一种变速率深冷装置、深冷处理设备和方法

摘要

本公开涉及一种变速率深冷装置、深冷处理设备和方法，变速率深冷装置包括：深冷工件台，用于放置待冷却的工件；第一深冷机构，包括一个或者多个深冷喷头；第二深冷机构，包括一敞口的深冷室，以及设置于所述深冷室内的冷却管道，所述冷却管道用于流经冷却介质以对所述深冷室进行冷却；转移部件，包括延伸至所述深冷室的转移轨道，所述深冷工件台移动地连接于所述转移轨道。上述的变速率深冷装置、设备和深冷处理方法将工件在第一深冷机构处通过深冷喷头喷淋冷却介质冷却至指定温度后，可以通过控制深冷喷头的喷淋参数实现对工件的冷却速度的控制，以改变工件的冷却速率。

说明书

技术领域

本公开属于热处理领域，尤其是一种变速率深冷装置、深冷处理设备和方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，在不改变工件的形状和整体的化学成分情况下，通过控制温度及温度变化速率以改变工件内部的显微组织或者表面化学成分，以使金属构件改变性能，或者改善由于相变及温度不均所带来的不均匀塑性变形导致构件内部存在较大的残余应力、形变及尺寸稳定性差等问题。

随着技术的发展，金属构件的使役性能、寿命及尺寸稳定性等技术要求越来越高，传统的热处理工艺已难以满足，深冷处理作为一种新兴的工艺措施，通过促进金属构件相变、晶格变化及变形等提高金属构件使役性能及降低残余应力提高零件尺寸稳定性的作用，在高性能金属构件的制造上得到越来越多的应用。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种变速率深冷装置、深冷处理设备和方法，以对工件进行深冷处理。

本公开提供了一种变速率深冷装置，包括：

深冷工件台，用于放置待冷却的工件；

第一深冷机构，包括一个或者多个深冷喷头，用于朝向位于所述深冷工件台的所述工件喷淋冷却介质；

第二深冷机构，包括一敞口的深冷室，以及设置于所述深冷室内的冷却管道，所述冷却管道用于流经冷却介质以对所述深冷室进行冷却；

转移部件，包括延伸至所述深冷室的转移轨道，所述深冷工件台移动地连接于所述转移轨道，以沿所述转移轨道移动移动至所述深冷室对所述工件进行深冷处理。

优选地，所述深冷工件台包括置物车和深冷轨道，所述置物车移动地连接于所述深冷轨道，所述深冷轨道移动地连接于所述转移轨道。

优选地，所述转移部件还包括驱动电机、滑轮和连接绳，所述连接绳连接于所述深冷轨道，并且绕过所述滑轮连接于所述驱动电机，以在所述驱动电机的驱动下，牵引所述深冷轨道沿所述转移轨道移动。

优选地，所述第一深冷机构还包括深冷壳体和隔板，所述深冷壳体设有容腔，所述深冷工件台和所述深冷喷头设于所述容腔内，所述深冷壳体设于所述深冷室的上方且所述容腔与所述深冷室连通；所述隔板可移动地设于所述容腔和所述深冷室之间，以隔离所述容腔和所述深冷室。

优选地，所述第一深冷机构还包括相对设置的一对深冷喷嘴安装模块，所述深冷轨道位于所述深冷安装模块之间，所述深冷喷头移动地连接于所述深冷喷嘴安装模块并且朝向所述深冷工件台。

优选地，所述深冷喷头连接于不同的连接管道以朝向所述工件喷淋对应的冷却介质，并且所述深冷喷头可转动地连接于所述深冷喷嘴安装模块以调节所述深冷喷头的喷淋角度。

优选地，所述第二深冷机构还包括设于所述深冷室内的温度传感器，用于检测所述深冷室的温度。

本公开还提供了一种深冷处理设备，包括：

所述的深冷装置，用于对工件进行深冷处理，其中，所述深冷工件台包括置物车和深冷轨道，所述置物车移动地连接于所述深冷轨道，使得所述置物车沿所述深冷轨道移动所述工件；

升温装置，所述升温装置包括升温壳体，所述升温壳体内部升温轨道，所述升温装置用于在所述置物车承载所述工件停留于所述升温轨道时，对所述工件进行升温处理；

保温装置，用于对所述工件进行保温处理，所述保温装置包括加热炉，所述加热炉内设有保温轨道，所述保温装置用于在所述置物车承载所述工件停留于所述保温轨道时，对所述工件进行保温处理；

