Современное состояние термических цехов характеризуется высоким уровнем механизации и автоматизации большинства операций термической и химико-термической обработки деталей и инструментов, выполняемых в соляных ваннах. К настоящему времени на базе использования соляных ванн созданы и работают разнообразные полуавтоматические линии и агрегаты для термической и химико-термической обработки, в которых осуществляется механизированное перемещение кассет с деталями или инструментом из одной ванны в другую через строго заданные промежутки времени. В сочетании с автоматическим регулированием температуры ванн это обеспечивает возможность строгого соблюдения установленных параметров технологических процессов.
Применение отдельных агрегатов для закалки или отпуска удобно тем, что неполадки и простои на каком-либо одном агрегате не отражаются на работе других агрегатов и можно осуществлять раздельный ремонт оборудования, применяемого на данной операции. Однако при использовании отдельных агрегатов возникает необходимость перегружать изделия из одного приспособления в другое, для чего требуется дополнительное время на дополнительный обслуживающий персонал.
При использовании поточных линий для комплексной термической обработки и очистки все операции выполняются в одном и том же приспособлении без промежуточных перегрузок термообрабатываемых изделий. В месте с тем эксплуатация автоматических линий значительно сложнее, чем отдельных агрегатов, и требует от обслуживающего персонала более внимательного наблюдения за работой линий.
Оборудование в агрегатах и линиях устанавливают в соответствии с технологическим процессом, в порядке выполнения операций или в соответствии с циклограммой, определяющей порядок перемещения приспособлений с деталями из одной ванны в другую. Расположение оборудования в агрегатах и линиях чаще всего бывает прямолинейным; иногда при недостатке производственных площадей применяют П-образное расположение оборудования.
Для переноса деталей и инструментов из одной ванны в другую применяют рычажные перебросы, цепные конвейеры и операторы. Основной недостаток рычажных перебросов состоит в том, что они не всегда обеспечивают надежность переброса подвесок с деталями с одной позиции на другую и правильную установку их на применяемом в этом случае горизонтальном конвейере, служащем для передвижения кассет с деталями. В этих агрегатах возможно также произвольное перемещение штанг с подвесками, приводящее к нарушению установленного режима обработки. Одним из недостатков агрегатов с цепными конвейерами для переноса кассет из одной ванны в другую является выход их из строя из-за ослабления натяжения цепи, в результате чего происходит соскальзывание цепи со звездочек. Это приводит к перекосу штанг и, как следствие, к разной глубине погружения деталей в солевой расплав. При длительной эксплуатации происходит также нагрев передающей цепи, в результате чего она удлиняется, соскальзывает со звездочек, приспособление раскачивается, и часть деталей падает в ванну.
Более совершенными и надежными транспортирующими устройствами являются автооператоры, которыми оснащаются теперь все вновь проектируемые агрегаты и линии. Автооператор перемещает подвески или корзины с изделиями по заданной циклограмме. Следует отметить, однако, что при выходе из строя агрегата с оператором отладка его требует более высокой квалификации обслуживающего персонала.
Агрегаты с цепным конвейером проще в обслуживании, чем агрегаты с оператором, поэтому на ряде заводов они продолжают довольно успешно эксплуатироваться. Загрузка деталей и инструментов в приспособления и разгрузка их на действующих агрегатах и линиях, как правило, выполняется ручным способом, перемещение же приспособлений механизировано.
На агрегатах и линиях применяют два способа загрузки и разгрузки приспосо6лений. При первом способе загрузка приспосо6лений и их разгрузка производятся с одного конца агрегата (подвески с деталями или инструментами возвращаются к месту загрузки). При такой конструкции агрегат может обслуживаться одним рабочим. При втором способе загрузка и разгрузка приспособлений производится с противоположных концов агрегата (или линии), и для обслуживания необходимо два-три человека.
Из электродных соляных ванн, применяемых в агрегатах и поточных линиях для нагрева и охлаждения детали и инструментов при закалке, наиболее удобными являются ванны с прямоугольной формой рабочего пространства.
Печи-ванны, применяемые в агрегатах для отпуска, чаще нагреваются с помощью трубчатых электронагревателей, хотя в ряде случаев для этой цели используют и электродные соляные ванны. Ванны оборудуются бортовыми отсосами, что обеспечивает более полное удаление испарений с зеркала ванны по сравнению с отсосом через общий колпак.
В агрегате с печами-ваннами для обработки мелких деталей имеются горизонтальные конвейеры, которые движутся с определенными заранее установленными скоростями и перемещают приспособления с деталями в соответствующих ваннах, и вертикальные, поднимающие приспособления с деталями с горизонтальных конвейеров и передающие их от одной ванны к другой. Скорость вертикальных конвейеров регулируется в зависимости от параметров технологического процесса термической обработки деталей.
