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    優化大型鋁合金淬火爐設計

    發布時間:2022-06-30   |  所屬分類:冶金:論文發表  |  瀏覽:  |  加入收藏

      鋁合金淬火爐是工業生產中比較重要的一種生產設備。近年來,科學技術的快速發展帶動了工業生產設備的改進和優化升級。作為能夠保證鋁合金鑄件質量的重要設備,對大型鋁合金淬火爐進行優化設計,能夠在工業生產安全的同時,有效提高工業生產的質量和效率。文章以大型鋁合金淬火爐為主要研究對象,著重對優化大型鋁合金淬火爐的設計措施進行了研究和分析。

    優化大型鋁合金淬火爐設計

      關鍵詞:鋁合金淬火爐;優化設計;鋁合金鑄件

      鋁合金鑄件在現階段我國的許多行業和領域中有著廣泛的應用。在整個鋁合金鑄件的生產中,大型鋁合金淬火爐占據著非常重要的地位。隨著市場對鋁合金鑄件質量和性能要求的不斷提高,大型鋁合金淬火爐也要進行一定的優化設計,才能夠在生產鋁合金鑄件中發揮更大的作用。對大型鋁合金淬火爐的優化設計進行分析,能夠為促進我國鋁合金鑄件生產質量的提高提供借鑒的經驗。

      1大型鋁合金淬火爐

      1.1大型鋁合金淬火爐的具體含義

      大型鋁合金淬火爐主要是由加熱爐罩和移動式底架構成的,在實際的運行中能夠對大、中型的鋁合金鑄件零部件進行固溶熱處理。熱處理是整個鋁合金生產加工工藝中,能夠保證鋁合金鑄件性能和質量的重要工藝環節。作為進行熱處理的主要場所,大型鋁合金淬火爐在鋁合金鑄件的生產中占據著重要的地位。鋁合金加工工藝中的熱處理以退火和淬火時效為主,退火主要是通過對鋁合金進行軟化處理來保證鋁合金鑄件的良好工藝塑性,而淬火時效則主要是通過對鋁合金進行硬化處理來保證熱處理的強化效果[1]。因而,大型鋁合金淬火爐的主要工作原理是借助淬火過程來形成能夠用于鋁合金鑄件的強化合金元素,用以保證鋁合金鑄件的質量和性能要求。

      1.2鋁合金淬火爐優化設計的必要性

      鋁合金鑄件擁有的質地較輕、成本低廉等性能優勢,使得其被主要應用于航空航天、機械制造、船舶、汽車以及化學工業當中,代替以往應用的金屬結構材料。隨著社會發展對各個行業和領域科學技術要求的提高,人們對鋁合金材料的性能也產生了更高的要求。在鋁合金加工工藝不斷調整和優化的同時,作為鋁合金加工工藝的重要組成部分,大型鋁合金淬火爐也要進行技術優化,才能夠滿足市場日益增長的鋁合金鑄件的要求,并保證鋁合金鑄件的質量和性能[2]。而隨著航空航天、電子信息技術的發展,國家對能夠應用于這些行業領域的原材料制作給予了更高的重視。熱處理是整個鋁鑄件加工的重要環節,做好大型鋁合金淬火爐的優化設計工作,不僅符合國家制定的工業發展戰略和市場發展趨勢,還能夠促進我國社會的整體發展。

      1.3大型鋁合金淬火爐的工作程序

      大型鋁合金淬火爐的工作程序實質上也就是鋁合金鑄件的固溶熱處理過程,現階段我國大型鋁合金淬火爐的工作程序以上料、加熱、淬火、出料為主[3]。上料主要是借助吊裝機構,將需要進行固溶熱處理的原料裝入進出料車的上料位,再由進出料車和吊裝機構將原料運送到爐內的過程;加熱主要是在完成原料的裝卸之后,在保證對開爐門關閉的前期下,利用循環風機和加熱器來對淬火爐進行加熱和保溫;淬火是整個固溶熱處理中最為重要的步驟,在加熱完成后,快速將工件下降到淬火介質中,保證淬火工藝的加工質量;出料則主要是借助車間吊裝機構來完成取料;阡X合金鑄件市場的需求,大型鋁合金淬火爐的整個工作程序是循環進行的,因而大型鋁合金淬火爐需要持續的進行運轉。在運轉時很容易產生一些故障問題,影響鋁合金鑄件的正常生產。

