Cum se îmbunătățește uniformitatea cuptorului de tratare termică prin optimizarea proiectării tavii de tratare termică?

În domeniul tratamentului termic industrial, uniformitatea temperaturii în cuptor este unul dintre indicatorii de bază care determină calitatea produsului. Conform statisticilor, pierderile economice cauzate de performanța necalificată a pieselor metalice din cauza abaterii de temperatură a cuptorului de tratare termică depășesc 2 miliarde de dolari americani în fiecare an. Ca transportator cheie pentru transportul pieselor de lucru, optimizarea proiectării Tava de tratare termică a devenit o descoperire importantă în rezolvarea acestei probleme.
1. Analiza punctelor de durere ale proiectării tăvii existente
Tăvile tradiționale sunt realizate în cea mai mare parte din oțel rezistent la căldură sau aliaje turnate, dar următoarele probleme sunt comune:
Eficiența de conducere scăzută a căldurii: Conductivitatea termică insuficientă a materialului duce la distribuția neuniformă a temperaturii a tavii în sine. De exemplu, conductivitatea termică a oțelului obișnuit rezistent la căldură este de doar 25 W/(M · K), ceea ce face dificilă obținerea uniformității rapide a temperaturii;
Proiectare structurală aspră: proporția plăcii de jos solide este prea mare (de obicei mai mare de 70%), ceea ce împiedică serios circulația fluxului de aer în cuptor;
Deformarea termică incontrolabilă: tava este predispusă la deformare la temperaturi ridicate. Datele măsurate arată că deformarea tavii tradiționale poate ajunge la 3-5 mm sub 800 ℃ condiții de muncă, ceea ce schimbă direct poziția de încălzire a piesei de lucru.
2. Patru strategii pentru optimizarea proiectării
Revoluția materialelor: aplicarea gradientului de materiale compozite
Structura compozită a ceramicii din carbură de siliciu și a aliajelor pe bază de nichel este adoptată. Suprafața tavii folosește o acoperire ceramică din carbură de siliciu cu o conductivitate termică de până la 120 W/(M · K), iar stratul de jos folosește un aliaj pe bază de nichel, cu o capacitate de căldură specifică ridicată. Experimentele au arătat că acest proiect poate reduce diferența de temperatură a tavii în sine de la ± 25 ℃ la ± 8 ℃.
Reconstrucție structurală: designul topologiei bionice de fagure de fagure
Pe baza algoritmului de optimizare a topologiei, este generată o structură de fagure pentru a crește rata de deschidere a tăvii la 45%-55%, iar rezistența structurală este verificată prin analiza elementelor finite. Datele măsurate ale unei companii de piese de aviație au arătat că abaterea standard a distribuției vitezei fluxului de aer în cuptor a fost redusă cu 32% după îmbunătățire.
Reconstrucția fluxului de aer: ghid tehnologia de integrare a finului
Adăugând un ghid de înclinare de 15 ° Fin pe peretele lateral al tavii, unghiul de aranjare a finului este optimizat prin simularea CFD, iar zona zonei moarte din cuptor este comprimată cu succes de la 12% la mai puțin de 4%. Cazul Asociației Americane de Tratare a căldurii (AHT) arată că acest design restrânge gama de fluctuație a adâncimii stratului carburizat la ± 0,05mm.
Încorporare inteligentă: Mecanism de compensare a deformării termice
Aliajul de memorie de formă (SMA) este introdus ca o structură de susținere pentru a compensa automat expansiunea termică de 0,8-1,2 mm în intervalul 600-900 ℃. După ce un furnizor de piese auto germane a aplicat această tehnologie, abaterea de duritate a trei loturi consecutive de piese de viteză a scăzut de la HRC 3,5 la HRC 1,2.
Iii. Verificarea cantitativă a beneficiilor economice
Datele comparative înainte și după transformarea unei companii de producție de rulment au arătat:
Durata de viață a tavii a crescut de la 200 de ori la 500 de cicluri
Consumul de energie unitar a scăzut cu 18% (datorită timpului de medie a temperaturii scurtate)
Rata calificată a durității de stingere a produsului a sărit de la 82% la 97%
Returnarea perioadei de investiții a fost redusă la 8 luni, dovedind că designul optimizat are o valoare economică semnificativă.