畢業(yè)設(shè)計(jì)保溫式離子熱處理爐的設(shè)計(jì)

1、2012屆 分類號(hào)：?jiǎn)挝淮a：10452本科畢業(yè)設(shè)計(jì)我的機(jī)械設(shè)計(jì)師職業(yè)生涯規(guī)劃 保溫式離子熱處理爐的設(shè)計(jì)姓名 張鵬程 學(xué)號(hào) 200815820505 年級(jí) 2008 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系（院）機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 李秋實(shí) 2011年12月10日目 錄第一部分1我的機(jī)械設(shè)計(jì)師職業(yè)生涯規(guī)劃11自我認(rèn)知11.1個(gè)人基本情況11.2職業(yè)能力及適應(yīng)性11.3個(gè)人特質(zhì)11.4自我分析小結(jié)22外部壞境認(rèn)知22.1家庭環(huán)境分析22.2社會(huì)環(huán)境分析22.3職業(yè)預(yù)備期2第二部分4保溫式離子熱處理爐的設(shè)計(jì)41緒論61.1 化學(xué)熱處理61.2 離子化學(xué)熱處理的基本原理71.3離子熱處理爐的主要結(jié)構(gòu)81.

2、4離子熱處理設(shè)備的發(fā)展和現(xiàn)狀92 真空保溫式熱處理爐的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)112.1保溫式離子熱處理爐主要特點(diǎn)112.2筒體的設(shè)計(jì)112.2.1筒體材料的選擇112.2.2 筒體外形及厚度的確定122.3 封頭的設(shè)計(jì)142.3.1 封頭材料的選擇142.3.2 封頭外形及厚度的確定142.4保溫層的計(jì)算162.4.1 保溫材料的選擇162.4.2 保溫層厚度的計(jì)算172.5 觀察窗的設(shè)計(jì)182.5.1 自行設(shè)計(jì)觀察窗192.5.2 觀察玻璃的選擇192.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)192.6.1 冷卻方式的選擇192.6.2 風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)202.7 隔熱板的設(shè)計(jì)202.7.1 隔熱板設(shè)計(jì)要求202.7.2 隔熱

3、板的確定202.8 大底盤(pán)的設(shè)計(jì)213 真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)233.1 真空系統(tǒng)的組成233.2 真空系統(tǒng)的類型233.2.1 低真空系統(tǒng)233.2.2 中真空系統(tǒng)233.2.3 高真空系統(tǒng)233.2.4 超高真空系統(tǒng)233.3密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)243.3.1密封型式的確定243.3.2 密封材料的確定243.3.3 密封設(shè)計(jì)253.4泵的選擇及計(jì)算263.4.1泵的設(shè)計(jì)要求263.4.2 泵的確定273.4.3 抽氣時(shí)間計(jì)算274.2 液壓系統(tǒng)的組成304.3 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用314.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)314.5 液壓泵站設(shè)計(jì)33參考文獻(xiàn)36謝辭37第一部分我的機(jī)械設(shè)計(jì)師職業(yè)生涯規(guī)劃1自我認(rèn)知1.1個(gè)人基本情

4、況個(gè)人性格：本人性格溫和，穩(wěn)重，樂(lè)觀，自信，開(kāi)朗大方，做事有耐心，善于團(tuán)隊(duì)合作，喜歡控制他人，敢于面對(duì)失敗和挫折，不喜歡被事情和任何人束縛；但有時(shí)候會(huì)比較激進(jìn)，有時(shí)候會(huì)愛(ài)表現(xiàn)自己。身心情況：身體正常，飲食睡眠規(guī)律，沒(méi)有重大疾病和身體缺陷；心理健康，沒(méi)有不良愛(ài)好，能夠很快派遣壓力社會(huì)關(guān)系：人際關(guān)系正常，能夠很好的與同學(xué)、朋友、同事相處，交友廣泛；在接觸上級(jí)的時(shí)候，會(huì)略顯緊張，但仍保持穩(wěn)定，與學(xué)校內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)和老師有一定聯(lián)系。與外界商家或企事業(yè)單位的聯(lián)系較少，缺少這方面的人脈。實(shí)踐技能：曾經(jīng)到企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，了解其產(chǎn)供銷流程；參加過(guò)義教等志愿者活動(dòng)；1.2職業(yè)能力及適應(yīng)性我的數(shù)理能力和推理能力分?jǐn)?shù)都很高，

5、這和我從小偏向于理科類的學(xué)習(xí)有很大關(guān)系，理科需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算和縝密的思維，這些練就了我遇事先分析，逐項(xiàng)推理，從而從最佳角度解決問(wèn)題的能力。理科所需的大量的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算，也使我養(yǎng)成做事細(xì)心，有耐心的習(xí)慣，不會(huì)半途而廢，也不會(huì)馬馬虎虎。因此，在面臨重大決策時(shí)，我會(huì)冷靜的分析各種影響因素，然后再作出最后決定。同時(shí)，我的基本智能、語(yǔ)言能力和信息分析能力都處于較高的分?jǐn)?shù)，這些很多和我日常的積累有關(guān)系。我的人文素質(zhì)是最低分的，這也和我平時(shí)的閱讀缺少這方面的內(nèi)容有關(guān)，在這方面，還需要繼續(xù)提高。1.3個(gè)人特質(zhì)我適合的職場(chǎng)特點(diǎn)：適合從事科研型技術(shù)性工作，不需要處理太多的人際關(guān)系和去與別人打交道。還適合從事技術(shù)性工

6、作，對(duì)智力和創(chuàng)造性具備一定的挑戰(zhàn)性的工作。職業(yè)個(gè)性特征和我適合的職業(yè)特征都指向了我適合從事從事科研型技術(shù)性工作，而具備從事精細(xì)工作的耐心和長(zhǎng)期智力勞動(dòng)的興趣。1.4自我分析小結(jié)1、個(gè)性特征和風(fēng)格：做事準(zhǔn)確而有耐心，細(xì)致追求工作的質(zhì)量，為人冷靜理性，對(duì)人外表比較冷漠，但是對(duì)于事情和情緒了然于心。在團(tuán)體中很少發(fā)表自己的意見(jiàn)，缺乏一些獨(dú)立性，一般不會(huì)單獨(dú)行動(dòng)。2、價(jià)值追求：平穩(wěn)的工作環(huán)境和節(jié)奏，討厭做事斷斷續(xù)續(xù)，生活和工作有保障。工作和生活中的人際關(guān)系比較松散。3、能力優(yōu)勢(shì)：能應(yīng)對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)和程序，耐心與毅力。工作講究秩序和精確度，具備無(wú)窮的技術(shù)工作潛力，關(guān)心品質(zhì)與產(chǎn)能，經(jīng)常具備一些特殊技巧或知識(shí)。

