3006022韓會生立式真空熱壓燒結(jié)爐設(shè)計

1、1 前 言1.1 課題研究的背景 真空熱處理技術(shù)發(fā)展的初期，人們主要研究真空熱處理的基本性質(zhì)、加熱特 點、金屬蒸發(fā)和金屬在真空下加熱的基本規(guī)律以及變形問題，同時開展了典型熱 處理工藝的研究，進行了真空燒結(jié)工藝的研究和應(yīng)用，為真空熱處理工藝的研究 和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。由于我國真空熱處理設(shè)備技術(shù)的研制工作是從零開始，因而 我國真空熱處理設(shè)備的研制是在仿制國外產(chǎn)品的同時，集中力量攻克真空熱處理 設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，以使國產(chǎn)真空熱處理設(shè)備在設(shè)計、結(jié)構(gòu)、性能、自動化水平和 壽命等方面追趕國際先進技術(shù)水平。經(jīng)過不懈努力和研究探索，逐步攻克了真空 熱處理設(shè)備研制的關(guān)鍵技術(shù)，掌握了真空熱處理設(shè)備設(shè)計、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件

2、、設(shè) 備材料與元器件、傳感器、電器組件等核心技術(shù)，我國真空熱處理工藝的研究和 應(yīng)用已遍及真空退火、真空油（汽）淬火、真空滲碳、真空滲氮、真空回火、真 空燒結(jié)、真空釬焊、真空離子滲碳、真空涂敷及真空清洗等廣闊領(lǐng)域，取得了長 足的進展，為我國真空熱處理設(shè)備的研制開發(fā)奠定了基礎(chǔ)1.2 課題研究存在的問題 隨著硬質(zhì)合金市場的快速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，需求量也越 來越大。因此，硬質(zhì)合金加工業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽?，提高硬質(zhì)合金品質(zhì)的重要燒結(jié) 設(shè)備真空熱壓燒結(jié)爐的設(shè)備水平是發(fā)展和改進的方向之一。隨著燒結(jié)工藝的不 斷完善和發(fā)展早期研制的真空燒結(jié)爐的技術(shù)指標已不能滿足現(xiàn)代燒結(jié)工藝的要 求，目前存在以下幾個

3、方面的主要問題： （1）燒結(jié)生產(chǎn)效率低：目前的真空熱壓燒結(jié)爐為單向熱壓成型，而且高溫輻射擋板位于爐體外部，功率小、加熱溫度上升緩慢。這種真空熱壓燒結(jié)爐的生產(chǎn)效率較低，制品的密度較小，加熱室使用的壽命比較短。 （2）密封結(jié)構(gòu)存在缺陷：為保證燒結(jié)爐的真空度，安裝在爐體上的附件如電極、熱電偶導出裝置都設(shè)計了密封結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)在安裝和使用等方面都存在 著一些問題。 原有進電極的密封缺陷：以前的進電極與爐殼電極孔之間有乙烯絕緣套，密封用的 o 型橡膠圈放在絕緣套之間，安裝時，逐步擰緊進電極 外部的螺母，o 型圈在兩個絕緣套的擠壓下膨脹最后形成進電極與電極孔之間的 完全密封。 原熱電偶密封缺陷：原有熱電

4、偶的密封結(jié)構(gòu)是真空橡膠密封墊和聚四氟 乙烯墊上鉆兩個孔，熱電偶上的電阻絲從中間穿過，擰緊外面的緊壓螺母，橡膠 密封墊受到聚四氟乙烯墊的擠壓形成密封。此結(jié)構(gòu)不管爐內(nèi)是否采用保護套管熱電偶絲總是裸漏在真空氣氛中高溫下受氮氣腐蝕，壽命降低很快，實踐表明燒結(jié) 兩爐產(chǎn)品，熱電偶就會斷裂，這無論在在熱電偶的消耗還是從產(chǎn)品的生產(chǎn)角度來說都是不經(jīng)濟的 。1.3 本論文的主要內(nèi)容 此次設(shè)計的目標是根據(jù)搜集的資料和已知的燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)，設(shè)計出生產(chǎn)效率 高、環(huán)保、制品密度高以及加熱器使用壽命長的真空熱壓燒結(jié)爐。下面是在研究 過程中工作的主要內(nèi)容： （1）通過對目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的了解與學習，掌握大量有關(guān)燒結(jié)爐 設(shè)計

