一種真空滲碳爐的製作方法

2023-12-04 13:37:51 2

本實用新型屬於熱處理設備技術領域，具體涉及一種真空滲碳爐。

背景技術：

滲碳是將鋼件加熱至奧氏體狀態下，於富碳介質中長時間保溫，使碳原子滲入表層，增加鋼件表層的碳含量的過程。真空滲碳爐是對金屬工件進行各種熱處理工藝的工業爐，其要求較嚴格地控制爐溫和爐內氣氛組分。目前，熱處理行業市場上的真空滲碳爐的爐內氣氛通常是根據滲碳溫度、被滲工件原始碳濃度、滲碳後表面碳濃度、擴散後表面碳濃度、最終表面碳濃度、滲碳層深度以及各類材質的表面吸碳量計算出執行滲碳工藝所需要的滲碳時間和擴散時間。這種方法是建立在經驗基礎上的「飽和值調整法」，即在滲碳期使奧氏體固溶碳並飽和；在擴散期使固溶了的碳向內部擴散達到目標要求值。上述過程計算非常繁瑣，裝載量的變化或工件表面積的變化，都會影響滲層的深度和熱處理質量，也就是說每爐工件參數有變化，就需要重新計算滲碳時間、擴散時間，採用不同的滲碳工藝，無法對爐內的氣氛及爐溫進行實時控制，操作人員的勞動強度大，同時也影響了產品的生產質量和生產效率。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種處理效率高、工件處理質量好、可實現對爐內氣氛及溫度的自動調節、降低工作人員勞動強度的真空滲碳爐。

為解決上述技術問題，本實用新型提出的技術方案為：

一種真空滲碳爐，包括爐體和爐蓋，所述爐蓋蓋合在所述爐體的開口處，所述爐蓋上安裝有攪拌電機，所述攪拌電機的轉軸穿過爐蓋伸入所述爐體的內腔中，攪拌電機的轉軸伸入爐體內腔中的一端安裝有攪拌葉片，所述爐體的上方設有拉動所述爐蓋上升或下降以打開或蓋合所述爐體的爐蓋升降機構，爐體的外側壁上安裝有與所述爐蓋升降機構連接並驅動所述爐蓋升降機構轉動的旋轉機構，所述爐體的側面連接一滲碳氣體進氣管，所述爐體內設有加熱元件和熱電偶，爐體的內腔與一真空泵連通，所述爐體內安裝有實時檢測爐體內氣體組分的氣氛監測裝置，所述滲碳氣體進氣管上安裝有流量計和管道閥門，所述爐體的側壁上還安裝有一控制單元，所述熱電偶、氣氛監測裝置和流量計均與所述控制單元的輸入端電連接，所述加熱元件、真空泵和管道閥門均與所述控制單元的輸出端電連接。

作為對上述技術方案的進一步改進：

優選的，所述熱電偶包括沿所述爐體的內壁由上至下依次設置的第一熱電偶、第二熱電偶和第三熱電偶，所述第一熱電偶、第二熱電偶和第三熱電偶設於爐體的同一側，並且等間距設置。

優選的，所述加熱元件為沿所述爐體的內壁環向設置的多根加熱棒。

更優選的，多根所述加熱棒呈多圈布置，多圈加熱棒沿所述爐體的內壁由上至下等間距設置，相鄰圈的加熱棒之間間隔10-20cm，一圈加熱棒中加熱棒的數量為6-18根。

優選的，所述氣氛監測裝置為多個沿所述爐體的內壁環向設置的氣氛測量探頭。

優選的，所述爐蓋升降機構包括中空的柱體，所述柱體內安裝有拉升氣缸，所述柱體的上端安裝有中空的吊架，所述吊架內安裝有鏈輪，所述鏈輪通過吊鏈與所述爐蓋連接，吊鏈的另一端與所述拉升氣缸的活塞杆連接，通過拉升氣缸的活塞杆的伸縮帶動吊鏈運動，進而驅動所述爐蓋上升或下降。

