專利名稱：一種新型離子轟擊爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工件加工領(lǐng)域，特別涉及一種新型離子轟擊爐。
背景技術(shù)：
離子轟擊滲氮具有滲速快、滲層微密、熱效率高、節(jié)約能源、工件變形小、無公害污染、勞動條件好、防滲容易、在真空中處理工件不氧化、不脫碳、處理后的工件表面質(zhì)量好等優(yōu)點，因此，近年來廣被人們所重視。用于完成這種工件表面強化工藝的專用設(shè)備，稱之為離子氮化爐。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明稱之謂離子轟擊爐，它可以用來對碳鋼、合金鋼、不銹鋼、熱強鋼、鑄鐵、球墨鑄鐵、鈦及鈦合金等進行離子滲氮、離子氮碳共滲(離子軟氮化)、離子氮碳鈦三元共滲、 氮碳鈦硫共滲等工藝處理。
—種用于金屬表面強化的離子轟擊爐，包括爐體4、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；所述爐體4包括弧形爐蓋3、圓形爐筒5、爐底6、吊掛陰極輸電裝置I、堆放陰極輸電裝置11和底座12 ;在所述弧形爐蓋3上，沿其軸線裝有所述吊掛陰極輸電裝置1， 在所述弧形爐蓋3的周圍繞其軸線對稱地還設(shè)計有多個吊掛陰極輸電裝置1，所述吊掛陰極輸電裝置I呈等距離分布，組成爐體的圓形爐筒5設(shè)計成多段節(jié)，其側(cè)壁采用多層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，在每節(jié)圓形爐筒5的上端面的法蘭18上還設(shè)計有可裝O型密封圈26的燕尾槽 23和可裝有用壓力彈簧29、支撐陽極連接柱30的陽極柱孔眼24 ;爐底設(shè)計成弧形結(jié)構(gòu)，在弧形爐底6內(nèi)側(cè)的底部，設(shè)計有三個互成120度角并通過陰極架15來支撐陰極盤16用的陰極座14 ;堆放陰極輸電裝置11，通過爐底的側(cè)壁而橫置于陰極盤16下方，并與其不相接觸，不承受重量，堆放陰極輸電裝置11在其金屬內(nèi)屏蔽套51和金屬屏蔽套扛44之間所形成的氣隙保護層46結(jié)構(gòu)的外部，加有防濺套；吊掛陰極輸電裝置1，是一個用金屬連接螺母 45通過十字陰極桿4端部的螺紋，將陰極導(dǎo)套32、十字陰極桿4、包圍十字陰極桿的絕緣層、 防濺套5，密封墊38和氣隙保護層46緊固在一起而形成一個整體剛性結(jié)構(gòu)；真空接頭、供氣管接頭I、冷卻管接頭和熱電偶，均設(shè)計在弧形爐底6的側(cè)面；構(gòu)成陰極輸電裝置氣隙保護層46兩側(cè)的構(gòu)件均是金屬構(gòu)件。
圓形爐筒5其側(cè)壁所采用的多層復(fù)合隔熱層是水冷層21與真空層19，或水冷層與空氣層20，或水冷層與填料層25的雙層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，或者采用水冷層21與真空層、 空氣層或水冷層與空氣層、填料層，或水冷層與真空層、填料層所組成的三層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)。
吊掛陰極輸電裝置I和堆放陰極輸電裝置11在伸進爐內(nèi)端的端部均裝有導(dǎo)電架 (47)。
吊掛陰極輸電裝置I的氣隙保護結(jié)構(gòu)，由增加剛性作用的金屬連接螺母45與金屬屏蔽套44所構(gòu)成，并在其外側(cè)加有防濺套50。
放置在陰極座14上面的陰極架15裝有支撐螺栓58，該陰極架15是用支撐座60 與作為陽極的弧形爐底6絕緣的防濺構(gòu)件。