7、4、學(xué)習(xí)模式：不斷補(bǔ)充自己，武裝自己的頭腦，即使了解機(jī)械界的新動(dòng)態(tài),；另外多于設(shè)計(jì)方面的人才、成功者交談，從吸取經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。 2外部壞境認(rèn)知 2.1家庭環(huán)境分析家庭收入：父母均為小學(xué)文化，均在家務(wù)農(nóng)，收入僅能解決溫飽及勉強(qiáng)供我上大學(xué)讀書(shū)，不能為我提供其他享受的或者是創(chuàng)業(yè)啟動(dòng)資金。家庭地位：家庭位于農(nóng)村，對(duì)外交流不便，且父母人際關(guān)系較窄，不能為我提供或介紹就業(yè)崗位。且我的戶口已經(jīng)轉(zhuǎn)移到臨沂，臨沂出現(xiàn)在父母及其他親戚的人際圈內(nèi)的幾率幾乎為零。家庭關(guān)系：父母對(duì)我的期望很高，他們尊重我選擇的職業(yè)道路，但卻不能在物質(zhì)上給我很大的支持。 2.2社會(huì)環(huán)境分析中國(guó)政治穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)盡管處于金融危機(jī)之中，但經(jīng)濟(jì)仍持

8、續(xù)發(fā)展，在全球經(jīng)濟(jì)一體化環(huán)境中的擔(dān)當(dāng)重要角色。這個(gè)“世界的工廠”要實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”正需要設(shè)計(jì)師這樣的人才！ 2.3職業(yè)預(yù)備期大一、大二學(xué)習(xí)的都是基礎(chǔ)課程、主要在于提高自身素質(zhì)，加強(qiáng)自己的文化素養(yǎng)，鍛煉自己創(chuàng)新的能力。積累學(xué)習(xí)方法。大三在加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，考取與目標(biāo)職業(yè)相關(guān)的職業(yè)資格證書(shū)。大四初步完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯不斷充實(shí)自我，掌握豐富而又扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，并到社會(huì)上實(shí)習(xí)，把心態(tài)調(diào)整好，有方向性的學(xué)習(xí)有關(guān)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，積累這方面的經(jīng)驗(yàn).畢業(yè)后前三年繼續(xù)學(xué)習(xí)，再就業(yè)單位能擔(dān)任較重要的角色。我們每一個(gè)人都應(yīng)該知道自己適合做什么，應(yīng)該做什么，以及怎樣實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。我們所在

9、的環(huán)境（社會(huì)環(huán)境和自身周?chē)沫h(huán)境）是多變的，我們要適時(shí)調(diào)整自己的目標(biāo)計(jì)劃，踏踏實(shí)實(shí)地為自己的夢(mèng)想努力。無(wú)法知道自己能否做到最好，就盡力讓自己做到更好。第二部分保溫式離子熱處理爐的設(shè)計(jì)摘 要等離子滲氮具有滲速快、滲層組織易于控制、脆性和變形小、無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)離子滲氮處理的零件，其表面硬度高，耐磨性好，且耐蝕性及疲勞強(qiáng)度都有較大的提高。由于離子滲氮零件的熱能獲得與一般傳統(tǒng)的加熱方法不同，是靠離子轟擊工件表面進(jìn)行加熱的，所以被處理工件的溫度取決于其表面積。目前國(guó)內(nèi)離子滲氮爐存在許多問(wèn)題，其中主要的問(wèn)題是爐內(nèi)工件溫度不均勻，大量浪費(fèi)熱能。這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于，國(guó)內(nèi)的離子滲氮爐都采用了雙層水冷的方式，滲

10、氮爐的工作溫度在600左右，冷卻水帶走了爐內(nèi)熱量，并造成爐內(nèi)徑向工件溫度不均勻。這種滲氮爐的工作方式不僅降低了工作效率，而且浪費(fèi)了能源。本文設(shè)計(jì)了一套新型的保溫式離子熱處理爐，在真空室的外側(cè)設(shè)置了保溫層，大大提高了爐內(nèi)工件的溫度均勻性。另外，保溫式爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，節(jié)省能源，從而提高了工作效率。關(guān)鍵詞：保溫式；離子熱處理爐；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractPlasma nitrogen seepage rate is faster, easier to control layer organizations, brittle deformation and small, non-pollutio

11、n and other advantages, the plasma nit riding treatment of spare parts, its surface hardness, abrasion resistance, and fatigue and corrosion resistance and have A greater increase. Because plasma nit riding parts of the thermal and general access to traditional heating methods, relying on ion bombar

12、dment heating the surface, the work requirements of the furnace temperature uniform. At present the domestic plasma nit riding furnace there are many problems, of which the main issue is uneven temperature furnace parts, wasting a lot of heat. Is the key to these issues, domestic plasma nit riding f

13、urnace use a water-cooled two-tier approach, nit riding temperature in the furnace of about 600 , cooling water taken away furnace heat, the furnace temperature uneven. This nit riding furnace work, not only reduced the efficiency and a waste of energy.In this paper, a new type of plasma heat-treatm

14、ent furnace was designed. The furnace body was a vacuum chamber coved a layer of insulating material. The insulation furnace can greatly improve the temperature uniformity of the work pieces. In addition, the insulation type of plasma heat-treatment furnace has the advances of simple structure, easy

15、 maintenance, energy saving and high efficiency.Key words: thermal insulation; plasma heat treatment furnace; structural design1緒論1.1 化學(xué)熱處理所謂化學(xué)熱處理，是將工件置于含有某重滲入元素的活性介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，使?jié)B入元素被吸附并擴(kuò)散滲入工件的表面層，以改變化學(xué)成分和組織，從而使其表面具有與心部不同的特殊性能的一種工藝?；瘜W(xué)熱處理的主要特征是：固態(tài)擴(kuò)散滲入 ，改變工件表面層的化學(xué)成分，既工件表面不僅有組織的變化，而且有化學(xué)成分的變化，滲層與基體之間有

16、擴(kuò)散層。化學(xué)熱處理的驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度。化學(xué)熱處理形成滲層的結(jié)構(gòu)遵守相圖，其結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，屬于冶金結(jié)合?；瘜W(xué)熱處理按滲入元素可分為滲碳、滲氮、滲硼、滲鋁、碳氮共滲以及碳鉻復(fù)合滲等。滲入一種元素的稱為單元滲；同時(shí)滲入兩種或兩種以上的元素的，稱為二元或多元共滲；先后滲入兩種或兩種以上元素的，稱為二元或多元復(fù)合滲?；瘜W(xué)熱處理的分類放大較多，可根據(jù)工件的工作條件和對(duì)性能的要求，選用相應(yīng)的工藝處理方法。按滲入元素的活性介質(zhì)所處狀態(tài)的不同分類，有固體法、液體法、氣體法、離子轟擊法等。本設(shè)計(jì)使用的是離子轟擊法 包括離子轟擊滲碳、離子轟擊氮化、離子轟擊滲金屬等。圖1-1（d）為離子轟擊法示意圖，采用101000