在所述置物车承载的工件完成深冷处理后，移动至所述升温装置的升温轨道进行升温处理，和/或移动至所述保温装置的保温轨道进行保温处理。

优选地，还包括第一连接轨道、第二连接轨道和旋转换向装置，所述第一连接轨道连接于所述深冷轨道和升温轨道，所述第二连接轨道设于所述旋转换向装置，在所述第二连接轨道连接于所述升温轨道时，所述置物车从所述升温轨道移动至所述第二连接轨道；在所述旋转换向装置转动至所述第二连接轨道连接所述保温轨道时，所述置物车从所述第二连接轨道移动至所述保温轨道。

本公开又提供了一种深冷处理方法，包括以下步骤：

置物车承载工件在深冷装置的深冷轨道上进行深冷处理后，承载所述工件沿移动至升温装置的升温轨道；

在所述置物车停留在所述升温装置的保温轨道时，对所述工件进行升温处理；

在所述工件完成升温处理后，所述置物车承载所述工件沿所述升温轨道移动至保温装置的加热炉内，在所述置物车停留在所述加热炉内的保温轨道上时，对所述工件进行保温处理。

相较于现有技术，上述的变速率深冷装置、设备和深冷处理方法将工件在第一深冷机构处通过深冷喷头喷淋冷却介质冷却至指定温度后，可以通过控制深冷喷头的喷淋参数实现对工件的冷却速度的控制，以改变工件的冷却速率。而且，还通过转移部件将承载工件的深冷工件台沿转移轨道移动至第二冷却结构的冷却室内在指定维度下进行保温，实现对工件的残余应力、组织与性能的按需控制，提高了工件的热处理效果，减少对冷却及升温介质的更换需要，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明具体实施方式，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是深冷处理设备的结构示意图。

图2是深冷装置的结构示意图。

图3是深冷装置内部的结构示意图。

图4是深冷工件台和第一深冷机构的结构示意图。

图5是第二深冷机构的结构示意图。

图6是升温装置的结构示意图。

图7是升温装置的内部结构示意图。

图8是保温装置的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本公开。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本公开进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。

在各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是深冷处理设备的结构示意图，如图1所示，深冷处理设备包括变速率深冷装置10、升温装置20、保温装置40、第一连接轨道50、第二连接轨道51和旋转换向装置30。第一连接轨道50设置在深冷装置10和升温装置20之间，第二连接轨道51设置于升温装置20和保温装置40之间，使得采用金属材料制作的工件61可以通过置物车60在深冷装置10、升温装置20和保温装置40之间移动，从而便于在深冷处理设备的各装置之间顺畅转移，通过控制置物车60的移动速度可以控制工件61的转移时间，从而实现工件61的快速冷却、升温并进行保温，同时减少温度变化不均所带来的残余应力、变形。

图2是变速率深冷装置10的结构示意图，图3是深冷装置10内部的结构示意图。如图2和图3所示，深冷装置10用于对工件61进行深冷处理，其包括深冷工件台、第一冷却机构、第二冷却机构和转移部件。

图4是深冷工件台和第一深冷机构的结构示意图。如图3和图4所示，深冷工件台用于移动和承载待冷却的工件61，包括置物车60和深冷轨道16。深冷轨道16设置在第一冷却机构内并且沿水平方向延伸或者与水平面具有预设范围内的倾斜角。置物车60包括滚轮和锁紧螺钉62。滚轮转动地安装于置物车60的底部，并且滚轮的滚动面与深冷轨道16接触，使得置物车60可以承载工件61在深冷轨道16上行走。锁紧螺钉62为一对，相对设于置物车60上，在工件61放置于置物车60后，旋转锁紧螺钉62，使得锁紧螺钉62相向移动并抵触于工件61以固定工件61，同时为置物车60的移动提供悬挂机构。

第一深冷机构用于朝向位于所述深冷工件台的所述工件61喷淋冷却介质，包括深冷壳体11(在图2中示出)、深冷喷嘴安装模块151和多个深冷喷头15。本实施方式中，深冷壳体11的底部敞口，并且可拆卸地设于第二深冷机构的深冷室13上，使得深冷壳体11的内部容腔与第二深冷机构的深冷室13连通。深冷壳体11的至少一侧面还设有深冷门111，深冷门111可以打开或者关闭。在深冷处理过程中，深冷门111处于关闭状态，在完成深冷处理后，置物车60可以承载工件61沿深冷轨道16从深冷门111驶出。

