Kako poboljšati ujednačenost peći za toplinsku obradu optimiziranjem dizajna ladice za toplinsku obradu?

U području industrijske toplinske obrade, temperaturna ujednačenost u peći jedan je od osnovnih pokazatelja koji određuju kvalitetu proizvoda. Prema statistikama, ekonomski gubici uzrokovani nekvalificiranim performansama metalnih dijelova zbog odstupanja od temperature peći toplinske obrade prelaze 2 milijarde američkih dolara svake godine. Kao ključni nosač za nošenje radnih dijelova, optimizacija dizajna Pladanj toplinske obrade postao je važan proboj u rješavanju ovog problema.
1. Analiza točaka boli postojećeg dizajna ladica
Tradicionalne ladice uglavnom su izrađene od čelika ili lijevanih legura otpornih na toplinu, ali sljedeći su problemi uobičajeni:
Mala učinkovitost provodljivosti topline: Nedovoljna toplinska vodljivost materijala dovodi do neravnomjerne raspodjele temperature same ladice. Na primjer, toplinska vodljivost uobičajenog čelika otpornog na toplinu iznosi samo 25 w/(m · k), što otežava postizanje ujednačenosti brzine;
Grubi strukturni dizajn: udio čvrste donje ploče je previsok (obično više od 70%), što ozbiljno ometa cirkulaciju protoka zraka u peći;
Nekontrolirana toplinska deformacija: ladica je sklona krivu na visokim temperaturama. Izmjereni podaci pokazuju da deformacija tradicionalne ladice može doseći 3-5 mm u pod 800 ℃ radnih uvjeta, koji izravno mijenjaju položaj grijanja radnog komada.
2. Četiri strategije za optimizaciju dizajna
Materijalna revolucija: gradijentna primjena kompozitnih materijala
Usvojena je kompozitna struktura keramike silicijuma karbida i legura na bazi nikla. Površina ladice koristi keramički premaz silicij-karbida s toplinskom vodljivošću do 120 w/(m · k), a donji sloj koristi leguru na bazi nikla s visokim toplinskim kapacitetom. Eksperimenti su pokazali da ovaj dizajn može smanjiti temperaturnu razliku same ladice sa ± 25 ℃ na ± 8 ℃.
Strukturna rekonstrukcija: Bionski dizajn topologije saća
Na temelju algoritma za optimizaciju topologije, generira se struktura saća za povećanje brzine otvaranja ladice na 45%-55%, a strukturna čvrstoća provjerava se analizom konačnih elemenata. Izmjereni podaci tvrtke zrakoplovnih dijelova pokazali su da je standardno odstupanje raspodjele brzine protoka zraka u peći smanjeno za 32% nakon poboljšanja.
Rekonstrukcija protoka zraka: Vodič tehnologija integracije peraja
Dodajući 15 ° nagib vodiča peraja u bočni zid pladnje, kut rasporeda peraja optimiziran je simulacijom CFD -a, a područje mrtve zone u peći uspješno se komprimira od 12% do manje od 4%. Slučaj Američke udruge za toplinsku obradu (AHT) pokazuje da ovaj dizajn sužava raspon fluktuacije dubine karburiziranog sloja na ± 0,05 mm.
Inteligentno ugradnja: Mehanizam kompenzacije toplinske deformacije
Legura memorije oblika (SMA) uvodi se kao potporna struktura da se automatski nadoknadi toplinska ekspanzija od 0,8-1,2 mm u rasponu od 600-900 ℃. Nakon što je njemački dobavljač automobilskih dijelova primijenio ovu tehnologiju, odstupanje tvrdoće tri uzastopne serije dijelova zupčanika smanjilo se s HRC 3.5 na HRC 1.2.
Iii. Kvantitativna provjera ekonomskih koristi
Usporedni podaci prije i nakon transformacije kompanije za proizvodnju ležaja pokazali su:
Radni vijek trajanja porastao je sa 200 puta na 500 ciklusa
Potrošnja energije jedinice smanjila se za 18% (zahvaljujući skraćenom vremenu prosječnog temperature)
Kvalificirana stopa tvrdoće u gašenju proizvoda skočila je s 82% na 97%
Povrat razdoblja ulaganja skraćen je na 8 mjeseci, dokazujući da optimizirani dizajn ima značajnu ekonomsku vrijednost. $