Характеристика печей и ванн для нагрева инструментальной стали

01.06.2018
Электрические печи, по сравнению с пламенными, допускают автоматизацию работы ввиду удобства и простоты регулировки и позволяют легко поддерживать равномерную и необходимую температуру. Однако стоимость электрических печей выше, чем пламенных.

Выбор типа и конструкции печи зависит от назначения печи (для нагрева заготовок под ковку, для отжига стали, печи и ванны для закалки инструмента и т. д.), габаритов нагреваемого изделия, а для пламенной печи — и от рода потребляемого топлива.

По назначению печей, а также в зависимости от развиваемых ими температур можно выделить следующие четыре группы:

1. Печи для нагрева под ковку заготовок инструментальной стали и печи (ванны) для нагрева под закалку быстрорежущей стали; рабочая температура в печах этого типа должна составлять 1200—1250° при нагреве для ковки и 1100—1320° при нагреве для закалки.

Кузнечные печи конструируют обычно как пламенные; для достижения высоких температур они имеют рекуператоры, обеспечивающие подогрев вторичного воздуха.

Для закалки быстрорежущей стали чаще всего применяют электродные (электрические) ванны, в которых средой сопротивления служит расплавленная соль, а также электрические печи с защитной атмосферой или пламенные печи (обычно с рекуператором).

2. Электрические, или пламенные, печи и ванны для закалки инструмента из легированной и углеродистой стали и подогрева инструмента из быстрорежущей стали перед закалкой. Рабочая температура в них должна составлять 700—950°.

Нагрев крупных штампов обычно производят в пламенных печах. Нагрев режущего, измерительного и некоторых типов инструмента для холодной штамповки и слесарно-монтажного рационально производить в ваннах с расплавленными солями.

Нагрев в ваннах позволяет: а) уменьшить окисление и обезуглероживание при нагреве и выдержке, б) получить максимально быстрый прогрев, в) при необходимости получения вязкой сердцевины не производить сплошного прогрева инструмента, г) выполнять жидкую цементацию и светлую закалку, д) в необходимых случаях нагревать только часть изделия.

3. Печи для отжига, нормализации, высокого отпуска и цементации (в твердом карбюризаторе) с рабочей температурой 700—950° Эти печи чаще конструируют как пламенные, особенно для нагрева крупных заготовок, и реже как электрические.

4. Печи для отпуска и цианирования инструмента; рабочая температура в них должна составлять 120—800°. Отпуск с нагревом до 300° рационально выполнять, в ваннах, а отпуск в интервале 300—800°— в печах или ваннах. Цианирование газовое или твердое производится в печах, а жидкое — в ваннах. Печи и ванны этого типа применяют как электрические, так и пламенные.

Отпуск инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали, более рационально производить в ваннах, а не в печах, так как жидкие соли дают более быстрый прогрев металла. Это свойство жидких ванн имеет существенное значение, если инструменту необходимо сообщать многократный отпуск, так как значительно ускоряет цикл производства. Применение больших печей, например, типа ПН-31 A-1 и ПН-32А-2, связанное с одновременной загрузкой значительной садки металла, требует продолжительного времени для прогрева инструмента и охлаждения его после отпуска.

Размеры печи, определяемые рабочей площадью пода, зависят от габаритов нагреваемых заготовок и изделий. Большие печи применяют, главным образом, для нагрева слитков и крупных заготовок под ковку, для отжига прутков и термической обработки крупных штампов, пуансонов и других инструментов большого размера (протяжки и т. п.) или крупных партий.

Слитки высоколегированной инструментальной стали, по данным Ю.М. Чижикова, чаще всего имеют следующие размеры (табл. 67).

Быстрежущую сталь разливают в слитки весом 100—300 кг и обжимают под молотом до диаметра 100—160 мм, а затем вновь нагревают для прокатки или ковки.

Печи для нагрева под ковку или прокатку слитков и крупных заготовок должны обеспечить постепенный нагрев металла. Для этой цели следует применять методические печи. Менее равномерный нагрев металла дают трех- и двухкамерные печи, но они дешевле в постройке и занимают меньше производственной площади в цехе. Поэтому в тех случаях, когда цех постоянно производит ковку слитков или крупных заготовок, надо устанавливать методическую печь. Если же ковку крупных заготовок производят редко, а цех выполняет ковку сравнительно небольших заготовок (диаметром до 80—120 мм для быстрорежущей стали, до 150—170 мм для заэвтектоидной стали и до 200—400 мм для других марок стали), то для этой цели достаточно установки двухкамерной печи. В первой камере производят подогрев и «томление» заготовок при 800—900°, а во второй, сварочной камере, окончательный нагрев стали под ковку.

Для нагрева под ковку более мелких заготовок (диаметром до 50—70 мм из быстрорежущей стали и до 100 мм из остальных марок стали) можно применять однокамерные кузнечные печи. В этих печах необходимо предусматривать максимальную защиту нагреваемых заготовок от непосредственного воздействия пламени, чтобы уменьшить припуски для последующей механической обработки.

Остальные печи, предназначаемые для нагрева более мелких заготовок и инструмента для термической обработки, целесообразно проектировать с меньшей площадью пода по причинам, подробно изложенным ранее. Для таких печей можно принять следующие размеры рабочей площади пода (в м2):

Поскольку продолжительность выдержки при нагреве для закалки в несколько раз меньше, чем при отжиге или отпуске, то производительность печи для закалки значительно больше. Это обстоятельство позволяет проектировать ее с относительно меньшей площадью пода.