Агрегат (рис. 3.22) состоит из трёх горизонтальных конвейеров 1, 2, 3, каждый из которых имеет свой привод и движется с требуемой скоростью. Это позволяет регулировать выдержку в отдельных ваннах агрегата. Вертикальные передающие конвейеры 4, 3, 6, и 7 получают движение также от независимых приводов. Каждый из конвейеров начинает работу, когда приспособление с деталями приходит к концу пути на горизонтальном конвейере в данной ванне, и включает автоматически соответствующий контакт. Достоинством данного агрегата являются самостоятельные приводы и вариаторы скоростей для каждого конвейера, что даёт возможность использовать агрегат для различных режимов обработки. Такой агрегат можно применять для обычной термической обработки (закалка и отпуск), а также для изотермической обработки, цианирования и других операций. Производительность такого агрегата в зависимости от вида обработки до 250 кг/ч.
Рис. 3.22. Схема агрегата с печами-ваннами для термообработки мелких деталей
Полуавтоматическая линия конструкции НИИТМАШ предназначена для закалки, отпуска и очистки инструментов (сверл) из быстрорежущей стали. Линия (рис. 3.23) состоит из трех агрегатов: закалки І, отпуска ІІ и очистки ІІІ.
Всё оборудование установлено внутри сварного кожуха под общей вытяжной вентиляцией.
Агрегат закалки состоит из стола загрузки 1, камеры сушки 2, ванны нагрева для хвостовиков, закалочного бака для хвостовиков, ванны первого подогрева рабочей части инструмента 3, ванны второго подогрева 4, ванны окончательного нагрева 5, ванны закалки 6 и камеры охлаждения 7. Все ванны агрегата закалки одноместные. Подвески с приспособлениями переносятся из ванны в ванну захватами, смонтированными на транспортирующей цепи конвейера.
Рис. 3.23. Схема полуавтоматической линии термической обработки инструмента из быстрорежущей стали
Агрегат отпуска состоит из ванны отпуска 8, камеры охлаждения 9, ванны второго отпуска 10 и камеры охлаждения 11. Все эти ванны многоместные, по семь подвесок в каждой.
Агрегат очистки составляют ванны: выварки 12, травления 13, мойки 14, пассивирования 15, стол выгрузки 16. Все ванны, за исключением ванны травления, многоместны.
Подвески с приспособлениями в отпускных ваннах и ваннах очистки передвигаются при помощи штанговых транспортеров с гидроприводом. После разгрузки приспособления с подвесками доставляются к столу загрузки при помощи механизмов передачи подвесок и конвейерной цепи. Общее количество подвесок в работе составляет 67 шт., с инструментом — 55 шт. Таким образом, на линии возврата находится 12 подвесок.
Полный цикл термической обработки составляет 90 мин., вместо 9 часов по обычной технологии. При этом обеспечивается более высокое качество инструмента.
Габаритные размеры линии 2,7х4,0х4,83 м. Производительность линии до 300 кг/ч.
На рис. 3.24. представлена схема полуавтоматического агрегата для закалки инструментов крупных и средних размеров из быстрорежущей стали.
Рис. 3.24. Схема полуавтоматического закалочного агрегата
В состав агрегата входят шахтная печь 1 с электрическим или газовым нагревом для первого подогрева инструментов до 300...500ºС, ванна соляная электродная 2 для второго подогрева до 850...880ºС; ванна соляная электродная 3 для окончательного нагрева до 1200...1300ºC; ванна соляная 4 с температурой 400...550ºС или 600...675ºС, предназначенная для ступенчатого охлаждения нагретых инструментов; камера подстуживания 5, в которой инструменты охлаждаются струей воздуха. После окончательного охлаждения закаленные инструменты в приспособлениях возвращаются к месту загрузки, где и разгружаются.
Длина агрегата 9 м, ширина (с трансформатором) 4,5 м, высота (при верхнем положении траверсы оператора) 4,5 м.
Схема полуавтоматического агрегата для закалки инструментов средних размеров из быстрорежущей стали приведена на рис. 3.25.
В состав агрегата входят шахтная печь 1 для первого подогрева инструментов при 300…500ºС; ваша соляная электродная 2 для второго подогрева до 850...880°С; ванна соляная электродная 3 для окончательного нагрева до 1200…1300°С; ванна соляная 4 с температурой 400...550 или 600...675°С для ступенчатого охлаждения, камера подстуживания 5; стол загрузки и выгрузки 6. Длина агрегата 8,81 м, ширина (вместе с трансформатором) 4.5 м, высота (при верхнем положении траверсы оператора) 5,0 м.