17、Pa真空度，向真空罐里通入稀薄氣體，在高壓電場(chǎng)作用下引起輝光放電，使氣體電離，用所產(chǎn)生的正離子轟擊工件表面，正離子具有高動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱，能將工件加熱，并使表面點(diǎn)陣原子激活脫位、位錯(cuò)等晶體缺陷，變?yōu)辄c(diǎn)陣缺陷擴(kuò)散，大幅度縮短擴(kuò)滲時(shí)間、生產(chǎn)周期，節(jié)省電源和氣源，無(wú)公害，勞動(dòng)條件好，是一項(xiàng)發(fā)展較快的熱處理工藝。離子轟擊熱處理是至于低壓容器內(nèi)的工件，在輝光放電的作用下，帶電離子轟擊工件表面，使其溫度升高，實(shí)現(xiàn)所需源自滲擴(kuò)進(jìn)入工件表層的一張化學(xué)熱處理方法。與常規(guī)化學(xué)熱處理相比，離子化學(xué)熱處理具有許多突出的特點(diǎn)：滲層質(zhì)量好、工藝可控性強(qiáng)、工件變形小、；處理溫度范圍寬、易于實(shí)現(xiàn)局部防滲；滲速快、生產(chǎn)周期短，可節(jié)

18、約時(shí)間15%50%；熱效率高、工作氣體耗量少，一般可節(jié)約能30%以上、省氣70%90%；無(wú)煙霧、廢氣污染，處理后工件和夾具潔凈，工作環(huán)境好；柔性好、便于生產(chǎn)線組合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化34。圖1-1各種化學(xué)熱處理技術(shù)示意圖1.2 離子化學(xué)熱處理的基本原理以離子滲氮為例，其基本過(guò)程如下：按圖1-4的裝置，把工件（11）放在陰極托盤(pán)（13）上，蓋上真空鐘罩（6），由真空泵（22）進(jìn)行抽氣，直至爐內(nèi)真空達(dá)1.33Pa，然后通過(guò)進(jìn)氣管通氨氣（滲氮?dú)夥眨┲翚鈮?6Pa后，接通電源，在陰極（11和13）與陽(yáng)極（12）之間施加直流電壓，又零逐漸增大，至某一值后，爐內(nèi)工件上突然出現(xiàn)輝光，逐漸增加外加電壓，工件表面逐漸被

19、輝光所覆蓋，直至所有陰極面積完全被度光所覆蓋后，進(jìn)一步增加兩極間電壓，輝光亮度增加，工件溫度上升，直至所需加熱溫度，并把爐內(nèi)氣壓及電參數(shù)調(diào)整至工藝要求值，開(kāi)始正常滲氮過(guò)程，直至保溫終了，切斷電源，處理完畢。可見(jiàn)離子化學(xué)熱處理系利用稀薄氣體的輝光放電現(xiàn)象。在離子熱擴(kuò)滲中，欲滲元素的離子的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)都又低真空中氣體輝光放電的產(chǎn)生條件和輝光區(qū)的特點(diǎn)決定，因此有必要了解輝光放電的基本特性6。圖1-4 離子滲氮裝置示意圖1.氨瓶 2.氨壓力表 3.閥 4.干燥箱 5.流量計(jì) 6.鐘罩 7.進(jìn)水管8.出水管9.進(jìn)氣管 10.窺視孔 11.工件 12.陽(yáng)極 13.陰極 14.熱電偶15.XCT動(dòng)圈式儀表16

20、.抽氣管 17.U型真空計(jì) 18.閥 19閥20.真空規(guī)管 21.真空計(jì) 22.真空泵 23.直流電流1.3離子熱處理爐的主要結(jié)構(gòu)真空爐體是離子轟擊熱處理工件的工作室，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與真空爐基本相同。離子熱處理爐的主要構(gòu)件有：（1）爐體等離子熱處理爐爐體分為冷壁和熱壁兩類，傳統(tǒng)的離子滲氮爐，一般溫度均在650以下，大都采用爐壁夾層通水冷卻的冷壁爐，采用脈沖電源，可以滿足離子轟擊件單位面積上功率的需要。熱壁爐是指除離子轟擊形式的加熱外，在爐內(nèi)另行設(shè)置加熱器件，它們同時(shí)（或預(yù)熱后）加熱工件，進(jìn)行離子轟擊處理。熱壁爐有利于提高爐內(nèi)溫度均勻度和減少處理開(kāi)始期的“打弧”。（2）隔熱屏在離子爐內(nèi)設(shè)置隔熱屏有顯

21、著的節(jié)能效果。測(cè)試表明，有一層不銹鋼隔熱屏比無(wú)隔熱屏的節(jié)省功率40%，再加上一層鋁合金隔熱屏，節(jié)省功率可達(dá)55%。隔熱屏也作為輝光放電的陰極，可以單獨(dú)引線，成與爐壁共接陽(yáng)極。隔熱屏內(nèi)壁應(yīng)平整光滑。無(wú)焊點(diǎn)、鉚釘頭之類的突點(diǎn)，或則會(huì)在突點(diǎn)尖銳部位形成陽(yáng)極輝光集中亮點(diǎn)。隔熱屏是真空熱處理爐的重要部件，它起隔熱、保溫的作用，也時(shí)常作為固定加熱器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，隔熱屏結(jié)構(gòu)型式和材料，對(duì)爐子加熱功率有很大的影響，它除應(yīng)滿足爐子的耐火度、絕熱、抗熱沖擊和抗腐蝕等要素外，還應(yīng)有良好的熱透性，能夠盡快脫氣。（3） 陰極輸電裝置與支承陰極輸電裝置起支承工件并將電流輸入爐內(nèi)的作用。離子滲氮的陰極輸電裝置也可將引入加熱室

22、的部分采用非金屬耐熱制品，它既支承爐床，又作為電流傳導(dǎo)的陰極輸電柱，常用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度石墨制作，其防止弧光放電的護(hù)隙結(jié)構(gòu)與金屬陰極類似。對(duì)于一個(gè)陰極作為支承的較大工作盤(pán)采用三點(diǎn)以上的支承，它僅作支承面無(wú)輸電的功能，但因有輝光存在，所以仍必須有與輸電陰極相同的護(hù)隙結(jié)構(gòu)。（4） 測(cè)工件溫度的裝置由于在離子轟擊處理過(guò)程中，工件帶有高壓電位，給準(zhǔn)確測(cè)溫帶來(lái)困難。在離子轟擊輝光放電爐內(nèi)，最準(zhǔn)確的測(cè)溫方法是采用封閉內(nèi)孔帶有護(hù)隙套管的熱電偶埋入試樣內(nèi)，用電位差計(jì)或高精度數(shù)字電壓表讀出毫狀值。其他測(cè)溫方法都應(yīng)與埋偶測(cè)溫進(jìn)行比較，以確定其測(cè)溫精度。（5）觀察窗通常通過(guò)觀察窗來(lái)監(jiān)視真空容器內(nèi)部生產(chǎn)情況（如觀測(cè)溫度、試

