Per què el gruix de la paret de la funda d'acer inoxidable 316 per sota de 0,9 mil·límetres requereix ràtios de reducció d'estampació reduïts per evitar el dany del cable d'ovalitat i resistència en elements de calefacció d'alta -tolerància?

Per als enginyers de fabricació i especialistes en garantia de qualitat que tenen la responsabilitat dels elements de calefacció elèctrics de precisió utilitzats en instruments analítics, processament de semiconductors i dispositius mèdics, la precisió geomètrica de la funda d'acer inoxidable 316 és tan important com la seva resistència a la corrosió. Les desviacions d'ovalitat d'una secció transversal-veritable circular i la concentricitat, el posicionament relatiu del cable de resistència dins de la funda, tenen una influència directa en la distribució de calor, l'aïllament elèctric i l'ajust mecànic dins dels broquets del recipient. Les relacions habituals de reducció d'estampació per a les beines més gruixudes es tornen molestes a menys de 0,9 mm de gruix de paret. La paret prima es deforma de manera no-uniforme amb proporcions de reducció elevades, provocant ovalitat i potser lesionant el cable de resistència sensible. Aquest article descriu quantitativament la relació entre el gruix de la paret-prima i la reducció màxima de l'estampació amb la qualitat final de la funda i ofereix els límits del procés per a la fabricació d'escalfadors d'alta-tolerància.

Mecànica de l'estampació de tubs 316 de paret fina-
L'estampació és un procés en el qual un tub de 316 es martelleja radialment cap a dins mitjançant matrius de filatura, reduint el seu diàmetre exterior. 20-30 % de relacions de reducció són habituals per a gruixos de paret normals superiors a 1,2 mm. Això redueix un tub de 12 mm a 9,6 mm o 8,4 mm. La gran paret proporciona una rigidesa radial suficient per mantenir el procés rodó. Per als tubs de paret fines per sota de 0,9 mm, la rigidesa radial disminueix substancialment a mesura que la rigidesa està relacionada amb el cub de gruix de la paret. Una paret de 0,8 mm té aproximadament un terç de la rigidesa radial d'una paret d'1,2 mm. Amb la mateixa força d'estampació, el tub prim es deforma preferentment en la direcció de les matrius d'estampació, formant una secció transversal-ovalada amb l'eix principal en la mateixa direcció que l'impacte de la matriu. L'ovalitat de l'estampat-de parets primes amb reduccions estàndard sol ser de 0,1 a 0,3 mm, mentre que de 0,02 a 0,05 mm per a parets gruixudes. L'ovalitat provoca una compactació desigual del MgO - més dens al llarg de l'eix major i menys dens a l'eix menor. Aquesta falta d'-uniformitat provoca punts calents localitzats i redueix la resistència aïllant. A més, el cable de resistència centrat per la pols de MgO pot moure's cap a l'eix menor on la compactació és menor, debilitant encara més la concentricitat.

Màxima reducció d'estampació per a beines de-paret fines
S'han realitzat estudis experimentals en 316 beines de diversos gruixos de paret i han identificat relacions màximes de reducció d'estampació per mantenir l'ovalitat per sota de 0,05 mm i la concentricitat fins al 10% del gruix de la paret. Per a un gruix de paret de 0,7 mm, la relació màxima de reducció és del 12% (el sòl de producció fixat a l'article 11). Un tub de 10 mm es pot estampar fins a 8,8 mm, però no 8,0 mm. Per a un gruix de paret de 0,8 mm, la relació de reducció màxima és del 15%. El gruix màxim de paret de 0,9 mm és del 18%. El màxim salta al 22% per a un gruix de paret d'1,0 mm. Les reduccions acceptables són del 25-30% per a 1,2 mm i més. Les restriccions es basen en una única passada d'estampació. Es poden realitzar diverses passades amb recuits intermedis per a una major reducció global sense pèrdua de qualitat. Una funda de 0,8 mm estampada amb un 10% de reducció, recuitada i estampada de nou amb un 10% de reducció dóna una reducció total del 19% amb una ovalitat similar a la reducció del 12% en una sola passada. L'inconvenient és un major cost de fabricació i temps de cicle.

