RU2069707C1 - Method of pieces thermal treatment control - Google Patents
Method of pieces thermal treatment control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069707C1 RU2069707C1 RU94042698A RU94042698A RU2069707C1 RU 2069707 C1 RU2069707 C1 RU 2069707C1 RU 94042698 A RU94042698 A RU 94042698A RU 94042698 A RU94042698 A RU 94042698A RU 2069707 C1 RU2069707 C1 RU 2069707C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- medium
- heat treatment
- heating
- product
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к термической обработке (закалка, нагрев) изделий, деталей из металлов и их сплавов в различных отраслях производства. The invention relates to heat treatment (hardening, heating) of products, parts made of metals and their alloys in various industries.
Известен способ управления термической обработкой изделий, основанный на определении скорости изменения теплосодержания обрабатываемого изделия по изменению его температуры при постоянном тепловом потоке [1]
Однако требование постоянства теплового потока усложняет реализацию способа и ограничивает его функциональные возможности. По известному способу контролируют тепловое состояние изделия в целом без учета особенностей термообработки его элементов (участков) и нерегулируемого теплообмена (например, радиационного переизлучения элементами поверхности изделия, тепловых потоков через узлы его крепления и т.п.), что снижает качество изделия.A known method of controlling the heat treatment of products based on determining the rate of change of the heat content of the processed product by changing its temperature with a constant heat flow [1]
However, the requirement of constant heat flow complicates the implementation of the method and limits its functionality. According to the known method, the thermal state of the product as a whole is monitored without taking into account the peculiarities of heat treatment of its elements (sections) and unregulated heat transfer (for example, radiation reradiation by surface elements of the product, heat fluxes through its attachment points, etc.), which reduces the quality of the product.
Известен также способ управления термообработкой, включающий измерение температуры обрабатываемого изделия, определение его отклонения от заданного значения и коррекцию процесса термообработки [2] Согласно этому способу термопары зачеканивают в обрабатываемое изделие (труба, баллон). There is also a known method of controlling heat treatment, including measuring the temperature of the workpiece, determining its deviation from the set value and correcting the heat treatment process [2] According to this method, thermocouples are choked into the workpiece (pipe, balloon).
Известный способ неприемлем в серийном производстве, т.к. для каждого типа изделия от требует прерывание технологического потока, что снижает производительность оборудования, и разрушения изделия. The known method is unacceptable in mass production, because for each type of product it requires interruption of the process flow, which reduces the productivity of the equipment, and the destruction of the product.
Поскольку температура обрабатываемого изделия является лишь следствием внешних тепловых воздействий и его теплофизических характеристик, известный способ не позволяет выявить причину отклонения технологического процесса (например, изменение интенсивности теплоподвода к отдельным участкам изделия вследствие изменения коэффициента теплоотдачи от воздействующей среды) и своевременно на них реагировать. Since the temperature of the processed product is only a consequence of external thermal influences and its thermophysical characteristics, the known method does not allow to identify the cause of the deviation of the technological process (for example, a change in the intensity of heat supply to individual parts of the product due to a change in the heat transfer coefficient from the exposure medium) and to respond to them in a timely manner.