23、料狀態(tài)等）或傳輸光源。根據(jù)密封型式，觀察窗可分為可拆連接和不可拆連接。前者用于高真空和低真空，后者用于超高真空系統(tǒng)。在不可拆連接中，用無(wú)氧高導(dǎo)銅和玻璃的不匹配封接或者使用可伐與玻璃的匹配封接，兩者都能承受300450高溫烘烤。真空度要求不太高的地方，可用透明有機(jī)玻璃板代替玻璃板。傳播光線的觀察窗材料可采用光學(xué)玻璃或熔石英等。石英玻璃用在高溫爐上，為了預(yù)防橡膠密封圈過(guò)熱，法蘭要用水冷卻。為了防止某些金屬蒸鍍到玻璃片上，可裝設(shè)擋片或擦拭片12。1.4離子熱處理設(shè)備的發(fā)展和現(xiàn)狀現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為滿足零件的大批量處理、零件的體積和重量大，滲氮表面質(zhì)量要求高的需求，離子滲氮設(shè)備采用了新型電子元件以及微機(jī)

24、控制技術(shù)14。近年來(lái)，工業(yè)上應(yīng)用的大型離子滲氮設(shè)備的最大直流電流達(dá)500安，甚至10兆安。離子滲氮設(shè)備采用品閘管元件制成可調(diào)整流電源，隨著品閘管、GT0電力電子器件的應(yīng)用，加大了功率，方便了控制，而IGBT器件的應(yīng)用，使電源和控制得到了進(jìn)一步提高。脈沖電源的發(fā)展，解決了帶有小孔、窄縫的零件的離子滲氮的困難。由于電子器件的改進(jìn)，系統(tǒng)的可靠性大大提高，目前脈沖頻率可高達(dá)幾萬(wàn)赫茲，最大電流可達(dá)400A。數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用改變了原來(lái)比較煩瑣的調(diào)試，增加了電源的穩(wěn)定性和可靠性，離子滲氮爐爐體也有新的發(fā)展，除已經(jīng)廣泛使用的水冷爐壁外，還出現(xiàn)了多種保溫、加熱、交換氣體冷卻和可控空氣強(qiáng)迫冷卻等各種形式的爐體，

25、進(jìn)一步提高了離子滲氮均勻性和表面質(zhì)量。T形爐體的出現(xiàn)，方便了零件的吊掛和長(zhǎng)件內(nèi)孔的處理。我國(guó)于1967年開(kāi)始試用離子滲氮，1971年后，一些科研單位、大專院校和工廠先后投人人力物力，開(kāi)展離子滲氮方面的研究和應(yīng)用。1977年4月當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械工業(yè)部組織召開(kāi)了全國(guó)離子滲氮交流會(huì)，促進(jìn)r離子滲氮技術(shù)在中國(guó)的迅速發(fā)展。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)企業(yè)的重組和根據(jù)市場(chǎng)的要求，逐漸形成了為數(shù)不多的幾家離子滲氮設(shè)備生產(chǎn)廠，不少城市調(diào)整布局，停用了一些設(shè)備，開(kāi)設(shè)一些專業(yè)離子滲氮處理工廠，承接此類工藝處理業(yè)務(wù)同時(shí)也有引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和資金，成立了等離子技術(shù)的合資公司，生產(chǎn)微機(jī)控制全自動(dòng)離子滲氮設(shè)備，并對(duì)各種零件進(jìn)行

26、離子滲氮處理，促進(jìn)了我國(guó)離子滲氮技術(shù)的發(fā)展2 真空保溫式熱處理爐的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2.1保溫式離子熱處理爐主要特點(diǎn)本裝置采用保溫式反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，反應(yīng)室內(nèi)的工件采用離子轟擊加熱，反應(yīng)室的外壁用保溫材料覆蓋，反應(yīng)室僅在密封膠圈、電極等必須冷卻的部位采取局部水冷。反應(yīng)室經(jīng)過(guò)絕熱處理后，除節(jié)電、節(jié)水外，還提高了反應(yīng)室內(nèi)工件的溫度均勻性，擴(kuò)大了反應(yīng)室內(nèi)的有效使用空間。為了使處理后的工件在冷卻過(guò)程中加快冷卻速度，在保溫層和反應(yīng)室外壁之間有水冷或風(fēng)冷通道。與水冷式爐體結(jié)構(gòu)相比，絕熱式爐體結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：(1) 爐內(nèi)空間溫度高：解決了離子熱處理的測(cè)溫問(wèn)題。(2) 爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理：爐內(nèi)有效裝載空間增加30%。(3)

27、 節(jié)能效果好：節(jié)電50、節(jié)水80%。(4) 具有多功能：可用于氮化、滲硫、軟氮化加氧化和PCVD等處理。圖2-1 保溫式離子熱處理裝置示意圖2.2筒體的設(shè)計(jì)筒體材料的選擇離子滲氮時(shí)的溫度在600以下，考慮到保溫式爐體在該溫度下所要達(dá)到的性能和設(shè)計(jì)壽命，以及對(duì)高溫蠕變的考慮，決定采用高溫強(qiáng)度和抗高溫氧化性都比較好的奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti。另外，奧氏體不銹鋼還具有較好的塑韌性、耐蝕性、冷加工成形性、可焊性等一系列優(yōu)點(diǎn)。雖然奧氏體不銹鋼價(jià)格是普通低碳鋼的2倍，但用于水冷式爐體由于要考慮水的腐蝕、水垢等因素的影響從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看選用不銹鋼作爐體成本要低于低碳鋼作爐體的成本。 筒體外形及厚度的確定大

28、多數(shù)真空室的殼體都是圓筒形的，原因是制造容易而強(qiáng)度好。真空室除用板材制造外，對(duì)于直徑較小的真空室筒體亦可用熱軋無(wú)縫鋼管制造。圓筒體焊制后應(yīng)進(jìn)行整形和矯直。根據(jù)需要真空室可以做成立式或臥式的。圓筒形殼體的計(jì)算：按計(jì)算公式確定外壓圓筒形殼體壁厚根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的筒體的內(nèi)徑DB= 600mm，內(nèi)徑高HB= 1000mm。因圓筒殼體只承受外壓，可按穩(wěn)定條件計(jì)算，其壁厚為 S= 1.25 D( ) mm （2-1）式中：S0圓筒計(jì)算壁厚 mm ；DB圓筒內(nèi)徑 mm ，取DB= 600mm；P外壓設(shè)計(jì)壓力 MPa，設(shè)計(jì)的工作壓力為0.1個(gè)大氣壓，取P=0.1MPa；L圓筒計(jì)算長(zhǎng)度 mm ，（由圖2-2