5、領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用信息以及先進制造的發(fā)展和應(yīng)用情況，并對真空熱壓燒結(jié)爐 這一目標領(lǐng)域進行了詳細的研究。 （2）通過對真空熱壓燒結(jié)爐的工作原理和生產(chǎn)過程進行詳盡分析，完成了 真空熱壓燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在目前燒結(jié)爐設(shè)計資料的基礎(chǔ)上，最終確立了設(shè)計 立式上開蓋的真空熱壓燒結(jié)爐。 （3）對已知燒結(jié)爐的設(shè)計進行改進，針對現(xiàn)在燒結(jié)爐的缺陷，分析它們的 缺陷，找出最佳方案，最后設(shè)計出符合現(xiàn)在生產(chǎn)要求的真空熱壓燒結(jié)爐。 （4）按照最佳方案，根據(jù)設(shè)計與計算確定尺寸和要求：繪制出合理的裝 配圖；按照具體設(shè)計尺寸繪制出完整的零件圖；按照裝配圖和零件圖的尺寸繪制三維實體圖，并進行裝配和有限元分析。 真空熱壓燒結(jié)爐是一種在

6、真空、高溫態(tài)下燒結(jié)新型材料。其特點有結(jié)構(gòu)簡單， 體積小，價格低廉，因而得到了廣泛的應(yīng)用。2總體方案設(shè)計燒結(jié)是硬質(zhì)合金毛坯生產(chǎn)工藝的最后一道工序，也是決定硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)與性 能的關(guān)鍵工序。大量實踐證明，在真空燒結(jié)中，氫氣燒結(jié)工藝具有一系列的越 性，一些發(fā)達國家已全部采用真空燒結(jié)。隨著燒結(jié)工藝的不斷完善和發(fā)展，原有真空燒結(jié)爐的技術(shù)指標已不能滿足現(xiàn) 代燒結(jié)工藝的需求，如爐內(nèi)溫度均勻性差，極限真空度低，泄露率較高等缺點。 為此，本設(shè)計對原有真空燒結(jié)爐進行了部分改進性設(shè)計，以提高現(xiàn)有國內(nèi)真空燒 結(jié)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，使其具有溫度高、真空度高、熱壓力高、冷卻效果好的特點。該真空熱壓燒結(jié)爐采用立式結(jié)構(gòu)，這種

7、結(jié)構(gòu)便于裝、出料和機械控制。整個燒結(jié)爐除發(fā)熱體和隔熱裝置外，其余各部分均強烈水冷卻，這對燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造精度提出了較高的要求。2.1 燒結(jié)爐整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 真空熱壓燒結(jié)爐由爐體、爐蓋、保溫裝置、熱壓裝置、發(fā)熱體、真空系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、變壓器系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)、以及測溫系統(tǒng)組成。根據(jù)設(shè)計要求， 本課題將對整個爐體進行改進設(shè)計，包括爐體、爐蓋、保溫裝置、熱壓裝置、發(fā)熱體以及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的改進設(shè)計。2.2 燒結(jié)爐座架結(jié)構(gòu)的設(shè)計燒結(jié)爐的座架是整個燒結(jié)爐工作的重要組成部分，燒結(jié)爐的座架是由底座、 支撐架和上液壓缸站經(jīng)焊接組成一體。根據(jù)燒結(jié)爐的具體尺寸和形狀對其座架的 高度和大小進行設(shè)計和改進，

8、按燒結(jié)爐的實際尺寸對整體布局進行合理設(shè)計。2.3 本設(shè)計的技術(shù)方案 立式真空熱壓燒結(jié)爐包括爐體、爐蓋、保溫桶、反射桶、發(fā)熱體、上壓頭、 下壓頭、上油缸、下油缸和抽真空部分。帶上、下油缸的支撐機構(gòu)為由熱軋槽鋼制造的雙立柱式結(jié)構(gòu)，上油缸和下油缸分別裝設(shè)在支撐體上端和底座中部。上油缸通與荷重傳感器連接，荷重傳感器下端與水冷壓頭連接，水冷壓頭下端與上石墨壓頭連接。下油缸與下水冷壓頭連接，下水冷壓頭與下石墨壓頭連接。燒結(jié)爐 通過焊接固定在支撐架的橫梁上中部。燒結(jié)爐在加熱室底面上設(shè)有模具支撐體，成型模具設(shè)置在模具支撐體上。圓筒形加熱室設(shè)置在爐體內(nèi)，由托盤結(jié)構(gòu)進行定位，在爐體和加熱室的上、下端面上對稱地開設(shè)

