چگونه می توان با بهینه سازی طراحی سینی عملیات حرارتی ، یکنواختی کوره عملیات حرارتی را بهبود بخشید؟

در زمینه عملیات حرارتی صنعتی ، یکنواختی دما در کوره یکی از شاخص های اصلی است که کیفیت محصول را تعیین می کند. براساس آمار ، خسارات اقتصادی ناشی از عملکرد غیرقابل قبول قطعات فلزی به دلیل انحراف دما از کوره تصفیه حرارتی بیش از 2 میلیارد دلار در هر سال است. به عنوان یک حامل کلیدی برای حمل قطعات کار ، بهینه سازی طراحی سینی عملیات حرارتی در حل این مشکل به یک پیشرفت مهم تبدیل شده است.
1. تجزیه و تحلیل نقاط درد طراحی سینی موجود
سینی های سنتی بیشتر از فولاد مقاوم در برابر گرما یا آلیاژهای ریخته گری ساخته شده اند ، اما مشکلات زیر رایج است:
راندمان هدایت حرارتی کم: هدایت حرارتی کافی از مواد منجر به توزیع دمای ناهموار خود سینی می شود. به عنوان مثال ، هدایت حرارتی فولاد مقاوم در برابر گرما فقط 25 W/(M · K) است که دستیابی به یکنواختی سریع دما را دشوار می کند.
طراحی ساختاری خشن: نسبت صفحه پایین جامد بسیار زیاد است (معمولاً بیش از 70 ٪) ، که به طور جدی مانع گردش جریان هوا در کوره می شود.
تغییر شکل حرارتی غیرقابل کنترل: سینی مستعد پیچیدن در دماهای بالا است. داده های اندازه گیری شده نشان می دهد که تغییر شکل سینی سنتی می تواند در شرایط کار 800 ℃ به 3-5 میلی متر برسد ، که مستقیماً موقعیت گرمایش قطعه کار را تغییر می دهد.
2. چهار استراتژی برای بهینه سازی طراحی
انقلاب مادی: کاربرد شیب مواد کامپوزیت
ساختار کامپوزیت سرامیک کاربید سیلیکون و آلیاژهای مبتنی بر نیکل به تصویب رسیده است. سطح سینی از یک پوشش سرامیکی کاربید سیلیکون با هدایت حرارتی تا 120 W/(M · K) استفاده می کند و لایه پایین از یک آلیاژ مبتنی بر نیکل با ظرفیت گرمای خاص استفاده می کند. آزمایشات نشان داده است که این طرح می تواند اختلاف دما سینی خود را از 25 ℃ تا 8 ℃ کاهش دهد.
بازسازی ساختاری: طراحی توپولوژی لانه زنبوری بیونیک
بر اساس الگوریتم بهینه سازی توپولوژی ، یک ساختار لانه زنبوری برای افزایش نرخ باز کردن سینی به 45 ٪ -55 ٪ تولید می شود و قدرت ساختاری با تجزیه و تحلیل عنصر محدود تأیید می شود. داده های اندازه گیری شده از یک شرکت قطعات حمل و نقل هوایی نشان داد که انحراف استاندارد توزیع سرعت جریان هوا در کوره پس از بهبود 32 درصد کاهش یافته است.
بازسازی جریان هوا: راهنمای فناوری ادغام باله
با اضافه کردن یک راهنمای راهنمای شیب 15 درجه به دیواره جانبی سینی ، زاویه چیدمان باله از طریق شبیه سازی CFD بهینه می شود و منطقه منطقه مرده در کوره با موفقیت از 12 ٪ به کمتر از 4 ٪ فشرده می شود. مورد انجمن تصفیه حرارتی آمریکا (AHT) نشان می دهد که این طرح دامنه نوسانات عمق لایه کاربوریزه شده را تا 0.05 میلی متر پوند باریک می کند.
تعبیه هوشمند: مکانیسم جبران تغییر شکل حرارتی
آلیاژ حافظه شکل (SMA) به عنوان یک ساختار پشتیبان معرفی می شود تا به طور خودکار برای انبساط حرارتی 0.8-1.2 میلی متر در محدوده 600-900 the جبران شود. پس از استفاده از یک تأمین کننده قطعات خودرو آلمانی از این فناوری ، انحراف سختی از سه دسته متوالی قطعات دنده از HRC 3.5 به HRC 1.2 کاهش یافته است.
iii تأیید کمی از مزایای اقتصادی
داده های مقایسه ای قبل و بعد از تبدیل یک شرکت تولید کننده بلبرینگ نشان داد:
عمر سینی از 200 بار به 500 چرخه افزایش یافته است
مصرف انرژی واحد 18 ٪ کاهش یافته است (به لطف مدت زمان میانگین دمای کوتاه)
میزان واجد شرایط سختی فرونشست محصول از 82 ٪ به 97 ٪ افزایش یافت
بازده دوره سرمایه گذاری به 8 ماه کوتاه شد و ثابت کرد که طراحی بهینه شده دارای ارزش اقتصادی قابل توجهی است. $ $ $