為了保證離子氮化的質(zhì)量，對離子轟擊爐應(yīng)有下列要求，對爐體來說，①要有良好的氣密性，以適應(yīng)離子氮化時氣體電離產(chǎn)生的離子轟擊工件過程,爐內(nèi)要達到133— 1333Pa 真空度的要求，②要有良好的絕緣性，離子氮化時，工件接陰極，爐體為陽極(或另加陽極)， 兩極之間有500—1000伏的直流電壓，陰極引線穿過爐體，要求與爐體絕緣，才能將這個高電壓引進真空室中，③隔熱性好，由于爐體的密封絕緣材料耐熱溫度較低，一般只有60— 70°C，而氮化時爐溫為500— 650°C，因此，要求爐體有良好的隔熱性，通常采用在爐體內(nèi)側(cè)加輻射隔熱屏以及用雙層鋼板制作的爐子殼體中間通水冷卻來實現(xiàn)。
現(xiàn)有技術(shù)中，最典型的就是通用式離子氮化爐，這種爐子主要是由弧形爐蓋、圓形爐筒、平板爐底及設(shè)在爐蓋上的吊掛陰極輸電裝置、設(shè)在平板爐底和堆放工件用的陰極盤之間的堆放陰極輸電裝置所組成的爐體4和真空系統(tǒng)62、供氣系統(tǒng)63、供電系統(tǒng)64和冷卻系統(tǒng)[65]所構(gòu)成。這種通用爐適于處理細長和短粗的工件，通用性強，但還存在著一些不足之處①只有一個陰極輸電裝置，因而不能在一個爐內(nèi)同時完成要求多種不同滲層厚度的工件，②真空系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)，供電系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)都安設(shè)在爐底與底座之間的空間內(nèi)，維修不方便，③爐體全部采用水冷，能源耗量較大，④陰極輸電裝置結(jié)構(gòu)不合理，經(jīng)常出現(xiàn)剛性不足而不能工作或出現(xiàn)打弧現(xiàn)象，⑤爐底是一個平板式結(jié)構(gòu)，因此，承壓能力低，浪費材料，爐底的沉積物易被抽入泵中，并且不利于氣體的循環(huán)，在側(cè)面與底面接觸附近有死角。
本發(fā)明基本構(gòu)思是，爐底設(shè)計成弧形，與真空爐體相連接的各種管件，設(shè)計在弧形爐底的側(cè)面，組成爐體的圓形爐筒設(shè)計成多段節(jié)雙層復(fù)合隔熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)仍保留隔熱屏，側(cè)壁采用水冷層與真空層，或與空氣層，或與填料層，以及水冷層與真空層、空氣層，或與真空層、填料層，或與空氣層、填料層所構(gòu)成的雙層或者三層復(fù)合隔熱法結(jié)構(gòu)，采用多個陰極輸電裝置并設(shè)計防濺結(jié)構(gòu)，將“氣隙保護”結(jié)構(gòu)移向低溫區(qū)，不采用橫向“氣隙保護”結(jié)構(gòu)，構(gòu)成“氣隙保護”層兩側(cè)的構(gòu)件均改為金屬構(gòu)件，增加吊掛陰極輸電裝置的剛性及采用堆放陰極輸電裝置不承重的合理結(jié)構(gòu)。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，并提供一種便于維修，耐壓能力強，爐膛氣體循環(huán)無死角，節(jié)能、陰極輸電裝置剛性強，不產(chǎn)生打弧，能在同一爐內(nèi)同時處理不同參層厚度要求工件的離子轟擊爐，特設(shè)計本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
本發(fā)明技術(shù)的主要優(yōu)點是①由于爐體所需的管路設(shè)計在弧形爐底外部的側(cè)面， 因此，維修方便。②由于爐底設(shè)計成弧形，所以耐壓能力高，在同樣條件下，可節(jié)省材料50%。 ③由于贓物沉積在弧形爐底的最低部，所以不會進入抽氣泵中。④爐蓋與爐底均設(shè)計成弧形，這樣，氣體在爐內(nèi)循環(huán)沒有死角。⑤爐體的保溫性能好，可以節(jié)省能源15%。⑥由于陰極輸電裝置采用了構(gòu)成“氣隙保護”間隙兩側(cè)的構(gòu)件為金屬構(gòu)件和設(shè)有防濺套結(jié)構(gòu)，因此，不產(chǎn)生“打弧”現(xiàn)象。⑦由于在爐蓋上設(shè)計有多個吊掛陰極輸電裝置，故可在同一爐內(nèi)一次完成多種滲層厚度要求的工件。


圖I-圖9為離子轟擊爐示意圖。
具體實施方式