9、有壓頭通孔，上、下頂桿分別穿過加熱室上的壓頭通孔。三組引電電極分別裝有絕緣套和熱輻射擋環(huán)，擋板位于加熱室內(nèi)。三個引電電極分別通過水冷電極與石墨電極加熱體連接。燒結(jié)爐采用爐體和爐蓋分離設(shè)計，二者用六個鉸鏈螺栓通過爐耳和密封圈密封結(jié)合 。2.4 主要技術(shù)參數(shù) 功率 050 kw 工作溫度 01600 工作電壓 0375 v 工作電流 0150 a 最大壓合力 150 kn 工作真空度 6. 67 10 -1pa 極限真空度 6. 67 10 - 3 pa 發(fā)熱體額定電壓 36 v 下頂桿最大工作進程 200mm 下頂桿運動速度調(diào)節(jié)范圍 50300 mm/ min 工作區(qū)尺寸(直徑長度) 230 m

10、m 350mm3 燒結(jié)爐整體結(jié)構(gòu)的計 3.1 燒結(jié)爐的構(gòu)成 熱壓燒結(jié)爐由以下幾個主要部分組成：爐體；爐蓋；爐蓋升降機構(gòu)；測溫熱 電偶；水冷電極；發(fā)熱體；保溫裝置；變壓器電源 圖 3-1 熱壓燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)簡圖 （1）下壓頭；（2）爐體；（3） 觀測頭；（4）爐蓋；（5）上壓頭；（6）保溫桶 （7）發(fā)熱體；（8）模具；（9）溫度傳感器；（10）支撐體；（11）引入電極 3.2燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計3.2.1爐體的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 爐體是發(fā)熱體的保護和支撐部分，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到整個爐子的性 能 ， 通 過 發(fā) 熱 體 的 計 算 要 求 得 ， 燒 結(jié) 爐 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 為 ： 外 殼hb=4

11、60mm450mm10mm，內(nèi)殼hb=400mm420mm10mm。 爐體由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，為雙層結(jié)構(gòu)。中層冷卻室采取中空制造， 內(nèi)通冷卻水。其目的為了提高爐體的冷卻能力，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求冷卻速度不同， 冷卻水的流量也不同。爐體最終靠兩個支座固定在燒結(jié)爐的下梁上。由于本設(shè)計 的爐體在正常工作時要受到充氮氣的作用，同時又要被抽到一定的真空度，因此 要重視爐體壁厚的設(shè)計，它必須具有很高的強度和足夠的剛度，根據(jù)參考資料和 材料的強度條件，爐壁的厚度設(shè)計為 10mm。爐體的冷卻水管采用下進上出的循 環(huán)方式來滿足爐體的冷卻要求。在爐體中部對稱位置設(shè)有氮氣出氣口、觀察室以 及溫度傳感器裝置。爐體和

12、爐蓋的壓緊采用鉸鏈螺栓擰緊，加工時操作方便靈活， 容易擰緊和拆裝。爐蓋和爐底的動密封裝置的固定中心線與爐體的法蘭必須垂 直，以保證上、下頂桿運動的直線度。由于爐體內(nèi)要不斷通入冷卻水，以保證燒 結(jié)爐的正常工作，因此爐體的密封性能至關(guān)重要，必須通過試驗無漏水現(xiàn)象后方 可使用。 圖 3-2 燒結(jié)爐爐體立體結(jié)構(gòu)圖 (1) 進氣管；(2) 觀測孔；(3) 出氣管； (4)爐耳；(5) 出水管；（6)溫度傳感器；（7）進氣管3.2.2 爐蓋的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 對熱壓燒結(jié)爐而言，爐蓋要承受高溫的烘烤，因此爐蓋也需采用采用雙層水 冷結(jié)構(gòu)形式，中間通冷卻水，爐蓋的冷卻水管同樣采用下進上出結(jié)構(gòu)來滿足冷卻 的要求，以達

