熱処理トレイの設計を最適化することにより、熱処理炉の均一性を改善する方法は？

産業熱処理の分野では、炉の温度均一性は、製品の品質を決定するコア指標の1つです。統計によると、熱処理炉の温度偏差による金属部品の資格のない性能によって引き起こされる経済的損失は、毎年20億米ドルを超えています。ワークピースを運ぶための重要なキャリアとして、 熱処理トレイ この問題を解決する上で重要なブレークスルーになっています。
1。既存のトレイデザインの問題点の分析
従来のトレイは、主に耐熱性鋼または鋳造合金で作られていますが、次の問題は一般的です。
低熱伝導効率：材料の熱伝導率が不十分であるため、トレイ自体の不均一な温度分布につながります。たとえば、通常の熱耐性鋼の熱伝導率はわずか25 w（m・k）であるため、急速な温度均一性を達成することが困難です。
粗い構造設計：固体底部プレートの割合が高すぎる（通常は70％以上）。これは、炉の気流循環を深刻に妨げます。
制御不能な熱変形：トレイは高温で反りがちです。測定されたデータは、従来のトレイの変形が800°の作業条件で3〜5mmに達することができることを示しており、ワークピースの加熱位置を直接変化させます。
2。設計を最適化するための4つの戦略
材料革命：複合材料の勾配用途
炭化シリコンセラミックとニッケルベースの合金の複合構造が採用されています。トレイの表面は、最大120 W/（m・k）の熱伝導率を持つ炭化シリコンセラミックコーティングを使用し、底層は高い比熱容量を持つニッケルベースの合金を使用します。実験により、この設計では、トレイ自体の温度差が±25°から±8℃に減少することが示されています。
構造再建：バイオニックハニカムトポロジーデザイン
トポロジー最適化アルゴリズムに基づいて、ハニカム構造が生成され、トレイの開口速度が45％〜55％に増加し、構造強度が有限要素解析によって検証されます。航空部品会社の測定データは、炉内の気流速度分布の標準偏差が改善後32％減少したことを示しました。
エアフロー再建：ガイドフィン統合テクノロジー
15°の傾斜ガイドフィンをトレイの側壁に追加すると、FINの配置角はCFDシミュレーションを通じて最適化され、炉のデッドゾーンエリアは12％から4％未満に正常に圧縮されます。アメリカ熱治療協会（AHT）の場合は、この設計が浸炭層深度の変動範囲を±0.05mmに狭めることを示しています。
インテリジェントな埋め込み：熱変形補償メカニズム
シェイプメモリ合金（SMA）は、600〜900℃の範囲で0.8-1.2mmの熱膨張を自動的に補償するための支持構造として導入されています。ドイツの自動車部品サプライヤーがこの技術を適用した後、3つの連続したギアパーツの硬度偏差がHRC 3.5からHRC 1.2に減少しました。
iii。経済的利益の定量的検証
ベアリング製造会社の変革の前後の比較データは、次のことを示しました。
トレイのサービス寿命は200倍から500サイクル増加しました
ユニットエネルギー消費量は18％減少しました（平均時間の短縮のおかげで）
製品の消光硬度の適格率は82％から97％にジャンプしました
投資収益率は8か月に短縮され、最適化された設計には大きな経済的価値があることを証明しました。