—種用于金屬表面強化的離子轟擊爐，包括爐體4、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；所述爐體4包括弧形爐蓋3、圓形爐筒5、爐底6、吊掛陰極輸電裝置I、堆放陰極輸電裝置11和底座12 ;在所述弧形爐蓋3上，沿其軸線裝有所述吊掛陰極輸電裝置1， 在所述弧形爐蓋3的周圍繞其軸線對稱地還設(shè)計有多個吊掛陰極輸電裝置1，所述吊掛陰極輸電裝置I呈等距離分布，組成爐體的圓形爐筒5設(shè)計成多段節(jié)，其側(cè)壁采用多層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，在每節(jié)圓形爐筒5的上端面的法蘭18上還設(shè)計有可裝O型密封圈26的燕尾槽 23和可裝有用壓力彈簧29、支撐陽極連接柱30的陽極柱孔眼24 ;爐底設(shè)計成弧形結(jié)構(gòu)，在弧形爐底6內(nèi)側(cè)的底部，設(shè)計有三個互成120度角并通過陰極架15來支撐陰極盤16用的陰極座14 ;堆放陰極輸電裝置11，通過爐底的側(cè)壁而橫置于陰極盤16下方，并與其不相接觸，不承受重量，堆放陰極輸電裝置11在其金屬內(nèi)屏蔽套51和金屬屏蔽套扛44之間所形成的氣隙保護層46結(jié)構(gòu)的外部，加有防濺套；吊掛陰極輸電裝置1，是一個用金屬連接螺母 45通過十字陰極桿4端部的螺紋，將陰極導(dǎo)套32、十字陰極桿4、包圍十字陰極桿的絕緣層、 防濺套5，密封墊38和氣隙保護層46緊固在一起而形成一個整體剛性結(jié)構(gòu)；真空接頭、供氣管接頭I、冷卻管接頭和熱電偶，均設(shè)計在弧形爐底6的側(cè)面；構(gòu)成陰極輸電裝置氣隙保護層46兩側(cè)的構(gòu)件均是金屬構(gòu)件。
圓形爐筒5其側(cè)壁所采用的多層復(fù)合隔熱層是水冷層21與真空層19，或水冷層與空氣層20，或水冷層與填料層·25的雙層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，或者采用水冷層21與真空層、 空氣層或水冷層與空氣層、填料層，或水冷層與真空層、填料層所組成的三層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)。
吊掛陰極輸電裝置I和堆放陰極輸電裝置11在伸進爐內(nèi)端的端部均裝有導(dǎo)電架 (47)。
吊掛陰極輸電裝置I的氣隙保護結(jié)構(gòu)，由增加剛性作用的金屬連接螺母45與金屬屏蔽套44所構(gòu)成，并在其外側(cè)加有防濺套50。
放置在陰極座14上面的陰極架15裝有支撐螺栓58，該陰極架15是用支撐座60 與作為陽極的弧形爐底6絕緣的防濺構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.一種新型離子轟擊爐，其特征在于，包括爐體(4)、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、 冷卻系統(tǒng)；所述爐體(4)包括弧形爐蓋(3)、圓形爐筒(5)、爐底(6)、吊掛陰極輸電裝置(I)、堆放陰極輸電裝置(11)和底座(12);在所述弧形爐蓋(3)上，沿其軸線裝有所述吊掛陰極輸電裝置(1)，在所述弧形爐蓋(3)的周圍繞其軸線對稱地還設(shè)計有多個吊掛陰極輸電裝置(1)，所述吊掛陰極輸電裝置(I)呈等距離分布，組成爐體的圓形爐筒(5)設(shè)計成多段節(jié)，其側(cè)壁采用多層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，在每節(jié)圓形爐筒(5)的上端面的法蘭(18)上還設(shè)計有可裝O型密封圈(26)的燕尾槽(23)和可裝有用壓力彈簧(29)支撐陽極連接柱(30) 的陽極柱孔眼(24);爐底設(shè)計成弧形結(jié)構(gòu)，在弧形爐底(6)內(nèi)側(cè)的底部，設(shè)計有三個互成 