Рис. 3.25. Схема полуавтоматического закалочного агрегата ТА-28 (А - автооператор)
Агрегат полуавтоматический для закалки хвостовой и рабочей части сварных сверл с коническим хвостовиком (рис. 3.26) состоит из стола 1 для загрузки кассет инструментом; ванны соляной электродной 2 с температурой 850°C для нагрева под закалку лапок сверл; ванны 3 с проточной водой для охлаждения лапок сверл при закалке; шахтной печи 4 с температурой 200...300°С для просушивания сверл; ванны соляной электродной 5 для предварительного подогрева до 850...880ºС; ванны соляной электродной 6 для окончательного нагрева до 1200…1300ºC; ванны соляной 7 с температурой 400...550 или 600...675°С для ступенчатого охлаждения инструмента; камеры 8 для охлаждения водяной пыли или сжатым воздухом; стола 9 для разгрузки кассет с закалёнными инструментами.
Длина агрегата 14,2 м, ширина 1,5 м, высота 2,9 м.
В состав агрегата для закалки инструмента из углеродистой стали (рис.3.27) входят: шахтная печь 1 для предварительного подогрева до 300...400ºС; ванна соляная электродная 2 для окончательного нагрева до 800...820ºС; ванна соляная 5 с трубчатыми электронагревателями для ступенчатого охлаждения при 160…180°С: электрическая ванна 4 с кипящей водой для промывки от солей; ванна 5 с пассивирующим раствором.
Рис. 3.26. Схема полуавтоматического закалочного агрегата
Рис.3.27. Схема полуавтоматического агрегата для закалки инструментов из углеродистой стали
Длина агрегата 6,7 м, ширина 1,35 м, высота 3,7 м.
На современных инструментальных заводах широкое применение получили комплексные поточные линии термической обработки инструментов различных видов и типоразмеров.
В состав автоматической поточной линии термической обработки мелкого инструмента из быстрорежущей стали (рис. 3.28) входят автоматический станок 1 для загрузки инструмента в приспособление; закалочный агрегат 2, состоящий из подогревательной камеры и трёх соляных ванн; охладительный конвейер 3 с приводом; станок 4 для автоматической перегрузки инструмента; отпускной агрегат 5, состоящий из трех отпускных соляных ванн; устройства 6 для автоматической перегрузки инструмента; автоматический станок 7 для закалки ТВЧ хвостовой части инструмента и разгрузочная площадка 8.
Габаритные размеры линии: длина 23,5 м, ширина 2,8 м.
Установленная мощность линии 346 кВт.
Рис. 3.28. Схема автоматической линии термической обработки мелкого инструмента
В полуавтоматическую линию термообработки разверток из легированной стали (рис. 3.29) входят: стол 1 для загрузки; закалочный агрегат 2, состоящий из подогревательной камеры и двух соляных ванн; стол перегрузки инструмента 3; отпускная конвейерная печь 4; стол для перегрузки инструмента 5; полуавтоматический станок 6 для нагрева ТВЧ и закалки хвостовой части развёрток; разгрузочный стол 7.
Габаритные размеры линии: длина 2,3 м, ширина 1,8 м.
Рис. 3.29. Схема полуавтоматической линии термической обработки развёрток из легированных сталей
Установленная мощность линии 191,8 кВт. Производительность линии до 100 кг/ч.
В состав полуавтоматической линии термообработки отрезных и прорезных фрез из быстрорежущей стали (рис. 3.30) входят: закалочный агрегат 1, состоящий из камеры подсушивания при температуре 300...400ºС; подогревательной соляной ванны с температурой 880°С; ванны окончательного нагрева с температурой 1200...1300°С; ванны изотермического охлаждения и стол с 12 механическими прессами; конвейер пластинчатый 2; трёхподовая конвейерная отпускная электропечь с камерой подстуживания 3.
Рис. 3.30. Схема полуавтоматической линии термообработки отрезных и прорезных фрез из быстрорежущей стали
Установленная мощность линии 274 кВт. Производительность линии для фрез диаметром 100 мм — 600 шт./ч.
Помимо термической обработки инструмента поточные линии достаточно широко применяются для светлой закалки в расплаве солей, обеспечивающей улучшение комплекса механических характеристик деталей и получение при этом светлой поверхности.
Поточная линия для светлой изотермической закалки метизов из стали 38ХС и 40Х представлена на рис. 3.31.
Рис. 3.31. Схема полуавтоматической поточной линии для светлой изотермической закалки в расплавах солей
Болты на специальных подвесках подогреваются в шахтной печи 1 и переносятся для окончательного нагрева в электродную соляную ванну, после чего проходят изотермическую закалку в ванне 3 с расплавом NaOH при температуре 350…400°С, промываются от щелочи в горячей воде двух ванн 4 и 5 и пассивируются в ванне 6. Подвески с деталями транспортируются горизонтальным ценным конвейером и рычажными перебросами