更優選的，所述旋轉機構包括固定安裝於所述爐體的外側壁上的旋轉電機，所述旋轉電機的轉軸與所述柱體的底部固定連接。

優選的，所述控制單元為PLC控制器。

與現有技術相比，本實用新型的優點在於：通過在爐體內設置氣氛監測裝置，在滲碳氣體進氣管上安裝流量計和管道閥門，將熱電偶、氣氛監測裝置和流量計與控制單元的輸入端連接，加熱元件、真空泵和管道閥門與控制單元的輸出端連接，熱電偶和氣氛監測裝置分別實時檢測爐內的溫度和氣氛組成，並將爐內溫度和氣氛信息發送至控制單元，控制單元控制加熱元件和管道閥門工作對爐內溫度和氣氛進行調節，實現了對爐內溫度和氣氛的自動調節，有效提高了產品質量和生產效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型真空滲碳爐的結構示意圖。

圖2為圖1的俯視結構示意圖。

圖3為圖2中爐蓋打開後的示意圖。

圖例說明：

1、爐體；2、爐蓋；3、攪拌電機；4、攪拌葉片；5、爐蓋升降機構；6、旋轉機構；7、滲碳氣體進氣管；8、加熱元件；9、熱電偶；10、真空泵；11、氣氛監測裝置；12、流量計；13、管道閥門；14、控制單元；51、柱體；52、拉升氣缸；53、吊架；54、吊鏈；61、旋轉電機；62、轉軸；91、第一熱電偶；92、第二熱電偶；93、第三熱電偶。

具體實施方式

為了便於理解本實用新型，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本實用新型作更全面、細緻地描述，但本實用新型的保護範圍並不限於以下具體的實施例。

需要特別說明的是，當某一元件被描述為「固定於、固接於、連接於或連通於」另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，並不是旨在限制本實用新型的保護範圍。

實施例

如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的真空滲碳爐包括爐體1和爐蓋2。爐蓋2蓋合在爐體1的開口處，爐蓋2上安裝有攪拌電機3，攪拌電機3的轉軸穿過爐蓋2伸入爐體1的內腔中，攪拌電機3的轉軸伸入爐體1內腔中的一端安裝有攪拌葉片4。通過攪拌電機3帶動攪拌葉片4旋轉，可使爐內溫度及氣氛更加均勻，有利於提高滲碳層的均勻性，提高產品質量。在爐體1的上方設有拉動爐蓋2上升或下降以打開或蓋合爐體1的爐蓋升降機構5。使用時，通過該爐蓋升降機構5將爐蓋2升起即可打開爐體1的開口，將待加工的工件放置在爐體1的內腔中，然後再通過爐蓋升降機構5將爐蓋2降下，使爐蓋2蓋合在爐體1的開口處，並通過螺栓將爐蓋2與爐體1連接固定，即可開始進行滲碳處理。在爐體1的外側壁上安裝有與該爐蓋升降機構5連接並驅動爐蓋升降機構5轉動的旋轉機構6。當通過爐蓋升降機構5將爐蓋2升起後，通過該旋轉機構6將爐蓋升降機構5連通爐蓋一起轉動一定角度，避免將工件放入爐內時爐蓋2對工件造成阻擋。爐體1的側面連接一滲碳氣體進氣管7，工作時，通過該滲碳氣體進氣管7向爐體1內通入滲碳氣體。爐體1內設置有加熱元件8和熱電偶9，通過加熱元件8對爐體1內進行加熱使其達到預定溫度，並通過熱電偶9實時監測爐內溫度。爐體1的內腔與一真空泵10連通，可對爐內進行抽真空操作。爐體1內安裝有實時檢測爐體1內氣體組分的氣氛監測裝置11，滲碳氣體進氣管7上安裝有流量計12和管道閥門13，爐體1的側壁上還安裝有一控制單元14，熱電偶9、氣氛監測裝置11和流量計12均與控制單元14的輸入端電連接，加熱元件8、真空泵10和管道閥門13均與控制單元14的輸出端電連接。該控制單元14優選為PLC控制器。通過在爐體1內設置氣氛監測裝置11，在滲碳氣體進氣管7上安裝流量計12和管道閥門13，熱電偶9和氣氛監測裝置11分別實時檢測爐內的溫度和氣氛組成，生成爐內溫度信號和氣氛組成信號，並將該爐內溫度信號和氣氛組成信號發送至控制單元14，控制單元14根據收到的爐內溫度信號和氣氛組成信號控制加熱元件8和管道閥門13工作，對爐內溫度和氣氛進行調節，流量計12檢測通入爐內的滲碳氣體量。在通入滲碳氣體前，控制單元14控制真空泵10對爐內抽真空。如此，實現了對爐內溫度和氣氛的自動調節，有效提高了產品質量和生產效率。

