Вакуумные печи: характеристики, устройство, эксплуатация

Вакуумные печи – универсальное оборудование, которое часто используется на производствах. Причем как на больших, так и на малых. Данное оборудование также очень часто используется в лабораториях. Оно максимально эффективно тогда, когда нужно обработать деталь, предать сплаву нужные характеристики. Важно качество деталей, прошедших обработку вакуумом, их прочность и чистота, то есть практически полное отсутствие в сплавах посторонних примесей и газов.

вакуум

Вакуумная установка (печь) с автономным блоком управления

Работа вакуумной печи

Существует большое количество разнообразных вакуумных печей, но чаще всего на производствах используются следующие:

  • вакуумные печи дугового типа (ВДП);
  • вакуумные печи индукционные (ВИП);
  • электроннолучевые печи (ЭЛП);
  • печи сопротивления (ВПС).

Иногда в отельную категорию ставят водородные вакуумные печи, которые также часто используются в производстве.

Все печи делятся на следующие типы:

  • шахтные (загрузка вертикально сверху);
  • камерные (горизонтальная загрузка);
  • колпаковые (где камера помещается под специальный колпак).

Шахтные и камерные агрегаты также могут быть муфельными или безмуфельными. Муфель обеспечивает быстрое нагревание детали и более компактное расположение её в камере нагрева, а также прочность крепления.

По типу производства различают такие печи:

  • периодические;
  • полунепрерывные;
  • непрерывные.

Периодические печи должны после каждой обработки открываться и очищаться. Полунепрерывные и непрерывные печи распространены на промышленных производствах, где процесс термообработки деталей должен быть непрерывным, а процесс отгрузки и разгрузки максимально простым.

Дуговые печи также делятся на:

  • печи прямого нагрева;
  • печи косвенного нагрева;
  • печи с закрытой дугой.

В целом принцип работы любой вакуумной печи можно представить в виде следующего алгоритма:

  • Инструмент, который необходимо обработать, загружается в специальную кассету (возможно наличие муфеля).
  • Кассета вставляется в вакуумную камеру.
  • Далее начинается процесс откачки из камеры воздуха при помощи механического насоса и байпасной линии.
  • По достижению необходимого давления, на камеру надвигается печь и начинается процесс нагрева.
  • После того, как деталь (или сплав) нагрелся до необходимой температуры, печь отодвигается и начинается процесс охлаждения.
  • После охлаждения до определенного уровня в камеру начинают запускать воздух.
  • Далее камера вынимается, и детали выгружаются из кассеты.

Сравнивать печи разного вида и типа достаточно сложно. Каждая из них имеет свое, особое, предназначение и выполняет определенные функции на производстве. Специалисты считают, что наиболее производительной, хорошо зарекомендовавшей себя, энергоэкономичной печью является вакуумная печь типа ВПС, а также водородные печи, конструкция которых максимально проста и удобна для загрузки-разгрузки.

Печь вакуумная: характеристики

На выбор печи для производства обычно влияют такие её характеристики, как:

  • вес установки (особенно, если речь идет о малых предприятиях);
  • мощность;
  • габариты (в некоторые печи можно загрузить от 100 кг до 9000 кг продукции; классическое разделение печей – это промышленные и лабораторные печи, хотя и оно несколько условно, поскольку некоторые промышленные агрегаты рассчитаны на 10-20 кг продукции);
  • объем полезной рабочей зоны в камере нагрева (очень важно, так как полезный объем может значительно отличаться от номинального);
  • возможность замены зоны нагрева (когда камеру нагрева можно просто удалить, заменив на другую, не нарушая при этом стационарность всей установки);
  • температурный диапазон (от 1800 до 2200 градусов);
  • стабильность поддержания номинальной температуры (от 5 секунд);
  • ступенчатость тепловой защиты;
  • диапазон давления (10-11 торр);
  • мощность вакуумных насосных систем (чем они мощнее, тем более высокое качество продукта гарантировано);
  • скорость откачки (в среднем все установки имеют скорость откачки от 7 до 15 минут);
  • скорость охлаждения (влияет на качество закалки продукта);
  • шаг регулировки.

Нагреватели вакуумных печей или нагревательные модули могут быть разного типа:

  • из цельного металлического листа;
  • из керамики;
  • из хромоникелевых сплавов, которые имеют высокие показатели сопротивления;
  • с обычной теплоизоляцией;
  • из углеродных материалов.

Выбор типа нагревательного модуля очень важен, Он влияет на многие показатели производительности и качество конечной продукции, а также на безопасность самого процесса производства.

Устройство вакуумной печи

Устройство вакуумной печи, герметизированного агрегата, который предназначен для проведения электротермического процесса при давлении газа в рабочем пространстве, зависит от ее типа и вида.

Все камерные вакуумные печи имеют следующее устройство:

  • герметичная камера с нагревательными элементами внутри, хорошо теплоизолированная (может быть и двухкамерная вакуумная печь, и трёхкамерная вакуумная печь, все зависит от марки и технологических решений конструкторов агрегата);
  • насосы, с помощью которых из камеры убирается воздух, создается вакуум и нужное для качественной обработки изделия давление.

