Cuptorul de forjare este echipamentul de primă linie din orice atelier de forjare. Acesta primește țagle sau bare reci și le descarcă la temperatura exactă potrivită - de obicei 1150-1250°C pentru forjarea oțelului - la fiecare 30 până la 90 de secunde, toată ziua, în fiecare zi. Fiabilitatea și uniformitatea temperaturii nu sunt opționale: un cuptor care se abate cu 30°C de la punctul de referință poate ruina producția unei zile, iar un cuptor care se defectează oprește presa sau ciocanul și trimite echipa de forjare acasă.
MONTE INTELLIGENCE furnizează cuptoare de forjare pe gaz — atât discontinue (cu vatră boghiu), cât și continue (cu vatră împingătoare, cu vatră mobilă, cu vatră rotativă) — pentru operațiuni de forjare din Asia și Orientul Mijlociu. Acest articol prezintă factorii de proiectare și funcționare care determină performanța cuptorului de forjare.
Temperatura de forjare pentru oțel se află în intervalul de prelucrare la cald, peste temperatura de recristalizare, unde metalul se înmoaie și poate fi deformat cu forțe mai mici. Pentru oțelurile cu conținut mediu de carbon și oțelurile aliate, intervalul de temperatură de forjare este de obicei 1150-1250°C. Limita superioară este stabilită de temperatura de ardere - temperatura la care începe topirea la limita granulelor (aproximativ 1250-1300°C pentru multe oțeluri) - și de rata de formare a crustei, care crește exponențial odată cu temperatura. Limita inferioară este stabilită de forța de forjare necesară și de riscul de fisurare a piesei de prelucrat.
Uniformitatea temperaturii în cuptorul de forjare determină uniformitatea curgerii metalului în timpul forjării. O țaglă care are 1200°C la un capăt și 1150°C la celălalt va curge diferit la fiecare capăt, putând cauza probleme de umplere a matriței, variații dimensionale sau fisuri la capătul mai rece. Cerința standard pentru uniformitatea temperaturii cuptorului de forjare este de ±14°C (Clasa 5 conform AMS 2750) până la ±28°C (Clasa 6), ceea ce este mai puțin strict decât cerințele de uniformitate a tratamentului termic, deoarece procesul ulterior de forjare redistribuie metalul, iar orice mici variații de temperatură sunt mediate.
Viteza de încălzire pentru forjare trebuie să echilibreze productivitatea cu riscul de fisurare sub tensiune termică în piesa de prelucrat. O țaglă de oțel pentru scule cu diametrul de 200 mm, încălzită de la temperatura ambiantă la 100°C pe minut, se poate fisura din cauza tensiunii termice dintre suprafața fierbinte și miezul rece. Viteza maximă de încălzire sigură depinde de gradul oțelului, de secțiunea transversală și de temperatura inițială. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și înalt aliate necesită viteze de încălzire mai mici decât oțelurile carbon simple. Țaglele reci din timpul iernii (începând de la 0°C) necesită o încălzire mai lentă decât țaglele preîncălzite prin depozitare într-o zonă caldă.
Formarea crustei este oxidarea suprafeței oțelului în timpul încălzirii în cuptorul de forjare. Stratul de crustă — oxid de fier, FeO, Fe3O4, Fe2O3 — reprezintă o pierdere de material (de obicei 1-3% din greutatea țaglei), un accelerator al uzurii matriței (crusta este abrazivă și uzează suprafețele matriței de forjare mai repede decât metalul curat) și o problemă de finisare a suprafeței (crusta încorporată în suprafața de forjare necesită o adaos de prelucrare mai mare).
Rata de formare a crustei este în principal o funcție de temperatură și timp. La 1200°C, o țaglă de oțel carbon în aer va forma aproximativ 0,1 mm de crustă în 15 minute. După 60 de minute, grosimea crustei poate fi de 0,3-0,5 mm. Dependența exponențială de temperatură înseamnă că o creștere cu 50°C a temperaturii cuptorului poate dubla rata de formare a crustei. Acesta este unul dintre motivele pentru care controlul precis al temperaturii are o valoare economică dincolo de economiile de energie - reduce direct pierderile de material cauzate de crustă.
Funcționarea cu atmosferă redusă — arderea gazului cu o cantitate de aer mai mică decât cea stoichiometrică, producând CO și H2 în produsele de ardere — poate reduce formarea depunerilor de depunere. CO și H2 reacționează cu oxizii de fier, reducându-i înapoi la fier metalic. Cu toate acestea, funcționarea cu combustibil bogat produce funingine, crește emisiile de CO și introduce o problemă de siguranță (gaze combustibile în sistemul de evacuare a gazelor arse). O stare modestă de combustibil bogată — 5-10% sub aerul stoichiometric, adesea numită flacără reducătoare — este utilizată în unele cuptoare de forjare pentru a controla formarea depunerilor de depunere, dar necesită o reglare atentă a arzătorului și o monitorizare a gazelor de ardere.
Randamentul unui cuptor de forjare continuă depinde de lungimea încălzită a cuptorului, de dimensiunea țaglei și de timpul de încălzire necesar. Timpul de încălzire pentru țaglele de oțel poate fi estimat din secțiunea transversală: aproximativ 5-6 minute per 25 mm diametru pentru țagle rotunde încălzite într-un cuptor cu gaz bine agitat la 1200°C. O țaglă cu diametrul de 100 mm necesită aproximativ 22-25 de minute pentru a atinge o temperatură uniformă de forjare. Cu o lungime încălzită a cuptorului de 6 metri și o distanță între țagle de 200 mm pe vatră, cuptorul conține aproximativ 30 de țagle, iar la 25 de minute per țaglă, randamentul este de 30 / 25 × 60 = 72 de țagle pe oră.
Circulația atmosferei cuptorului — mișcarea gazelor de ardere fierbinți în jurul țaglelor — este mecanismul transferului de căldură prin convecție. Convecția naturală într-un cuptor fierbinte asigură o oarecare circulație, dar pentru o încălzire uniformă la un randament ridicat, sunt necesare ventilatoare de recirculare. Ventilatoarele, montate de obicei în acoperișul sau pereții laterali ai cuptorului, trag gazele fierbinți din camera cuptorului și le evacuează înapoi în cameră cu viteză mare, creând un mediu agitat care încălzește uniform toate suprafețele țaglelor.
Cuptoarele de forjare MONTE INTELLIGENCE sunt proiectate pentru funcționare 24/7, cu căptușeală refractară robustă, arzătoare industriale și sisteme de control configurate pentru ciclurile termice necesare operațiunilor de forjare.
Pentru o propunere de cuptor de forjare bazată pe cerințele dumneavoastră de producție, contactați helenxu@cnlymonte.com.