該真空滲碳爐中，熱電偶9包括沿爐體1的內壁由上至下依次設置的第一熱電偶91、第二熱電偶92和第三熱電偶93，該第一熱電偶91、第二熱電偶92和第三熱電偶93設於爐體1的同一側，並且彼此之間等間距設置。如此，可準確地檢測爐內溫度。加熱元件8為沿爐體1的內壁環向設置的多根加熱棒。多根加熱棒呈多圈布置，多圈加熱棒沿爐體1的內壁由上至下等間距設置，相鄰圈的加熱棒之間間隔10-20cm，一圈加熱棒中加熱棒的數量為6-18根。採用這樣的設置可使加熱更加均勻，進一步提高產品質量。氣氛監測裝置11為多個沿爐體1的內壁環向設置的氣氛測量探頭，該氣氛測量探頭可採用市售產品。

本實施例中，爐蓋升降機構5包括中空的柱體51，柱體51內安裝有拉升氣缸52，柱體51的上端安裝有中空的吊架53，吊架53內安裝有鏈輪，鏈輪通過吊鏈54與爐蓋2連接，吊鏈54的另一端與拉升氣缸52的活塞杆連接。通過拉升氣缸52的活塞杆的伸縮帶動吊鏈54運動，進而驅動爐蓋2上升或下降，該爐蓋升降機構5結構簡單、操作穩定可靠。旋轉機構6包括固定安裝於爐體1的外側壁上的旋轉電機61，該旋轉電機61的轉軸62與柱體51的底部固定連接。通過旋轉電機61即可驅動柱體51轉動，進而使爐蓋2轉動一定角度，操作方便、可靠。

以汽車零部件齒輪為例，分別用本實用新型的真空滲碳爐和現有的氣體滲碳爐進行滲碳操作，並對滲碳後的齒輪進行對比。作為對比的現有氣體滲碳爐採用滴注式氣體滲碳爐(NK-1000)。工件齒輪的材質為：SCM420(合金鋼)；外徑：200mm；模數：2.5；齒數：65。分別採用如下的滲碳工藝：

回火溫度均為160℃，回火時間均為90min。採用上述兩種不同滲碳工藝的滲碳特性對比如表1所示。

表1本實用新型真空滲碳與現有的氣體滲碳的特性對比

由表1可知，採用本實用新型的真空滲碳爐處理後的汽車齒輪滲碳層更加均勻，並且大大縮短了滲碳時間和所用的綜合處理時間，因此，處理效率更高，生產成本更低。

另外，通過觀察滲碳後齒輪的切面組織發現，採用本實用新型的真空滲碳爐處理的齒輪沒有出現晶界氧化、異常滲碳層現象，沒有出現一次滲碳體，並且僅僅觀察到纖細的馬氏體及少量的殘留奧氏體，說明採用本實用新型的真空滲碳爐處理後的產品質量可靠。而採用現有的氣體滲碳時齒輪的切面出現晶界氧化現象，並出現異常滲碳層。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。