深冷喷嘴安装模块151大体呈平板状结构，成对地设于深冷壳体11的容腔内。本实施方式中，深冷喷嘴安装模块151沿竖直方向延伸，相向设置并且分别位于深冷轨道16的两侧。深冷喷头15的数量可以是一个或者多个。本实施方式中，深冷喷头15可移动地安装于深冷喷嘴安装模块151上，可以沿靠近或者远离深冷轨道16的方向移动，调节深冷喷头15在此方向的相对位置差。此外，深冷喷头15还可以转动地连接于深冷喷嘴安装模块151上，用于调整深冷喷头15的喷淋角度。在冷却过程中，通过调整深冷喷头15的喷淋参数(伸出长度、喷淋角度和喷淋介质等)，可以控制工件61的降温速度，实现变速率深冷功能。

深冷喷头15的尾部连接于连接管道，连接管道上设有开关阀和调节阀。连接管道的另外一端连接有冷却介质，使得冷却介质可以通过深冷喷头15喷淋于工件61上进行冷却。连接深冷喷头15的连接管道可以接入相同类型的冷却介质，也可以接入不同类型的冷却介质，冷却介质可以是液态的冷却介质，也可以是气态的冷却气体。各深冷喷头15喷淋的冷却介质的压力也可以是相同的，也可以是不同的，这样，通过对深冷喷头15的喷淋的冷却介质、喷淋压力和冷却介质的选择，可以对各种不同尺寸、材料和几何特征调整深冷喷头15的伸出长度、喷淋角度和喷淋压力，实现工件61的分区、分级变速冷却。为实得冷速可控、可重复，在深冷壳体11的容腔内还可以布置有气态冷却介质的回收管路，回收管路与真空泵连接，用于抽取容腔内部的气体。此外，在容腔内还可以设置并在上深冷处布置有热电偶，实现对深冷壳体11内部的容腔的温度的控制。

图4是第二深冷机构的结构示意图。如图4所示，第二深冷机构包括一敞口的深冷室13和冷却管道131。本实施方式中，深冷室13设置于第一冷却机构的深冷壳体11的下方。在第一冷却机构的深冷壳体11和深冷室13之间，还设置有可移动的隔板12，用于隔离或者连通所述容腔和所述深冷室13。在隔板12伸入所述深冷室13和深冷壳体11之间时，隔板12可以将深冷壳体11的容腔与深冷室13隔离；在抽出隔板12后，深冷壳体11的容腔与深冷室13处于连通状态。

冷却管道131设置于所述深冷室13内，从深冷室13的侧壁伸出，用于流经冷却介质以对所述深冷室13进行冷却。本实施方式中，冷却管道131包括流入通道、循环通道和回收通道。流入通道与循环通道相连，循环通道与回收通道连通。本实施方式中，流入通道设置于深冷室13的侧壁，循环通道和回收通道设于深冷室13的底部，冷却介质可以经流入通道进入循环通道，从而可以降低深冷室13内的温度。然后，冷却介质可以通过回收通道流出，实现冷却介质的回收。所述第二深冷机构还包括设于所述深冷室13内的温度传感器(图中未示出)，用于检测所述深冷室13的温度，与冷却管道131共同实现对深冷室13的温度的控制。

请重新参阅图3和图4，转移部件用于将工件61在第一深冷机构和第二深冷机构之间转移，即将工件61在第一深冷机构的深冷壳体11的容腔和深冷室13之间转移。转移部件包括转移轨道17。转移轨道17沿竖直方向延伸，一端位于深冷壳体11的容腔内，另外一端延伸至所述深冷室13。所述深冷工件台的深冷轨道16通过滑块161移动地连接于所述转移轨道17，以沿所述转移轨道17移动至所述深冷室13，对所述工件61进行深冷处理。

为了驱动深冷轨道16沿转移轨道17移动，转移部件还还包括驱动电机14、定滑轮143、动滑轮144和连接绳142。驱动电机14固定安装于深冷壳体11的顶部，输出轴连接有卷筒141，使得驱动电机14可以驱动卷筒141转动。所述定滑轮143有多个，转动地连接于深冷壳体11的内壁，并且可以改变连接绳142的位置，使得连接绳142沿合适位置走向，而不会阻挡置物车60沿深冷轨道16或者转移轨道17移动。动滑轮144转动地连接于所述深冷轨道16。所述连接绳142的一端连接于所述深冷轨道16，另外一端绕过所述动滑轮144和定滑轮143后，连接于所述驱动电机14的卷筒141。这样，在所述驱动电机14的驱动下，所述连接绳142牵引所述深冷轨道16沿所述转移轨道17上升或者下降。

