Немеханизированные закалочные баки

 

Закалочные баки периодического действия устанавливают у садоч­ных печей, они свариваются из листовой малоуглеродистой стали. Толщина стенок малых ба­ков 3...5 мм, а больших - 8...12 мм квадратной, прямоугольной или цилиндрической формы длиной, шириной и высотой соответственно 1200 (600)´700´800 мм. Стенки баков усиливаются ребрами из фасонного проката. Устанавливают их на полу цеха, а при большой высоте заглубляют в землю так, чтобы высота над уровнем пола цеха не превышала 800 мм. Они не имеют специальных устройств для выдачи охлажденных деталей на воздух.

Приток холодной воды из водопровода и удаление на­гретой позволяют поддерживать необходимую температуру водяной ванны. При использовании в качестве закалочной жидкости масла приходится при­бегать к его искусственному охлаждению. В этих закалочных баках охлаж­дающая жидкость может быть неподвижной (спокойной) или подвижной (проточной). Немеханизированиые баки обслуживаются вручную или с по­мощью цеховой (внешней) механизации.

Рис. 6.1. Двухкамерный бак для воды и масла: 1 – корпус; 2 – водяной бак; 3 – решетчатая корзина; 4 – масляный бак; 5 – трубки отвода воды; 7 – трубки подвода воды.

 

Иногда применяются двойные баки (рис. 6.1), где в одном корпусе 1 размещаются два бака через перегородку, один водяной 2, другой - масляный 4. Размер такого бака составляет 1200´700´800 мм, разделенный перегородкой на две равные части размерами по 600´700´800 мм.Это непроточные баки, смена среды в них не производится.

Бак охлаждается наружной водяной рубашкой 1, вода подводится по труб­кам 7со стороны масляного бака, так как его рабочая температура выше, чем у водяного бака. Отвод воды осуществляется по трубкам 5 .Детали помеща­ются в баках на решетчатых корзинах 3, которые подвешены на цепях или тросах. С помощью ручной лебедки после окончания охлаждения каждую корзину вместе с изделиями вынимают из бака. Кроме того, в период закалки корзи­не 3 можно сообщить колеба­тельные движения, что уско­рит охлаждение изделий в за­калочной жидкости.

При закалке мелких деталей иногда применяют передвижные закалочные баки с размерами 300´300´400 мм смонтированные на тележке.

Для крупных деталей размеры закалочного бака могут достигать по длине, ширине и высоте 3…4 м и более.

При шахтных закалочных печах устанавливают цилиндрические закалочные баки с высотой (над уровнем пола) соответствующей высоте шахтной печи.

Немеханизированные закалочные баки бывают двух типов: а) без охлаждения и б) баки с охлаждением закалочной жидкости.

Закалочные баки без охлаждения закалочной жидкости используют в условиях, когда охлаждающая жидкость нагревается незначительно, т.е. в небольших производствах при охлаждении мелких деталей.

При значительном нагреве охлаждающей жидкости для восстановления ее охлаждающей способности применяют специальные охлаждения.

Необходимость принудительного охлаждения бака с закалочной жидкостью определяется на основании уравнения теплового баланса:

 

G(c₁t₁, c₂t₂) = V_х(c_x1t_x1, c_x2t_x2),

 

где G - масса охлаждаемых одновременно деталей, кг;

с - их удельная теплоемкость, Дж/(кг×°С);

V_х - емкость бака, и или масса охлаждаемой жидкости;

с_х - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости;

t₁-t₂ - разность температур нагретых и охлажденных деталей;

t_x1-t_x2 - допустимый нагрев охлаждающей жидкости за одну закалку.

 

Пример. Рассчитать размеры закалочного бака, если в нем охлаждается вал из среднеуглеродистой стали Ø100 и l = 100 мм и массой 67,5 кг. Температура нагрева под закалку 850 °С, после закалки поверхность вала имеет температуру 40 °С и в центре 200 °С средняя температура вала примерно 100 °С.

G_вала = 67,5 кг

t_с^н - средняя начальная температура вала перед закалкой 850 °С

t_с^к - средняя конечная температура вала при выемке из бака 100 °С

с_с^н - средняя теплоемкость стали между 0 °С и 850 °С

с_с^н = 0,17 Дж/кг×град = 0,17×4,189 = 0,712 кДж/кг×град.

с_с^к - средняя теплоемкость стали между 0 °С и 100 °С

с_с^к = 0,12 Дж/кг×град = 0,12×4,189 = 0,503 кДж/кг×град

При закалке вал отдает воде следующее количество тепла:

 

Q = G(с_с^н× t_с^н - с_с^к× t_с^к) ккал(кДж)

 

Q = 67,5(0,712×850 - 0,503×100) = 67,5(605,2 - 50,3) = 67,5×554,9 =

= 37455,75 кДж

Это тепло поглощается водой(охладителем), количество которого G_воды пока неизвестно определяется из уровня:

 

Q’ = G_воды(с₀^к× t₀^к - с₀^н× t₀^н) ккал(кДж)

 

где t₀^н - начальная температура воды (20 °С);

t₀^к - конечная температура воды (40 °С);

с₀^к, с₀^н - средние теплоемкости охладителя соответственно между 20 и 40 °С. Для воды принимается равным единице.

Тогда,

 

Q’ = G_воды(40 - 20) ккал(кДж)

 

Приравнивая Q = Q’, получаем

 

 

Соответствующий объем V = 1,872 м³.

Выберем цилиндрический вертикальный бак.

Высота бака определяется из следующих данных: длина вала 1000мм. Нижний и верхний концы вала должны находиться на 100мм выше дна бака и ниже уровня воды также на 100мм.

Тогда высота бака должна быть 1000 + 2×100 = 1200мм.

Определяется внутренний диаметр бака D, если известны высота и объем бака

 

 

 

 

Высоту бака следует увеличить на заполняемую водой высоту при погружении вала, и также следует учесть, что уровень воды должен быть ниже верхнего края бака примерно на 100 мм.

 

Объем вала V =1,2 м³, т.е.

Помножив сечение вала на длину, получим объем вала – 0,0008 м³

Так как вал вытесняет такой же объем воды, то, разделив объем вала на площадь поперечного сечения бака

 

 

 

Получим величину, на которую следует увеличить высоту бака, т.е.

V:S_б = 0,0008:1,55= 0,0005 м = 5 мм.

Окончательная высота бака H_б = 1200 + 5 + 100 = 1305 мм и окончательный размер бака Ǿ1400´1305 мм.

Применяются несколько способов охлаждения зака­лочной жидкости. При небольшом количестве баков и малой напряженности работы применяют местное охлажде­ние закалочной жидкости. Наиболее целесообразно использовать в этом случае охлаждаемые водой змеевики 2 (рис. 6.2), расположенные по внутрен­ним стенкам бака 1. Подвод охлаждающей воды регулируется с помощью вентиля 3. Детали опускаются в бак на платформе 4, которая поднимается с помощью механизма 5.

Рис. 6.2. Закалочный бак с ме­стным охлаждением змеевиком