13、到最佳的效果。爐蓋同樣普通碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接制作，在爐蓋頂部設(shè) 有壓頭口。 圖 3-3 燒結(jié)爐爐蓋立體結(jié)構(gòu)圖 (1) 進水管 (2) 出水管 （3）吊耳 （4）爐耳3.2.3 引入電極的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 水冷引入電極也是真空燒結(jié)爐的重要部件之一，它主要由中心導體、上絕緣 體、下絕緣體、上密封圈、下密封圈組成。其作用是將由干式變壓器輸送來的低 電壓大電流輸送給加熱器，此水冷電極須具有導電、絕緣、密封和冷卻的功能。 水冷電極采用空心厚壁銅管作導電極，空心銅管內(nèi)通冷卻水來冷卻，電極與爐體 之間的絕緣用聚四氟乙烯材料，它有良好的耐熱及絕緣性，熱塑性、耐高溫、耐 烘烤的性，空中的滲透率和放氣性都極小，作用溫度可

14、達 500，可用于超高真 空系統(tǒng)。該電極為低電壓大電流結(jié)構(gòu)，它不但起導電作用，還起支撐發(fā)熱體的作 用。發(fā)熱體托盤由石棉所做，具有定位、保溫和絕緣的作用。中心導體內(nèi)制成空 心并設(shè)回水管，確保水的正常無阻流動，不出現(xiàn)短路現(xiàn)象。 圖3-4 引入電極立體結(jié)構(gòu)圖 （1） 進水管；（2）出水管；（3）水管接頭；（4）引入電極。 3.3發(fā)熱體的設(shè)計 真空熱壓燒結(jié)爐的內(nèi)部溫度設(shè)定在 1600左右，溫度上限為 1800。此真 空熱壓燒結(jié)爐使用的主要是多層石棉隔熱屏保溫，發(fā)熱體則選用高純石墨材料。 下面我根據(jù)該真空爐的實際容積，計算發(fā)熱體的實際所需功率以及其結(jié)構(gòu)設(shè)計， 選定發(fā)熱體的材料。3.3.1 發(fā)熱體材料的選

15、擇 發(fā)熱元件能產(chǎn)生 1600 以上的溫度，目前常用的材料一般為鉬、鎢和石墨 材料等。這幾種發(fā)熱材料必須在較高的真空度和有保護性氣氛的條件下才能正常 工作。隨著爐內(nèi)溫度的升高，爐內(nèi)各種組件如發(fā)熱體、保溫材料、模具、被制備的原材料等有一個去氣和蒸發(fā)的過程，真空度的下降同時也會影響發(fā)熱元件的壽命。所以，一般采用抗氧化的高純石墨制作發(fā)熱元件。 石墨能耐高溫，熱膨脹小，電阻溫度系數(shù)小，價格低廉，機械強度在2500 以下隨溫度的上升而提高。因此，石墨成了真空燒結(jié)爐發(fā)熱體的首選材料?？勺?發(fā)熱體的石墨形態(tài)有石墨板、炭布和其它異型如管狀等。炭布強度好，易于組成 各種形狀，但發(fā)熱體之間的連接較麻煩；各種異型發(fā)熱

16、體加工困難，但發(fā)熱體的 整體性好，裝配容易；石墨板材發(fā)熱體加工方便，易于裝配，成為制作石墨發(fā)熱 體的首選 。 3.3.2 發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 發(fā)熱體和電源由發(fā)熱體、托盤、引入電極、干式變壓器、可控硅電壓調(diào)節(jié)器 組成。 發(fā)熱元件是爐子的關(guān)鍵部件，由托盤、發(fā)熱體和引入電極組成，材料全部用 高碳石墨加工。在發(fā)熱電源功率一定的情況下，爐子的溫度取決于發(fā)熱元件的幾 何形狀和尺寸。該發(fā)熱體圓筒分為 60的六片形狀，六片的周向間隙為6mm， 其中下三片與三個電極用螺紋連接起來，這樣就構(gòu)成了三個電極的 y 形接法。 而電極又固定在爐體上，這樣就使發(fā)熱體處于懸掛結(jié)構(gòu)，我們在發(fā)熱體下方加了 個圓型石棉托盤給予支撐和

17、保溫。其具有結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，爐子升溫快，爐 溫均勻性好等優(yōu)點。 3.3.3 發(fā)熱體易損原因分析 發(fā)熱體的氧化損耗 石墨的氧化分為干式氧化(空氣、水、在co2)和濕式氧化(酸、堿)。石墨在 高溫下易被空氣、水和二氧化碳氧化。 石墨氧化反應(yīng)是連續(xù)進行的，生成物是co2和co氣體，容易逸散。石墨氧 化的溫度及反應(yīng)速度在各種情況下是不同的，如果把24小時內(nèi)損失原來重量1% 的溫度定為氧化開始溫度，則石墨的氧化開始溫度如下：在空氣中420460； 在co2 中約900；在水蒸氣中約700。 防止氧化：為了防止非氧化物系統(tǒng)在空氣中燒結(jié)被氧化，經(jīng)常需要將其置于 氮氣或者氬氣氛中進行保護；對于在高溫常壓下

