فیکسچرهای CFC برای کاربردهای عملیات حرارتی

ظهور وسایل CFC در صنعت عملیات حرارتی

کوره های عملیات حرارتی نشان دهنده سرمایه گذاری قابل توجهی هستند، فضای با ارزش کارخانه را اشغال می کنند و اغلب به عنوان یک گلوگاه در جریان کار تولید عمل می کنند. تثبیت صحیح قطعات برای اطمینان از دریافت صحیح انتقال حرارت، دستیابی به سطح و خواص مکانیکی یکنواخت و حفظ تحمل ابعاد بحرانی ضروری است.

به طور سنتی، فولادهای ریخته‌گری و فرفورژه رایج‌ترین مواد فیکسچر بوده‌اند. با این حال، چگالی بالای آنها بخش قابل توجهی از ظرفیت بار کوره را مصرف می کند و توان عملیاتی کلی را محدود می کند. فولاد همچنین دارای ضریب انبساط حرارتی (CTE) بالایی است که با گذشت زمان-پس از قرار گرفتن مکرر در معرض چرخه‌های گرمایش و سرمایش سریع-به اعوجاج و از بین رفتن هندسه وسایل منجر می‌شود.

در سال‌های اخیر، CFC{0}}که معمولاً به عنوان کامپوزیت فیبر کربن نامیده می‌شود-به مواد ثابت ترجیحی برای انواع فرآیندهای عملیات حرارتی تبدیل شده است و چندین مزیت کلیدی را نسبت به وسایل آلیاژی ریختگی معمولی ارائه می‌دهد. قابل توجه ترین مزایای آن عبارتند از کاهش قابل توجه وزن ثابت، که به طور مستقیم باعث افزایش توان عملیاتی کوره می شود، همچنین هزینه های نگهداری و نگهداری کمتر به دلیل مقاومت استثنایی CFC در برابر اعوجاج و توانایی آن برای حفظ شکل در طول عمر مفید آن است.

یک دهه پیش، CFC هنوز به عنوان یک گزینه تثبیت کننده عجیب و غریب و گران قیمت در نظر گرفته می شد، شرکت های کمی که دارای تخصص یا تجربه عملی برای اعمال موثر آن برای بهبود فرآیند و کاهش هزینه بودند. با این حال، پیشرفت‌های اخیر هم فرآیندهای تولید و هم تولید مواد خام CFC را ساده‌تر کرده است، در حالی که طراحی‌های ثابت‌ها قابل اعتمادتر و تکرارپذیرتر شده‌اند. در نتیجه، تجهیزات CFC به طور قابل توجهی مقرون به صرفه تر شده اند و اکنون یک راه حل تجاری قابل دوام در طیف گسترده ای از کاربردها ارائه می دهند. علیرغم این پیشرفت، پذیرش نسبتاً کند باقی مانده است، عمدتاً به دلیل یک تصور غلط رایج که ثابت می کند که تجهیزات CFC در مقایسه با همتایان فولادی خود، استحکام و استحکام لازم برای حمل مواد را ندارند.

امروزه وسایل CFC دیگر محدود به کاربردهای خلاء نیستند. توسعه طیف گسترده‌ای از درجه‌های مواد CFC، استفاده از آنها را در سایر فرآیندهای عملیات حرارتی، از جمله نیترید کردن، کربن‌سازی گاز، کربن‌سازی فشار پایین (LPC) و حتی فرآیندهایی که شامل خاموش کردن روغن یا اتمسفر هوا در دماهای پایین (معمولاً زیر 450 درجه) می‌شوند، امکان‌پذیر کرده است.

چرا فیکسچرهای CFC را به جای وسایل آلیاژی فولاد ریخته گری انتخاب کنیم؟

خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد مواد CFC زمانی که به جای وسایل آلیاژی ریخته گری استفاده می شود مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد-به شرطی که شرایط فرآیند مناسب باشد.

ویژگی های اصلی CFC و مزایای مرتبط با آن در مقایسه با اتصالات فولادی ریخته گری در زیر مشخص شده است:

