Суть процесса состоит в нагревании металла до определенной температуры с последующей выдержкой и охлаждением. Данный способ позволяет улучшить характеристики металлов, продлив тем самым срок эксплуатации деталей, уменьшить массу и габариты изделий, увеличить значения допустимых напряжений. Технология предусматривает следующие виды обработки металла: закалка стали, нормализация, восстановление, отпуск, отжиг, старение. Закалка выполняется для повышения показателей механической прочности стальных деталей.
Нормализация металлических изделий предполагает улучшение прочностных характеристик за счет получения однородной мелкозернистой структуры металла. Отжиг осуществляется с целью снижения твердости металла, что позволяет облегчить последующую механическую обработку. Вид отжига определяется температурой нагревания металла и скоростью его охлаждения. Для повышения пределов вязкости, пластичности и упругости металлических поверхностей режущих инструментов, подшипников, пружин и различных деталей после закалки выполняют отпуск. Термическая обработка старением используется для упрочнения и повышения твердости алюминиевых, никелевых, медных и др. сплавов.
В данной статье мы будем рассматривать различные аспекты автоматизации технологического процесса термообработки (любого вида) осуществляемого при помощи печей сопротивления. Безусловно, многое из обсуждаемого в данной статье справедливо и для печей другого принципа действия, таких как индукционные печи или газовые печи, но такие печи будут обсуждаться более подробно в последующих публикациях.
Процесс термообработки относится к тем процессам, обеспечив нужные значения и стабильность параметров которых, мы обеспечиваем качество проходящей через процесс продукции. Для термообработки, проходящей без защитной атмосферы, ключевыми параметрами являются температура и время выдержки. Таким образом, для обеспечения качества изделий проходящих термообработку необходимо, как минимум, решить следующие задачи:
- обеспечить стабильное поддержание заданной температуры;
- обеспечить выдержку деталей при нужной температуре в течение заданного времени.
Во-первых, регулирование температуры происходит устаревшими приборами, не обеспечивающими требуемую точность и/или стабильность поддержания температуры. Если термообработка происходит вблизи критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т.е. полиморфного превращения) то недостаточная точность поддержания температуры самым катастрофическим образом влияет на качество термообработки. Может получиться так, что критическая температура не будет достигнута, и металл останется незакаленным. Не вызывает сомнения также, что точность поддержания температуры напрямую влияет на точность получения таких параметров металла, как твердость, вязкость, пластичность.
Во-вторых, отчет выдержки времени ведется термистами вручную. Важнейший параметр термообработки оказывается сильно подверженным влиянию человеческого фактора. Начало выдержки времени определяется термистом как время достижения температурой в печи некоего установленного значения. Термист не все время наблюдает за печью и часто отвлекается. Как правило, в обязанности термистов входит следить не несколькими печами и, отвлекшись на одну, он может забыть про другую. Таким образом, момент достижения температурой в печи установленного значения может быть пропущен. По тем же причинам может быть пропущен момент окончания выдержки времени. В результате время термообработки может изменяться в разы, губительно влияя и на качество продукции, и на коэффициент использования оборудования, и на энергозатраты.
При работе электротермического оборудования возможно возникновение аварийных ситуаций, которые, не будучи вовремя обнаруженными, могут привести как порче садки, так и к повреждению самого оборудования. К примеру, залипание контакторов, коммутирующих нагревательные элементы, приведет к сильному перегреву печи, и может вызвать ее повреждение. Безусловно, сама садка тоже пострадает и в некоторых случаях не будет никакого другого выхода, кроме как отправить ее на переплавку. К числу наиболее часто возникающих аварий на электротермическом оборудовании можно отнести следующие:
- обрыв нагревателей;
- коммутирующие элементы, определяющие мощность, подаваемую в печь, перестают замыкаться (открываться);
- коммутирующие элементы, определяющие мощность, подаваемую в печь, перестают размыкаться (закрываться);
- неисправность датчика температуры; z обрыв датчика температуры.
В условиях современного рынка, все ужесточающейся конкуренции все предприятия вынуждены заниматься усовершенствованием собственной системы качества, многие сертифицируют свои системы качества. Все нормативные документы, на соответствие которым предприятия сертифицируют свои системы качества, требуют наличие записей, подтверждающих, что параметры техпроцесса находились в заданных пределах. Это необходимо для того, чтобы подтверждать качество самой продукции, а также для того, чтобы улучшать процесс термообработки. Следовательно, возникает еще одна задача, решение которой улучшает процесс термообработки - мониторинг и архивирование технологических параметров и аварийных ситуаций.
Суммируя все вышесказанное, можно перечислить основные задачи, которые должна решать система управления процессом термообработки:
- поддержание температуры садки на заданном уровне;
- выдержка садки при заданной температуре в течение заданного времени;
- сигнализация аварийных ситуаций, желательно предупредительная и аварийная;
- аварийное отключение нагрева;
- архивирование параметров техпроцесса, возможность удобной выборки из архива нужной информаци