18、易于氧化的材料，可以適當提高惰性氣體壓力，氣氛常壓燒結(jié)法基本不降低燒結(jié)溫度。 電極短路或受擠壓斷裂 燒結(jié)爐采用石墨作為加熱元件，安裝時要求電極組件之間接觸良好，上下方 向保持水平，電極螺母端在安裝窗口周邊要預(yù)留膨脹隙。同時電極組件的兩端與 爐體需要保持良好的絕緣性。熱壓燒結(jié)爐爐體、電極托板變形后，通常造成電極 螺母端的膨脹間隙預(yù)留不足，通電升溫后電極螺母端受安裝窗口周邊爐墻不同程 度的擠壓，電極會很快裂斷。 發(fā)熱體加工和安裝質(zhì)量 發(fā)熱體的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量對發(fā)熱體的使用壽命有重要的影響。發(fā)熱體以 及發(fā)熱體接頭的連接螺紋加工粗劣或公差配合不符合標準，均會造成電極與接頭 連接過松或過緊，過松會出現(xiàn)

19、接觸不良拉弧燒壞電極和接頭，過緊則容易在裝配 時損壞螺紋。裝配電極時，在電極與發(fā)熱體連接旋合過程中，用力過大同樣會造 成螺紋的損壞，從而使電極報廢。 另外，水冷電極缺水供應(yīng)時，由于電極連接熱量得不到及時的散發(fā)，會引起 電極與發(fā)熱體之間接觸不良，燒壞電極，嚴重時出現(xiàn)拉弧燒損電極和發(fā)熱體。3.4 燒結(jié)爐組成部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.4.1 保溫桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計 保溫桶由保溫層和反射桶組成，分別用石棉和鉬片制作，用鉬片制作成的反 射桶主要用來抵御由發(fā)熱元件產(chǎn)生的輻射熱，以免損害保溫層和爐體。 3.4.2 水冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 熱壓燒結(jié)爐的爐溫很高，如果沒有冷卻設(shè)備，爐子將會無法正常工作，所以 爐子冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

20、也是爐子的重點。燒結(jié)爐的冷卻方式很多，但考慮到爐子的 工作條件，選用了循環(huán)水冷卻，所以在設(shè)計時就要考慮到燒結(jié)爐的各個零件的冷 卻結(jié)構(gòu)。 爐體的冷卻結(jié)構(gòu)是首選解決的關(guān)鍵，爐體作為整個爐子的外殼，起到支撐和 保護的作用，不承受外力，爐體分為內(nèi)殼和外殼，在中間通入冷卻水，再結(jié)合各 種加工方法，選用了普通碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接而成。 爐蓋要承受高溫的烘烤，因此爐蓋采用雙層水冷結(jié)構(gòu)形式，中間通冷卻水， 爐蓋的冷卻水管采用下進上出以滿足冷卻的要求，以達到最佳的效果。 引入電極和發(fā)熱體直接連接，承受發(fā)熱體傳來的溫度，所以冷卻也很重要， 由于引入電極采用黃銅制成，而黃銅質(zhì)軟且不易加工?？紤]到這一點，在中間鉆 個深空。

21、 3.4.3 抽真空回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 抽真空系統(tǒng)由真空閥門、擴散泵、旋片式機械真空泵、管路及真空測量儀表 構(gòu)成。抽真空回路包括兩個抽真空管路，在預(yù)抽真空度達到設(shè)定值時，電磁閥會 自動關(guān)閉，還可用于在惰性氣體的氣氛環(huán)境下生產(chǎn)加工。該系統(tǒng)是在爐體的漏 率達到最低極限時，能保證爐子正常工作的關(guān)鍵。能否實現(xiàn)高真空度取決于真空 泵的抽速、管路的密封和漏率性能能否達到要求。該爐中選擇的旋片式真空泵抽氣速率10l/s，極限真空度50.1pa；擴散泵抽氣速率850l/s，極限真空度 70.001 pa。管路采用放氣率低的硅橡膠管。3.5 密封結(jié)構(gòu)的改進 3.5.1 下頂桿動密封結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計下頂桿和下石墨壓頭是