• سبک وزن- فیکسچرهای CFC به دلیل چگالی مواد کمتر، تقریباً 10 تا 20٪ فیکسچرهای فولاد آلیاژی معادل وزن دارند. این کار اپراتورهای عملیات حرارتی را ایمن تر می کند و ارگونومی را بهبود می بخشد. برای مشتریانی که در حال حاضر وسایل آلیاژی را تا حداکثر ظرفیت کوره بار می‌کنند، تغییر به CFC معمولاً می‌تواند به عنوان یک نتیجه مستقیم از کاهش وزن دستگاه، توان عملیاتی قطعه را 40 تا 60 درصد افزایش دهد.
• استحکام بالا- CFC از فولادهای آلیاژی ریختگی در دماهای بالا قوی تر است و در دمای 1000 درجه تقریباً ده برابر قوی تر است. قابل توجه است که قدرت CFC با دما افزایش می یابد. این ظرفیت باربری فوق‌العاده-در دماهای بالا را ارائه می‌دهد که امکان افزایش بار خالص ثابت را تا 100٪ در مقایسه با آلیاژهای ریخته‌گری فراهم می‌کند.
• هزینه های انرژی کمتر– جرم حرارتی کمتر CFC گرمایش و سرمایش سریع‌تر را امکان‌پذیر می‌کند-معمولاً 30٪ سریع‌تر از وسایل فولادی ریخته‌گری- و تنها به یک-یک چهارم برق ورودی در طول گرمایش نیاز دارد. این منجر به کاهش زمان چرخه کوره، کاهش هزینه های عملیاتی، بهبود ظرفیت کوره و زمان خاموشی دستگاه کمتر می شود. در حالی که شرایط بار و کوره متفاوت است، صرفه جویی در انرژی تا 65٪ قابل دستیابی است.
• چرخه زندگی وسایل طولانی تر- طول عمر اتصالات CFC تقریباً پنج برابر بیشتر از اتصالات آلیاژی فولاد ریخته گری است، عمدتاً به این دلیل که اتصالات فولادی ریخته گری تمایل به اعوجاج، ترک خوردن و شکنندگی در طول زمان دارند.
• حداقل یا بدون بازسازی- CFC نسبت به آلیاژهای فولادی ریخته گری ضریب انبساط حرارتی (CTE) بسیار پایین تری دارد و در برابر خزش و اعوجاج در طی دوره های مکرر گرمایش و سرمایش بسیار مقاوم است. کاهش 90 درصدی در کل زمان کار مجدد فیکسچر را می توان در مقایسه با یراق آلات فولادی ریخته گری انتظار داشت که منجر به کاهش قابل توجه هزینه های نگهداری و نگهداری می شود. علاوه بر این، از آنجایی که وسایل CFC منحرف نمی‌شوند،-برای جابجایی خودکار مناسب هستند-یک مزیت عمده برای تاسیسات عملیات حرارتی بزرگ با توان عملیاتی بالا و کوره‌های دسته‌ای متعدد نصب شده به صورت سری.
• قابلیت اطمینان و کیفیت فرآیند بهبود یافته است– CFC دقت ابعادی و پایداری فوق‌العاده‌ای را در طول چرخه حرارتی ارائه می‌دهد و تضمین می‌کند که وسایل شکل خود را حفظ می‌کنند و همه قطعات به درستی در طول پردازش قرار می‌گیرند. وسایلی که به درستی طراحی شده‌اند که از اجزای فضایی یکنواخت پشتیبانی می‌کنند، پردازش قابل اعتماد و تکرارپذیر را تضمین می‌کنند و به برآورده شدن مستمر الزامات کیفیت کمک می‌کنند. در مقابل، ناپایداری و غیرقابل پیش‌بینی بودن اتصالات فولادی ریخته‌گری گاهی می‌تواند منجر به جابه‌جایی قطعات یا قطعاتی که به‌درستی درمان نشده‌اند، نیاز به کار مجدد یا پردازش اضافی داشته باشند.

محدودیت های فیکسچرهای CFC چیست؟

اگرچه CFC یک ماده ثابت عالی است، شرایط خاص فرآیند ممکن است استفاده از آن را محدود کند یا آن را نامناسب کند. این موارد عبارتند از:

• واکنش های یوتکتیک– در دمای بالای 1000 درجه، CFC ممکن است با آلیاژهای فولادی واکنش تماسی داشته باشد که باعث تغییر رنگ، کربوری شدن ناخواسته یا-در موارد شدید{2}}ذوب یوتکتیک موضعی (جوش دادن قطعات به فیکسچر) شود. برای جلوگیری از این امر، از وسایل ترکیبی-ترکیب CFC با اجزای سرامیکی-معمولاً کامپوزیت های آلومینا یا الیاف آلومینا متخلخل- استفاده می شود. این سرامیک ها به عنوان نقاط تماس برای قطعات فلزی عمل می کنند و همچنین می توانند CFC را به طور کامل پوشش دهند. از طرف دیگر، وسایل CFC را می توان با یک مانع حرارتی مانند اسپری پلاسمای زیرکونیای تثبیت شده ایتریا- برای جلوگیری از واکنش های تماسی پوشاند. با این حال، پوشش‌ها به مرور زمان فرسوده می‌شوند و وسایل اغلب نیاز به پوشش مجدد دارند که هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد. برای طرح‌های جدید وسایل، معمولاً{12}}سرامیک‌های ساخته شده ترجیح داده می‌شوند، زیرا راه‌حلی کم‌هزینه و قابل تعویض برای جلوگیری از واکنش‌های یوتکتیک ارائه می‌دهند.
   
