ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ
THERMAL FURNACE

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано для высокотемпературной обработки изделий, в том числе для формирования композиционных (стеклометаллических) материалов и изделий путем диффузионной сварки стеклянного и металлического узлов-заготовок.
Известна термическая печь, содержащая корпус, токоведущие шины, изоляторы, пакетное устройство, состоящее из систем сжатия узлов-заготовок, нижней, верхней и средней токопроводящих плит, токопроводящие и изолированные болты, сжимающие плиты, причем в среднюю токопроводящую плиту встроен двусторонний нагреватель (см. RU №2111577, 1998 г.).
Недостатком является конструктивная сложность и большие размеры печи.
Известна также термическая печь, содержащая несущий корпус, в полости которого с зазором размещена камера для размещения в ней обрабатываемых деталей, средство нагружения обрабатываемых деталей и источник питания, при этом зазор между несущим корпусом и камерой заполнен теплоизоляционным материалом, а камера выполнена из термостойкого материала и содержит средство электрического нагрева, термопару и средство управления нагревом (см. №2184406. H01L 21/324, B23K 20/26, 2001).
Недостаток этого решения тот, что печь не может варьировать по высоте, поэтому при вариации размеров обрабатываемых деталей по длине и/или диаметру отношение объема камеры нагрева к объему деталей будет неоптимальным, т.е. объем деталей может быть много меньше объема камеры, что влечет за собой непроизводительный расход тепла (электроэнергии).
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в обеспечении возможности варьирования размерами печи по высоте, в зависимости от заданных размеров стержневых конструкций.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности обработки деталей различных размеров по высоте, варьирующих в широких пределах. Причем обеспечивается возможность легкой адаптации устройства под выпуск изделий различных размеров по высоте, при сохранении высокой степени заполнения объема камеры. Обеспечено снижение непроизводительных расходов тепла (электроэнергии).
Поставленная задача решается тем, что термическая печь, содержащая несущий корпус, в полости которого с зазором размещена камера для размещения в ней обрабатываемых деталей, средство нагружения обрабатываемых деталей и источник питания, при этом зазор между несущим корпусом и камерой заполнен теплоизоляционным материалом, а камера выполнена из термостойкого материала и содержит средство электрического нагрева, термопару и средство управления нагревом, отличается тем, что она снабжена, по меньшей мере, второй камерой, причем камеры установлены вертикально и параллельно друг другу, при этом термопары установлены в каждой камере печи, корпус каждой из камер выполнен из керамики, разборным, и включает съемные днище, крышку и составную боковую стенку из, по меньшей мере, двух одинаковых трубообразных модулей, ориентированных вертикально и установленных друг на друга с возможностью фиксации от взаимных перемещений в горизонтальной плоскости, при этом средство электрического нагрева выполнено в виде спирали, зафиксированной на внутренней поверхности верхнего конца каждого трубообразного модуля, причем концы спирали выведены из полости модуля через сквозные отверстия соответствующего диаметра, выполненные в его стенке, и снабжены средствами их разъемного электрического соединения с соответствующими выводами соседних модулей, спирали отдельных модулей каждой камеры соединены последовательно в одну электрическую цепь, а источник питания выполнен в виде регулируемого трансформатора, включаемого в сеть 220 В, при этом электрические цепи всех камер соединены последовательно и выполнены с возможностью подключения к клеммам упомянутого регулируемого трансформатора, причем средство нагружения обрабатываемых деталей содержит внешние нагрузочные шпильки, по одной на каждую камеру, и нагрузочный механизм, при этом нагрузочные шпильки пропущены через сквозные центральные отверстия крышек с возможностью силового взаимодействия с заготовками обрабатываемых деталей, а нагрузочный механизм выполнен с возможностью силового контактирования с торцами шпилек, выступающими над крышками камер. Кроме того, трубообразный модуль выполнен в виде втулки, нижний конец которой выполнен