22、在高溫區(qū)有載運動的零件，承受高壓和高溫。 它既不能變形，也不能在高溫環(huán)境下氧化。因此它必須具有良好的冷卻性和動密 封性能。整個爐體內(nèi)的極限真空度在很大程度上取決于下頂桿動密封的情況，這 是該爐的關(guān)鍵技術(shù)之一。為保證極低的漏氣率，要提高加工精度和選用適宜的密 封材料。在該爐中，選擇聚四氟乙烯作為動密封材料，其特點是它能耐 300高 溫、耐烘烤、放氣率低、耐磨損，而且具有良好的潤滑性能。密封圈的幾何形狀 ，這是根據(jù)爐子在正負壓狀態(tài)設(shè)計的。正壓狀態(tài)時，正壓氣室的氣壓使 a 圈抱緊下頂桿；負壓狀態(tài)時，正壓氣室的氣流使b 圈收縮，抱緊下頂桿。 圖3-6 下壓頭動密封結(jié)構(gòu)示意圖3.5.2 燒結(jié)爐實現(xiàn)高真空

23、度的措施 極限真空度和最大漏率極限是真空設(shè)備的兩項重要指標，也是該路正常運行 的重要條件。爐內(nèi)的極限真空度（p）取決于以下幾個因素： p=（qz+q ）/s i 式中：qz 爐體的最大漏率（pa l/s） qi 除 qz 以外的總放氣率（pal/s） s 真空機組的有效抽速（pa l/s） 影響最大漏率的因素有爐體的制造精度、爐體材料、密封材料、絕緣材料等。 所以，應(yīng)選擇漏率極低的材料作為主導材料，選擇密封性好的閥門，抽氣率高的 真空泵等17。 總放氣率系指材料的放氣、解吸、凝結(jié)氣體的再蒸發(fā)、焊縫夾層內(nèi)氣體的滲 透以及真空系統(tǒng)中工作介質(zhì)的逆流和逆擴散等放氣的總和，其中材料的放氣率是 影響真空度

24、的最大因素。該爐中的材料包括發(fā)熱元件、保溫材料、密封件、模具、 制品的原材料等。就放氣率而言，在這些材料中保溫材料所占比重最大。在該爐 中選擇金屬鉬片和石棉作為保溫材料，在高溫中放氣率極低。 被制備的材料要獲得一定的壓合成型力，外來的機械力要通過密閉的爐體， 首先要考慮的是機械動密封問題。這種機械動密封裝置必須滿足兩個條件：正壓、 負壓時均能維持極限真空。4燒結(jié)爐座架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 燒結(jié)爐的底座和支撐架也是整體燒結(jié)爐不可缺少的部分。它對燒結(jié)爐起支撐 和固定作用，根據(jù)燒結(jié)爐的整體尺寸和工作位置進行整體布局設(shè)計。 座架是由底座（安裝主油缸）、支持架（安裝上油缸）和掛鉤架組成。座架 的底座由普通碳素結(jié)構(gòu)

25、鋼焊接而成，具有足夠的強度和剛度；在底座和支撐架中 各安裝有一個油壓缸。燒結(jié)爐底座采用焊接組成，支撐架與底座同樣采用焊接形 式固定在一起，并且支撐架插進底座雙向焊接，以此保證二者的牢固。在支撐架 上焊有四個橫梁，并將燒結(jié)爐焊接在上面。 4.1 燒結(jié)爐底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 燒結(jié)爐的底座全部采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼板焊接，其原因是為保證底座的整體 牢固性，在底座中加入了兩個肋板，因此對底座的焊接要求很嚴格，內(nèi)部焊接采 用角焊縫并且連續(xù)均勻，外部的焊接采用 v型焊縫且連續(xù)均勻。 4.2 燒結(jié)爐支撐架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.2.1 支撐架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 燒結(jié)爐的支撐架型鋼制作而成。具體由兩個熱軋槽鋼立柱、焊接在立柱上的 四個

