Dispozitivele de tratament termic explicate | Tipuri, materiale și ghid de selecție

Dispozitivele de tratament termic explicate | Tipuri, materiale și ghid de selecție
Calitatea tratamentului termic depinde nu numai de cuptor și de programul de temperatură. Modul în care piesele de prelucrat sunt susținute în interiorul cuptorului poate influența, de asemenea, stabilitatea procesului, eficiența încărcării, controlul dimensional și consistența producției.

Aici devin importante dispozitivele de tratament termic.

Corpuri de tratament termic sunt structuri proiectate de susținere a sarcinii utilizate pentru a transporta, localiza, separa sau poziționa componentele metalice în timpul prelucrării termice. În funcție de aplicație, un dispozitiv de fixare poate fi un coș, tavă, suport, grilă, cadru suport sau sistem de încărcare complet personalizat.

Spre deosebire de echipamentele obișnuite de manipulare a materialelor, dispozitivele de fixare a cuptorului trebuie să continue să transporte o sarcină în timp ce sunt expuse la temperaturi ridicate și cicluri termice repetate.
Pentru utilizatorii industriali, provocarea nu este, prin urmare, pur și simplu găsirea unui dispozitiv care să se potrivească cuptorului.

De asemenea, dispozitivul trebuie să se potrivească cu:

Procesul de tratament termic
Temperatura de functionare
Atmosfera cuptorului
Geometria piesei de prelucrat
Greutate de încărcare
Metoda de încărcare
Ciclul de producție necesar
Durata de viață estimată a dispozitivului de fixare

FH® Alloy furnizează dispozitive personalizate de tratare termică pentru aplicații de cuptoare industriale pe baza desenelor clienților și a cerințelor reale de operare.

Cum funcționează dispozitivele de tratament termic?
Funcția de bază a unui dispozitiv de tratare termică este de a crea un aranjament stabil de încărcare pentru piesele care sunt procesate în interiorul unui cuptor.
Cu toate acestea, un dispozitiv bine proiectat îndeplinește mai multe funcții în același timp.

Poate ajuta:

Păstrați piesele în orientarea necesară
Mențineți distanța dintre piesele de prelucrat
Suporta sarcini grele la temperaturi ridicate
Lăsați căldura să ajungă la piesele de prelucrat
Îmbunătățiți utilizarea spațiului cuptorului
Simplificați încărcarea și descărcarea
Reduceți mișcarea nedorită în timpul procesării
Îmbunătățiți repetabilitatea între ciclurile cuptorului

Pentru unele piese de precizie, elementul de fixare devine, de asemenea, parte a strategiei de control al deformării.
Aceasta înseamnă că proiectarea dispozitivului de fixare ar trebui să fie luată în considerare împreună cu piesa de prelucrat și procesul de tratament termic, mai degrabă decât ca un accesoriu separat.

Unde sunt folosite dispozitivele de tratament termic?
Corpurile de tratare termică sunt utilizate într-o gamă largă de procese termice industriale.

Procesele tipice includ:

Recoacerea
întărire
temperare
Carburarea
Tratament termic cu soluție
Îmbătrânirea
Reducerea stresului
Tratament termic cu vid

Ele pot fi găsite în echipamente precum:

Cuptoare de lot
Cuptoare cu gropi
Cuptoare cu vid
Cuptoare cu vatră cu role
Carburarea furnaces
Linii continue de tratament termic
Cuptoare cu atmosferă controlată

Deoarece condițiile de funcționare variază semnificativ între tipurile de cuptor, structurile de fixare sunt în mod normal selectate sau personalizate pentru o anumită aplicație.

Modele comune de dispozitive de tratare termică
Nu există un design universal de fixare pentru tratamentul termic industrial.
Piesele de prelucrat și sistemele de cuptor diferite necesită aranjamente diferite de încărcare.

Coșuri pentru tratament termic
Coșuri pentru tratament termic sunt utilizate în mod obișnuit atunci când mai multe piese trebuie procesate în același ciclu al cuptorului.

În funcție de aplicație, modelele de coșuri pot include:

Structuri de grilă turnate
Structuri cu cadru deschis
Secțiuni de plasă
Funduri ranforsate
Puncte de ridicare
Colțuri stivuibile

Designul trebuie să echilibreze capacitatea de încărcare cu o zonă deschisă suficientă pentru circulația căldurii și a atmosferei.