图6是升温装置20的结构示意图。所述升温装置20用于对所述工件61进行加热升温处理。如图6所示，升温装置20包括升温工件台、升温机构和水槽22。升温工件台用于放置和夹持工件61，升温机构用于对工件61进行喷淋升温介质以对工件61变速率加热升温。水槽22用于收集升温喷头23喷淋的升温介质，

图7是升温装置20的内部结构示意图，如图7所示，所述升温工件台包括用于承载置物车60的升温轨道24，所述置物车60承载所述工件61，可以沿升温轨道24移动并停留于升温轨道24上以进行升温处理。

升温机构用于所述工件61喷淋升温介质，包括升温壳体21(在图6中示出)、升温喷嘴安装模块231和多个升温喷头23。本实施方式中，升温壳体21设有一容腔并且底部敞口，所述升温工件台和所述升温喷头23设于所述容腔内。所述升温壳体21可拆卸地设于所述水槽22的上方且所述容腔与所述水槽22连通以收集所述升温喷头23喷淋的升温介质。本实施方式中，升温机构的升温壳体21的顶部还设有两个排气孔(图中未示出)，排气孔中卡接有与排气孔对应的排气扇(图中未示出)，使得所述排气扇通过所述排气孔将所述升温壳体21的容腔内的气体排出。

升温喷嘴安装模块231大体呈平板状结构，成对地设于升温壳体21的容腔内。本实施方式中，升温喷嘴安装模块231沿竖直方向延伸，相向设置并且分别位于升温轨道24的两侧。升温喷头23的数量可以是一个或者多个。本实施方式中，升温喷头23可移动地安装于升温喷嘴安装模块231上，可以沿靠近或者远离升温轨道24的方向移动，以调节升温喷头23在此方向的相对位置差。同时，升温喷头23还可以转动地连接于升温喷嘴安装模块231上，用于调整升温喷头23的喷淋角度。

此外，升温喷头23的尾部连接于连接管道，连接管道上设有开关阀和调节阀。连接管道的另外一端连接有升温介质，使得升温介质可以通过升温喷头23喷淋于工件61上进行加热升温。连接升温喷头23的连接管道可以接入相同类型的升温介质，也可以接入不同类型的升温介质，升温介质可以是高温液体，也可以是气态的高温气体。各升温喷头23喷淋的升温介质的压力也可以是相同的，也可以是不同的，这样，通过对升温喷头23的喷淋的升温介质、喷淋压力和升温介质的类型等参数的设置，可以根据工件61的尺寸、材料和几何特征调整升温喷头23的伸出长度、喷淋角度和喷淋压力或者升温介质的类型，通过控制开关阀实现不同升温介质的切换，以满足较大差别的升温速率及加热温度需要，实现工件61的分区、分级均匀升温。此外，所述升温机构还包括设于所述升温壳体21的容腔内的温度传感器，用于检测所述升温壳体21的容腔的温度。

水槽22的顶部敞口，设于所述升温机构的升温喷头23的下方并且与升温壳体21的容腔对接，用以收集并存储所述升温喷头23喷淋的液态的升温介质。本实施方式中，水槽22的底部还设有泄液管道(图中未示出)，用于排放水槽22中的液态的升温介质。

图8是保温装置40的结构示意图。如图8所示，保温装置40用于对所述工件61进行保温处理。所述保温装置40包括加热炉41，所述加热炉41内设有保温轨道42。所述加热炉41还设有炉门411和与所述炉门411连接的电机(图中未示出)，用于打开或者关闭所述炉门411。

本实施方式中，深冷装置10、升温装置20沿直线布置，保温装置40设置于升温装置20的右后方，为了便于工件61的传输和转移，深冷处理设备还包括旋转换向装置30，旋转换向装置30设置于升温装置20和保温装置40之间。

为了置物车60能够在深冷装置10、升温装置20和保温装置40之间移动，所述第一连接轨道50连接于所述升温装置20的深冷轨道16和升温轨道24，所述第二连接轨道51连接于所述升温轨道24和所述保温轨道42。具体的，所述第二连接轨道51设于所述旋转换向装置30。旋转换向装置30包括一可以转动的转盘，在所述第二连接轨道51对接所述升温轨道24时，所述置物车60从所述升温轨道24移动至所述第二连接轨道51；在所述旋转换向装置30转动至所述第二连接轨道51对接所述保温轨道42时，所述置物车60从所述第二连接轨道51经炉门411移动至所述保温轨道42。在所述置物车60承载的工件61完成深冷处理后，依次经所述第一连接轨道50移动至所述升温装置20的升温轨道24进行升温处理，以及经所述第二连接轨道51移动至所述保温装置40的保温轨道42进行保温处理。

