Кассета для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов

Полезная модель относится к машиностроению, более конкретно - к кассетам для закалочных агрегатов элеваторного типа, используемых для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов для металлокомпозитных баллонов высокого давления.
В печах, используемых для нагрева и последующей закалки металлических деталей, используют различные загрузочные приспособления в виде поддонов, подставок, этажерок, муфелей и т.п. (см. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. - М.: Машиностроение, 1980. - с. 452).
Перечисленные приспособления не могут быть использованы в закалочных агрегатах элеваторного типа, которые являются наиболее подходящими для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов (См., например, агрегат СЭОА 12.34.29/6 производства ЗАО «Накал» - Промышленные печи», www.nakal.ru, nakal@nakal.ru; агрегат СГО-11.30.14/5,5 ЗАО «МИУС», www.zaomius.ru, info@ zaomius.ru).
Работа на агрегатах подобного типа осуществляется в следующей последовательности.
Лейнеры устанавливают в вертикальном положении на приспособлении, наиболее целесообразный вариант которого - многоместная кассета. Специальным подъемным механизмом кассету подают в нагревательную печь, которая размещена в верхней части агрегата. После нагрева лейнеров до определенной температуры и выдержки в печи в течение определенного времени кассета поступает в закалочный бак с закалочной средой, который находится под печью.
После охлаждения лейнеров кассету извлекают подъемным механизмом из закалочного бака и лейнеры удаляют из кассеты.
Поскольку кассета работает в достаточно тяжелых условиях и должна обеспечивать необходимое качество лейнеров, при закалке к ней предъявляется ряд требований:
- обеспечивать высокую производительность закалочного агрегата;
- обладать конструктивной прочностью;
- надежно фиксировать лейнеры без повреждения поверхностей, контактирующих с элементами кассеты;
- обеспечивать возможность фиксирования лейнеров различных размеров по длине и диаметру;
- при размещении крепежных элементов для лейнеров в кассете учитывать разность изменений высоты кассеты и лейнеров от нагрева;
- обеспечивать полное и быстрое утапливание кассеты с лейнерами в закалочной среде;
- обеспечивать легкость монтажа и демонтажа лейнеров;
- обладать достаточной долговечностью;
- лейнеры в кассете должны устанавливаться друг относительно друга с определенным зазором.
- обеспечивать минимальное коробление лейнеров при закалке.
В закалочных агрегатах элеваторного типа изделия из алюминиевого сплава обычно загружают в корзины прямоугольной формы в неориентированном положении (см. закалочные агрегаты ЗАО «Накал» и ЗАО «МИУС»). Корзины подобной конструкции непригодны для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов.
В качестве прототипа принята кассета, содержащая корпус прямоугольной формы, приведенная в толкательной печи с контролируемой атмосферой для закалки изделий (см. описание изобретения к патенту RU 2085820 C1, F27B 9/22, 27.07.1997).
Несколько изделий, касаясь друг друга, устанавливают в кассете в вертикальном положении. После нагрева изделий до необходимой температуры и выдержки и удаления выдвижного основания все изделия из кассеты подают строго в вертикальном положении в закалочный бак. При этом коробление изделий будет минимальным.
Кассета подобного вида и принцип ее работы также не обеспечивает выполнение многих требований, предъявляемых к кассетам для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов.
Техническая задача - создание многоместной кассеты для закалки лейнеров из алюминиевых сплавов различных типоразмеров по длине и диаметру, преимущественно для закалочных агрегатов элеваторного типа, а также снижение энергозатрат и повышение производительности при проведении процесса закалки.
Техническая задача решается тем, что кассета содержит корпус прямоугольной формы с основанием с нишей для размещения дополнительного груза, нижние кольцевые опоры круглого сечения с внутренним диаметром 15-25 мм больше наружного диаметра горловины закаливаемых лейнеров, и с закрепленными на основании вертикальными стойками, траверсу с направляющими втулками, соосными стойкам, выполненную с возможностью дискретного вертикального перемещения параллельно основанию, при этом траверса выполнена с верхними кольцевыми опорами, расположенными соосно нижним кольцевым опорам основания и с возможностью вертикального перемещения на 15-20 мм выше длины горловин лейнеров и фиксации их стержневыми штырями, а по торцам траверсы расположены ловители для взаимодействия с устройством для перемещения кассеты в закалочном агрегате, при этом минимальное осевое расстояние кольцевых опор на 50-70 мм больше диаметра лейнеров.
В этом случае кассета обеспечивает высокую производительность закалочного агрегата (кассета многоместная), возможность установки лейнеров различных размеров по длине (наличие траверсы с верхними опорами с возможностью дискретного перемещения по высоте), фиксирование лейнеров без повреждения днищ (опоры кольцевые из прутка круглого сечения, внутренний диаметр их на 15-25 мм больше диаметра горловин, в этом случае в месте контакта днища с кольцевыми опорами днище имеет наибольшую толщину и, следовательно, минимальную вероятность повреждения при сбрасывании кассеты в закалочную среду).