Aplicațiile tipice includ procesarea în loturi a:

Componente auto
Elemente de fixare
Piese forjate
Componente prelucrate
Piese metalice mici si mijlocii

Tavi pentru cuptor
Tavi de tratament termic asigura o suprafata de sprijin relativ plana.

Ele sunt adesea selectate atunci când piesele de prelucrat au nevoie de o plasare controlată, mai degrabă decât de încărcare în loturi libere.

Modelele tipice de tăvi pot include:

Deschideți modele de grilă
Coaste de întărire
Localizarea găurilor
Posturi de suport
Caracteristici stivuibile

Tăvile pot servi și ca bază pentru un sistem de fixare modular mai mare.

Rafturi pentru tratament termic
Dispozitivele în stil rack sunt concepute pentru a susține componentele în mai multe poziții sau niveluri.

Ele sunt deosebit de utile acolo unde utilizatorul trebuie să îmbunătățească utilizarea cuptorului, împiedicând în același timp piesele de prelucrat să intre în contact.

Fixările pentru rack pot fi personalizate în funcție de:

Forma părții
Spațiere necesară
Numărul de niveluri de încărcare
Cerințe de transfer de căldură
Dimensiunile camerei cuptorului

Fixare grilă
Structurile grilă sunt utilizate pe scară largă ca:

Plăci de bază
Straturi intermediare
Fundul coșului
Platforme suport

O grilă deschisă poate reduce masa inutilă a dispozitivului de fixare, lăsând în același timp spațiu pentru transferul de căldură și circulația atmosferei.

Geometria trebuie să ofere totuși o rezistență suficientă la temperatura de funcționare.

Dispozitive de încărcare personalizate și jig-uri
Unele aplicații de tratament termic nu pot folosi coșuri sau tăvi standard.

Componentele complexe pot necesita suporturi speciale proiectate în jurul geometriei piesei de prelucrat.

Un dispozitiv personalizat poate include:

Puncte de localizare
Suporturi verticale
Poziții de suspendare
Structuri de ridicare dedicate
Spațiere specială
Componente detașabile

Acest lucru este deosebit de important atunci când orientarea piesei de prelucrat afectează distorsiunea sau consistența procesului.

De ce condițiile de temperatură înaltă modifică designul dispozitivului
Un dispozitiv care arată mecanic puternic la temperatura camerei poate funcționa foarte diferit în interiorul unui cuptor.

La temperaturi ridicate, materialele metalice pot suferi o rezistență redusă și o deformare treptată.

Efectele importante ale temperaturii ridicate includ:
Târâiește
Sub sarcină susținută și temperatură ridicată, un dispozitiv de fixare se poate deforma lent chiar și fără o defecțiune mecanică bruscă.

Acest lucru poate duce la:

Strângerea
Pierderea planeității
S-au schimbat pozițiile piesei de prelucrat
Precizie redusă de stivuire

Expansiune termică
Corpurile se extind în timpul încălzirii și se contractă în timpul răcirii.

Dacă structura nu acceptă această mișcare, ciclurile repetate pot crea solicitări locale.

Oboseala termica
Încălzirea și răcirea repetate pot contribui în cele din urmă la:

Crăpare
Deteriorarea sudurii
Eșec localizat
Schimbarea dimensională

Din acest motiv, proiectarea dispozitivului ar trebui să se bazeze pe temperatura reală de lucru, mai degrabă decât pe proprietățile mecanice la temperatura camerei.

Ce materiale sunt utilizate în mod obișnuit pentru dispozitivele de tratare termică?
Alegerea materialului are o influență majoră asupra performanței dispozitivului de fixare.

Soluțiile comune includ oțeluri inoxidabile rezistente la căldură, aliaje rezistente la căldură turnate și aliaje la temperaturi înalte care conțin nichel.

Nota adecvată depinde de mediul de operare.

Oțeluri inoxidabile rezistente la căldură
Oțelurile inoxidabile rezistente la căldură pot fi folosite pentru coșuri, tăvi, cadre și alte structuri ale cuptorului.

Notele considerate în mod obișnuit includ materiale precum:

310S
1.4848
1.4849

Ele pot oferi un echilibru util de:

Rezistență la temperaturi ridicate
Capacitate de fabricare
Disponibilitate
Cost

Adecvarea reală trebuie întotdeauna evaluată în raport cu condițiile de funcționare ale clientului.