29、）可得圖 2-2 外壓圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度因設(shè)計(jì)的筒體的長(zhǎng)度Y=700mm，封頭的高度h=300mm，則Xh=100mm，L=YX800mm；Et材料溫度為t時(shí)的彈性模量×105 MPa，資料16中圖9-7給出了碳鋼和合金鋼在各種溫度下的Et值；因所設(shè)計(jì)爐的材料為奧氏體不銹鋼，有表可知，Et =1.46×105 MPa；上述所得出的結(jié)果帶入公式（2-1）得S= 1.25×600×（）3.15（mm）。圓筒的實(shí)際壁厚為S= S0C mm （2-2）式中 S 圓筒實(shí)際壁厚 mm ；S0 圓筒計(jì)算壁厚 mm ，由上計(jì)算得S03.15mm；C 壁厚附加量 mm, 壁厚

30、的附加量應(yīng)按下式確定：C=C1C2C3 mm （2-3）式中 C 壁厚的附加量 mm ；C1 鋼板的最大負(fù)公差附加量mm，一般情況下均取0.5mm，則 C10.5mm；C2 腐蝕裕度 mm ,當(dāng)介質(zhì)對(duì)容器材料的腐蝕速度大于0.55mm 年時(shí)，其腐蝕裕度應(yīng)根據(jù)腐蝕速度和設(shè)計(jì)的使用壽命來(lái)決定。當(dāng)介質(zhì)對(duì)容器材料的腐蝕速度0.05mm 年時(shí)（包括大氣腐蝕），單面腐蝕取C2=1mm，雙面腐蝕取C2=2mm。因所設(shè)計(jì)爐時(shí)單面被腐蝕，則C2=1mm；C3 封頭沖壓時(shí)的拉伸減薄量 mm ，在一般情況下，C3取計(jì)算厚度的10%，并且不大于4mm，對(duì)于需要加熱工手工敲打的封頭，根據(jù)加工具體情況，考慮增加由于氧化及

31、拉伸所減薄的厚度，并在圖紙上注明，對(duì)于圓筒體等不經(jīng)沖壓的元件，C3=0。則C3=0。則 C=C1+C2+C3=0.5101.5（mm）以上的結(jié)果帶入公式（2-2）得，S= S0+C=3.151.54.65（mm）根據(jù)實(shí)際情況，圓筒的實(shí)際壁厚應(yīng)為 S5（mm）2.3 封頭的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未指定應(yīng)用程序。 圖2-3 封頭簡(jiǎn)圖圓筒體上的封頭一般都用橢圓形封頭（如圖1-10示），從受外壓角度來(lái)講，采用這種封頭形式比較好。除橢圓形以外，還有碟形封頭及無(wú)折邊球形封頭。碟形封頭常用，無(wú)折邊球形封頭在圓筒體上少用，而在真空室門(mén)上多用。因此所設(shè)計(jì)的封頭為橢圓形封頭的形式設(shè)計(jì)。 封頭材料的選擇由于封頭是爐體的一部分，

32、使用條件和筒體一樣，我們同樣采用了奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti。2.3.2 封頭外形及厚度的確定橢圓形封頭厚度計(jì)算因1.5,所以外壓凸形封頭按內(nèi)壓封頭公式計(jì)算，但須將實(shí)際壓力乘以1.7倍，如圖（2-4）其公式為：橢圓形封頭：SC mm (2-4)式中 S 封頭計(jì)算壁厚 mm; P外壓設(shè)計(jì)壓力 MPa，設(shè)計(jì)的工作壓力為0.1個(gè)大氣壓，取P=0.1MPa； DB圓筒內(nèi)徑 mm ，取DB= 600mm； 焊縫系數(shù)；由資料16中表9-6可得，雙面自動(dòng)電弧焊或手工焊的對(duì)接焊縫以及保證雙面焊透的丁字連接焊縫，則0.7； hB 封頭突出部分內(nèi)邊高度 mm；由圖2-3得，圖2-4 橢圓形封基本尺寸可知封頭

33、的高度為 H300mm，由圖2-6可知 LH，hB200mmS； 許用應(yīng)力 MPa；由資料16中表9-4，9-5得。； ； （2-5） 或 ；式中 材料的許用應(yīng)力 MPa，不同溫度下材料的許用應(yīng)力見(jiàn)資料16中表9-4；b 常溫下材料的最低強(qiáng)度限 MPa，則取b144 MPa； 工作溫度下材料的屈服限 MPa，亦可產(chǎn)生殘余變形達(dá)0.2%的條件屈服限，則取127 MPa； 工作溫度下，材料的蠕變限 MPa，則取127 MPa；nb，ns，nn 安全系數(shù)，有資料16中表9-5得，n3.0；n1.5；n1.0；以上帶入公式（2-5）得；48 MPa； 84.67 MPa；127 MPa；所以48 MP

34、aC 壁厚附加量 mm；壁厚的附加量： CC1C2C3 mm (2-6)式中 C1 鋼板的最大負(fù)公差附加量 mm，由資料16中表9-3得，一般情況下均取C10.5mm； C2 腐蝕裕度 mm，因所設(shè)計(jì)的爐為單面腐蝕，則C21mm； C3 封頭沖壓時(shí)的拉伸減薄量 mm，因圓筒體等不經(jīng)沖壓的元件，則C30 。則 CC1C2C30.5101.5 （mm）綜上所述，封頭的壁厚為：SC×1.5解得 S2.65（mm）；根據(jù)實(shí)際情況，取 S3.0（mm）2.4保溫層的計(jì)算 保溫材料的選擇在保溫材料的物理、化學(xué)性能滿足工藝要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、價(jià)格低廉、施工方便、便于維護(hù)的保

35、溫材料。在本次設(shè)計(jì)中我們采用了硅酸鋁耐火纖維，其性能見(jiàn)表2-1。硅酸鋁耐火纖維是一種新型輕質(zhì)耐火、絕熱材料，它具有以下特點(diǎn)：容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐高溫、抗機(jī)械振動(dòng)好、受熱膨脹小、絕緣、隔音性能好、施工簡(jiǎn)便。表2-1 硅酸鋁纖維的性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)普通纖維高純纖維高鋁纖維導(dǎo)熱系數(shù)（w/m·k）0.0380.0350.032最高使用溫度（）100010511250纖維細(xì)度（um）2.32.32.3渣球含量%854線收縮率%（1000，3小時(shí)）432.5防火性能A級(jí)不燃A級(jí)不燃A級(jí)不燃軟氈密度（kg/m3）80-192100-160100-1602.4.2 保溫層厚度的計(jì)算所設(shè)計(jì)的保溫爐在常

