Zakaj debelina stene plašča iz nerjavečega jekla 316 pod 0,9 milimetra zahteva zmanjšano razmerje zmanjšanja stiskanja, da se prepreči ovalnost in poškodbe žice zaradi odpornosti v visoko-tolerančnih grelnih elementih?

Za proizvodne inženirje in strokovnjake za zagotavljanje kakovosti, ki so odgovorni za natančne električne grelne elemente, ki se uporabljajo v analitičnih instrumentih, obdelavi polprevodnikov in medicinskih napravah, je geometrijska natančnost plašča iz nerjavečega jekla 316 enako pomembna kot njegova odpornost proti koroziji. Odstopanja ovalnosti od pravega krožnega prereza-in koncentričnost, relativna postavitev uporovne žice znotraj plašča, neposredno vplivajo na porazdelitev toplote, električno izolacijo in mehansko prileganje znotraj šob posode. Običajna razmerja zmanjšanja stiskanja za debelejše plašče postanejo težavna pri debelini stene manj kot 0,9 mm. Tanka stena se ne-enakomerno deformira pri visokih razmerjih zmanjšanja, kar povzroči ovalnost in morda poškoduje občutljivo uporovno žico. Ta članek kvantitativno opisuje razmerje med tanko-debelino stene in največjim zmanjšanjem stiskanja do končne kakovosti plašča ter navaja mejne vrednosti postopka za proizvodnjo grelnikov z visoko-toleranco.

Mehanika zvijanja tanko{0}}stenskih cevi 316
Stiskanje je postopek, pri katerem se cev 316 radialno zabije navznoter z vrtečimi se matricami, s čimer se zmanjša njen zunanji premer. 20-30 % razmerja zmanjšanja so običajna za običajne debeline sten nad 1,2 mm. To zmanjša 12 mm cev na 9,6 mm ali 8,4 mm. Velika stena zagotavlja dovolj radialne togosti, da je proces okrogel. Za cevi s tankimi stenami pod 0,9 mm se radialna togost znatno zmanjša, saj je togost povezana s kocko debeline stene. Stena debeline 0,8 mm ima približno tretjino radialno togost stene debeline 1,2 mm. Pod isto silo stiskanja se tanka cev prednostno deformira v smeri matrice za stiskanje in tvori ovalni prečni-prerez z glavno osjo v isti smeri kot udarec matrice. Ovalnost tanko{17}}obrezkov s standardnimi redukcijami je običajno 0,1–0,3 mm, pri debelih stenah pa 0,02–0,05 mm. Ovalnost povzroča neenakomerno zbijanje MgO -, ki je bolj gosto vzdolž glavne osi in manj gosto na pomožni osi. Ta ne-enotnost povzroča lokalizirane vroče točke in zmanjšuje izolacijsko odpornost. Poleg tega se lahko uporovna žica, osrediščena s prahom MgO, premakne proti pomožni osi, kjer je zbijanje manjše, kar dodatno oslabi koncentričnost.

Največje zmanjšanje stiskanja za tankostenske ovoje-
Eksperimentalne študije so bile izvedene na 316 plaščih z različnimi debelinami stene in so identificirale največje razmerje zmanjšanja stiskanja, da se ohrani ovalnost pod 0,05 mm in koncentričnost do 10 % debeline stene. Pri debelini stene 0,7 mm je največje razmerje zmanjšanja 12% (proizvodna dno, določeno v členu 11). 10 mm cev je mogoče stisniti do 8,8 mm, vendar ne do 8,0 mm. Pri debelini stene 0,8 mm je največje razmerje redukcije 15 %. Največ pri debelini stene 0,9 mm je 18 odstotkov. Največja vrednost poskoči na 22 % pri debelini stene 1,0 mm. Sprejemljiva zmanjšanja so 25-30 % za 1,2 mm in več. Omejitve temeljijo na enem prehodu zavijanja. Za večjo skupno redukcijo brez izgube kakovosti je mogoče izvesti več prehodov z vmesnimi žarjenji. Plašč debeline 0,8 mm, zaobljen z 10-odstotnim zmanjšanjem, žarjen in ponovno zaobljen z 10-odstotnim zmanjšanjem, daje skupno 19-odstotno zmanjšanje z ovalnostjo, podobno 12-odstotnemu zmanjšanju v enem prehodu. Slaba stran so višji stroški izdelave in čas cikla.

