一种独立式热处理工件快速冷却装置及方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体为一种独立式热处理工件快速冷却装置。

背景技术

轴类零件加工时需进行正火操作，一般需将工件加热到900摄氏度左右，保温一段时间后，再降温到500摄氏度左右。通过正火操作，可使材料内部晶粒细化和碳合物分布均匀化，去除材料的内应力，并提高强度。

现在的工业化正火操作一般是采用正火炉进行，工件的升温和降温全部在炉内进行，工件随传送带向前移动至冷却区后，冷却区布置有很大的风扇来吹风降温，例如专利号为CN202223454528.5，名称为一种正火强风循环冷却装置的专利中，就公开了一种工件随传送带慢慢前移风冷的一种方式。但此类方式将工件至于一个相对封闭的装置内，风却速度慢，一般需要几个小时的时间。而工件温度开始降温时，其内部晶体组织就开始产生变化了，只有降温速度快，才能保证工件整体硬度的均匀性。因此，这种传送式冷却装置不利于工件快速降温。

当然，也有采用水冷的方式进行正火处理的，但其冷却时间长，大量消耗水资源，一般不用于轴类零件。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种独立式热处理工件快速冷却装置。

本发明技术方案如下：

一种独立式热处理工件快速冷却装置，包括支撑架、风机、外筒、内筒和连接件；

风机安装在支撑架内，朝上吹风，支撑架上部设有对应吹风口；

外筒和内筒侧壁均开设若干通孔，其下部均固定在支撑架上部的吹风口外圈，且外筒套在内筒外侧，外筒高度大于内筒高度，两者的高度差与待放入其内的筐体高度配合。内筒在这里的作用有二：

其一起主要支撑作用，用于支撑工件筐体，且让出中间空间用于通风；

其二是控制高温筐体与风机之间的相对距离，使风机在一个安全位置工作。

外筒内径大于筐体外径，主要起限位作用，保证成筐工件能够单独进入其内，落在内筒顶部。尽量使外筒、内筒、筐体与吹风口中心轴线重合，以达到最佳冷却效果。

而成筐工件的重量较重，采用行车悬吊往外筒里面进入时，很容易碰到外筒，即使将外筒底部焊接在支撑架顶部，长期工作状态下，也会使外筒多个局部点出现变形，严重时会使外筒产生偏斜，影响使用。

因此，本申请将外筒内侧顶部与内筒外侧底部之间通过若干连接件固定，且连接件的竖直投影不会落在内筒上，从而将外筒与内筒形成一个整体结构，主要效果有二：

其一是保证了外筒与内筒的同心，两者相对位置不变，不会产生偏斜；

其二是外筒与内筒之间充斥着若干连接件，形成导向组件，筐体下落过程中，只会与连接件碰撞，且连接件与外筒和内筒形成整体结构，会共同分担碰撞力，减小了本装置的变形。并且，若干连接件上方围成区域面积大于下方区域面积，使得筐体下落过程中，在连接件的导向作用下，中心轴逐渐靠近内筒中心轴，最终落在内筒上方，使得内筒受力均匀。

为方便焊接和承受碰撞力，连接件优选为钢筋，尽量粗一些，倾斜布置，且与水平面的夹角小于筐体外壁与水平面的夹角。

通过本装置，可方便的将单独筐体工件放入外筒内，利用空冷进行冷却，相对于输送带方式，正火更加灵活。

另外，本装置方便布置在任意开阔的地方，风机可选择大功率风机，根据待冷却工件的重量选择不同功率，从下向上吹风，吹出的风向上经过堆叠零件的过程中，受零件阻碍，向四周分散，可到达筐体每个角落，并快速带走热量，从外筒和内筒侧壁通孔吹出。从而大大提高了冷却效率，一般10分钟左右即可将工件降低至指定温度。

为提高工件的放入和取出速度，并提高本装置的使用寿命(减少筐体放进放出时与外筒的碰撞)，本申请还特殊设计了物料筐，与外筒和内筒配合使用。

本申请一改传统方形物料筐样式，传统的正火操作，一般都是采用方形物料筐，方便盛装更多的工件，不管是在传送带使用，还是单独使用，都更加稳定。但相对本申请而言，确是要竭力避免的。因为本申请主打的就是速度快，不仅是工件进出快，冷却速度更快。方形物料筐虽然能盛装更多物料，但却有棱角，不仅进出外筒会更容易碰撞外筒，冷却时过厚的物料也不宜使空气穿透较厚的物料到达表层。