Aliaje turnate la temperatură înaltă
Aliajele turnate rezistente la căldură sunt utilizate frecvent acolo unde dispozitivul necesită:

Geometrie complexă
Armare integrată
Construcția grilei
Operare repetată la temperatură ridicată

Turnarea permite, de asemenea, ca anumite structuri de fixare să fie produse ca componente integrate, mai degrabă decât asamblate din numeroase piese fabricate.

Aliaje rezistente la căldură de performanță superioară
Pentru condiții mai severe ale cuptorului, pot fi evaluate aliaje precum 1.4852 și alte clase de performanță mai ridicată.
Aceste aplicații implică adesea:

Temperaturi mai ridicate susținute
Sarcini grele
Timpi lungi de reținere
Cerințe mai mari de rezistență la fluaj

Aliaje pe bază de nichel
Aliajele pe bază de nichel pot fi luate în considerare acolo unde oțelurile convenționale rezistente la căldură nu pot oferi o performanță suficientă.

Cu toate acestea, conținutul mai mare de aliaj crește și costul materialului.

Prin urmare, selecția ar trebui să ia în considerare cerințele ciclului de viață total, mai degrabă decât alegerea unui material doar pentru că are o capacitate de temperatură nominală mai mare.

Corpuri de tratare termică turnate sau fabricate?
Ambele metode de fabricație sunt utilizate în aplicațiile industriale de tratament termic.

Alegerea mai bună depinde de geometria dispozitivului de fixare, cantitatea de producție, mediul de operare și cerințele clienților.

Corpuri turnate
Turnarea este utilă pentru producerea:

Grile complexe
Coaste integrate
Geometrii speciale de suport
Structuri de fixare repetitive

Beneficiile potențiale includ flexibilitatea de proiectare și capacitatea de a integra caracteristici structurale într-o singură turnare.

Corpuri fabricate
Corpurile de iluminat fabricate pot folosi:

farfurie
bar
Tub
Sârmă
Componente prelucrate
Ansambluri sudate

Fabricarea este deosebit de utilă pentru:

Structuri personalizate
Proiecte cu volum mai mic
Corpuri care necesită o modificare dimensională mai ușoară
Aplicații care utilizează secțiuni standard

Modele hibride
Unele dispozitive industriale combină componente turnate și fabricate.

De exemplu, secțiunile portante turnate pot fi combinate cu:

Tije
Rame
Componente de ridicare
Mesh
Piese prelucrate

Această abordare permite proiectării să utilizeze diferite procese de fabricație acolo unde fiecare este cel mai potrivit.

Ce determină un design bun de fixare?
Nu există o singură regulă de proiectare care să se aplice fiecărui dispozitiv de tratare termică.

Mai mulți factori trebuie evaluați împreună.

Distribuția încărcăturii
Dispozitivul de fixare trebuie să distribuie greutatea piesei de prelucrat pe structura de susținere.
Distribuția slabă a sarcinii poate crea stres localizat și poate accelera deformarea.

Poziția de sprijin
Locația fiecărui punct de sprijin poate afecta deformarea piesei de prelucrat.
Pentru componentele de precizie, pur și simplu adăugarea mai multor suporturi nu este întotdeauna răspunsul.
Pozițiile suportului trebuie să se potrivească cu geometria și comportamentul termic al piesei.

Greutatea proprie a dispozitivului
Dispozitivul în sine consumă capacitatea cuptorului și energie.
Masa excesivă a dispozitivului de fixare poate:

Măriți timpul de încălzire
Reduceți sarcina utilă disponibilă
Creșteți inerția termică

Prin urmare, obiectivul nu este pur și simplu de a face dispozitivul cât mai greu posibil.

Un design mai bun echilibrează:
rezistența structurală greutatea dispozitivului de transfer de căldură durata de viață

Fluxul de căldură și atmosferă
Zonele deschise pot ajuta căldura și gazele de proces să ajungă mai eficient la piesa de prelucrat.
Geometria dispozitivului de fixare ar trebui să evite ecranarea inutilă a suprafețelor componentelor critice.

Ridicare și manipulare
Dispozitivul trebuie să funcționeze și în afara cuptorului.

În funcție de linia de producție, inginerii ar putea trebui să ia în considerare:

Ridicarea macaralei
Manipulare stivuitor
Încărcare la rece
Încărcare la cald
Sisteme automate de incarcare

Aceste cerințe pot influența semnificativ structura finală.

Dispozitive de tratare termică pentru diferite sisteme de cuptor
Cerințele de fixare se modifică în funcție de tipul cuptorului.

Instalații pentru cuptor cu vid
Aplicațiile de vid pun, în general, un accent mai mare pe:

Construcție curată
Stabilitate dimensională
Materiale compatibile cu vacuum
Transfer eficient de căldură prin radiație
Risc scăzut de contaminare

Prin urmare, proiectarea dispozitivelor de vid ar trebui tratată ca o subcategorie specializată a ingineriei dispozitivelor de tratare termică.

Corpuri pentru cuptoare de groapă
Cuptoarele cu groapă necesită adesea sisteme de încărcare orientate vertical.

Considerațiile importante pot include:

Înălțimea totală a dispozitivului
Structura de ridicare
Balanța sarcinii
Stabilitate pe verticală
Temperatura de încărcare

Instalații pentru cuptor cu vatră cu role
Corpurile de fixare utilizate la cuptoarele cu vatră cu role trebuie să interacționeze corect cu sistemul de transport al cuptorului.

Parametrii importanți de proiectare includ:

Dimensiunile bazei
Planeitatea de jos
Distanța dintre role
Sarcina totala
Stabilitate în timpul mișcării

Carburarea Furnace Fixtures
Cuptoarele de carburare creează condiții deosebit de solicitante pentru unele materiale de fixare.

Selecția trebuie să ia ambele:

Rezistență mecanică la temperatură înaltă
Atmosfera de proces

în considerare.

Ce cauzează defecțiunea prematură a dispozitivului?
Când un dispozitiv de tratament termic eșuează prea repede, calitatea materialului este doar una dintre cauzele posibile.

Factorii comuni de eșec includ:

Încărcare excesivă
Aranjament incorect al suportului
Rezistență insuficientă la fluaj
Oboseala termica
Calitate slabă a sudurii
Concentrarea stresului
Manipulare incorectă
Material neadecvat pentru atmosfera cuptorului
Temperatura de functionares above the original design condition

Prin urmare, o analiză utilă a defecțiunilor ar trebui să investigheze întregul mediu de operare.

Simpla copiere a dimensiunilor unui dispozitiv vechi poate reproduce aceeași problemă.

Cum poate fi îmbunătățită durata de viață a dispozitivului?
Nu există o soluție unică pentru prelungirea duratei de viață a dispozitivului.

În practică, rezultate mai bune provin de obicei din mai multe îmbunătățiri care lucrează împreună.

Selectați materialele în funcție de condițiile de service
Evitați selectarea claselor doar dintr-un tabel generic de temperatură.
Luați în considerare:

Temperatura reală a metalului
Încărcare
Atmosferă
Timp de retinere
Numărul de cicluri

Optimizați Geometria Structurală
Un proiect structural bun poate reduce:

Concentrarea stresului
Greutate inutilă
Supraîncălzire locală
Strângerea

Evitați supraîncărcarea
Un dispozitiv de fixare trebuie să aibă o sarcină de funcționare definită.

Operarea repetată peste condiția de încărcare prevăzută poate scurta dramatic durata de viață.

Inspectați dispozitivele în mod regulat
Punctele de inspecție utile includ:

Colțuri
Suduri
Elemente portante principale
Puncte de ridicare
Zone de localizare stivuibile

Identificarea timpurie a deformării sau fisurilor poate reduce riscul defecțiunii neașteptate în timpul producției.

Cum să selectați dispozitivele de tratare termică pentru un proiect nou
Când dezvoltați un nou dispozitiv de fixare, începeți cu cuptorul și piesa de prelucrat, mai degrabă decât cu desenul dispozitivului.

În mod ideal, producătorul ar trebui să înțeleagă următoarele informații:
Informații despre cuptor

Tipul cuptorului
Dimensiunile camerei
Temperatura maxima de functionare
Atmosfera cuptorului
Metoda de încălzire

Informații despre piesa de prelucrat

Dimensiunile piesei
Greutate parțială
Cantitate pe sarcină
Orientare obligatorie
Zone critice de deformare

Informații despre dispozitiv

Dimensiuni maxime admise
Metoda de stivuire necesară
Încărcareing and unloading method
Capacitate de încărcare țintă
Preferinta materiala
Durata de viață estimată

Cu aceste informații, este mai ușor să determinați dacă proiectul ar trebui să utilizeze un coș, tavă, suport, grilă sau o structură personalizată dedicată

Ce ar trebui să ofere cumpărătorii atunci când solicită o cotație?
Pentru o evaluare tehnică și o cotație mai precisă, cumpărătorii ar trebui să ofere cât mai multe informații posibil.