диаметром, большим диаметра верхнего конца, выполненного цилиндрическим, при этом внутреннее отверстие втулки на участке ее нижнего конца выполнено с большим размером, чем на участке ее верхнего конца, кромка верхнего конца втулки скошена к внешней ее поверхности и под таким же углом скошен участок поверхности втулки, сопрягающий внутренние отверстия верхнего и нижнего концов втулки, при этом днище выполнено в виде плоского диска, в центральной части которого выполнен соосный цилиндрический выступ, причем диаметр днища равен диаметру нижнего конца модуля, днище установлено во внутреннем отверстии втулки с зазором, крышка выполнена в виде плоского диска со сквозным соосным отверстием и с соосным кольцевым выступом, внешний диаметр которого равен диаметру модуля, при этом в кольцевом выступе выполнена внутренняя цилиндрическая проточка, диаметр которой равен диаметру полости верхнего конца втулки, причем торец кольцевого выступа, со стороны внутренней цилиндрической проточки скошен под углом, соответствующим углу наклона кромки верхнего конца втулки. При этом средство нагружения обрабатываемых деталей выполнено в виде плиты, выполненной с возможностью размещения на ней груза, нижняя поверхность которой оперта на торцы шпилек, выступающие над крышками камер.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий, что термическая печь «снабжена, по меньшей мере, второй камерой» - наличие нескольких камер обеспечивает возможность одновременного получения нескольких композитных стержней (или комплектов стержней, если размеры стержней кратно меньше размеров камеры), при этом обеспечивается возможность варьирования нагрузочных параметров в камерах и варьирования характеристик получаемых изделий, а также стабильность параметров стеклянного компонента по объему стержня.
Признак, указывающий, что «камеры установлены вертикально и параллельно друг другу», обеспечивает взаимоуплотнение стыков модулей и крышки за счет силы тяжести. Кроме того, это упрощает организацию силового воздействия на обрабатываемые детали.
Признак, указывающий, что «термопары установлены в каждой камере печи», обеспечивает возможность контроля параметров нагрева во всех камерах печи.
Признак, указывающий, что «корпус каждой из камер выполнен из керамики», обеспечивает высокую термостойкость камеры, ее диэлектрические свойства, что упрощает изготовление камеры и обеспечивает безопасность эксплуатации.
Признак, указывающий, что корпус каждой из камер выполнен «разборным, и включает съемные днище, крышку и составную боковую стенку», обеспечивает легкую адаптацию размеров камеры к размерам изготавливаемых деталей и упрощает производство камер, а также высокую ремонтопригодность ее конструкции.
Признаки, указывающие, что составная боковая стенка состоит «из, по меньшей мере, двух одинаковых трубообразных модулей, ориентированных вертикально и установленных друг на друга», обеспечивают разъемность конструкции и упрощают производство камер, при этом обеспечивают возможность гравитационного удержания элементов корпуса в контакте друг с другом и тем самым обеспечивает одинаковость условий формирования стеклометаллокомпозитных деталей по их сечению.
Признаки, указывающие, что модули установлены «друг на друга с возможностью фиксации от взаимных перемещений в горизонтальной плоскости», обеспечивают целостность корпуса камеры.
Признаки, указывающие, что «средство нагрева выполнено в виде спирали, зафиксированной на внутренней поверхности верхнего конца каждого трубообразного модуля», обеспечивают нагрев внутренней полости корпуса камеры, при этом исключается возможность коротких замыканий между витками спирали, под действием силы тяжести или случайных механических воздействий в процессе загрузки деталями.
Признаки, указывающие, что «средство электрического нагрева выполнено в виде спирали, зафиксированной на внутренней поверхности верхнего конца каждого трубообразного модуля, причем концы спирали выведены из полости модуля через сквозные отверстия соответствующего диаметра, выполненные в его стенке, и снабжены средствами их разъемного электрического соединения с соответствующими выводами соседних модулей», обеспечивают возможность коммутирования спиралей отдельных модулей в единую цепь и демонтажа такой цепи при необходимости и исключают нахождение спирали на стыке модулей.