因此，本申请采用圆形物料筐样式。物料筐包括筐体和吊杆。

筐体四周遍布通孔风，底部为圆形，直径大于内筒直径，小于若干连接件在内筒顶平面所围成的最大多边形区域，物料筐能够自外筒顶部放入内筒上。

吊杆位于筐体中心位置，且高度高出筐体，上部开设有吊孔，用于行车吊钩悬挂。

进一步地，筐体上部直径大于底部直径，其倾斜角度与外筒与内筒之间钢筋布置角度配合，在方便进出外筒的前提下，尽量增大筐体的容积。

作为一种优选的实施方式，筐体底部中心设有开孔，在筐体内部开孔上方固定有向上延伸的中拱台，中拱台内部为空，外壁开设贯通的导风孔，中拱台顶部连接竖直布置的吊杆。这样，可使中间的风不必逐层穿过堆叠的工件到达筐体顶部，而是可以直接吹到中拱台位置，然后向四周和顶部吹风冷却工件，从而大大提高了冷却速度。

进一步地，中拱台顶部镂空，便于风向上吹。

关于筐体的外壁设计，其通风孔呈网状，尺寸大于零件尺寸，在筐体内侧覆盖有软网。通过软网防止零件从通风孔掉落，从而可增大通风孔尺寸，便于热量快速排出。

为防止工件掉落，在筐体上部还设置有盖网，其外径小于筐体上部内径，可套设在吊杆上下压至筐体上方使用。当然，盖网边缘与筐体内部之间的距离要小于单个零件，以起到更好的防护作用。

关于支撑架的设计，支撑架包括上板、支腿和安装架，由于外筒和内筒均固定在上板上，且上板需承受热处理工件的重量，因此，将其设计为加厚结构，例如双层空心板。在上板中心位置开设上下贯通的吹风口，支腿布置在上板四周下部，安装架连接在支腿下部，其上安装风机。

本申请对外筒和内筒侧壁的开孔也进行了专门设计，外筒侧壁上部开孔尺寸大于下部开孔尺寸，内筒开孔尺寸小于外筒开孔尺寸；

外筒侧壁上部开孔密度小于下部开孔密度，内筒开孔密度大于外筒开孔密度。

如此，下部较密较小的开口会减少风机吹出的风，防止一开始就大量外溢，使其尽量向上走，到达上部后，总吹风量不断减少，相应的开口也变少，从而使筐内工件散热均匀。

一种独立式热处理工件快速冷却方法，具体步骤为：

S1、工件升温，使用物料筐盛装工件送入正火炉内升温，升温结束后，使用行车将物料筐吊走冷却；

S2、工件转移，使用行车将物料筐吊至外筒上方，然后自上向下将物料筐徐徐下落，在连接件的导向作用下，物料筐底部与内筒上表面相抵触；

S3、吹风冷却，开启风机，让空气从吹风口向上流动，经过工件的阻挡后，从内筒和外筒侧壁通孔将热量带走；

S4、检测温度变化，检测从外筒吹出的热风温度，当降低至指定范围内后，关闭风机，吊走物料筐。

另外，还可在外筒侧壁上下开孔位置分别设置温度传感器，通过监测温度来调节风机功率，以更好的控制正火效率。

通过上述设计，本发明独立式热处理工件快速冷却装置，创造性的设计了物料筐和内外筒散热结构，与现有正火炉内冷却和方型筐冷却相比，更加适合独立筐体快速冷却，物料筐可方便的进出外筒；

外筒、内筒、风机与物料筐的轴线重合，可大大提高散热效率；

支撑架提供第一层支撑，内筒提供第二层支撑，外筒通过连接件与内筒形成一体结构提供了第三层支撑，保证了本装置使用过程中的稳定性。

附图说明

在附图中：

图1为冷却装置的立体图1；

图2为冷却装置的立体图2；

图3为冷却装置的正视图；

图4为冷却装置上半部分的剖视图；

图5为物料筐的俯视图；

图6为物料筐的剖视图

图中各附图标记所代表的组件为：

1、支撑架；11、上板；12、支腿；13、安装架；2、风机；3、外筒；4、内筒；5、连接件；6、物料筐；61、筐体；62、中拱台；63、吊杆；7、盖网。

具体实施方式

参见图1-图3，本实施例提供一种独立式热处理工件快速冷却装置，包括支撑架1、风机2、外筒3、内筒4和连接件5，且提供了一种特制的物料筐6配合内外筒结构来使用。其中，物料筐6包括用于盛装工件的筐体61。