Известен также способ управления термообработкой изделия, включающий бесконтактное измерение температуры изделий [3]
Известный способ не обеспечивает высокую точность соблюдения технологических требований, обусловленную необходимой определенностью значений эффективных коэффициентов черноты излучения поверхности обрабатываемого изделия и не позволяет определить всей совокупности характеристик процесса термообработки (например, характеристик теплового взаимодействия контролируемых локальных участков наружной поверхности обрабатываемого изделия и воздействующей на них среды, которые определяют распределение интенсивности тепловых нагрузок и температур по изделию).There is also a method of controlling the heat treatment of the product, including non-contact measurement of the temperature of the products [3]
The known method does not provide high accuracy in meeting technological requirements, due to the necessary certainty of the values of the effective blackness coefficients of the radiation of the surface of the workpiece and does not allow to determine the totality of the characteristics of the heat treatment process (for example, the characteristics of the thermal interaction of the controlled local sections of the outer surface of the workpiece and the environment that affects them determine the distribution of the intensity of thermal loads temperature of the product).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом термической обработки изделия, заключающийся в измерении температуры греющей среды, воздействующей на изделие, использовании модели теплового взаимодействия изделия и греющей среды, изменении параметров воздействующей на изделие греющей среды [4]
Известный способ позволяет по измеренной температуре с учетом модели теплового взаимодействия среды и изделия выявить его участки, интенсивность внешнего теплового воздействия на которые не соответствуют заданным, и путем изменения параметров подачи воздействующей среды ввести коррекцию процесса термической обработки. Однако известный способ предусматривает для этого также непосредственное измерение температуры поверхности обрабатываемого изделия Использование контактных термодатчиков (например, зачеканенных в изделие термопар) делает известный способ малопригодным в серийном производстве, так как требует периодической остановки технологического потока, что снижает производительность оборудования, и выводит из строя изделие. А при использовании бесконтактного способа измерения температуры снижается точность способа вследствие неопределенности значений эффективных коэффициентов излучения поверхности обрабатываемого изделия. Известный способ не позволяет определить, особенно в условиях сложного нестационарного радиационно-конвективного теплообмена, характеристики теплового взаимодействия изделия и среды, что снижает точность и ограничивает его функциональные возможности.The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method of controlling the process of heat treatment of the product, which consists in measuring the temperature of the heating medium affecting the product, using the model of thermal interaction of the product and heating medium, changing the parameters of the heating medium affecting the product [4]
The known method allows for the measured temperature, taking into account the model of thermal interaction of the medium and the product, to identify its sections, the intensity of the external thermal effect on which does not correspond to the set, and by changing the parameters of the supply of the active medium to introduce a correction of the heat treatment process. However, the known method also provides for this direct measurement of the surface temperature of the workpiece. The use of contact temperature sensors (for example, thermocouples stamped into the product) makes the known method unsuitable for serial production, since it requires a periodic shutdown of the process flow, which reduces the productivity of the equipment and disables the product . And when using a non-contact temperature measurement method, the accuracy of the method is reduced due to the uncertainty of the values of the effective radiation coefficients of the surface of the workpiece. The known method does not allow to determine, especially in conditions of complex non-stationary radiation-convective heat transfer, the characteristics of the thermal interaction of the product and the environment, which reduces accuracy and limits its functionality.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа и повышение производительности и качества термообработки путем обеспечения контроля характеристик процесса термообработки на представительных участках обрабатываемого изделия. The aim of the invention is to expand the functionality of the method and increase the productivity and quality of heat treatment by providing control of the characteristics of the heat treatment process on representative sections of the workpiece.
Это достигается тем, что в способе управления процессом термической обработки изделий, заключающемся в измерении температуры среды, воздействующей на изделие, использовании модели теплового взаимодействия изделия и греющей среды, изменении параметров воздействующей на изделие греющей среды, для различных значений теплофизических параметров греющей и/или охлаждающей среды определяют временные и теплофизические параметры термообработки технологического (физического) макета, представляющего штатное обрабатываемое изделие с вмонтированными в него на контролируемых участках датчиками теплофизических параметров, находят совокупность значений временных и теплофизических параметров указанной среды, обеспечивающую заданное качество термообработки технологического (физического) макета, заменяют указанный макет на обрабатываемое изделие, а подвод и/или отвод тепла от обрабатываемого изделия осуществляют в зависимости от отклонения текущей совокупности значений временных и теплофизических параметров греющей и/или охлаждающей среды от совокупности, найденной выше. This is achieved by the fact that in the method of controlling the process of heat treatment of products, which consists in measuring the temperature of the medium acting on the product, using the model of thermal interaction of the product and the heating medium, changing the parameters of the heating medium acting on the product, for different values of the thermophysical parameters of the heating and / or cooling environments determine the temporal and thermophysical parameters of the heat treatment of the technological (physical) layout, which represents a standard workpiece with a built-in using the sensors of thermophysical parameters in it at controlled sites, they find the set of values of the temporal and thermophysical parameters of the specified medium, which ensures the specified quality of heat treatment of the technological (physical) model, replace the specified model with the workpiece, and the heat is supplied and / or removed from the workpiece depending from the deviation of the current set of values of temporal and thermophysical parameters of the heating and / or cooling medium from the combination found above.
