Вакуумные печи

Вакуумные печи

Термическое воздействие – необходимая техническая часть процесса обработки разных материалов. Таким образом, выполняется и их закалка, и их сушка и многое другое, то есть происходит изменение внутренней и внешней структуры обрабатываемого метала, а также получения необходимых качеств материала. Выполнять такую обработку лучше всего в вакуумных печах. Только так можно избежать деформации заготовок. Ведь в вакууме невозможно соприкосновение материала с воздухом. Только в печах подобного типа возможно максимально отчистить деталь от любых примесей, например, газов.

Вакуумные печи – универсальное оборудование, которое часто используется на производствах. Причем как на больших, так и на малых. Оно максимально эффективно тогда, когда нужно обработать деталь, предать сплаву нужные характеристики.

Промышленная вакуумная печь

Вакуумная печь

Сейчас на различных производствах используются вакуумные печи разного типа и вида, а также совершенно разных габаритов. Особенно они необходимы для термических операций, а также для спекания и отпуска сплавов.

В зависимости от конечного предназначения выделяют такие вакуумные печи:

  • для спекания с депарафинизацией;
  • для спекания в водороде;
  • плавильные;
  • цементации;
  • дисперсионного твердения;
  • закалки (в газе или масле);
  • пайки;
  • азотирования;
  • отжига;
  • термообработки металла и т.д.

Если говорить о размерах, то выделяют следующие:

  • лабораторные (бывают периодические, полунепрерывные и непрерывные; выбор зависит от размеров производства);
  • промышленные.

вакуумные печи для термообработки

Лабораторные вакуумные печи

Промышленные вакуумные печи различают по таким признакам:

  • тепловому режиму: (стандартные температуры или максимально высокие);
  • уровню вакуума (низко-, средне – и васоковакуумные агрегаты);
  • способу нагрева(радиационный или конвективный нагрев);
  • способу охлаждению:
  • типу загрузки: камерная (горизонтальная; СНВЭ), печи шахтные (вертикальная, сверху; СШВЭ); элеваторные печи (СЭВ ─ электропечи сопротивления вакуумные); колпаковые печи.

Тип загрузки зависит от материала и особенностей производства. Самыми распространенными являются печи СНВЭ и СШВЭ.

На выбор печи обычно влияют такие её характеристики, как:

  • мощность;
  • габариты (то есть, какое количество продукции можно загрузить в печь за один раз);
  • температурный диапазон (бывают печи малой мощности, с небольшой теплоотдачей, бывают максимально «горячие», способные разогреваться до 2800-3000 градусов);
  • тип нагревательного модуля (могут использоваться разные материалы: металлы, керамика, углеводородные материалы и сплавы).

Выбор типа нагревательного модуля важен. От него зависит скорость производства как токовая, качество конечной продукции, энергоемкость агрегата, то есть конечные затраты на его работу. Очень важно, что в некоторых печах нагревательный модуль автономен, то есть, его можно заменить при необходимости, не нарушая стационарность установки.

Вакуумная печь для термообработки

Этот тип печи подходит для получения чистого продукта. Хотя они подходят для многих химико-технологических процессов.

Вакуумные печи для термообработки устанавливают на таких производствах:

  • на производствах, связанных с космосом и мирным освоением атома;
  • аэрокосмических;
  • автомобильных;
  • на предприятиях по производству комплектующих для различных станков;
  • на промышленных предприятиях, производящих электрооборудование;
  • на предприятиях, связанных с медицинской сферой (производство медицинского оборудования).

Важно отметить, что нагрев и охлаждение может выполняться в одной камере печи, так что проектирование происходит с повышенным контролем за качеством установки. Что касается обслуживания и ремонта, то достаточно большое количество предприятий специализируется на таком виде деятельности.

вакуумная печь для отжига

Внутреннее устройство вакуумной печи

Вакуумная печь для отжига

Отжиг – это первый этап термического преобразования сплава, когда происходит нагрев стали до определенной температуры, которая сохраняется какое-то время, а потом постепенно понижается, после этого деталь охлаждается. Такой подход к обработке гарантирует изменение структуры сплава и его свойств, а также нормализацию общего состояния детали. С помощь отжига добиваются повышения уровня механических свойств, материал становится мягким. Можно сказать, что этот этап работы с металлом подготовительный и в дальнейшем может последовать дополнительная обработка.

Существуют разные типы отжига:

  • неполный отжиг (температура примерно соответствует критической);
  • полный (при этом температура обработки превышает критическую на 20-40 градусов);
  • изотермический (превышает критическую на 50 градусов);
  • гомогенизация;
  • временный отжиг (выдержка; в данном случае температура должна быть высокой, чтобы в материале произошли все структурные превращения);
  • рекристаллизационный отжиг (в данном случае происходит нагрев детали до 680 градусов).

Скорость охлаждения при разных видах отжига будет различной.

Понятно, что в любом случае данный вид обработки предусматривает очень сильный нагрев. Именно поэтому необходимо специальное оборудование: вакуумные печи для отжига.

Эти печи применяется для отжига и старения различных легкосплавных материалов, деталей (вольфрама, молибдена, ниобия, сплава меди и др.), магнитных материалов, электротехнической стали, магнитных сплавов, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, водородосодержащих сплавов активных и тугоплавких металлов. Вакуумная печь для отжига стали может также использоваться для вакуумного спекания магнитного материала, алмазов, и т.д.