Matrica za zmanjšanje stiskanja in najmanjša debelina stene za precizne grelnike
Naslednja tabela predstavlja priporočena največja razmerja zmanjšanja stiskanja in posledično pričakovano ovalnost za 316 plaščev različnih debelin stene za uporabo grelnih elementov z visoko toleranco.

316 Debelina stene plašča Največja redukcija stiskanja pri enem prehodu Največja redukcija več-prehodov (z žarjenjem) Pričakovana ovalnost pri največji redukciji Pričakovana koncentričnost ( odstopanja položaja žice ) Redne aplikacije
0,7 mm (minimalna proizvodnja) 12 % 18 % (2 prehoda) 0,08 – 0,12 mm 0,10 – 0,15 mmMikro-grelniki za analitične instrumente
0,8 mm 15 % 22 % (2 prehoda) 0,06 – 0,10 mm 0,08 – 0,12 mm Kartušni grelci majhnega premera
0,9 mm 18 % 25 % (2 prehoda) 0,05 – 0,08 mm 0,06 – 0,10 mm Precizni grelec medicinske naprave
1,0 mm 22 % 30 % (2 prehoda) 0,04 – 0,06 mm 0,05 – 0,08 mm Grelniki za obdelavo polprevodnikov
1,2 mm 25 % 35 % (2 prehoda) 0,03 – 0,05 mm 0,04 – 0,06 mm Standardni industrijski natančni grelci
28 % 40 % (2 prehoda) Splošni namen z dobro toleranco 1,6 mm 0,02 – 0,04 mm 0,03 – 0,05 mm
2,0 mm 30 % Ni potrebno 0,02 – 0,03 mm 0,02 – 0,04 mm Debel{6}}mehanske izvedbe
Za aplikacije, ki potrebujejo največjo geometrijsko natančnost, kot so grelniki, ki se morajo prilegati -tolerančni odprtini ali zagotavljati dosledno toploto v omejenem območju, bi morali inženirji zahtevati največjo ovalnost 0,05 mm in od proizvajalca zahtevati meritev koncentričnosti. To običajno zahteva debelino stene 1,0 mm ali več ali več{4}}prehodno stiskanje za tanjše stene, kar poveča stroške.

Napaka uporovne žice pri tankostenskem stiskanju
Poleg ovalnosti lahko tudi tank{0}}obarvanje stene povzroči neposredno poškodbo uporovne žice. Stiskalne matrice izvajajo radialno silo, ki se skozi plašč in MgO prenese na žico. MgO se enakomerno stisne za debele stene in žica je izpostavljena samo tlačni obremenitvi, ki ne razgradi nodularnih nikelj-kromovih zlitin. Za tanko steno je značilna manjša radialna togost, ki omogoča lokalno deformacijo, ki lahko povzroči znatne točkovne napetosti na žici. Če je zatič upognjen ali udrt, se bo odpornost lokalno spremenila in ustvarila vročo točko, ki bo prezgodaj odpovedala. Ko je debelina stene manjša od 0,9 mm in so razmerja zmanjšanja večja od 15 %, eksperimentalne ugotovitve kažejo, da se pojavljanje poškodb žice poveča z manj kot 0,1 % na približno 2-5 %. Ta stopnja odpadkov je primerna za nekatere aplikacije, vendar je nepraktična za nizkocenovno proizvodnjo velikih količin. Da bi se izognili žici pri tanko{14}}stenskem zvijanju, morajo proizvajalci uporabiti žico večjega premera, ki ima večjo upogibno togost, ali uporabiti več{19}}žično zvito žico, ki lahko prenese deformacijo bolje kot ena polna žica. Če inženirji določijo tankostenske ovoje, bi morali poiskati destruktivne vzorce preseka začetne proizvodne serije, da zagotovijo celovitost žice in enotnost MgO. Stroški razdelitve in preverjanja petih grelnikov so nepomembni v primerjavi s stroški odpovedi na terenu zaradi vročih točk žice. Za aplikacije, kjer sta največja natančnost in zanesljivost najpomembnejši, debelina stene 1,0 mm ali več odpravi večino težav s tankimi stenami in še vedno zagotavlja izjemno toplotno zmogljivost za večino aplikacij. Inženirji bi morali sprejeti proizvodne ovire in nevarnosti glede kakovosti ovojov pod 0,9 mm 316 samo tam, kjer omejitve glede prostora ali toplotnega odziva absolutno zahtevajo tanjše stene.