• واکنش با اکسیژن (O2)– هنگامی که در معرض هوا یا اکسیژن{0}حاوی اتمسفرهای بالای 350 درجه قرار می‌گیرد، کربن موجود در ماتریس CFC اکسید می‌شود و با اکسیژن واکنش می‌دهد تا دی اکسید کربن (CO2) تشکیل شود و تصعید می‌شود. اگر بخار آب (H2O) وجود داشته باشد، اکسیداسیون بالای 700 درجه رخ می دهد و مونوکسید کربن (CO) یا CO2 همراه با هیدروژن (H2) تشکیل می شود. برای جلوگیری از اکسیداسیون، بسیاری از کوره‌های فشار دهنده پیوسته از محفظه‌های پیش{5}اکسیداسیون برای حذف اکسیژن اضافی با پاک کردن نیتروژن و مشتعل کردن هر گونه اکسیژن تخلیه شده استفاده می‌کنند. در کوره‌های خلاء تک محفظه‌ای، قبل از گرم کردن، اکسیژن با استفاده از پمپ‌های خلاء حذف می‌شود. هنگام تعیین وسایل CFC، مشتریان باید اطمینان حاصل کنند که وسایل در هیچ نقطه ای از فرآیند در معرض هوای بالاتر از 350 درجه قرار نگیرند. برای کاربردهایی با غلظت بسیار کم اکسیژن، مواد CFC اشباع شده یا پوشش داده شده را می توان با موفقیت استفاده کرد. آزمایش قبل از تولید همیشه برای برنامه‌های غیر خلاء برای ارزیابی خطر اکسیداسیون توصیه می‌شود. این معمولاً شامل چندین بار اجرای نمونه‌های کوچک CFC در طول فرآیند کامل تولید و وزن کردن آنها پس از هر چرخه است. بدون کاهش وزن عدم اکسیداسیون را تایید نمی کند.
   
• واکنش با رسانه ها- CFC تصفیه نشده دارای مقداری تخلخل باز است که می تواند منجر به جذب محیط های مایع مانند روغن کوئنچ یا محلول های شستشو شود. CFC آغشته شده، که از طریق نفوذ شیمیایی بخار (CVI) با نمک فسفر تصفیه می شود، این تخلخل را می بندد و از ورود مایع جلوگیری می کند. این درمان همچنین مقاومت اکسیداسیون را بهبود می بخشد. با این حال، چنین گریدهایی به 900 درجه محدود می شوند، زیرا فسفر ممکن است در دماهای بالاتر شسته شود و روی سطوح اجزا رسوب کند و سختی سطح را کاهش دهد. برای کاربردهای کوئنچ روغن، آزمایش قبل از تولید با نمونه‌های ثابت کوچک و اجزای ضایعاتی قویاً توصیه می‌شود، به‌ویژه برای فرآیندهای کربن‌سازی گازی که شامل شستشوی پس‌{6}}کوئنچ و تعدیل هوا می‌شود. باید توجه دقیقی به اثربخشی مرحله شستشو داده شود، زیرا روغن باقیمانده روی وسایل CFC می‌تواند دود در محفظه حرارت ایجاد کند یا حتی در صورت عبور از پرده شعله مشتعل شود. تجهیزات تست باید چندین بار چرخه شوند تا انتقال روغن یا دود بررسی شود. با گذشت زمان، روغن ترک خورده در نهایت هر گونه تخلخل باقی مانده را پر می کند و تولید دود بیشتر را حذف می کند.
   

شرایط فرآیند و معیارهای طراحی فیکسچر CFC

هنگام مشخص کردن وسایل CFC برای استفاده در یک کوره جدید یا در هنگام جایگزینی اتصالات فولادی ریخته‌گری شده موجود، باید به شرایط فرآیند و همچنین معیارهای طراحی فیکسچر توجه دقیقی داشت. با انجام این کار، این تضمین می کند که دستگاه برای هدف مناسب است و نیازهای کامل برنامه را برآورده می کند.

فهرست‌های زیر یک نمای کلی از شرایط فرآیند و معیارهای طراحی فیکسچر ارائه می‌دهند که باید جمع‌آوری و به تیم طراحی ما منتقل شوند تا بتوان یک مفهوم اولیه طراحی فیکسچر ترسیم کرد.