36、溫下工作，爐內(nèi)的工作溫度在600左右的環(huán)境下工作，對(duì)爐內(nèi)熱量的保溫有較高的要求。要求爐外壁的溫度需要與常溫下的溫度接近，即20 左右。設(shè)計(jì)的保溫爐有空氣層的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，緊貼在工作爐為10mm左右的共七層，而空氣層不能過(guò)大，否則將引起對(duì)流換熱，從而減弱了空氣的隔熱作用；中間采用耐高溫的保溫材料硅酸鋁纖維進(jìn)行保溫。傳熱方法計(jì)算所設(shè)計(jì)保溫爐在常溫下工作，對(duì)爐整體的保溫要求較高。保溫爐有筒體、空氣保溫層、內(nèi)保護(hù)層、硅酸鋁纖維保溫層和外保溫層組成，如圖2-4所示。爐內(nèi)的傳熱為二維穩(wěn)態(tài)傳熱，即四周傳熱的熱量都是相等。設(shè)從爐內(nèi)傳出的熱量為q、通過(guò)空氣保溫層傳出的熱量為q1、通過(guò)保溫材料傳出的熱量為q2、通

37、過(guò)外保護(hù)層散熱到大氣的熱量為q3，有下列等式可得：qq1q2q3。以上可得如下公式進(jìn)行求得保溫層材料的壁厚：即 （2-7）式中 1 空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.25 Wm·K；2 硅酸鋁纖維的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.09 Wm·K（400）；t0 爐內(nèi)壁的工作溫度，設(shè)工作溫度為600，到爐內(nèi)壁的共組溫度為550；t1 空氣層的外表面溫度（即保溫材料的內(nèi)壁溫度，取400）；t2 保溫材料的外壁溫度，取50；d0 為爐的外徑，取610mm；d1 為空氣層的外徑，取630mm；d2 為保溫層的外徑；上述可得保溫層的壁厚為：解得d2785.54mm得出保溫層的壁厚為 d（785.54630）&#

38、247;277.77mm；根據(jù)實(shí)際要求，實(shí)際的壁厚為取80mm。圖2-5 有空氣保溫層的保溫爐斷面圖2.5 觀察窗的設(shè)計(jì)通常通過(guò)觀察窗來(lái)監(jiān)視真空容器內(nèi)部生產(chǎn)情況（如觀測(cè)溫度、試料狀態(tài)等）或傳輸光源。根據(jù)密封型式，觀察窗可分為可拆連接和不可拆連接。前者用于高真空和低真空，后者用于超高真空系統(tǒng)。在不可拆連接中，用無(wú)氧高導(dǎo)銅和玻璃的不匹配封接或者使用可伐與玻璃的匹配封接，兩者都能承受300450高溫烘烤。真空度要求不太高的地方，可用透明有機(jī)玻璃板代替玻璃板。傳播光線的觀察窗材料可采用光學(xué)玻璃或熔石英等。石英玻璃用在高溫爐上，為了預(yù)防橡膠密封圈過(guò)熱，法蘭要用水冷卻。為了防止某些金屬蒸鍍到玻璃片上，可裝

39、設(shè)擋片或擦拭片。觀察窗的基本結(jié)構(gòu)類型有： 帶擦拭片的觀察窗、 水冷觀察窗、 可移動(dòng)觀察窗、 透明聚乙烯薄膜觀察窗等。 帶擦片式觀察窗 帶擦片式觀察窗的整體效果較好，可以對(duì)觀察窗隨時(shí)進(jìn)行擦洗，達(dá)到觀察窗的清潔，但也有存在著缺點(diǎn)，主要在于爐子要進(jìn)行維修時(shí)，帶擦片式觀察窗拆卸不方便，甚至困難，所以這種觀察窗不常采用。 水冷觀察窗 帶有冷卻水的觀察窗的冷卻效果較好，降低了觀察窗的溫度，拆卸維修也比較方便；但也存在缺點(diǎn)，該觀察窗上帶有兩個(gè)玻璃窗，且中間隔有間隙，在冷卻的過(guò)程中水汽在兩玻璃片的中間模糊了觀察爐內(nèi)的效果，這樣以來(lái)對(duì)觀察窗要經(jīng)常進(jìn)行擦洗，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 可移動(dòng)觀察窗和透明聚乙烯薄膜觀察

40、窗 二者的觀察窗優(yōu)點(diǎn)在于總結(jié)了上述觀察窗的缺點(diǎn)，可大大增加了成本，然而這種觀察窗在工業(yè)上不常用。2.5.1 自行設(shè)計(jì)觀察窗圖2-6 觀察窗結(jié)構(gòu)總結(jié)常用觀察窗的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出成本低，維修方便且冷卻效果較好的觀察窗，因此所設(shè)計(jì)的觀察窗為帶有冷卻水的且可拆卸的觀察窗。如圖2-6所示。所設(shè)計(jì)的觀察窗為帶有冷卻水的且可拆卸的觀察窗結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，裝拆卸、維修也比較方便，主要是帶有冷卻系統(tǒng)，可降低觀察玻璃的溫度。 觀察玻璃的選擇爐內(nèi)工作的溫度在600左右，對(duì)材料的隔熱性能、耐高溫的性能要求比較高，雖然觀察窗用水進(jìn)行冷卻，達(dá)到降低溫度的目的，但爐內(nèi)工作的溫度較高也會(huì)大量熱量會(huì)輻射到觀察窗上，使觀察玻璃的溫度上

41、升。為了提高觀察玻璃的使用壽命，應(yīng)采用耐高溫的玻璃，即耐熱玻璃。2.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.6.1 冷卻方式的選擇傳統(tǒng)離子滲氮爐的冷卻方式存在許多問(wèn)題。如水冷式的離子滲氮爐采取在爐筒夾層內(nèi)通水冷卻的方式。由于爐壁吸收了大量的熱量，最終被冷卻水不斷地帶走，這就造成了能量的大量損失。離子滲氮處理完成后，工件要隨爐自然冷卻，由于設(shè)備的冷卻速度非常慢，因此冷卻需要很長(zhǎng)時(shí)間，這就大大降低了生產(chǎn)效率。另外，由于降溫緩慢，擴(kuò)散層中針狀´相析出，降低了離子滲氮后零件的力學(xué)性能。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，使被處理工件的針狀´相迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楹R氏體，增加強(qiáng)度，進(jìn)一步提高使用壽命，我們采用了

42、風(fēng)冷來(lái)對(duì)爐體進(jìn)行冷卻，設(shè)計(jì)了離子滲氮爐的快速冷卻系統(tǒng)風(fēng)道，風(fēng)道圖如圖2-7所示。當(dāng)工件進(jìn)行快速冷卻時(shí)，打開(kāi)充氣控制閥，冷卻氣體經(jīng)進(jìn)氣環(huán)管進(jìn)入爐內(nèi)，冷卻氣體在風(fēng)道流動(dòng)帶走了熱量。從而加快了工件的冷卻速度。2.6.2 風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)道的快速冷卻系統(tǒng)，風(fēng)道圖如圖2-7所示。將直徑為10mm的不銹鋼鋼絲以100mm的間距纏繞在爐體外側(cè)，用點(diǎn)焊的方法將其固定在爐體上，然后在爐體外側(cè)既是鋼絲的外側(cè)覆一薄鋼片，鋼片和爐體之間夾著不銹鋼絲，即形成風(fēng)道。圖2-7 風(fēng)道的結(jié)構(gòu)圖2.7 隔熱板的設(shè)計(jì) 隔熱板設(shè)計(jì)要求隔熱板是真空熱處理爐的重要部件，它起隔熱、保溫的作用，也時(shí)常作為固定加熱器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，隔熱板結(jié)構(gòu)型式