На больших производствах обычно используются печи непрерывного отжига. В них возможна непрерывная загрузка и отгрузка продуктов. Из такой печи выходит однородный продукт (благодаря постоянному и равномерному нагреву и отдельно встроенной камере охлаждения). Такие печи могут быть горизонтального и напольного типа. При этом печь напольного типа более эффективна, хотя и занимает больше места. Одной из модификаций данной печи является печь для отжига в азоте. Газовая среда предотвращает окисление поверхности стали и гарантирует высокое качество конечного продукта.

Также на производствах часто используются печи светлого отжига.

Производители вакуумных печей для отжига считают, что подобные конструкции имеют большое количество плюсов, таких как

  • низкие требования к техническому обслуживанию;
  • встроенная система контроля атмосферы;
  • газонепроницаемая конструкция;
  • максимальная температура 950º С.

принцип работы вакуумной печи

Устройство нагревательной камеры

Принцип работы вакуумной печи

Процесс выплавки можно описать следующим образом.

  1. В результате напряжение начинает податься электрический ток.
  2. Он, взаимодействуя с газовой смесью в вакууме, создает дуговой разряд.
  3. Температура в печи начинает повышаться.
  4. Когда температура достигает запланированного максимума начинается обработка загруженного в печь материала.

Существуют два типа нагрева материала в такого типа печах: прямой и косвенный, то есть прямое взаимодействие с материалом и взаимодействие на расстоянии. Прямая теплоотдача может быть и эффективнее косвенной, но конечная продукция получается более загрязненной, то есть негативные факторы термообработки более явные.

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

  • инструмент, который необходимо обработать, загружается в специальную кассету;
  • кассета вставляется в вакуумную камеру;
  • далее начинается процесс откачки из камеры при помощи механического насоса и байпасной линии;
  • по достижению необходимого давления на камеру надвигается печь;
  • запускается процесс нагрева;
  • после того, как деталь (или спал) 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.

Вакуумно-термические печи

Итак, существуют четыре основных типа вакуумно-термических печей:

  • закалочные печи (в газе и в масле);
  • печи для отпуска;
  • печи для пайки;
  • печи для цементирования.

Все они имеют производственную мощность до 2000 кг, нагревательные элементы, выполненные из металла, графита, никеля или хрома, позволяющие создавать устойчивые температуры без колебаний до 1500 градусов и давление до 20 бар.

С точки зрения конструкции печи могут иметь такие характеристики:

  • размер от 400 мм до 1500 мм;
  • с горизонтальной загрузкой;
  • с вертикальной загрузкой;
  • с кубической НК;
  • с цилиндрической НК;
  • с панелью оператора;
  • с автономным, удалённым блоком управления.

вакуумно термические печи

Вакуумная термическая печь с автономным блоком управления

Проектирование и подготовка элементов всего оборудования проводится под строгим контролем специалистов. Возможно доукомплектование оборудования нестандартными комплектующими, которые позволяют проводить более широкий спектр операций, например, вакуумное напыление.

Чаще же всего такие агрегаты используют для следующих производств:

  • легированной, нержавеющей стали;
  • упругих сплавов;
  • для обработки прецизионных сплавов;
  • для обработки цветных металлов;
  • для обработки высококачественной стали и титановых сплавов.

Все печи имеют компактную конструкцию, оснащены вентиляторами, теплообменниками и теплоизоляцией, отличаются высококлассной системой энергосбережения, минимальным потреблением газа и воды, высокоточной и понятной системой управления с программируемой системой температурного контроля и использованием принципа «холодная стенка».

Типичная конструкция агрегатов обычно выглядит следующим образом:

  • индуктор;
  • вакуумная система (включает в себя вакуумный насос, вакуумную арматуру, вакууметры, вакуумпроводы);
  • плавильная камера (также могут быть камеры загрузки, видержки, охлождения, загрузки; такие печи используются как на переодическом, так и на массовом производстве);
  • устройство безопасности (противовзрывное);
  • подиумы и подставки;
  • газово-увлажняющая система;
  • система введения присадок;
  • система водного охлаждения (есть возможность встромить эту систему дополнительно);
  • электропитание;
  • компьютерная система управления (может бать встроенной, а может бать автономной).

Их также отличает герметичность и надежность, отсутствие выделения опасных газов и токсинов. Разработчики агрегатов также производят все расчеты на прочность, проводимость, надежность, способность выдерживать высокие температуры. После установки оборудования обычной практикой является его долговременное обслуживание и ремонт при необходимости.

Преимуществами использования такого оборудования являются:

  • легкая встраиваемость в любую производственную линию;
  • динамическая и максимально производительная система нагрева;
  • эффективное распространение температуры в рабочем пространстве печи, что позволяет качественно обработать деталь;
  • возможность точно контролировать температуру при нагреве и охлождении;
  • получение высококачественных деталей: однородность свойств по сечению, требуемая твердость, повышенная износостойкость, сниженный уровень коробления.

Интересно, что после обработки в вакуумных печах все детали имеют хорошую чистую поверхность без следов окисления. Детали могут быть сразу готовы к использованию. Это делает такие печи экономичными.

Вакуумные печи для термообработки являются необходимым оборудованием на любом производстве. Они практичны, универсальны, их функционал достаточен для того, чтобы справится с любой термообработкой, и во многом эта технология обработки деталей безальтернативна. Сейчас такое оборудование пользуется повышенным спросом, так что цена на него соответствующая. Интересно, что можно приобрести уже готовый, стандартный образец, а можно заказать агрегат по индивидуальному чертежу. Его выполнят с учетом типа и вида материала, который будет обрабатываться, с учетом анализа производственных цехов, в котором будет установлено оборудование.

Добавить комментарий

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