В конструкцию печи, которая покупается для производства, должны входить:

  • индуктор;
  • вакуумная система;
  • плавильная камера (печь) с нагревателями;
  • цилиндрическая камера или колпак (камерная система);
  • противовзрывное устройство;
  • передвижной подиум или подставка;
  • газовая система с увлажнителем и устройством дожига водорода;
  • дозатор для введения присадок;
  • система водного охлаждения;
  • система электропитания;
  • система управления с пультом.

вакууме

Устройство вакуумной печи

Основным элементом всех вакуумних печей является камера нагрева (расположенная вертикально или горизонтально). Это своеобразный герметичный сосуд, к котрому присоединяются вакуумне насосы, создающие и поддерживающие оптимальный вакуум. Камера закрывается дверью «heat pack», которая изготавливается в защитном исполнении с электропневматическим управлением (есть основной зажим и дополнительные зажимы).

Интересно, что нагревательные элементы могут располагаться, как внутри, так и снаружи камеры (классические и реторные вакуумные печи). Классический вариант с двойными водоохлождающими стенками более распространён, поскольку он способен создавать более глубокий вакуум и в таких печах возможно создавать более высокую температуру (до 2500 градусов).

Все нагревательные блоки изготовлены из тугоплавких металлов, как раз способных выдержать максимально высокие температуры. В «горячих зонах» чаще всего используется вольфран, гафит и молибден.

вакууме

Камера нагрева вакуумной печи

Водоохлождающий блок является важным элементом установки. Чаще всего его изготавливают из нержавеющей стали. Водяное охлаждение монтируется с механической подачей вне вакуумной камеры, что дает возможность полного соприкосновения с ней с одной стороны, а также исключает возможность утечек воды внутрь камеры с другой стороны.

Система управления должна быть максимально простой, но при этом иметь дополнительные возможности, то есть не только включение и выключение, но и контроль, анализ процесса, сбор данных, аварийное прерывание.

Также хорошо, если в системе управления представлено следующее:

  • возможности группового управления за процессом;
  • возможности сохранения бесперебойного питания;
  • многоканальный ленточный самописец, для анализа процесса.

Все вакуумные печи производства любой марки отличаются по модификации, типу, размеру и диапазону температур. Хорошо, если вакуумные печи отличает то, что в одной установке можно производить серию различных стандартных и нестандартных процессов (закалку, отжиг, спекание, вакуумную цементацию, нитроцементацию).

Интересно, что некоторые вакуумные установки (более сложные) могут иметь сразу несколько камер (шлюзов):

  • камера загрузки;
  • камера нагрева;
  • камера выдержки готовой продукции;
  • камера охлождения;
  • камера разгрузки.

Камеры разделены специальными вакуумными затворами и отверстиями разного вида. Такие установки, как правило, имеют специальные смотровые окна, которые позволяют наблюдать за ходом процесса.

Откачных систем тоже может быть несколько, особенно, если речь идёт об агрегатах полунепрерывного и непрерывного действия.

Вакуумная система вакуумных печей

вакуумная система вакуумных печей

Вакуумный насос, присоедененный к вакуумной печи

Вакуумная система вакуумных печей связана с работой вакуумных насосов. Чаще всего в таких установках используются водородные агрегаты, которые обеспечивают оптимальный температурный режим при работе с материалом и быстрое охлаждение.

Вакуумные системы вакуумных печей отличаются друг от друга диапазоном рабочих давлений. Это очень важный показатель, поскольку от давления будут зависеть конечные характеристики материала.

Работа вакуумных насосов достаточно алгоретмична, но главное – это удаление молекул воздуха и других газов из камеры. Чем больше подобных веществ удаляет насос, тем он производительнее.

Интересно, что некоторые вакуумные печи отличаются возможностью смены вакуумной системы.

При необходимости возможно установить такие насосы, как:

  • механический;
  • безмасленный;
  • диффузионный;
  • криогенный;
  • турбомалекулярный.

Вакуумную систему также составляют:

  • вакуумная арматура;
  • вакуумпроводы;
  • вакуумметры.

Эксплуатация вакуумных печей

Все вакуумные печи довольно легки в эксплуатации, особенно, если перед установкой был сделан грамотный расчет. Они могут быть, как одиночными, так и встроенными в систему.

Их используют для следующих процессов:

  • термической обработки (закалка, отжиг);
  • обезгаживания и сушки обрабатываемых материалов;
  • спекания тугоплавких и легко окисляемых металлов;
  • плавки;
  • рафинирования;
  • разливки в формы цветных и редких металлов, высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов.

Чаще всего подобное оборудование применяется в таких отраслях:

  • авиокосмической;
  • медицинской;
  • автомобилестроении;
  • медицине;
  • металлургии;
  • химической промышленности;
  • приборостроении.

Вакуумные печи также необходимы при спекании керамики и металлических порошков. Маленькие печи такого типа часто используют в лабораториях для проведения различных опытов с металлами и другими материалами.

Вакуумные печи разных модификаций стоят по-разному. Необходимо отметить, что самыми дорогими в линейки вакуумных печей являются печи для термообработки. В основном вакуумные печи используются крупными предприятиями, которым важны показатели работоспособности и непрерывности процессов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *