Ключевые параметры вакуумных печей — руководство при выборе термического оборудования

2540
Артем Василенко

Скачайте полный каталог вакуумных печей на свой E-mail (формат .pdf - 8 Мегабайт)

Статью подготовил Артем Василенко. Руководитель отдела термического оборудования

На протяжении всего периода технологического развития промышленности металлы и сплавы оставались основными конструкционными материалами, а увеличивающиеся объемы выпуска гарантируют сохранение их лидирующей позиции на ближайшие десятилетия.

Повышение уровня и качественных характеристик выпускаемой высокотехнологичной продукции требует применения специализированных высоколегированных, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, высококачественного чугуна, цветных металлов и их сплавов. В результате повышаются требования к чистоте материалов (по содержанию легирующих элементов, примесей, неметаллических включений), величине зерна и текстуре, физическим и механическим характеристикам.

Для производства и обработки подобных материалов и деталей необходимо использование высокотехнологичного современного оборудования: вакуумных печей спекания, плавления, термической и химико-термической обработки. Подбор такого оборудования следует поручать специализированным организациям, способным разобраться в поставленной задаче и найти оптимальное решение с технической и экономической точек зрения.

Для того, чтобы результаты в полной степени соответствовали Вашим ожиданиям, следует придерживаться ряда изложенных в этой статье правил.

Раздел 1. Назначение

Экономическая эффективность и независимость предприятия строятся на грамотной политике организации производства и применения оптимальной материально-технической базы. В результате, в погоне за экономией организации стремятся получить «универсального солдата» за цену оловянного солдатика. К вакуумному термическому оборудованию такой подход сложно применим, на что есть несколько объективных факторов, которые необходимо учитывать:

1. Специализация под конкретные задачи. Вакуумные печи – это высокотехнологичное оборудование, заточенное под качественное выполнение конкретной задачи.

Для примера проведем аналогию со сверхзвуковым самолетом, который решили использовать на дозвуковых скоростях – летать он будет вполне способен, но вот прямые задачи вряд ли будут решены, а за счет худшей маневренности существует еще риск потерять технику. С вакуумными печами ситуация аналогичная – например, в печи закалки возможно выполнение процессов старения или отпуска, но конечный результат может быть хуже, чем в специализированном оборудовании, функциональные возможности также могут быть ограничены.

2. Экономическая целесообразность – следующий фактор в пользу специализации оборудования. Приведем простой и показательный пример. Очень часто на производствах требуется выполнение таких процессов, как закалка и последующий отпуск. Как известно, суть закалки состоит в превращении аустенита в мартенсит, т. е. обрабатываемый материал необходимо нагреть до аустенитного состояния – для большинства конструкционных сталей, например, это порядка 1000-1300 °C. При этом весь цикл закалки занимает 3-5 часа. Следующий после закалки отпуск может проходить при температурах 150—260 °C (низкий), 350—500 °C (средний) или 500—680 °C (высокий) и длиться на протяжении от 5-6 часов до нескольких десятков часов. При этом если для этих процессов будет использоваться одна и та же печь, то ни о какой рентабельности и эффективности речи быть уже не может. В случае необходимости решения подобных задач, мы настоятельно рекомендуем рассматривать приобретение нескольких установок разного размера и производительности.

Раздел 2. Ключевые параметры

При первоначальном подборе необходимого оборудования или формировании технического задания, приведем ниже ряд важных параметров.

2.1 Температура

Данный параметр уместно разделить на несколько пунктов.

Температура максимальная – дает представление о максимальных возможностях печи, но с точки технологического процесса не является ключевым.

Диапазон рабочих температур – данный параметр характеризует диапазон, в котором оборудование будет работать с максимальной эффективностью на протяжении продолжительного периода времени без ущерба для ресурса. На данный параметр стоит обратить особое внимание как при формировании заявки, так и при изучении предложения.

Однородность температуры – диапазон максимальных отклонений температуры в рабочем пространстве печи. Чем меньше значение данного параметра, тем выше будет качество проводимого процесса.

2.2. Параметры обрабатываемых деталей

Материал деталей – определяет требования к материалам внутреннего пространства печи, нагревателей и изоляционных материалов.

Габариты и масса – определяют требования к размерам рабочего пространства печи и несущей способности всей конструкции.

2.3. Параметры рабочей камеры

Внутреннее пространство печи условно разделяется на газовое и рабочее, полезное. Под газовым понимают общий объем внутренней полости печи и, как правило, данный параметр не приводится.

Рабочее или полезное пространство всегда меньше газового, в нем гарантируется однородность температурного поля. Данный параметр помогает определиться с конкретной моделью печи. Следуют двумя путями.

В первом случае критерием служат максимальные габаритные размеры обрабатываемых деталей. Данный подход оптимален, когда все детали имеют близкие габарито-весовые характеристики.

Второй вариант – провести несложные расчеты на основе годового объема выпуска и, учитывая коэффициенты загрузки оборудования и производительности, вычислить размер единичной обрабатываемой партии. Далее, беря во внимание размеры одной детали рассчитать необходимые размеры рабочего пространства. Такой подход имеет место в случае больших объемов производства и, как правило, эффективен для деталей небольшого размера.

Дополнительно необходимо обратить внимание на материалы, используемые в рабочем пространстве печи – внутренние стенки печи, теплоизоляция, защитные экраны, нагреватели, вспомогательные элементы – все эти компоненты в результате нагрева будут активно взаимодействовать с обрабатываемые деталями, и, если материалы были подобраны неверно, это негативно скажется на конечном результате.

2.4. Уровень вакуума

Для большинства сталей и сплавов достаточно стандартного уровня вакуума, обеспечиваемого двухступенчатым модулем откачки на базе пластинчато-роторного насоса с циркуляционной смазкой и насоса типа Рутс. В случаях, когда требуется обработка высокоактивных материалов (титан, никель или сплавы на их основе, а также высокотемпературные и тугоплавкие сплавы), необходимо наличие высокого вакуума, достигаемого при помощи диффузионного насоса.

2.5. Уровень автоматизации

Поставляемые вакуумные печи могут быть оснащены системами управления и сбора данных разного уровня и класса, начиная с простых аналоговых приборов и органов управления и заканчивая мощными системами на базе программируемых логических контроллеров и управляемых через промышленные компьютеры со значительной разницей в стоимости. Как преодолеть соблазн сэкономить, но сделать при этом правильный выбор?

Если у Вас маленькое предприятие с небольшими объемами производства и простыми процессами обработки, то логично рассмотреть системы попроще.

Но, если Ваше предприятие имеет большие мощности или разнообразный парк оборудования (иногда объединенного в единую сеть), то такая экономия может выйти боком, поскольку персонально для данной печи потребуется выделить сотрудника, который будет регулярно отслеживать текущие параметры, проводить корректировку рабочих режимов, следить за безопасностью. Гораздо разумнее интегрировать новое оборудование в единую сеть управления оборудования и контролировать параметры всего парка из одной точки.

2.6. Дополнительная оснастка и приспособления

К дополнительному оборудованию относятся заказываемые дополнительно системы водяного охлаждения, системы подготовки и хранения рабочих газов, рассчитываемые под конкретное оборудование. При заказе стоит обратить внимание на устройства загрузки садки (как правило, это вилочные погрузчики) и дополнительные приспособления для размещения деталей внутри оборудования (поддоны, клети и подобное). В большинстве случаев данная оснастка изготавливается под требования заказчика по чертежам деталей.

Современные тенденции в различных отраслях промышленности – повышение интенсивности нагружения машин при одновременном снижении массы и улучшении ресурсных и прочностных характеристик, снижения трудозатрат и себестоимости продукции – гарантированно получат дальнейшее развитие.

Очевидно, что применявшиеся ранее подходы к проектированию деталей и машин, выбору материалов и способов их обработки, должны быть в корне изменены.

Например:

  1. Применение цементации с последующей закалкой в вакууме при обработке зубчатой пары позволяет повысить передаваемый момент в 4-5 раз по отношению к улучшенной паре тех же размеров. Традиционный подход в увеличении размеров позволяет поднять передаваемый момент только в 1,5-2 раза.
  2. Низкая долговечность выпускаемых деталей приводит к серьезным простоям машин и механизмов, а большой процент металлопроката расходуется на ремонтные работы. Все это приводит к непрофильной загрузке металлорежущего оборудования и специалистов.

Поменять ситуацию можно качественно улучшив уровень производства и термической обработки материалов и деталей, в частности, путем применения вакуумных технологий.

Заключение

Принятие продуманных решений при выборе вакуумного термического оборудования позволит в значительной степени снизить коробления деталей, ликвидировать поверхностное окисление и обезуглероживание поверхности, повысить товарный вид продукции и серьезно оптимизировать производство за счет сокращения трудозатрат на механообработку.

Для решения подобных задач наша организация рада предложить широкий диапазон вакуумного термического оборудования под самые разнообразные процессы, располагает квалифицированными специалистами, собственным конструкторским и сервисным отделами

Форма обратной связи