Признаки «… источник питания выполнен в виде регулируемого трансформатора, включаемого в сеть 220 В, при этом электрические цепи всех камер соединены последовательно и выполнены с возможностью подключения к клеммам упомянутого регулируемого трансформатора …» обеспечивают нагрев в камерах печи, при упрощении организации электропитания.
Признаки «… средство нагружения обрабатываемых деталей содержит внешние нагрузочные шпильки, по одной на каждую камеру, и нагрузочный механизм, при этом нагрузочные шпильки пропущены через сквозные центральные отверстия крышек с возможностью силового взаимодействия с заготовками обрабатываемых деталей, а нагрузочный механизм выполнен с возможностью силового контактирования с торцами шпилек выступающими над крышками камер …» обеспечивают возможность оказания заданного уровня силового воздействия на заготовки обрабатываемых деталей.
Признаки, указывающие, что «трубообразный модуль выполнен в виде втулки, нижний конец которой выполнен диаметром, большим диаметра верхнего конца, выполненного цилиндрическим, при этом внутреннее отверстие втулки на участке ее нижнего конца выполнено с большим размером, чем на участке ее верхнего конца», обеспечивают возможность надежного сцепления модулей друг с другом, исключающего возможность их взаимного перемещения в горизонтальной плоскости.
Признаки, указывающие, что «кромка верхнего конца втулки скошена к внешней ее поверхности и под таким же углом скошен участок поверхности втулки, сопрягающий внутренние отверстия верхнего и нижнего концов втулки» и «торец кольцевого выступа, со стороны внутренней цилиндрической проточки скошен под углом, соответствующим углу наклона кромки верхнего конца втулки», обеспечивают взаимоуплотнение стыков модулей и крышки за счет силы тяжести.
Признаки, указывающие, что «днище выполнено в виде плоского диска, в центральной части которого выполнен соосный цилиндрический выступ, причем диаметр днища равен диаметру нижнего конца модуля, днище установлено во внутреннем отверстии втулки с зазором», обеспечивают полное перекрытие корпуса камеры снизу и возможность надежного сцепления нижнего модуля с днищем, исключающего возможность их взаимного перемещения в горизонтальной плоскости, а также устойчивое опирание камеры на плоскость (исключают ее опрокидывание).
Признаки, указывающие, что «крышка выполнена в виде плоского диска со сквозным соосным отверстием», обеспечивают полное перекрытие корпуса камеры сверху и возможность передачи нагружающего усилия внутрь камеры, на обрабатываемые детали.
Признаки, указывающие, что крышка снабжена «соосным кольцевым выступом, внешний диаметр которого соответствует диаметру модуля, при этом в кольцевом выступе выполнена внутренняя цилиндрическая проточка, диаметр которой равен диаметру полости верхнего конца втулки», позволяют максимально использовать для обработки деталей объем камеры, ограниченный модулями, что особенно важно, при загрузке в камеру сразу нескольких стержней, при обеспечении возможности одновременной передачи на них вертикальных сжимающих усилий, для чего используют одновременно несколько нагрузочных шпилек, контактирующих с каждым из стержней, и нагрузочной круглой пластины, опирающейся на них, на которую «давит» внешняя нагрузочная шпилька, пропущенная через отверстие крышки.
Признаки, указывающие, что «средство нагружения обрабатываемых деталей выполнено в виде плиты, выполненной с возможностью размещения на ней груза, нижняя поверхность которой оперта на торцы шпилек, выступающие над крышками камер», обеспечивают одновременное нагружение всех заготовок деталей одинаковыми по величине силами.