Matriu de reducció d'estampació i gruix de paret mínim per a escalfadors de precisió
La taula següent presenta les relacions màximes de reducció d'estampació recomanades i les consegüents expectatives d'ovalitat per a 316 beines de diversos gruixos de paret per a aplicacions d'elements de calefacció d'alta tolerància.

316 Gruix de la paret de la funda Reducció màxima d'estampació d'una sola passada Reducció màxima de múltiples passades (amb recuit) Ovalitat esperada a la reducció màxima Concentricitat esperada ( desviacions de la posició del cable )Aplicacions habituals
0,7 mm (fabricació mínima) 12% 18% (2 passades) 0,08 – 0,12 mm 0,10 – 0,15 mmMicro-escalfadors per a instrumentació analítica
0,8 mm 15% 22% (2 passades) 0,06 – 0,10 mm 0,08 – 0,12 mm Escalfadors de cartutxos de diàmetre petit
0,9 mm 18% 25% (2 passades) 0,05 – 0,08 mm 0,06 – 0,10 mm Escalfador de dispositiu mèdic de precisió
1,0 mm 22% 30% (2 passades) 0,04 – 0,06 mm 0,05 – 0,08 mm Escalfadors de processament de semiconductors
1,2 mm 25% 35% (2 passades) 0,03 – 0,05 mm 0,04 – 0,06 mm Escalfadors de precisió industrial estàndard
28% 40% (2 passades) Propòsit general amb bona tolerància 1,6 mm 0,02 – 0,04 mm 0,03 – 0,05 mm
2,0 mm 30%No es requereix 0,02 – 0,03 mm 0,02 – 0,04 mm Dissenys mecànics de paret gruixuda-
Per a aplicacions que necessiten la màxima precisió geomètrica, com ara els escalfadors que han d'encaixar en un forat de -tolerància estret o proporcionar una calor constant en una zona restringida, els enginyers haurien d'exigir una ovalitat màxima de 0,05 mm i sol·licitar una mesura de concentricitat al fabricant. Normalment, això requereix un gruix de paret d'1,0 mm o més, o un estampat multi-per a parets més primes, cosa que augmenta el cost.

Falla del cable de resistència a l'estampació de-parets fines
A més de l'ovalitat, la-paret fina també pot causar danys directes al cable de resistència. Les matrius d'estampació exerceixen una força radial que passa a través de la funda i el MgO fins al fil. El MgO es compacta uniformement per a parets gruixudes i el cable només està sotmès a esforços de compressió, que no degrada els aliatges dúctils de níquel-crom. La paret prima es caracteritza per una menor rigidesa radial que permet una deformació local capaç de produir esforços puntuals importants sobre el cable. Si l'estampació està doblegada o abollada, la resistència s'alterarà localment i crearà un punt calent que fallarà prematurament. Quan el gruix de la paret és inferior a 0,9 mm i les proporcions de reducció són superiors al 15%, els resultats experimentals indiquen que l'aparició de danys al cable augmenta de menys del 0,1% a un 2-5%. Aquesta taxa de ferralla és adequada per a algunes aplicacions, però no és pràctica per a la producció de grans volums a baix cost. Per evitar el filferro en l'estampació de parets fines-, els productors haurien d'utilitzar un cable de diàmetre més gran que tingui una rigidesa a la flexió més gran o utilitzar un filferro retorçat multi-que pugui suportar la deformació millor que un únic cable sòlid. Si els enginyers especifiquen beines de paret primes, haurien de buscar mostres de secció transversal destructiva de la sèrie de fabricació inicial per garantir la integritat del cable i la uniformitat de MgO. La despesa de seccionar i comprovar cinc escalfadors és trivial en comparació amb el cost de les fallades de camp a causa dels punts calents del cable. Per a aplicacions on la màxima precisió i fiabilitat són primordials, un gruix de paret d'1,0 mm o més elimina la majoria dels problemes d'estampació de parets primes i encara ofereix un rendiment tèrmic excepcional per a la majoria d'aplicacions. Els enginyers haurien d'acceptar els obstacles de fabricació i els perills de qualitat de les beines 316 inferiors a 0,9 mm només quan les restriccions d'espai o de resposta tèrmica exigeixen absolutament parets més primes.