Jak poprawić jednorodność pieca do obróbki cieplnej poprzez optymalizację projektowania tacki oczyszczania cieplnego?

W dziedzinie przemysłowej obróbki cieplnej jednorodność temperatury w piecu jest jednym z podstawowych wskaźników określających jakość produktu. Według statystyk straty ekonomiczne spowodowane niewykwalifikowaną wydajnością części metalowych z powodu odchylenia temperatury pieca oczyszczania cieplnego przekraczają 2 miliardy dolarów rocznie. Jako kluczowy przewoźnik do przenoszenia obrabiarek, optymalizacja projektowania Taca na obróbkę cieplną stał się ważnym przełomem w rozwiązaniu tego problemu.
1. Analiza punktów bólu istniejącego projektu tacy
Tradycyjne tace są w większości wykonane ze stalowych lub odlewanych stopów opornych na ciepło, ale następujące problemy są powszechne:
Niska wydajność przewodzenia ciepła: niewystarczająca przewodność cieplna materiału prowadzi do nierównomiernego rozkładu temperatury samej tacki. Na przykład przewodność cieplna zwykłej stali opornej na ciepło wynosi tylko 25 W/(m · k), co utrudnia osiągnięcie szybkiej jednolitości temperatury;
Szorstka konstrukcja konstrukcyjna: odsetek stałej dolnej płyty jest zbyt wysoka (zwykle ponad 70%), co poważnie utrudnia krążenie przepływu powietrza w piecu;
Niekontrolowane deformacja termiczna: taca jest podatna na wypaczenie w wysokich temperaturach. Zmierzone dane pokazują, że odkształcenie tradycyjnej tacy może osiągnąć 3-5 mm w warunkach pracy 800 ℃, co bezpośrednio zmienia pozycję ogrzewania przedmiotu obrabianego.
2. Cztery strategie optymalizacji projektowania
Rewolucja materiału: Gradient zastosowanie materiałów kompozytowych
Przyjmowana jest złożona struktura ceramiki węgla krzemu i stopów niklu. Powierzchnia tacy wykorzystuje krzemową powłokę ceramiczną z węglika z przewodnością cieplną do 120 W/(M · K), a dolna warstwa wykorzystuje stop na bazie niklu o wysokiej pojemności cieplnej. Eksperymenty wykazały, że ten projekt może zmniejszyć różnicę temperatur samej tacki z ± 25 ℃ do ± 8 ℃.
Rekonstrukcja strukturalna: Bionic Honey Projekt topologii
W oparciu o algorytm optymalizacji topologii generowana jest struktura plastra miodu w celu zwiększenia szybkości otwierania tacy do 45%-55%, a wytrzymałość strukturalną jest weryfikowana przez analizę elementów skończonych. Zmierzone dane firmy z częściami lotniczymi wykazały, że odchylenie standardowe rozkładu prędkości przepływu powietrza w piecu zostało zmniejszone o 32% po ulepszeniu.
Rekonstrukcja przepływu powietrza: Technologia integracji FIN prowadzącej
Dodając płetwę z nachyleniem 15 ° do ściany bocznej tacy, kąt układu płetwy jest zoptymalizowany poprzez symulację CFD, a obszar strefy martwej w piecu jest skutecznie kompresowany z 12% do mniejszej niż 4%. Przypadek American Heat Treating Association (AHT) pokazuje, że ten projekt zawęża zakres fluktuacji głębokości warstwy gaźnej do ± 0,05 mm.
Inteligentne osadzanie: mechanizm kompensacyjnego odkształcenia termicznego
Stop pamięci kształtu (SMA) jest wprowadzany jako struktura podtrzymująca w celu automatycznego kompensowania rozszerzenia cieplnego 0,8-1,2 mm w zakresie 600-900 ℃. Po tym, jak niemiecki dostawca części motoryzacyjnych zastosował tę technologię, odchylenie twardości trzech kolejnych partii części przekładni zmniejszyło się z HRC 3.5 do HRC 1.2.
Iii. Ilościowa weryfikacja korzyści ekonomicznych
Dane porównawcze przed i po transformacji spółki produkcyjnej łożyskiej pokazały:
Życie serwisowe tacy wzrosło z 200 razy do 500 cykli
Zużycie energii jednostkowej zmniejszyło się o 18% (dzięki skróconego czasu uśredniania temperatury)
Kwalifikowana stawka twardości hartowania produktu wzrosła z 82% do 97%
Zwrot z okresu inwestycji został skrócony do 8 miesięcy, co dowodzi, że zoptymalizowany projekt ma znaczącą wartość ekonomiczną.