Признаки, указывающие, что «средство нагружения обрабатываемых деталей выполнено в виде плит, выполненных с возможностью размещения на них груза, размещенных на каждом торце каждой шпильки, выступающем над крышками камер», обеспечивают одновременное нагружение всех заготовок деталей разными по величине силами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан фрагмент разреза электропечи; на фиг. 2 показан трубчатый модуль камеры; на фиг. 3 показана крышка камеры; на фиг. 4 показана электрическая схема печи; на фиг. 5 показан объемный вид печи.
На чертежах показаны днище 1, крышка 2, составная боковая стенка, которая составлена из одинаковых трубообразных модулей, выполненных в виде втулки 3, ее нижний 4 и верхний 5 концы, ее внутренние отверстия 6 и 7, кромка 8 верхнего конца 5 втулки 3, ее внешняя поверхность 9, участок 10 поверхности втулки 3, сопрягающий внутренние отверстия 6 и 7, верхнего 5 и нижнего 4 концов втулки 3, спираль 11, внутренняя поверхность 12 отверстий втулки, концы 13 спирали 11, центральное сквозное отверстие 14, соосный цилиндрический выступ 15, сквозные отверстия 16, кольцевой выступ 17, его торец 18, внутренняя цилиндрическая проточка 19, соседние модули 20 и 21, термопара 22, терморегулятор 23, сборка, содержащая цилиндрический стакан 24 из металла, в полости которого размещен стеклянный стержень 25, нагрузочная круглая пластина 26, внешняя нагрузочная шпилька 27, нагрузочная шпилька 28, нагрузочная плита 29, колодка 30, трансформатор 31, корпус печи, содержащий каркас 32, его основание 33, боковые панели 34 и покрытие 35, теплоизоляционный материал 36, блок управления 37, усилитель 38, переключатель 39.
Камера термической печи выполнена в виде корпуса из термостойкого материала, например из керамики с зазором в соединениях до 0,5 мм. При этом детали корпуса камеры включают съемные днище 1 и крышку 2, при этом ее составные боковые стенки по высоте сформированы, по меньшей мере, из двух одинаковых трубообразных модулей, которые выполнены в виде втулки 3, нижний конец 4 которой выполнен диаметром большим диаметра верхнего конца 5 предпочтительно цилиндрического.
При этом внутреннее отверстие 6 втулки 3 на участке ее нижнего конца 4 выполнено размером большим, чем внутреннее отверстие 7 на участке ее верхнего конца 5, причем его диаметр на величину зазора превышает внешний диаметр верхнего конца 5 втулки 3. Кромка 8 верхнего конца 5 втулки 3 скошена к внешней ее поверхности 9 и под таким же углом скошен участок 10 поверхности втулки 3, сопрягающий ее внутренние отверстия 6 и 7.
Средство нагрева выполнено в виде спирали 11 (выполненной из фехралевой проволоки, диаметром 1,5 мм, с шагом 10 мм), зафиксированной на внутренней поверхности 12 верхнего конца 5 втулки 3, причем концы спирали 11 выведены из полости втулки 3, через сквозные отверстия 16 соответствующего диаметра, выполненные в ее стенке. Они разъемно электрически соединены с помощью электрических колодок 30 известных конструкций с соответствующими выводами соседних модулей 20 и 21, т.е. спирали отдельных модулей каждой камеры соединены последовательно в одну электрическую цепь, а, в свою очередь, электрические цепи всех камер также соединены последовательно друг с другом и подключены к клеммам регулируемого трансформатора 31, включенного в сеть 220 В. Для закрепления спирали 11 на соответствующей поверхности модуля используют высокотемпературный герметик (на чертежах не показан), рассчитанный на рабочие температуры до 1500°C (более высокие, чем рабочая температура печи - 1100°C). Промежутки между витками спирали 11 заполнены таким же герметиком.
Термопара 22 выполнена из ТХА проволоки, толщиной 2,5 мм, установлена в полости камеры, при этом ее концы, так же как концы спирали, выведены наружу и известным образом подключены к терморегулятору 23 известной конструкции, например Варта ТП703.