风机2采用大功率电机，安装在支撑架1内，朝上吹风，支撑架1上部设有对应吹风口。

外筒3和内筒4为空心结构，侧壁均开设若干通孔，其下部均固定在支撑架1上部的吹风口外圈，且外筒3套在内筒4外侧，外筒3高度大于内筒4高度，两者的高度差与待放入其内的筐体61高度配合。内筒4在这里的作用有二：

其一起主要支撑作用，用于支撑工件筐体61，且让出中间空间用于通风；

其二是控制高温筐体61与风机2之间的相对距离，使风机2在一个安全位置工作。

作为一种安全的实施方式，本实施例中内筒4高度占外筒3高度的1/3-1/2，以稍矮于外筒3一半高度为宜。既可以防止工件放入后重心过高带来的隐患，还可使风机与物料筐6保持一个相对安全距离。

外筒3内径大于筐体61外径，主要起限位作用，保证成筐工件能够单独进入其内，落在内筒4顶部。尽量使外筒3、内筒4、筐体61与吹风口中心轴线重合，以达到最佳冷却效果。

而成筐工件的重量较重，采用行车悬吊往外筒3里面进入时，很容易碰到外筒3，即使将外筒3底部焊接在支撑架1顶部，长期工作状态下，也会使外筒3多个局部点出现变形，严重时会使外筒3产生偏斜，影响使用。

因此，本申请将外筒3内侧顶部与内筒4外侧底部之间通过若干连接件5固定，且连接件5的竖直投影不会落在内筒4上，从而将外筒3与内筒4形成一个整体结构，主要效果有二：

其一是保证了外筒3与内筒4的同心，两者相对位置不变，不会产生偏斜；

其二是外筒3与内筒4之间充斥着若干连接件5，形成导向组件，筐体61下落过程中，只会与连接件5碰撞，且连接件5与外筒3和内筒4形成整体结构，会共同分担碰撞力，减小了本装置的变形。并且，若干连接件5上方围成区域面积大于下方区域面积，使得筐体61下落过程中，在连接件5的导向作用下，中心轴逐渐靠近内筒4中心轴，最终落在内筒4上方，使得内筒4受力均匀。

为方便焊接和承受碰撞力，连接件5优选为钢筋，尽量粗一些，倾斜布置，且与水平面的夹角小于筐体61外壁与水平面的夹角，参见图4所示。

通过本装置，可方便的将单独筐体61工件放入外筒3内，利用空冷进行冷却，相对于输送带方式，独立式正火处理更加灵活。

另外，本装置方便布置在任意开阔的地方，风机2可根据待冷却工件的重量选择不同功率，从下向上吹风，吹出的风向上经过堆叠零件的过程中，受零件阻碍，向四周分散，可到达筐体61每个角落，并快速带走热量，从外筒3和内筒4侧壁通孔吹出。从而大大提高了冷却效率，一般10分钟左右即可将工件降低至指定温度。

下面结合图5和图6来介绍本申请特制的物料筐6结构。物料筐6的设计，是与外筒3和内筒4配合使用的，可提高工件的放入和取出速度，并提高本装置的使用寿命(减少筐体61放进放出时与外筒3的碰撞)。

本申请一改传统方形物料筐6样式。传统的正火操作，一般都是采用方形物料筐6，方便盛装更多的工件，不管是在传送带使用，还是单独使用，都更加稳定。但相对本申请而言，确是要竭力避免的。因为本申请主打的就是速度快，不仅是工件进出快，冷却速度更快。方形物料筐6虽然能盛装更多物料，但却有棱角，不仅进出外筒3会更容易碰撞外筒3，冷却时过厚的物料也不宜使空气穿透较厚的物料到达表层。

因此，本申请采用圆形物料筐6样式。物料筐6包括筐体61和吊杆63。

筐体61四周遍布通孔风，底部为圆形，直径大于内筒4直径，小于若干连接件5在内筒4顶平面所围成的最大多边形区域，物料筐6能够自外筒3顶部放入内筒4上。

吊杆63位于筐体61中心位置，且高度高出筐体61，上部开设有吊孔，用于行车吊钩悬挂。

进一步地，筐体61上部直径大于底部直径，其倾斜角度与外筒3与内筒4之间钢筋布置角度配合，在方便进出外筒3的前提下，尽量增大筐体61的容积。

作为一种优选的实施方式，参见图6，筐体61底部中心设有开孔，在筐体61内部开孔上方固定有向上延伸的中拱台62，中拱台62内部为空，外壁开设贯通的导风孔，中拱台62顶部连接竖直布置的吊杆63，吊杆63底部与中拱台62顶部之间设置有加强筋。这样，可使中间的风不必逐层穿过堆叠的工件到达筐体61顶部，而是可以直接吹到中拱台62位置，然后向四周和顶部吹风冷却工件，从而大大提高了冷却速度。