Informațiile recomandate includ:

Desen de fixare
Dimensiuni de gabarit
Cantitatea necesară
Specificația materialului, dacă este deja definită
Tipul cuptorului
Temperatura de functionare
Atmosfera cuptorului
Dimensiunile piesei de prelucrat
Sarcina totalaing weight
Încărcareing and unloading method

În cazul în care proiectul implică înlocuirea unui dispozitiv existent, informații suplimentare sunt utile:

Material existent
Durata de viață reală
Fotografii cu esec
Zone de deformare sau fisurare
Greutatea actuală a dispozitivului de fixare
Ciclu de operare

Aceste informații permit furnizorului să evalueze dacă pot fi posibile îmbunătățiri ale designului sau ale materialelor.

Fabricare personalizată de dispozitive de tratare termică de FH® Alloy
FH® Alloy produce accesorii pentru cuptoare rezistente la căldură pentru aplicații industriale personalizate.

Soluțiile de fixare disponibile includ:

Coșuri pentru tratament termic
Tavi pentru cuptor
Rafturi pentru tratament termic
Grile turnate
Dispozitive de încărcare stivuibile
Corpuri de fixare pentru cuptoare de groapă
Corpuri de fixare pentru cuptoare cu vid
Jiguri personalizate și structuri de susținere

Productia se poate baza pe:

Desenele clientului
Mostre existente
Dimensiunile cuptorului
Informații despre piesa de prelucrat
Clase de aliaje specificate
Cerințe de aplicare

Pentru proiectele care se confruntă cu o durată de viață scurtă sau cu deformare, condițiile de funcționare pot fi, de asemenea, revizuite înainte de a fabrica un dispozitiv de înlocuire.

Întrebări frecvente
Î1: Ce sunt dispozitivele de tratament termic?
Dispozitivele pentru tratament termic sunt structuri folosite pentru a susține, localiza, separa sau transporta piesele de prelucrat în timpul prelucrării termice industriale.

Î2: Ce tipuri de dispozitive de tratament termic sunt utilizate în mod obișnuit?
Modelele obișnuite includ coșuri, tăvi, rafturi, grile, jiguri, cadre de susținere și sisteme de încărcare personalizate.

Q3: Ce material ar trebui folosit pentru un dispozitiv de fixare a cuptorului?
Selectarea materialului depinde de temperatură, atmosferă, încărcarea piesei de prelucrat, ciclul termic, geometria dispozitivului de fixare și durata de viață estimată.

Î4: Sunt corpurile turnate mai bune decât corpurile sudate?
Nu neapărat. Turnarea și fabricarea au fiecare avantaje. Metoda de fabricație adecvată depinde de structură și de cerințele de funcționare.

Î5: De ce se deformează corpurile cuptorului după o utilizare repetată?
Fluajul la temperatură ridicată, ciclul termic, încărcarea excesivă, suportul structural insuficient și materialele necorespunzătoare pot contribui toate la deformare.

Î6: Pot fi reproiectate corpurile existente de tratament termic?
Da. Desenele existente, fotografiile dispozitivelor folosite, locațiile defecțiunilor, condițiile de service și informațiile de încărcare pot fi utilizate pentru a evalua potențialele îmbunătățiri structurale sau materiale.

Concluzie
Dispozitivele de tratament termic sunt mai mult decât simple accesorii de încărcare a cuptorului.

Sunt componente proiectate care trebuie să continue să susțină piesele de prelucrat în timp ce sunt expuse la temperaturi ridicate, sarcini mecanice, atmosfera cuptorului și cicluri termice repetate.

O soluție fiabilă de fixare necesită combinația corectă a:

Material
Structura
Procesul de fabricație
Metoda de încărcare
Condițiile cuptorului

Pentru proiecte noi, furnizarea de informații complete despre cuptor și piesa de prelucrat permite producătorului de dispozitive de fixare să dezvolte o soluție care se potrivește mai bine cu aplicația actuală.

FH Alloy oferă dispozitive personalizate de tratament termic, fabricate conform desenelor și cerințelor de funcționare a cuptorului industrial.

Pentru evaluare tehnică sau cotație, furnizați desenul, dimensiunile, temperatura de funcționare, atmosfera cuptorului, informațiile despre piesa de prelucrat, greutatea de încărcare și cantitatea necesară.