На чертеже представлено устройство для управления термообработкой изделий (без элементов передачи и обработки информации, управления и исполнительных органов), содержащее технологический (физический) макет 1. На каждом контролируемом участке 2 вровень с наружной поверхностью 3 в тело технологического (физического) макета внедрен датчик 4 теплофизических параметров, состоящий из нескольких (для примера показаны два) тепловоспринимающих элементов 5 и 6, изготовленных из материалов обрабатываемого изделия. Для измерения температуры по ходу теплового потока q5 и q6 вдоль тепловоспринимающих элементов 5 и 6 установлены термодатчики 7.The drawing shows a device for controlling the heat treatment of products (without elements for transmitting and processing information, controls and executive bodies), containing a technological (physical) layout 1. At each controlled area 2 flush with the outer surface 3, a sensor 4 is introduced into the body of the technological (physical) layout thermophysical parameters, consisting of several (for example, two are shown) heat-sensing elements 5 and 6 made of materials of the workpiece. To measure the temperature along the heat flux q 5 and q 6 along the heat-sensing elements 5 and 6 installed temperature sensors 7.
В зону греющей и/или охлаждающей среды 8 помещен датчик 9 ее теплофизических параметров, состоящий из нескольких (для примера показано два) тепловоспринимающих элементов 10 и 11, изготовленных из материалов с различными теплофизическими характеристиками и с расположенными в них по ходу теплового потока q10 и q11 термодатчиками 12. Для создания одномерного теплового потока через тепловоспринимающие элементы 10 и 11 последние помещены в теплоизоляционный материал 13 с низким коэффициентом теплопроводности, например, керамики.A sensor 9 of its thermophysical parameters is placed in the zone of the heating and / or cooling medium 8, consisting of several (for example, two) heat-sensing elements 10 and 11 made of materials with different thermophysical characteristics and with q 10 located along them in the course of the heat flux q 11 by temperature sensors 12. To create a one-dimensional heat flux through the heat-receiving elements 10 and 11, the latter are placed in heat-insulating material 13 with a low coefficient of thermal conductivity, for example, of ceramics.
Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.
До начала термообработки серии штатных изделий в зону термообработки помещают технологический макет 1, а в зону греющей и/или охлаждающей среды 8
датчик 9 теплофизических теплофизических параметров этой среды.Prior to the start of heat treatment of a series of standard products, a technological model 1 is placed in the heat treatment zone, and 8 in the heating and / or cooling medium zone
sensor 9 thermophysical thermophysical parameters of this environment.
Для рассматриваемого случая, когда между контролируемыми участками 2 наружной поверхности 3 технологического макета 1 и греющей и/или охлаждающей средой 8 существует только конвективный теплообмен и неизвестными являются температура Tп греющей и/или охлаждающей среды 8 у контролируемого участка 2 и коэффициент теплопередачи α от среды к поверхности участка 2 можно записать следующую систему уравнения:
q5= α(Tп-T1); (1)
q6= α(Tп-T2), (2)
где q5 и q6 плотность тепловых потоков вдоль тепловоспринимающих элементов 5 и 6;
T1 и T2 температура наружной поверхности контролируемого участка макета в местах установки тепловоспринимающих элементов 5 и 6.For the case under consideration, when there is only convective heat transfer between the controlled areas 2 of the outer surface 3 of the technological layout 1 and the heating and / or cooling medium 8 and the temperature T p of the heating and / or cooling medium 8 at the controlled area 2 and the heat transfer coefficient α from the medium are unknown to the surface of section 2, we can write the following system of equations:
q 5 = α (T p -T 1 ); (one)
q 6 = α (T p -T 2 ), (2)
where q 5 and q 6 are the density of heat fluxes along the heat-receiving elements 5 and 6;
T 1 and T 2 the temperature of the outer surface of the controlled portion of the layout in the installation of heat-receiving elements 5 and 6.
В случае, когда процесс теплового взаимодействия определяется не только конвективным теплообменом, но и например, тепловым излучением наружной поверхности контролируемых участков или выделением (поглощением) тепла на поверхности контролируемого участка макета, обусловленным физико-химическими процессами при взаимодействии с воздействующей средой, в датчике теплофизических параметров используют дополнительные тепловоспринимающие элементы и соответственно расширяют систему уравнений типа (1) и (2). In the case when the process of thermal interaction is determined not only by convective heat transfer, but also, for example, by the thermal radiation of the outer surface of the controlled areas or the release (absorption) of heat on the surface of the controlled area of the layout, due to physicochemical processes during interaction with the acting medium, in the sensor of thermophysical parameters use additional heat-absorbing elements and, accordingly, expand the system of equations of type (1) and (2).