Возможность вертикального перемещения верхних кольцевых опор на 15-20 мм выше длины верхних горловин у лейнеров обеспечивает легкость монтажа и демонтажа их в кассете.
Погружение лейнеров в закалочную среду в вертикальном положении обеспечивает их минимальное коробление при закалке.
Размещение ловителей по торцам траверсы обеспечивает возможность взаимодействия кассеты с устройствами перемещения в закалочном агрегате.
Наличие ниши в основании корпуса для размещения дополнительного груза позволяет расширить номенклатуру закаливаемых лейнеров в сторону увеличения их вместимости за счет установки дополнительного груза при условии гарантированного погружения кассеты с лейнерами в закалочную среду.
При закалке лейнеров малой вместимости возможно гарантированное погружение кассеты с лейнерами в закалочную среду и без дополнительного груза.
В этом случае снижаются энергозатраты из-за отсутствия необходимости нагрева дополнительного груза.
В кассете минимальное межосевое расстояние кольцевых опор на 50-70 мм больше диаметра лейнеров обеспечивает необходимую достаточно большую скорость охлаждения металла лейнеров и исключает влияние паровых рубашек на качество закалки.
В кассете кольцевые опоры на траверсе в зафиксированном положении имеют возможность свободного вертикального перемещения на расстояние не менее, чем
, где
ал
ст
α, α - соответственно температурные коэффициенты линейного расширения алюминия и стали, мм/(мм⋅°С);
L - фиксируемая длина лейнера в кассете, мм;
ΔT - перепад температуры в печи и на воздухе, °С;
ΔL - плюсовой допуск на длину лейнера, мм.
Это позволяет учесть разность изменений высоты кассеты и лейнеров от нагрева, что исключает нанесение повреждений на днищах от кольцевых опор.
Детали кассеты выполнены из низкоуглеродистой конструкционной стали. Это обеспечивает низкую стоимость кассеты и качество при выполнении сварочных работ.
На детали кассеты нанесена жаростойкая краска. Это обеспечивает защиту деталей кассеты от окисления и ее необходимую долговечность.
Устройство кассеты представлено:
на фиг. 1 - общий вид;
на фиг. 2 - вид по А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид по Б на фиг. 1.
Нижняя часть кассеты имеет прямоугольное основание 1 рамного типа, две стойки 2, нижние кольцевые опоры 3, нишу 4 для размещения дополнительного груза 5 (показан условно). На стойках на соответствующих уровнях выполнены сквозные отверстия 6.
Верхняя часть кассеты выполнена в виде траверсы 7 с закрепленными на ней втулками 8 со сквозными отверстиями 9, ловителями 10 для наконечников цепей подъемного механизма закалочного агрегата, поперечинами 11. На поперечинах 11 по краям размещены П-образные стойки 12 с верхними кольцевыми опорами 13.
Траверса 7 фиксируется на стойках 2 штырями 14, П-образные стойки 12 на поперечинах 11 - штырями 15.
Все штыри снабжены фиксаторами от выпадения во время перемещения кассеты (на фиг. 1, 2, 3 условно не показаны).
Для изготовления кассеты используются трубы квадратного сечения, швеллеры и прутки круглого сечения из низкоуглеродистой стали. Все неразъемные соединения выполняются с помощью сварки.
Лейнеры 16 зафиксированы в кассете в вертикальном положении кольцевыми опорами 3 и 13.
Работают с кассетой в следующей последовательности.
Вначале в зависимости от длины лейнера поднимают траверсу 7 относительно основания 1 на соответствующую высоту и фиксируют положение ее штырями 14, пропуская их через отверстия в направляющих втулках 8 и стойках 2. Затем лейнер 16 с небольшим перекосом вручную устанавливают днищем на нижнюю кольцевую опору 3, удаляют штырь 15, проходящий через П-образную стойку 12 и поперечину 11, поднимают П-образную стойку вверх таким образом, чтобы верхняя кольцевая опора 13 была выше торца горловины лейнера на 15-20 мм, устанавливают лейнер вертикально и опускают верхнюю кольцевую опору с П-образной стойкой на верхнее днище лейнера. Фиксируют положение П-образной стойки штырем 15, пропуская его через пазы стойки и отверстия поперечины 11.
Аналогичным образом устанавливают в кассету остальные лейнеры.
В нишу 4 при необходимости помещают дополнительный груз 5 (показан условно), определенный из условия полного и гарантированного утапливания кассеты с полным комплектом лейнеров в закалочной среде.
При установке лейнеров другой длины меняют положение траверсы 7 относительно основания 1, а также при необходимости массу дополнительного груза 5.
После закалки удаление лейнеров с кассеты осуществляют в обратном порядке.
Разработанные авторами 4-10-местные кассеты успешно используются на одном из предприятий несколько лет для закалки лейнеров из алюминиевого сплава АД33 по ГОСТ 4784 (6061 по ASTMB221) диаметром от 250 до 370 мм и длиной от 500 до 2 300 мм.