معیارهای طراحی فیکسچر و جزئیات اجزا

• نام یا مرجع بخشی برای هر جزء که باید پردازش شود
• مدل CAD هر قسمتی که باید پردازش شود (ما خوشحالیم که NDA را امضا می کنیم) یا ابعاد اصلی در صورتی که یک مدل CAD ارائه نشود
• جهت گیری اجزای مورد نظر برای هر جزء (به عنوان مثال افقی، عمودی، آویزان و غیره)
• تحمل ابعاد و شکل اجزا
• چگالی بار (فاصله اجزا، دقت موقعیت)
• ظرفیت بار مورد نظر (قطعات در هر دستگاه)
• پشتیبانی از تثبیت قطعات (مثلاً نقاط تماس، موقعیت های تماس کامل

شرایط فرآیند

• درجه مواد برای هر جزء پردازش شده (بنابراین ما می توانیم ترکیب شیمیایی را بررسی کنیم)
• وزن هر جزء پردازش شده
• نوع کوره (کوره خلاء، نوع فشار دهنده پیوسته، کوره دسته ای انتگرال و غیره)
• بارگیری کوره (کوره بارگیری از جلو یا پایین؟ دستی یا اتوماتیک؟)
• جو کوره (خلاء، LPC، گاز) –آیا جو حاوی اکسیژن (O2) است؟
• مشخصات دمای کوره (مانند افزایش دماxدرجه در دقیقه، در دمای 1050 درجه سانتیگراد نگه دارید و تا RT خاموش کنید)
• محیط خاموش کننده (کوئنچینگ نیتروژن/آرگون یا روغن؟)
• حداکثر ابعاد منطقه کاری کوره (L x W x H بر حسب میلی متر)
• حداکثر ظرفیت بار کوره (کیلوگرم)
• جزئیات ریل اجاق گاز

· مواد ریل اجاق گاز (گرافیت، مولیبدن، فولاد)

·خیر از ریل های اجاق گاز

· عرض، طول و ارتفاع ریل کانون (میلی متر)

· فاصله بین مراکز راه آهن اجاق گاز (میلی متر)

• روش جابجایی وسایل (مثلاً وسایلی که توسط لیفتراک بلند می شوند یا به امتداد هل داده می شوند)
• اگر از لیفتراک استفاده می شود، جزئیات زیر مفید خواهد بود:

·خیر بازوهای لیفتراک

· طول بازو (میلی متر)

· عرض بازو (میلی متر)

· بازوهای ثابت یا متحرک (در صورت متحرک بودن، حداکثر فاصله چقدر است)

• شماره موجود قطعات در هر فیکسچر (در صورت وجود برای اتصالات فولادی ریخته گری)
• برای فرآیندهای لحیم کاری (در صورت وجود)

· مواد برنج

· خط لحیم کاری و موقعیت در قسمت / مونتاژ

· در صورت اعمال وزنه های لحیم، ابعاد وزن و موقعیت

چگونه می تواندمواد XINGHUIپشتیبانی؟

XINGHUI MATERIALS در طراحی و عرضه فیکسچرهای سفارشی کامپوزیت فیبر کربن (CFC) مورد استفاده برای کاربردهای دمای بالا تخصص دارد. تیم مهندسین مواد ما تجربه زیادی در کار در صنایع عملیات حرارتی دارند و تجربه دست اول کار با طیف وسیعی از فرآیندهای حرارتی از جمله عملیات حرارتی خلاء، کربن‌سازی گاز و فشار پایین (LPC)، نیترید کردن و نیتروکربورسازی فریتی را دارند.

ما تمام کارهای طراحی یراق آلات را به صورت رایگان-به همه مشتریان بدون نیاز به خرید ارائه می‌کنیم.

هنگام طراحی وسایل، تمرکز اصلی ما همیشه ارائه ارزش افزوده به مشتری، دستیابی به صرفه جویی در هزینه و در نهایت کاهش زمان بازگشت سرمایه (ROI) است. که توسط:

• افزایش بارگذاری قطعات در هر فیکسچر
• کاهش هزینه های جاری (انرژی) کوره
• بهبود ظرفیت کوره با کاهش زمان چرخه فرآیند
• کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری وسایل
• ارائه وسایل با چرخه عمر طولانی محصول
• کاهش هزینه‌های{0}کار مجدد اجزا

مهندسان مواد ما دست در دست تیم طراحی ما کار می کنند و با هم می توانند شما را در انتخاب مواد و فرآیند طراحی یراق آلات راهنمایی کنند تا یک راه حل تجهیز سفارشی و تجاری مناسب ارائه دهند.