      2優化大型鋁合金淬火爐設計的具體分析

      大型鋁合金淬火爐的優化設計,是基于鋁合金鑄件的性能要求決定的。在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計師,不僅要堅持以提高固溶熱處理的工作質量和效率為主要目標,還要更加注重淬火爐本身的性能要求,這樣才能夠更好的滿足國家對鋁合金鑄件生產技術的優化要求。在對大型鋁合金淬火爐的優化設計進行分析時,主要可以從以下幾個方面來入手:

      2.1增大設備有效區的體積

      對于淬火工藝本身是在高溫的條件下進行的,高溫的淬火環境在完成鋁合金鑄件熱處理的同時,也會對整個車間和工作環境造成一定的影響。在整個固溶熱處理的過程中,空氣循環爐是能夠通過熱風循環系統來實現對淬火爐均勻性進行控制的重要裝置。設備有效區的體積大小會對空氣循環爐的運行效果產生一定的影響,現階段我國大型鋁合金淬火爐設備的有效區體積大多小于40m3,這種體積大小的有效區難以實現對爐內高溫空氣的有效控制。當空氣循環爐難以對大型鋁合金淬火爐內的空氣溫度進行有效控制時,就會嚴重影響大型鋁合金淬火爐的運行效率。在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計時,首先就要通過增大設備有效區的體積來保證爐內空氣的流通;谝酝L度長、寬度窄的有效區結構形式,在對有效區的長寬進行設計時,要充分考慮到空氣循環爐以及風機布置的位置,以長寬一致的正方形有效區的設計為主要目標,減少因缺少均勻性的控制而影響整個固溶熱處理工藝的概率。

      2.2滿足爐溫的均勻性要求

      爐溫的均勻性不僅能夠保證原料在淬火中的受熱均勻,還能夠滿足各種高新技術產業對鋁合金鑄件性能的要求。在所有應用鋁合金鑄件的行業中,航空航天領域對爐溫的均勻性要求最高。在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計時,為了達到滿足爐溫的均勻性要求,主要可以通過提高爐墻保溫性能和加強爐口密封兩種方法來實現。從提高爐墻保溫性能的角度來說,大型鋁合金淬火爐在加熱中會因熱循環而產生一定的溫度梯度,這直接反映出設備有效區的空氣溫度是否均勻的重要數據。通過提高爐墻的保溫性能,能夠減少淬火爐表面熱量的散失,從而減少爐內溫度梯度數值的變化,保證爐內空氣溫度的均勻性。而爐墻保溫性能的提高,則主要是通過增加爐墻保溫層的厚度來實現的,硅酸鋁纖維毯和巖棉是主要用于爐墻保溫層的材料。從加強爐口密封的角度來說,從爐口泄漏出的爐內溫度,會直接影響爐內空氣溫度的均勻性。爐口密封的加強,主要可以從加大爐口與有效區之間的距離和提高爐口自身的密封性能來實現。減少因爐口鋼板局部產生的鼓包和凹陷導致的空氣泄漏,是加大爐口與有效區之間的距離應用的主要原理,然而這種方法只能夠借助傳統的經驗來判斷增加的尺寸數值,不具有科學性和合理性。而提高爐身的密封性能,則主要是通過提高爐口邊的厚度來幫助爐口的鋼板等構件進行散熱,用以控制膨脹現象的發生。

      2.3采用液壓多點提升

      由于大型鋁合金淬火爐本身就服務于各種大、中型的鋁合金鑄件,為了能夠更好的滿足鋁合金鑄件構件的熱處理工藝,淬火爐本身需要較大的承載量才能夠達到目的,F階段我國主要應用的大型鋁合金淬火爐普遍在3000kg左右,再加上各種裝料框、爐內吊具等裝飾的重量,要想讓整個固溶熱處理系統在運行中能夠保持較好的同步性,還要采用液壓多點提升來保證提升系統的穩定性。具體來說,提升系統是整個固溶熱處理中最為重要的系統,提升系統的穩定性直接關系到鋁合金鑄件的生產效率。在采用液壓多點提升方法時,主要可以通過適當增加吊裝點、借助套筒滾子鏈來實現提升系統運行質量的提升。在提升系統的運行中,還要通過減速機強制同步裝置來減少油缸同步問題出現的概率。

      2.4多檔控制工作淬火速度

      淬火爐在加熱中產生的溫度變化是很難控制的,再加上大型鋁合金淬火爐本身屬于立式結構,淬火速度會受到爐體有效區的高度以及加熱溫度變化的影響。在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計時,將工作淬火速度按照多個檔次進行劃分,是能夠實現對爐火溫度進行有效控制,保證淬火質量和效率的重要措施?刂拼笮弯X合金淬火爐的淬火速度,最主要的就是要對爐溫均勻性以及工件運行的速度進行控制。