以下详细描述上述的深冷处理设备的工作过程。

首先，将需要进行热处理的金属工件61通过锁紧螺钉61安装于置物车60上，控制置物车60移动至深冷装置10的深冷轨道16上。

然后，根据工件61的尺寸、几何特征等设置深冷喷头15喷淋的冷却介质(可以是气态或者液态的冷却介质)、伸出长度和喷淋角度等参数，通过向工件61喷淋冷却介质，从而可以实现对工件61的分级冷却和分区冷却，实现变速冷却。

在置物车60承载工件61在深冷装置10的深冷轨道16上进行深冷至指定温度后，驱动电机14通过连接绳142牵引深冷轨道16沿转移轨道17向下移动至深冷室13内，通过深冷室13内的冷却管道131和温度传感器控制深冷室13内的温度，使得工件61在深冷室13内继续冷却处理。

接着，驱动电机14驱动深冷轨道16向上移动至深冷壳体11的容腔内，并且深冷轨道16与第一连接轨道50处于相同高度时，控制置物车60承载所述工件61沿深冷轨道16移动。置物车60从深冷壳体11的深冷门移动至第一连接轨道50，沿所述第一连接轨道50移动至升温装置20的升温壳体21内，并且停留在所述升温壳体21内的升温轨道24上。

然后，根据工件的尺寸、几何特征等参数设置升温喷头23的喷淋参数。喷淋参数包括喷淋的升温介质(可以是气态或者液态的升温介质)、伸出长度和喷淋角度等，通过向工件61喷淋升温介质，从而可以实现对工件61的分级升温和分区升温，实现变速率升温控制。

然后，在所述工件61完成升温处理后，旋转换向装置30转动至对接第二连接轨道51的角度，所述置物车60承载所述工件61沿所述升温轨道16移动，经过升温壳体21的升温门211，移动至第二连接轨道51上。

最后，旋转换向装置30转动至第二连接轨道51对接加热炉41内的保温轨道42的位置后，控制置物车60从加热炉41的炉门411进入保温装置40的加热炉41内，所述置物车60停留在所述加热炉41内的保温轨道42上进行保温处理，最终完成整个热处理过程。

上述的热处理过程经历了深冷、升温和保温三个过程。然而，本领域技术人员可以根据实际需要选择其中任一热处理过程，而并非必须完整地经历上述三个热处理过程。

上述的深冷装置10、设备和深冷处理方法将工件61在第一深冷机构处通过深冷喷头15喷淋冷却介质冷却至指定温度后，通过转移部件将承载工件61的工件台沿转移轨道17移动至第二冷却结构的冷却室内在指定维度下进行保温，实现对工件61的残余应力、组织与性能的按需控制，提高了工件61的热处理效果，减少对冷却及升温介质的更换需要，节约成本。

而且，深冷装置10的第一冷却机构可实现根据工件61的材料、几何特性、技术要求等进行分区、分级的可控冷却，以充分发挥材料的特性，实现变速冷却。第二冷却机构可用于在工件61达到指定温度后进行深冷却保温，提高了工件61的热处理效果。

进一步，上述的升温装置20可以将工件61在升温机构处通过升温喷头23喷淋升温介质进行升温处理，可以提高工件61的升温速率。而且，进一步对升温介质进行加压、加热，尤其是对气态升温介质温度高的特点，采用喷淋的方式对工件61进行升温处理能够有效提高工件61的升温速率，可以升温至更高的温度。

而且，上述的升温装置20还可以根据工件61的升温要求、尺寸和几何特征等因素调节升温喷头23的伸出长度、喷淋角度，实现分区、分级喷淋升温，实现变速升温的效果，达到对工件61的残余应力、组织与性能的按需控制，减少对冷却及升温介质的更换需要，节约成本。

进一步，上述的深冷装置10、设备和深冷处理方法将深冷装置10、升温装置20、保温装置40经合理布置形成一个有机的整体，将工件61在各个位置的升降、转移、冷却、升温等过程，从而便于在深冷处理设备的各装置之间顺畅转移，通过控制置物车60的移动速度以控制转移时间可控，从而实现工件61的快速冷却及升温并进行保温，同时减少温度变化不均所带来的残余应力、变形，而且可以准确根据所设置工艺进行实验，亦能准确记录实验工件61的热处理工艺参数，且工艺重复性高，同时为其根据实验结果外推其他尺寸规格工件61的热处理工艺参数提供了准确的数据基础，这对于工艺研究十分重要。

在本公开所提供的几个具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本公开内。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。