120度角并通過陰極架(15)來支撐陰極盤(16)用的陰極座(14);堆放陰極輸電裝置(11)， 通過爐底的側(cè)壁而橫置于陰極盤(16)下方，并與其不相接觸，不承受重量，堆放陰極輸電裝置(11)在其金屬內(nèi)屏蔽套(51)和金屬屏蔽套扛(44)之間所形成的氣隙保護層(46)結(jié)構(gòu)的外部，加有防濺套；吊掛陰極輸電裝置(1)，是一個用金屬連接螺母(45)通過十字陰極桿(4)端部的螺紋，將陰極導(dǎo)套(32)、十字陰極桿(4)、包圍十字陰極桿的絕緣層、防濺套(5)， 密封墊(38)和氣隙保護層(46)緊固在一起而形成一個整體剛性結(jié)構(gòu)；真空接頭、供氣管接頭(I)、冷卻管接頭和熱電偶，均設(shè)計在弧形爐底(6)的側(cè)面；構(gòu)成陰極輸電裝置氣隙保護層(46)兩側(cè)的構(gòu)件均是金屬構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型離子轟擊爐，其特征在于圓形爐筒(5)其側(cè)壁所采用的多層復(fù)合隔熱層是水冷層(21)與真空層(19)，或水冷層與空氣層(20)，或水冷層與填料層(25)的雙層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)，或者采用水冷層(21)與真空層、空氣層或水冷層與空氣層、填料層，或水冷層與真空層、填料層所組成的三層復(fù)合隔熱層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型離子轟擊爐，其特征在于吊掛陰極輸電裝置(I) 和堆放陰極輸電裝置(11)在伸進爐內(nèi)端的端部均裝有導(dǎo)電架(47)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和3所述的一種新型離子轟擊爐，其特征在于吊掛陰極輸電裝置(I)的氣隙保護結(jié)構(gòu)，由增加剛性作用的金屬連接螺母(45)與金屬屏蔽套(44)所構(gòu)成，并在其外側(cè)加有防濺套(50)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型離子轟擊爐，其特征在于；放置在陰極座(14)上面的陰極架(15)裝有支撐螺栓(58)，該陰極架(15)是用支撐座(60)與作為陽極的弧形爐底(6)絕緣的防濺構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型離子轟擊爐，包括爐體(4)、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；所述爐體(4)包括弧形爐蓋(3)、圓形爐筒(5)、爐底(6)、吊掛陰極輸電裝置(l)、堆放陰極輸電裝置(11)和底座(12)；本發(fā)明技術(shù)的主要優(yōu)點是①由于爐體所需的管路設(shè)計在弧形爐底外部的側(cè)面，因此，維修方便。②由于爐底設(shè)計成弧形，所以耐壓能力高，在同樣條件下，可節(jié)省材料50%。③由于贓物沉積在弧形爐底的最低部，所以不會進入抽氣泵中。④爐蓋與爐底均設(shè)計成弧形，這樣，氣體在爐內(nèi)循環(huán)沒有死角。⑤爐體的保溫性能好，可以節(jié)省能源15%。⑥由于陰極輸電裝置采用了構(gòu)成“氣隙保護”間隙兩側(cè)的構(gòu)件為金屬構(gòu)件和設(shè)有防濺套結(jié)構(gòu)，因此，不產(chǎn)生“打弧”現(xiàn)象。⑦由于在爐蓋上設(shè)計有多個吊掛陰極輸電裝置，故可在同一爐內(nèi)一次完成多種滲層厚度要求的工件。
文檔編號H01J37/317GK102943233SQ20121038260
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者田紹潔, 王美玲, 田紹忠 申請人:大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)圣潔真空技術(shù)開發(fā)有限公司