Плотность тепловых потоков q5 и q6 в уравнениях (1) и (2) являются неизвестными. Для их определения используют данные термодатчиков 7, установленных соответственно в теплопроводящих элементах 5 и 6, путем решения обратной задачи теплопроводности по известной методике (см. например, Алифанов О.М. Обратные задачи теплообмена. М. Машиностроение, 1988, с. 21-31).The heat flux densities q 5 and q 6 in equations (1) and (2) are unknown. To determine them, use the data of temperature sensors 7 installed respectively in the heat-conducting elements 5 and 6, by solving the inverse heat conduction problem by a known method (see, for example, Alifanov OM, Inverse heat transfer problems. M. Mashinostroenie, 1988, pp. 21-31 )
Методика решения обратной задачи позволяет определить независимо от характера нестационарности теплового режима величины тепловых потоков q5 и q6, отводимых по тепловоспринимающим элементам 5 и 6 соответственно, и температур T1 и T2 наружной поверхности этих элементов.The technique for solving the inverse problem allows us to determine, regardless of the nature of the non-stationary nature of the thermal regime, the values of heat fluxes q 5 and q 6 allocated to the heat-receiving elements 5 and 6, respectively, and temperatures T 1 and T 2 of the outer surface of these elements.
Зная значение q5 и q6, также T1 и T2, из совместного решения уравнений (1) и (2) находят значения величин α и Tп.Knowing the values of q 5 and q 6 , also T 1 and T 2 , from the joint solution of equations (1) and (2) find the values of α and T p .
Таким образом, датчик теплофизических параметров позволяет контролировать: коэффициент теплопередачи a от среды к поверхности контролируемого участка макета, температуру Tп греющей и/или охлаждающей среды, температуры T1 и T2 наружной поверхности, тепловые потоки q5 и q6 вглубь тела макета на контролируемых участках.Thus, the sensor of thermophysical parameters allows you to control: heat transfer coefficient a from the medium to the surface of the controlled portion of the layout, temperature T p of the heating and / or cooling medium, temperatures T 1 and T 2 of the outer surface, heat fluxes q 5 and q 6 deep into the body of the layout on controlled areas.
Указанные параметры образуют совокупность значений временных и теплофизических параметров термообработки технологического (физического) макета или, по изобретению, обрабатываемого изделия. These parameters form a set of values of the temporal and thermophysical parameters of the heat treatment of the technological (physical) layout or, according to the invention, the workpiece.
Точно так же определяют по данным датчика теплофизических параметров совокупность временных и теплофизических параметров греющей и/или охлаждающей среды. In the same way, the set of time and thermophysical parameters of the heating and / or cooling medium is determined according to the sensor of thermophysical parameters.
Поскольку характеристики теплового взаимодействия в зоне 8 греющей и/или охлаждающей среды 9 и на контролируемых участках 2 обрабатываемого макета связаны между собой, и эта связь имеет устойчивый характер, возможным судить о ходе процесса термообработки контролируемых участков обрабатываемого изделия (макета) по совокупности и темпу изменения характеристик теплового взаимодействия в контролируемой зоне воздействующей на изделие среды. Для выявления этой связи проводят тарировку теплофизических параметров термообработки указанной среды по теплофизическим параметрам термообработки технологического макета. Технологический макет выводят, и обрабатываемое изделие вводят в зону термообработки, а подвод и/или отвод тепла от обрабатываемого (штатного) изделия осуществляют в зависимости от отклонения текущей совокупности значений временных и теплофизических параметров греющей и/или охлаждающей среды от совокупности значений, обеспечивающих заданное качество термообработки изделия (технологического макета). представляется возможным судить о ходе процесса термообработки контролируемых участков обрабатываемого изделия (макета) по совокупности и темпу изменения характеристик теплового взаимодействия в контролируемой зоне воздействующей на изделие среды. Для выявления этой связи проводят тарировку теплофизических параметров термообработки указанной среды по теплофизическим параметрам термообработки технологического макета. Технологический макет выводят, и обрабатываемое изделие вводят в зону термообработки, а подвод и/или отвод тепла от обрабатываемого (штатного) изделия осуществляют в зависимости от отклонения текущей совокупности значений временных и теплофизических параметров греющей и/или охлаждающей среды от совокупности значений, обеспечивающих заданное качество термообработки изделия (технологического макета). Since the characteristics of thermal interaction in zone 8 of the heating and / or cooling medium 9 and in the controlled areas 2 of the processed layout are interconnected, and this connection is stable, it is possible to judge the progress of the heat treatment of the controlled areas of the processed product (layout) by the totality and rate of change characteristics of thermal interaction in the controlled zone of the medium