43、和材料，對(duì)爐子加熱功率有很大的影響，它除應(yīng)滿足爐子的耐火度、絕熱、抗熱沖擊和抗腐蝕等要素外，還應(yīng)有良好的熱透性，能夠盡快脫氣。隔熱板內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸決定于處理工件的形狀、尺寸和爐子生產(chǎn)率，并要保證有良好的加熱效果、爐溫均勻度和便于檢修及裝出料操作。一般隔熱板內(nèi)表面與加熱器的間距約為2080mm，加熱器與工件（或夾具、料筐）的間距約為30160mm，隔熱板兩端通常不布置加熱器，溫度偏低，因此隔熱板兩端的尺寸均應(yīng)大于有效加熱區(qū)尺寸約50300mm或更長(zhǎng)一些。2.7.2 隔熱板的確定隔熱板結(jié)構(gòu)一般有四種型式:全金屬隔熱板、夾層式隔熱板、石墨毯隔熱板和混合毯隔熱板。（1） 全金屬隔熱板 全金屬隔熱板由數(shù)層

44、金屬板（或片）、隔離環(huán)（條）和支撐桿等部分組成。全金屬隔熱板的熱容量和熱慣性都小，可快速加熱和冷卻，且除氣容易。這種隔熱板多用于處理清潔度要求高的真空熱處理爐。（2） 夾層式隔熱板 夾層式隔熱板是在金屬制的內(nèi)外板中填充耐火纖維。夾層式隔熱板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，隔熱、均熱效果好，熱損失小熱慣性小，可以實(shí)現(xiàn)快速加熱和快速冷卻。但采用這種結(jié)構(gòu)的爐子其真空度不可能很高，因此，常適用于真空回火爐、氣冷真空爐、真空燒結(jié)爐中。（3） 石墨毯隔熱板 石墨毯隔熱板是用石墨繩將多層石墨毯縫扎在鋼板網(wǎng)上。這種隔熱板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，隔熱效果好，但由于石墨毯的纖維很細(xì)小、柔軟，會(huì)使斷頭到處飛揚(yáng)，易在很大面積上造成電熱元件與爐

45、體短路。因此這種結(jié)構(gòu)的爐子在氣冷真空爐、真空燒結(jié)爐上都采用此隔熱板。（4） 混合毯隔熱板 混合毯隔熱板內(nèi)層通常為石墨毯，外層為硅酸鋁纖維毯，這種隔熱板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，晚裝維修方便，因此油淬真空爐都采用這種結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的保溫爐，真空度要求較高，且爐內(nèi)的清潔度也高，因此根據(jù)所設(shè)計(jì)的保溫爐的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合上述中隔熱板的機(jī)構(gòu)型式及特點(diǎn)，選擇全金屬隔熱板。隔熱板的結(jié)構(gòu)要求（1） 材料選擇，保證在工作溫度下隔熱板能正常工作，翹曲變形小。（2） 材料加工，隔熱板在裝配前均需進(jìn)行表面加工或處理使表面光潔，以降低黑度，增強(qiáng)反射效果。（3） 材料厚度，在工作條件允許的情況下，隔熱板應(yīng)盡量薄些，一般中、小型

46、爐為0.20.5mm，大型爐為0.51.0mm。（4） 隔熱板層數(shù)，層數(shù)越多，熱損失越小。但是層數(shù)對(duì)材料消耗也多，結(jié)構(gòu)表面增多，吸附面增大，使氣體不易放出，影響真空度，尤其時(shí)在濕熱的夏季，層數(shù)對(duì)減少熱損失的效果是第一層輻射板的隔熱效果為50%，第二層為17%，第三層為8%，一次遞減。所以層數(shù)不必過(guò)多，一般采用56層。（5） 層與層間的距離，層間距一般應(yīng)盡量小，以減少爐子的結(jié)構(gòu)尺寸，但應(yīng)防止各層間不致因熱應(yīng)力變形二相互接觸，一般按隔熱板大小選用，間距為510mm。（6） 幾層輻射板連接的接觸面積，輻射板的接觸面積不能太大。（7） 隔熱板的安裝，隔熱板設(shè)計(jì)成可拆卸式，要留有熱脹冷縮的余地12。2.

47、8 大底盤(pán)的設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的底盤(pán)位于爐體的下部主要用于爐體的支撐做用，因此具有一定的強(qiáng)度。爐體的工作溫度在600左右，且爐體進(jìn)行保溫；底盤(pán)未進(jìn)行保溫且爐體所需的設(shè)備都設(shè)置在底盤(pán)的下部，爐體的熱脹冷縮對(duì)底盤(pán)有一定的影響，從而降低了保溫爐的壽命，因此，底盤(pán)有一定的厚度且要進(jìn)行水冷，降低底盤(pán)的溫度。底盤(pán)的結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。圖2-8 大底盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖3 真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)的實(shí)際時(shí)為了正切的決定系統(tǒng)如何配置，選擇系統(tǒng)的基本尺寸，選配適當(dāng)?shù)恼婵毡谩㈤y門(mén)、街頭及連接管道等。而最主要的還是解決選擇真空泵或真空機(jī)組和確定滿足工藝所要求工作壓力的抽氣時(shí)間兩個(gè)問(wèn)題。3.1 真空系統(tǒng)的組成真空室是真空設(shè)備的主要部

48、件之一。真空設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程都是在真空室中進(jìn)行的。真空室中裝有不同的部件，可以完成各種不同的工藝要求。如真空室中有蒸發(fā)金屬的部件，就可蒸鍍金屬薄膜；真空室中有感應(yīng)加熱部件，就可以作為真空冶煉用的真空感應(yīng)電爐等等。真空熱處理爐的真空系統(tǒng)，一般由真空泵、真空閥門(mén)、真空測(cè)量?jī)x表、電極系統(tǒng)、管道等部分組成。3.2 真空系統(tǒng)的類型 低真空系統(tǒng)低真空系統(tǒng)（指7601托）一般采用往復(fù)泵、水環(huán)泵、水環(huán)大氣噴射泵、水蒸氣噴射泵、12級(jí)羅茨泵、羅茨泵水環(huán)泵機(jī)組和機(jī)械泵等。低真空系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在真空濃縮、脫臭、真空負(fù)壓造型、真空運(yùn)輸，真空成型等。 中真空系統(tǒng)中真空系統(tǒng)（指110-3 托）多采用機(jī)械泵、油或機(jī)械增壓泵

