，每个喷淋区主水管数目根据需要进行相应增删；所述内喷淋系统(2)和外喷淋系统(3)各个部分均为独立喷淋控制层，实现环形件喷淋冷却能力的分区、分阶段控制。
5.根据权利要求1或2所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的支撑系统(4)主要包括上盘(4-1)、三根支腿(4-2)、三根连杆(4-3)、下盘(4-4)、端面滚子轴承(4-5)、推盘(4-6)、中空液压缸(4-7)和防偏装置(4-8)，所述的支撑系统(4)与所述的旋转系统(5)连接在一起；其中，所述的上盘(4-1)中空，中间孔用于穿过所述的旋转系统(5)的主轴(5-1)，与所述的旋转系统(5)连接在一起，所述的上盘(4-1)外侧面有三个耳朵，耳朵上端部有通孔用于通过旋转轴与所述的支腿(4-2)铰接，为所述的支腿(4-2)提供旋转支点；所述的支腿(4-2)用于淬火时为环形件提供支撑，为上大下小的变截面中空结构，支腿未端成“L”形，上半部开有上、下两个通孔，上部孔用于与所述的上盘(4-1)铰接，中间孔用于与所述的连杆(4-3)相连；所述的下盘(4-4)用于通过所述的连杆(4-3)带动所述的支腿(4-2)绕所述的上盘(4-1)耳朵的旋转运动，置于所述的上盘(4-1)正下方，套在所述的旋转系统(5)的主轴(5-1)上，所述的下盘(4-4)通过外围三个耳朵与所述的连杆(4-3)相连；所述的连杆(4-3)带有两个耳环，分成两根带有耳环的独立杆，再由带有内螺纹的套筒套在两根独立杆上形成一根所述的连杆(4-3)，通过旋转套筒调整所述的连杆(4-3)的长度；所述的推盘(4-6)用于推动下盘(4-3)作轴向运动，置于所述的下盘(4-4)下方，套在所述的旋转系统(5)的主轴(5-1)上，为环形盘件，所述的推盘(4-6)通过所述的端面滚子铀承(4-5)与所述的下盘(4-4)接触；所述的推盘(4-6)的“7”字环形装置与所述的下盘(4-5)上所安装的三个“L”形装置使得所述的推盘(4-6)与所述的下盘(4-4)可相对旋转，轴向方向相互连动；所述的中空液压缸(4-7)为中空活塞杆式结构，置于所述的推盘(4-6)下方，包络所述的旋转系统(5)的主轴(5-1)，液压缸一端连接所述的推盘(4-6)，另一端安装在所述的防偏装置(4-8)上，用于带动所述的推盘(4-6)上升和下降；所述的中空液压缸(4-7)由所述的自动控制系统控制。
6.根据权利要求1或2所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的旋转系统(5)主要包括主轴(5-1)、支撑架(5-2)、滚子轴承及轴承座(5-3)和液压马达(5-4)，其中，所述的主轴(5-1)通过所述的滚子轴承及轴承座(5-3)固定在所述的水平安装面(7)上；所述的液压马达(5-4)置于所述的主轴(5-1)未端，安装在所述的水面安装面(7)上；所述的液压马达(5-4)由所述的自动控制系统控制。
7.根据权利要求1或2所述的铝合金环形件喷淋淬火设备，其特征在于:所述的转移系统(6)主要包括导向筒(6-1)、支撑杆(6-2)、连接架(6-3)、液压缸(6-4)和液压缸支架，其中，所述的导向筒(6-1)为所述的支撑杆(6-2)上下运动提供导向，由一端焊有法兰且四周焊有加强筋的钢管构成，钢管内部安装有筒套，连接在所述的环形加热炉(I)底部及所述的水平安装面(7)上；所述的支撑杆(6-2)穿过所述的环形加热炉⑴底部相应的通孔用于转移构件时推动环形件移动；所述的连接架置(6-3)用于把所述的支撑杆(6-2)及所述的液压缸(6-4)连在一起，置于所述的支撑杆(6-2)正下方；所述的液压缸(6-4)上端连接在液压缸支架上，下端铰接在所述的连接架(6-3)上；液压缸支架安装于所述的水平安装面(7)上，为所述的液压缸(6-4)提供安装面；所述的油压缸(6-4)由所述的自动控制系统控制。
8.使用权利要求1所述的铝合金环形件喷淋淬火设备的方法，其特征在于:包括如下步骤: 第一步:炉门打开，转移系统上升至喷淋区承接吊至此处环形件，环形件由移动机构从支撑系统上方吊入喷淋区；随即，环形件被转移系统转移至环形加热炉底部凸台上；然后，炉门关闭，开始加热保温，支撑系统支腿收拢； 第二步:铝合金环形件完成固溶后，炉门打开，转移系统推动环形件至喷淋区指定位置，支撑系统支腿张开；然后，转移系统回缩使环形件落在支撑系统支腿上，在转移系统回撤同时，旋转系统开始带动环形件旋转；待转移系统将完全进入环形加热炉，炉门开始关闭，待炉门完全关闭，喷淋系统开始喷射冷却介质； 第三步:完成淬火后，用设备把环形件从淬火区吊走。
【文档编号】C21D1/667GK104313274SQ201410637230
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】易幼平, 张玉勋, 崔金栋, 谭波, 黄始全 申请人:中南大学