Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Это обстоятельство можно объяснитьтем, что за последние пятьдесят лет усилиями ученых были построены диаграммы состояний многокомпонентных составов сплавов на базе важнейших химических элементов таблицы Д. И. Менделеева и показана зависимость физико-механических характеристик от химического состава, способа получения и режима термической обработки материала.На основе полученных результатов были сформулированыпринципы легирования металлических материалов, разработаныконкретные составы для различного назначения и освоена промышленная технология их производства.Уменьшение объема исследовательских работ в области создания материалов с высоким уровнем физико-механических свойствна основе различных сочетаний химических элементов неизбежнодолжно было привести к сдерживанию развития основополагающих отраслей машиностроения при реализации новых технологических и конструкторских решений.152Например, в авиации использование новых составов сплавов,позволяющих поднять температуру рабочих лопаток турбины на20°С, дает возможность повысить на 30-40% энергосиловые характеристики двигателя, а в инструментальном производстве повышение твердости материала на 1-2 единицы НRС ведет к повышениюэксплуатационной стойкости инструмента на 10-20%.Между тем, перед машиностроителями остро стояла проблема, связанная с тем, что в процессе нагрева изделий из металлических материалов, твердых сплавов, минералокерамики, сплавов наоснове цветных металлов, а также при закалке, пайке, спекании инанесении износостойких покрытий происходит химическое взаимодействие среды с поверхностью изделий из металлических материалов, твердых сплавов, цветных металлов.Взаимодействия поверхности изделий с атмосферой печиможно избежать, если в процессе нагрева использоватьоборудование, которое позволяет удалить газовую среду из камерынагрева и создать безокислительный нагрев-вакуум.Совершенствование существующих и создание принципиально новых технологических процессов получения материалов и изделий с высоким комплексом физико-механических характеристикстало возможным благодаря развитию вакуумной технологии исозданию автоматизированного вакуумного оборудования последнего поколения.Термическая обработка изделий в вакууме получила значительное развитие в шестидесятые годы, когда появились первыеопытно-промышленные установки.
Совершенствование и автоматизация вакуумного оборудования к настоящему временипроизвели, по существу, революцию в термической обработке. Еслив 1975 г. доля вакуумной термической обработки составляла 1%, в1980 г. - 3% в общем объеме термически обрабатываемых материалов [18], то к 1995 г. доля вакуумной термической обработкивозросла до 20%. При этом 90% изделий, изготовленных изинструментальных сталей, например сверла, метчики, штампы,ведущие зарубежные фирмы обрабатывают только в вакуумныхпечах [19].Назовем основные преимущества термической обработки изделий из стали и сплавов в вакууме по сравнению с традиционными способами нагрева и охлаждения (20]:- высокая стабильность свойств обрабатываемых изделий;- отсутствие обезуглероженного и обезлегированного слоя;- уменьшение деформации;153- повышение надежности и эксплуатационной службы изделий;- получение чистой и светлой поверхности;- отсутствие загрязнения окружающей среды и улучшениеусловий труда;- экономия электроэнергии;- отсутствие необходимости в складских помещениях.Перечисленным преимуществам в настоящее время противопоставляется лишь один недостаток: высокие капиталовложенияпри закупке и вводе вакуумного оборудования в эксплуатациюОднако по выполненным расчетам окупаемость вакуумного оборудования, например, при замене соляных ванн, наступает через3,5-4,5 года [21, 22].9.1 Оборудование для вакуумной термической обработкиВ технологической схеме изготовления инструмента вакуумная обработка используется для закалки, отпуска, отжига, нормализации, пайки и спекания.Вакуумное термическое оборудование последнего поколенияпредставляет из себя сложную конструкцию, которая включает целый ряд систем, обеспечивающих условия для осуществления заданного цикла термической обработки.