进一步地，中拱台62顶部镂空，便于风向上吹，使物料筐6内最难散热的部位得以快速冷却。

关于筐体61的外壁设计，其通风孔呈网状，尺寸大于零件尺寸，在筐体61内侧覆盖有软网。通过软网防止零件从通风孔掉落，从而可增大通风孔尺寸，便于热量快速排出。

为防止工件掉落，在筐体61上部还设置有盖网7，其外径小于筐体61上部内径，可套设在吊杆63上下压至筐体61上方使用。当然，盖网7边缘与筐体61内部之间的距离要小于单个零件，以起到更好的防护作用。

关于支撑架1的设计，支撑架1包括上板11、支腿12和安装架13，由于外筒3和内筒4均固定在上板11上，且上板11需承受热处理工件的重量，因此，将其设计为加厚结构，例如双层空心板，上下两层钢板，边缘采用连接板连接，既能轻量化的同时还能保证强度，还能进一步加大风机与高温工件之间的安全距离。在上板11中心位置开设上下贯通的吹风口，支腿12布置在上板11四周下部，安装架13连接在支腿12下部，其上安装风机2。

参见图4，本申请对外筒3和内筒4侧壁的开孔也进行了专门设计，外筒3侧壁上部开孔尺寸大于下部开孔尺寸，内筒4开孔尺寸小于外筒3开孔尺寸；

外筒3侧壁上部开孔密度小于下部开孔密度，内筒4开孔密度大于外筒3开孔密度。

如此，下部较密较小的开口会减少风机2吹出的风，防止一开始就大量外溢，使其尽量向上走，到达上部后，总吹风量不断减少，相应的开口也变少变大，从而使筐内工件散热均匀。

本实施例提供一种独立式热处理工件快速冷却方法，具体步骤为：

S1、工件升温，使用物料筐6盛装工件送入正火炉内升温，升温结束后，使用行车将物料筐6吊走冷却；

S2、工件转移，使用行车将物料筐6吊至外筒3上方，然后自上向下将物料筐6徐徐下落，在连接件5的导向作用下，物料筐6底部与内筒4上表面相抵触；

S3、吹风冷却，开启风机2，让空气从吹风口向上流动，经过工件的阻挡后，从内筒4和外筒3侧壁通孔将热量带走；

S4、检测温度变化，检测从外筒3吹出的热风温度，当降低至指定范围内后，关闭风机2，吊走物料筐6。

作为另外一种更优的实施方案，还可在外筒3侧壁上下开孔位置分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，通过监测温度变化来调节风机2功率，以更好的控制正火效率。第一温度传感器、第二温度传感器和风机均与控制单元通讯连接。

具体实施步骤为：

S1、称重，将工件装入物料筐6内，称取总重量，然后送入正火炉内升温，升温结束后，使用行车将物料筐6吊走冷却；

S2、工件转移，使用行车将物料筐6吊至外筒3上方，然后自上向下将物料筐6徐徐下落，在连接件5的导向作用下，物料筐6底部与内筒4上表面相抵触；

S3、吹风冷却，开启风机2，让空气从吹风口向上流动，经过工件的阻挡后，从内筒4和外筒3侧壁通孔将热量带走；

开启风机2的初始功率按照重量—功率曲线自动选择，重量—功率曲线提前录入控制单元内，控制单元获取工件总重量，按曲线关系，控制风机2按指定初始功率运行。

S4、检测温度变化，获取第一温度传感器和第二温度传感器所检测的温度值T1和T2；

控制单元根据T1调控风机2功率，风机2的功率随T1温度的降低而变小，对应的温度-功率曲线提前录入控制单元内；

实时监测T1与T2的差值T3，当

T1和T2均小于预设停机温度值，且

T3小于预设最小温差值时，关闭风机2，吊走物料筐6。

所述预设停机温度值为正火后所要求达到的外筒侧壁位置温度值。

所述预设最小温差值为前期测试数值，随着正火的进行，外筒侧壁上下端开孔位置温差会逐渐减小，当正火结束后，此温差会保持在一个范围内。