      2.5減少對爐門驅動油缸的沖擊

      對爐門驅動油缸造成的沖擊大小,會直接影響到固溶熱處理中的液壓系統。而爐門驅動油缸受到沖擊的主要原因,就是由于爐門在快速開啟時的速度比較大,而爐體的有效區比較寬,在油缸桿伸出后,油缸活塞和缸體內部會受到徑向力的影響而產生摩擦,通過對油缸的磨損影響液壓系統的正常運行。在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計時,為減少對爐門驅動油缸的沖擊,不僅可通過轉移對爐門驅動油缸的沖擊力來實現,還可以對爐門驅動油缸的自身進行改進,應用銅質材料來減少活塞和缸體對油缸內壁造成的刮蹭,在延長設備使用壽命的同時,提高設備維修的便利性。

      2.6注重循環風量與分區的合理設計

      鋁合金淬火爐在當前的航空航天領域以及軍工等行業和領域中發揮著重要的作用。在對鋁合金淬火爐進行優化設計的過程中,為了能夠滿足對于鋁合金材料熱處理的要求,需要讓設備能夠滿足更高的爐溫均勻性要求。而通過前面的分析可以發現,提高爐墻的保溫性能、做好爐口的密封等措施,能夠對保持爐溫的均勻性起到重要的作用。除了這兩種方法之外,在對鋁合金淬火爐進行優化設計時,還可以通過對循環風量以及分區的合理設計,來滿足對于保持爐溫均勻性的要求。從循環風量的角度來說,選擇合適的循環風量,主要是依據提高熱循環風速的原理來提高爐溫均勻性的。當熱風循環的頻率保持在一個較高的水平時,循環熱風的溫度變化即使并沒有滿足對于爐溫均勻性的要求,也能實現熱風的循環。在這個過程中,為了能保證循環風量能夠正常發揮作用,需要選擇直聯形式的風機電機,在提高電機運行效率的同時,也能夠有效降低風機的高度尺寸。而從合理布置分區的角度來說,通過對分區的合理布置,能夠通過對熱循環風導流結構的有效調整和優化,來滿足提高爐溫均勻性的要求。具體來說,在對鋁合金淬火爐進行優化設計的過程中,空氣循環爐是一臺非常重要的設備。從空氣循環爐的角度來說,由于分區和熱風循環導流系統的運行情況會對有效區熱風循環的質量產生直接的影響,因而需要對分區進行合理設置,并通過對熱循環風導流結構的有效調整,來保證空氣循環爐能夠正常發揮作用。結合當前鋁合金淬火爐中應用的空氣循環爐來看,在該設備的技術參數中,由于受到單排分區的影響,很難保證在空氣循環爐管轄區域內的兩臺風機的高溫性能,而雙排分區的形式雖然能夠滿足單個風機對于爐溫的要求,但卻會在風機數量增加的情況下加大不同風機對熱風循環流場的相互干擾。因而在這種情況下,需要對空氣循環爐所管轄的區域進行合理的劃分。在當前的社會發展背景下,借助熱風流場軟件的模擬分析,能夠有效增加導流風道的寬度,在提高爐膛內部有效區上下段尺寸的前提下,讓設備在運行的過程中能夠形成更好的熱風流場,以此來提高爐溫的均勻效果。在這種情況下,提高爐溫的均勻性,不僅能夠對提高鋁合金淬火爐的性能起到一定的作用,還能夠借助鋁合金淬火爐的優化設計來促進多個行業和領域的發展。

      3結語

      綜上所述,大型鋁合金淬火爐的優化設計對提高鋁合金鑄件的質量具有重要的作用,F階段,各種工業設備技術的更新,已經成為工業生產發展的主要趨勢之一。作為工業設備的一種,在對大型鋁合金淬火爐進行優化設計時,不僅要注重滿足淬火爐運行的基本性能要求,還要以提高設備運行的質量和效率為主要的優化目標,通過大型鋁合金淬火爐的優化來促進鋁合金加工工藝的優化。

      參考文獻

      [1]覃秋慧,韋昌,陳小玲.輥底式淬火爐淬火工藝對7075鋁合金板材力學性能及板形的影響[J].輕合金加工技術,2020,48(9):27-32.

      [2].首條國產自主高精鋁合金型材輥底式固溶淬火爐在南寧試產[J].鋁加工,2020,(2):24.

      [3]馬有明,賈全勝.鋁合金淬火爐偶發性故障的分析與處理[J].設備管理與維修,2018,(23):41-42.

      《優化大型鋁合金淬火爐設計》來源于《冶金與材料》 2022,42(03)作者:華東媛 林寶森 張國馳 周立 孟澤炎

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