26、熱軋等邊角鋼支持體、上油壓缸載體和掛鉤架導軌組成。支撐架主要起支撐、 固定燒結(jié)爐，安裝上油壓缸和承受油壓缸反向推力的作用。因此支撐架對焊接的 要求更加嚴格，由于上油缸載體的結(jié)構(gòu)與底座的結(jié)構(gòu)相同，因此它的焊接順序可 與底座的焊接順序一樣。 圖4-1 支撐架立體結(jié)構(gòu)圖 4.2.2 燒結(jié)爐的布局設(shè)計 根據(jù)燒結(jié)爐的整體尺寸和形狀對安放位置進行布局。因為上頂桿安裝的荷重 傳感器的尺寸稍大，故燒結(jié)爐安裝在中心稍偏下的位置。由于爐體對稱，所以爐 體位置安裝在支撐架的中心位置。為了方便各個部分的連接與工作方便，故裝配 后的整體結(jié)構(gòu)布局是燒結(jié)爐處于中心偏下的位置，方便于工人的生產(chǎn)操作。5燒結(jié)爐其他零部件的設(shè)計5

27、.1 圓螺母的設(shè)計 圓螺母的作用是固定引入電極。在固定電極時由于電極與發(fā)熱體的連接也是螺紋連接，如果圓螺母與電極上的螺紋旋向相同，在擰緊圓螺母時將帶動電極轉(zhuǎn)動，從而導致擰破發(fā)熱體。 因此需要采用不同的螺紋旋向，即圓螺母采用左旋螺紋，電極采用右旋螺紋，這樣可以避免上述問題的出現(xiàn)。 圖5-1 圓螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 圖5-2 圓螺母立體結(jié)構(gòu)圖 5.2 觀測孔的設(shè)計 考慮到本觀測孔不承受外力，只是用來觀測爐內(nèi)的大體溫度和工作狀況，因 此精度要求不高。結(jié)構(gòu)如圖 5-3 和圖 5-4 所示： 圖 5-3 觀測孔立體結(jié)構(gòu)圖 圖 5-4 觀測孔立體立體構(gòu)圖 5.3 模具的設(shè)計 燒結(jié)爐燒結(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量受模具結(jié)構(gòu)和質(zhì)量

28、的影響，因此將模具設(shè)計成上下 模，既能保證模具的定位，又能保證產(chǎn)品的高質(zhì)量出爐。模具的下模通過定位孔 與支撐體固定，然后上模具做成通孔形式與下模具定位。這樣設(shè)計方便產(chǎn)品燒結(jié) 完成后從模具中取出來。結(jié)構(gòu)圖如圖 5-5（a）和（b）所示. （a）上模具 （b）下模具 圖5-5 模具立體結(jié)構(gòu)圖 6總結(jié)與展望 本設(shè)計首先對原真空燒結(jié)爐的發(fā)展趨勢進行了深入的探討和分析，然后根據(jù) 搜集的資料對現(xiàn)有真空燒結(jié)爐存在的一些問題進行改進性設(shè)計。在設(shè)計過程中， 對結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)的計算做了大量的工作，經(jīng)過反復的修改，在結(jié)構(gòu)和性能方面 與原有同類型設(shè)備比較，有許多獨到之處，達到了設(shè)計要求的技術(shù)指標。 6.1 總結(jié) 在金

29、屬熱處理、磁性材料、粉末冶金和電子陶瓷等眾多領(lǐng)域內(nèi)，熱壓燒結(jié)爐 是一種關(guān)鍵的大型專用設(shè)備。燒結(jié)是硬質(zhì)合金毛胚生產(chǎn)的最后一道工藝，也是決定硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)鍵工序。因此燒結(jié)爐需要在結(jié)構(gòu)和功能上逐步進行改 進，以更好地滿足材料燒結(jié)過程的需要。本次設(shè)計在結(jié)構(gòu)和性能方面與國外同類 型設(shè)備比較，有許多獨到之處： （1）全部采用國產(chǎn)零部件?；Q性強，結(jié)構(gòu)緊湊，使用安全可靠，便于維 修，價格便宜。 （2）發(fā)熱元件熱效率高，采用石棉作保溫隔熱層，降低了爐壁的蓄熱量， 提升了燒結(jié)溫度的速率。加熱電源采用可控硅調(diào)壓器恒流控制，升溫速率快，工 作穩(wěn)定，安全保護電路靈敏度高。 （3）爐內(nèi)有效工作空間大，操作靈活，