К их числу относятся системы автоматизации всего технологического процесса и предотвращения аварийных ситуаций, вакуумирования, нагрева и охлаждения, подачи воды, инертного газа и воздуха. Схематическивакуумная установка для вышеперечисленных процессов термической обработки инструмента представлена на рисунок 76.Рабочая камера вакуумной печи (1) в зависимости от конструкции может быть разделена на ряд самостоятельных камер, например, камеру загрузки, камеру нагрева и камеру охлаждения. Камеры имеют индивидуальную систему вакуумирования, а перемещение садки из одной камеры в другую происходит в автоматическом режиме после открытия герметичных затворов.Универсальные вакуумные печи имеют две или три камеры,при этом одна из них служит для нагрева садки, другая - для охлаждения, третья - для загрузки садки с целью увеличения производительности. В вакуумных печах таких конструкций охлаждение садки может осуществляться в инертном газе, подаваемом в камерунагрева (изотермическая закалка) или в камеру охлаждения, а также154в масле за счет погружения садки в масляную ванну, расположенную в нижней части камеры охлаждения.1 — рабочая камера; 2 — вакуумный насос; 3 — трансформатор; 4— шкаф управления; 5 — подача воды; б — подача воздуха; 7 —подача инертного газа; 8 — гребенка баллонов с инертным газом; 9— ресивер (буферный бак); 10 — газификатор; 11 — загрузочноеустройствоРисунок 76 - Принципиальная схема вакуумной установки для термической обработкиВ настоящее время термическая обработка инструмента избыстрорежущей стали осуществляется в основном в однокамерныхгоризонтальных вакуумных печах с закалкой садки в инертном газе,в том числе под избыточным давлением.Наибольшей популярностью у мелких и средних предприятиймашиностроительного комплекса пользуются конструкции однокамерных вакуумных печей, в которых можно осуществлять полныйцикл термической обработки, например, закалку инструмента избыстрорежущей стали и 2-3-кратный отпуск в автоматическом режиме без промежуточного извлечения садки из рабочей камеры.Это так называемые вакуумные печи с конвекционным нагревом ивысоконапорным газовым охлаждением.Во всех конструкциях вакуумных печей используется водяноеохлаждение (5) корпуса печи, а также холодильников, расположенных внутри рабочей камеры.Воздушная система (6) регулирует открытие и закрытие клапанов подачи инертного газа в рабочую камеру нагрева и охлаждения.Инертный газ подается непосредственно в рабочую камеру (1)по трубопроводу (7) из гребенки баллонов (8) в тех случаях, когда155необходимая скорость охлаждения садки в камере обеспечиваетсяциркуляцией инертного газа.Если же возникает необходимость увеличить скорость охлаждения садки, то инертный газ из гребенки баллонов (8) или газификатора (10) предварительно поступает в ресивер (9), обеспечивающий создание и поддержание в рабочей камере (1) необходимогодля охлаждения садки давления.9.1.1 Универсальные вакуумные печиУниверсальные вакуумные печи являются идеальными агрегатами для термических участков общего назначения, обслуживающих отдел главного механика, инструментальное и вспомогательное производства.
Кроме этого, универсальные вакуумные печииспользуются на целом ряде машиностроительных предприятийдля термической обработки изделий основного производства. Ассортимент обрабатываемых изделий в многофункциональных печахэтого типа включает изделия, изготовляемые из конструкционнойстали, инструментальной стали с неглубокой прокаливаемостью,например, марок 9ХФ, В2Ф (ГОСТ 5950) и заканчивается изделиями, изготавливаемыми из быстрорежущих сталей, например, Р6М5,Р18 (ГОСТ 19265) и Р12М4К8-МП (ГОСТ 28393).А на рисунок 77 приведена схема многокамерных горизонтальных вакуумных печей производства завода ЭЛЬТЕРМА(Польша) [23].Эти печи в течение длительного времени эксплуатируются наотечественных машиностроительных заводах, например, ММП им.В.В.Чернышева, ПО "КАМАЗ", ММПП "Салют", Гидроагрегат идр.В стандартном исполнении многокамерные печи производят сноминальной температурой нагрева 1100°C и 1320°С- Вакуум внагревательной камере обеспечивают герметические затворы между нагревательной камерой и камерами охлаждения.
Кроме того,затворы обеспечивают экономичный расход охлаждающего газа.Многокамерная конструкция вакуумных печей позволяет реализовать следующие варианты охлаждения садки:- охлаждение в вакууме;- конвекционное охлаждение в инертном газе;- ускоренное охлаждение в инертном газе с принудительнойциркуляцией его вентилятором;- охлаждение в масле в вакууме;- охлаждение в масле под давлением инертного газа;156- смешанное охлаждение масло-газ.Рисунок 77 - Схема многокамерных горизонтальных вакуумныхпечей производства завода ЭЛЬТЕРМА Условные обозначенияV - нагрев садки в вакууме; F - наличие вентилятора в камере охлаждения; R - наличие устройства для транспортировки садки из одной камеры в другую; VFC - регулируемая скорость охлаждениясадки при циркуляции инертного газа в камере нагреваСуществующие варианты охлаждения, а также возможностьрегулирования давления инертного газа создают широкие возможности для варьирования скорости охлаждения садки.Автоматизированный и программированный цикл хода нагрева-охлаждения, транспортирования садки внутри печи, а такжеподдержания вакуума облегчает обслуживание и обеспечивает точно повторяемую обработку.Нагревательная камера имеет изоляцию из специального керамического волокна высокой чистоты.
Внутренняя поверхностьнагревательной камеры облицована листовым молибденом.157Нагревательные элементы из графита, равномерно размещенные внутри нагревательной камеры печи, обеспечивают нагрев садки посредством излучения.Камера газового охлаждения с вентилятором, создающимпринудительную циркуляцию инертного газа, оборудована направляющими потока газа и теплообменниками высокой эффективности.Камера охлаждения с закалочной ванной оборудована мешалками и нагревателями масла, теплообменниками и вентилятором,создающим принудительную циркуляцию инертного газа. Температура закалочного масла регулируется автоматически в пределе до80°С.Печи типа RVFOQ (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