affecting the product. To identify this connection, calibration of the thermophysical parameters of the heat treatment of the specified medium is carried out according to the thermophysical parameters of the heat treatment of the technological layout. The technological layout is output, and the workpiece is introduced into the heat treatment zone, and the supply and / or removal of heat from the work (standard) product is carried out depending on the deviation of the current set of values of the temporal and thermophysical parameters of the heating and / or cooling medium from the set of values that provide the specified quality heat treatment of the product (technological layout). it seems possible to judge the course of the heat treatment process of the controlled areas of the workpiece (layout) by the totality and rate of change in the characteristics of thermal interaction in the controlled area of the medium affecting the product. To identify this connection, calibration of the thermophysical parameters of the heat treatment of the specified medium is carried out according to the thermophysical parameters of the heat treatment of the technological layout. The technological layout is output, and the workpiece is introduced into the heat treatment zone, and the supply and / or removal of heat from the work (standard) product is carried out depending on the deviation of the current set of values of the temporal and thermophysical parameters of the heating and / or cooling medium from the set of values that provide the specified quality heat treatment of the product (technological layout).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94042698A RU2069707C1 (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Method of pieces thermal treatment control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94042698A RU2069707C1 (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Method of pieces thermal treatment control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2069707C1 true RU2069707C1 (en) | 1996-11-27 |
| RU94042698A RU94042698A (en) | 1997-04-10 |
Family
ID=20162846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94042698A RU2069707C1 (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Method of pieces thermal treatment control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069707C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022036207A1 (en) * | 2020-08-14 | 2022-02-17 | Mantle Inc. | Drying during additive and subtractive manufacturing |
-
1994
- 1994-11-30 RU RU94042698A patent/RU2069707C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 412258, кл. C 21 D 11/00, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР N 196922, кл. C 21 D 11/00, 1967. 3. Авторское свидетельство СССР N 988886, кл. C 21 D 11/00, 1983. 4. Авторское свидетельство СССР N 964015, кл. C 21 D 11/00, 1982. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022036207A1 (en) * | 2020-08-14 | 2022-02-17 | Mantle Inc. | Drying during additive and subtractive manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94042698A (en) | 1997-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5675533A (en) | Combustion controlling device for heating furnace | |
| CA2098867A1 (en) | Method and Apparatus for Measuring Fluid Thermal Conductivity | |
| RU2069707C1 (en) | Method of pieces thermal treatment control | |
| JPS57131027A (en) | Black body furnace | |
| ES2102084T3 (en) | PROCEDURE FOR THE REGULATION OF THERMAL PROCESSES. | |
| US4599507A (en) | Temperature control system for a blackbody furnace | |
| SE9800580D0 (en) | Apparatus and method for thermal analysis of metal melts | |
| JPH03145121A (en) | Temperature controller for heat treatment of semiconductor | |
| US4636089A (en) | Process and apparatus for the quenching intensity of liquid quenching batchs | |
| RU2145435C1 (en) | Method to control thermal treatment process in pelletizing installation | |
| KR910001807A (en) | Process for controlling the heating of thin-walled bodies according to a pre-determined program | |
| KR970059859A (en) | Method for determining control parameters of heat treatment apparatus and apparatus therefor | |
| JPS5589464A (en) | Diffusion furnace temperature controller | |
| US2980415A (en) | Apparatus for controlling case hardening action | |
| JPS60197825A (en) | Method for controlling cooling | |
| JPS5518975A (en) | Device for predicting acuteness in non-destructive manner | |
| JPH0463276A (en) | Method for measuring temperature of material to be treated in vacuum, method and device for controlling temperature | |
| Edenhofer | The role of sensors in heat treatment | |
| EP0285400A3 (en) | Laser power monitor | |
| SU621996A2 (en) | Heat capacity determining device | |
| JPS55100929A (en) | Temperature control for continuous heating furnace | |
| JPS5232387A (en) | Method of detecting defects of weld zones of steel pipes | |
| Panferov | Estimating the Temperature Fields of Massive Bodies From Observed Quantities of the Heating Process | |
| Augustyniak et al. | Contact Measurement of Temperature of Metallic Surfaces | |
| SU1513321A1 (en) | Method of monitoring gas temperature in boiler fuel |