49、、吸附泵等。中真空系統(tǒng)也用于真空蒸餾及精餾、真空干燥、冷凍干燥、真空浸漬、真空絕熱、真空燒結(jié)、真空釬焊、低壓風(fēng)潤(rùn)、激光及電光源器件、真空退火等等。 高真空系統(tǒng)高真空系統(tǒng)（10-310-7托）多采用擴(kuò)散泵、渦輪分子泵做主泵。高真空系統(tǒng)應(yīng)用在真空冶煉各種真空電爐、半導(dǎo)體區(qū)域熔煉、熱處理、真空電子束焊、激光及電真空管、X射線管、真空鍍膜等。 超高真空系統(tǒng)超高真空系統(tǒng)（11-7托）的主泵有擴(kuò)散泵、離子泵、渦輪分子泵、鈦泵和低溫泵。超高真空系統(tǒng)應(yīng)用與宇宙航行、熱核反應(yīng)、薄膜、表面和等離子體物理、表面化學(xué)、超導(dǎo)技術(shù)、宇宙環(huán)境模擬等1718。3.3密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)密封型式的確定真空設(shè)備為了隔絕大氣，它的各個(gè)部

50、件的連接處、電源和訊號(hào)的引入端、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、觀察窗、蓋等地方，都應(yīng)有可靠的真空密封。真空設(shè)備的密封性能時(shí)真空設(shè)備的重要指標(biāo)，要求通過(guò)各種密封途徑將漏氣限制在允許的范圍之內(nèi)。真空密封通?？煞譃榭刹鹈芊夂筒豢刹鹈芊?；可拆密封中又有靜密封和動(dòng)密封的區(qū)別。根據(jù)所設(shè)計(jì)的保溫爐的要求，選擇靜密封來(lái)確定密封系統(tǒng)。 密封材料的確定靜密封是指連接件不能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封，對(duì)于低真空和高真空，可拆靜密封一般采用彈性很大的橡膠做密封材料。（1）橡膠的一般特性橡膠的種類很多，性質(zhì)各有不同，但都具有很大的彈性，在很小的作用力下能產(chǎn)生很大的變形。橡膠的體積時(shí)很不容易被壓縮的。在某一方向上受壓就在另一方向上伸長(zhǎng)，總體積幾乎不變。

51、因此，橡膠不僅可以用作壓緊密封，而且還可以用作脹緊密封。橡膠長(zhǎng)期處于壓縮狀態(tài)，會(huì)發(fā)生永久便習(xí)慣，及殘余變形。殘余變形的大小隨溫度升高而急劇增加。密封法蘭的槽溝容積如果小于橡膠密封圈的體積，兩個(gè)法蘭表面就壓不到一起。使用這種法蘭時(shí)，螺栓如果擰得過(guò)緊，橡膠圈就會(huì)產(chǎn)生永久變形甚至被壓壞而影響密封性能。溫度對(duì)橡膠的性能影響很大。高溫容易使橡膠產(chǎn)生殘余變形，加速橡膠的老化；低溫容易使橡膠發(fā)生結(jié)晶硬化，喪失彈性。因此，橡膠都有一定的使用溫度范圍。普通橡膠的使用溫度范圍為-3090；氟橡膠的使用溫度范圍為-40250；丁腈橡膠的使用溫度范圍為-25150。根據(jù)設(shè)計(jì)爐的要求，所設(shè)計(jì)的保溫爐的工作溫度范圍在60

52、0左右，而在觀察窗，底座，電極系統(tǒng)都要進(jìn)行密封，因而在觀察窗，底座，電極系統(tǒng)都采用水冷進(jìn)行冷卻，降低了這三者中的溫度。因此根據(jù)以上敘述，結(jié)合所設(shè)計(jì)的保溫爐的要求，選擇氟橡膠進(jìn)行密封。（2）氟橡膠的特性氟橡膠的真空性能比其他橡膠好。它具有良好的耐高溫、耐油和化學(xué)穩(wěn)定性。各種氣體在維通型氟橡膠中有較小的擴(kuò)散速度和較大的溶解度，透氣性很小，與丁基橡膠相當(dāng)，在高溫、真空中出氣率很低（在2.6×10-7Pa的失重為2.3%），可用于10-510-7Pa的真空密封；采用雙“O”圈密封結(jié)構(gòu)，烘烤到200，并加上冷卻措施，可達(dá)到10-8Pa的超高真空。使用溫度在220左右。長(zhǎng)期去氣溫度達(dá)250，短期

53、去氣溫度可達(dá)300。在烘烤的條件下，氟橡膠也只放出微量的H2O、CO、CO2 等，因此，氟橡膠可應(yīng)用于10-910-10托的超高真空系統(tǒng)中。 密封設(shè)計(jì)（1）密封槽的設(shè)計(jì)真空橡膠密封槽有各種型式，如（資料16中，圖6-11）所示，其中16為最常用的型式。設(shè)計(jì)密封槽的截面面積要求稍大于橡膠密封圈截面面積，橡膠壓縮后的充填因數(shù)1，橡膠的壓縮量通常為15%30%。 密封槽深度。設(shè)計(jì)橡膠密封槽，要充分考慮橡膠密封圈（截面為圓形或矩形）的熱點(diǎn)，橡膠圈受力后形狀改變而保持體積不變，即不可壓縮的彈性壓縮能力，超過(guò)這種能力就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，嚴(yán)重時(shí)造成表皮破損，因此，確保橡膠密封圈最適宜的壓縮量時(shí)密封槽設(shè)計(jì)中重要

54、的參數(shù)之一。過(guò)小不能形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的可靠密封，多大會(huì)影響橡膠圈的使用壽命。 密封槽寬度。密封槽寬度是密封槽設(shè)計(jì)中另一重要參數(shù)。由于安裝在密封槽里的橡膠圈受壓前后，形狀發(fā)生變化而體積不變（橡膠本身不可壓縮），因此，密封槽要有容納密封圈變形的空間。在受壓密封狀態(tài)下，密封圈不可能將密封槽完全充滿，在不同的介質(zhì)和溫度下，橡膠圈會(huì)出現(xiàn)一定的膨脹，密封槽容積應(yīng)有相對(duì)的余量。（2）矩形密封槽的設(shè)計(jì)“O”形圈的密封接觸面寬度、密封力和密封比壓力的計(jì)算。 “O”形圈接觸面寬度“O”形圈受壓后可以自由向兩側(cè)伸展。壓縮后的寬度系數(shù)和高度系數(shù)的試驗(yàn)關(guān)系曲線如資料16中圖6-6所示。當(dāng)0.70.95時(shí)，與近似于直線。“O”形圈實(shí)際接觸面B可用下式近似計(jì)算：B2.2(1.02)×d式中 B 密封圈壓縮后接觸面寬度； 密封圈壓縮后的高速系數(shù)，； H 密封圈壓縮后的高速； d “O”形圈截面直徑。設(shè)所選擇的密封圈d10mm，H7mm，可得 0.7則B2.2(1.02)×d2.2（1.020.7）×107.04（mm） “O”形圈壓縮到一定高度時(shí)所需要的密封力“O”形圈壓縮到一定高速時(shí)所需要的