30、應(yīng)用范圍廣。 （4）在燒結(jié)熱壓過程中，液壓站可根據(jù)工藝要求實行手動調(diào)壓和自動保壓， 熱壓裝置操作靈活，提高了產(chǎn)品在燒結(jié)過程中的內(nèi)在質(zhì)量，也提高了生產(chǎn)效率， 縮短了制品的制造周期，實現(xiàn)了制品的熱壓脫膜，燒結(jié)產(chǎn)品致密性好，硬度高， 性能穩(wěn)定。 （5）真空燒結(jié)可使產(chǎn)品無氧化、無孔隙,從而提高燒結(jié)制品胎體的機械強度和沖擊韌性以及對金剛石的包鑲強度。 （6）通過對密封結(jié)構(gòu)的改進，尤其是加工工藝和裝配工藝的改進和完善， 使真空爐在制造過程中的可能泄露得到有效地防止，使真空度大大的提高，保證 了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。 （7）真空燒結(jié)可極大地提高石墨模具的使用壽命,降低材料消耗,減少成本。 （8）真空燒結(jié)可以提供保

31、護氣氛所需的能量,可能占整個燒結(jié)過程的能量消耗的一半,真空燒結(jié)可以極大的減少燒結(jié)過程的能量消耗,節(jié)能是其特點之一。 6.2 真空燒結(jié)爐的發(fā)展趨勢熱處理是機械工業(yè)的一項重要基礎(chǔ)技術(shù)，通常像軸、軸承、齒輪、連桿等重要的機械零件和工模具都是要經(jīng)過熱處理的，而且，只要 選材合適，熱處理得當，就能使機械零件和工模具的使用壽命成倍、甚至十幾倍的提高，實現(xiàn)“搞好熱處理，零件一頂幾”的目標， 收到事半功倍的效果。熱處理對于充分發(fā)揮金屬材料的性能潛力，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，節(jié)約材料，減少能耗，延長產(chǎn)品的使用壽命 ，提高經(jīng)濟效益都具有十分重要的意義。 建國以來，我國的熱處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，現(xiàn)有熱處理生產(chǎn)廠點一萬

32、余家，職工15萬人，專業(yè)科技人員約1000余人，熱處理 加熱設(shè)備11萬臺，年生產(chǎn)能力660萬噸鋼件，年產(chǎn)值約50億元，全員勞動生產(chǎn)率約3萬元/人*年。目前我國在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和 某些熱處理新工藝、新技術(shù)研究方面，與工業(yè)發(fā)達國家的差距不大，但在熱處理生產(chǎn)工藝水平和熱處理設(shè)備方面卻存在著較大的差距 ，還沒有完全扭轉(zhuǎn)熱處理生產(chǎn)工藝和熱處理設(shè)備落后、工件氧化脫碳嚴重、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、能耗大、成高、污染嚴重的 局面。為促進我國熱處理技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)全面了解熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和水平，掌握其發(fā)展趨勢，大力發(fā)展先進的熱處理新技術(shù)、 新工藝、新材料、新設(shè)備，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)，實現(xiàn)“優(yōu)

33、質(zhì)、高效、節(jié)能、降耗、無污染、低成、專業(yè)化生產(chǎn)”， 力爭到2015年時與工業(yè)發(fā)達國家相距逐步減少。參考文獻1 機械工程手冊編輯委員會. 機械工程手冊m. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1997.7:354-3982 姜培剛等主編. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計m.北京：機械工業(yè)出版社,2008:85-963劉鴻文. 材料力學.北京:高等教育出版社 1991年4濮良貴、紀名剛.機械設(shè)計(第八版) 北京:高等教育出版社 2006:50-62.5 芩軍健主編.非標準設(shè)備設(shè)計手冊m.國防工業(yè)出版社.1978:220-230.6 羅良武,王嫦娟.工程圖學及計算機繪圖m.北京：機械工業(yè)出版社,2003:45-60.7肖

34、剛，李學志，李俊源.機械cad原理與實踐m. 第二版.清華大學出版社，2006.3:55-728大連理工大學工程畫教研室編.機械制圖.北京:高等教育出版社 1993:130-150.9成大先等主編.機械設(shè)計手冊m：第5卷 .第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2002:66-88.10邱家俊.工程力學m.北京：機械工業(yè)出版社,2004:107-201.11孫桓、陳作模、葛文杰.機械原理(第七版) 北京:高等教育出版社 2006:100-131.12 芩軍健主編.非標準設(shè)備設(shè)計手冊m.國防工業(yè)出版社.1978:220-230.13韓進宏，崔煥勇.互換性與技術(shù)測量m. 北京：機械工業(yè)出版社,2009.6

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