Come migliorare l'uniformità del forno di trattamento termico ottimizzando la progettazione del vassoio di trattamento termico?

Nel campo del trattamento termico industriale, l'uniformità della temperatura nel forno è uno degli indicatori fondamentali che determinano la qualità del prodotto. Secondo le statistiche, le perdite economiche causate dalle prestazioni non qualificate delle parti metalliche a causa della deviazione di temperatura del forno di trattamento termico superano i 2 miliardi di dollari ogni anno. Come vettore chiave per il trasporto di pezzi, l'ottimizzazione del design del Vassoio per il trattamento termico è diventato una svolta importante nel risolvere questo problema.
1. Analisi dei punti deboli del design del vassoio esistente
I vassoi tradizionali sono per lo più realizzati in acciaio resistente al calore o leghe fusi, ma i seguenti problemi sono comuni:
Bassa efficienza di conduzione del calore: conduttività termica insufficiente del materiale porta a una distribuzione di temperatura irregolare del vassoio stesso. Ad esempio, la conduttività termica dell'acciaio ordinario resistente al calore è di soli 25 W/(M · K), il che rende difficile ottenere una rapida uniformità della temperatura;
Design strutturale grezzo: la proporzione della piastra inferiore solida è troppo alta (di solito più del 70%), che ostacola seriamente la circolazione del flusso d'aria nel forno;
Deformazione termica incontrollabile: il vassoio è soggetto a deformarsi ad alte temperature. I dati misurati mostrano che la deformazione del vassoio tradizionale può raggiungere 3-5 mm in condizioni di lavoro, che modifica direttamente la posizione di riscaldamento del pezzo.
2. Quattro strategie per ottimizzare il design
Rivoluzione del materiale: applicazione a gradiente di materiali compositi
Viene adottata la struttura composita della ceramica in carburo di silicio e delle leghe a base di nichel. La superficie del vassoio utilizza un rivestimento in ceramica in carburo di silicio con una conduttività termica fino a 120 W/(m · k) e lo strato inferiore utilizza una lega a base di nichel con alta capacità termica specifica. Gli esperimenti hanno dimostrato che questo progetto può ridurre la differenza di temperatura del vassoio stesso da ± 25 ℃ a ± 8 ℃.
Ricostruzione strutturale: design topologico a nido d'ape bionico
Sulla base dell'algoritmo di ottimizzazione della topologia, viene generata una struttura a nido d'ape per aumentare il tasso di apertura del vassoio al 45%-55%e la resistenza strutturale viene verificata mediante analisi degli elementi finiti. I dati misurati di un'azienda di parti aeronautiche hanno mostrato che la deviazione standard della distribuzione della velocità del flusso d'aria nel forno è stata ridotta del 32% dopo il miglioramento.
Ricostruzione del flusso d'aria: tecnologia di integrazione delle pinne guida
Aggiungendo una pinna di inclinazione di 15 ° alla parete laterale del vassoio, l'angolo di disposizione della pinna viene ottimizzato attraverso la simulazione CFD e l'area della zona morta nel forno viene compressa con successo dal 12% al 4%. Il caso dell'American Heat Treatment Association (AHT) mostra che questo design restringe l'intervallo di fluttuazione della profondità del strato carbburizzato a ± 0,05 mm.
Incorporamento intelligente: meccanismo di compensazione della deformazione termica
La lega di memoria di forma (SMA) viene introdotta come struttura di supporto per compensare automaticamente l'espansione termica di 0,8-1,2 mm nell'intervallo di 600-900 ℃. Dopo che un fornitore di parti automobilistiche tedesche ha applicato questa tecnologia, la deviazione di durezza di tre lotti consecutivi di parti di ingranaggi è diminuita da HRC 3,5 a HRC 1.2.
Iii. Verifica quantitativa dei benefici economici
Dati comparativi prima e dopo la trasformazione di un'azienda manifatturiera del cuscinetto ha mostrato:
La durata del vassoio è aumentata da 200 volte a 500 cicli
Il consumo di energia unitario è diminuito del 18% (grazie al tempo di media della temperatura ridotta)
Il tasso qualificato di distinzione del prodotto è aumentata dall'82% al 97%
Il ritorno sul periodo di investimento è stato ridotto a 8 mesi, dimostrando che il design ottimizzato ha un valore economico significativo.