Защо дебелината на стената на обвивката от неръждаема стомана 316 под 0,9 милиметра изисква намалени коефициенти на намаляване на щамповането, за да се предотврати повреда на овалността и съпротивлението на проводника в нагревателни елементи с висока -толерантност?

За производствените инженери и специалистите по осигуряване на качеството, които са натоварени с отговорността за прецизните електрически нагревателни елементи, използвани в аналитични инструменти, обработка на полупроводници и медицински устройства, геометричната точност на обвивката от неръждаема стомана 316 е толкова важна, колкото и нейната устойчивост на корозия. Отклоненията на овалността от истинското кръгло напречно-сечение и концентричността, относителното позициониране на съпротивителния проводник в обвивката, имат пряко влияние върху разпределението на топлината, електрическата изолация и механичното прилягане в дюзите на съда. Обичайните коефициенти на намаляване на щампования за по-дебели обвивки стават проблемни при дебелина на стената под 0,9 mm. Тънката стена се деформира не-равномерно при високи съотношения на редукция, причинявайки овалност и вероятно наранявайки чувствителния съпротивителен проводник. Тази статия описва количествено връзката между дебелината на тънката-стена и максималното намаляване на щамповането до крайното качество на обвивката и дава ограничения на процеса за производство на нагреватели с висока-толерантност.

Механика на щанцоване на тънкостенни-тръби 316
Щамповането е процес, при който тръба 316 се заковава радиално навътре чрез въртящи се матрици, намалявайки външния й диаметър. 20-30 % коефициенти на редукция са обичайни за нормални дебелини на стените над 1,2 mm. Това намалява тръба от 12 mm до 9,6 mm или 8,4 mm. Голямата стена осигурява достатъчна радиална твърдост, за да поддържа процеса кръгъл. За тънкостенни тръби под 0,9 mm, радиалната твърдост спада значително, тъй като твърдостта е свързана с куба на дебелината на стената. Стена от 0,8 mm има около една трета от радиалната твърдост на стена от 1,2 mm. Под действието на същата сила на щанцоване, тънката тръба се деформира за предпочитане в посоката на матриците за щанцоване, образувайки овално напречно-сечение с главната ос в същата посока като удара на матрицата. Овалността на тънкостенните щампи със стандартни намаления обикновено е 0,1–0,3 mm, докато 0,02–0,05 mm за дебели стени. Овалността причинява неравномерно уплътняване на MgO - по-плътен по голямата ос и по-малко плътен по малката ос. Тази не-еднородност причинява локализирани горещи точки и намалява изолационното съпротивление. Освен това съпротивителната жица, центрирана от MgO праха, може да се премести към малката ос, където уплътняването е по-малко, като допълнително отслабва концентричността.

Максимално намаляване на нагъването за обвивки с тънки-стени
Експериментални изследвания са извършени върху 316 обвивки с различни дебелини на стените и са идентифицирани максимални коефициенти на намаляване на нагъването, за да се запази овалността до под 0,05 mm и концентричността до 10% от дебелината на стената. За дебелина на стената от 0,7 mm максималният коефициент на редукция е 12% (производственият под е определен в член 11). Тръба от 10 mm може да се свие до 8,8 mm, но не и до 8,0 mm. За дебелина на стената 0,8 mm максималният коефициент на редукция е 15%. Максимумът за дебелина на стената от 0,9 mm е 18%. Максимумът скача до 22% за 1,0 mm дебелина на стената. Допустимите намаления са 25-30% за 1,2 mm и повече. Ограниченията се основават на еднократно преминаване на щампования. Могат да се извършат няколко преминавания с междинни отгрявания за по-голямо общо намаляване без загуба на качество. Обвивка от 0,8 mm, щампована с 10% намаление, закалена и отново щампована с 10% намаление, дава общо намаление от 19% с овалност, подобна на 12% намаление при едно преминаване. Недостатъкът е по-високата производствена цена и времето за цикъл.

Матрица за намаляване на нагъването и минимална дебелина на стената за прецизни нагреватели
Следващата таблица представя препоръчителните максимални коефициенти на намаляване на нагъването и последващите очаквания за овалност за 316 обвивки с различни дебелини на стените за приложения с нагревателни елементи с висока толерантност.

316 Дебелина на стената на обвивката Максимално намаляване на обвивката при едно преминаване Максимално много{1}}намаляване на прохода (с отгряване) Очаквана овалност при максимално намаление Очаквана концентричност (отклонения в положението на проводника) Редовни приложения
0,7 mm (минимално производство) 12% 18% (2 преминавания) 0,08 – 0,12 mm 0,10 – 0,15 mmМикро-нагреватели за аналитична апаратура
0,8 mm 15% 22% (2 преминавания) 0,06 – 0,10 mm 0,08 – 0,12 mm Патронни нагреватели с малък диаметър
0,9 mm 18% 25% (2 преминавания) 0,05 – 0,08 mm 0,06 – 0,10 mm Прецизен нагревател за медицинско устройство
1,0 mm 22% 30% (2 преминавания) 0,04 – 0,06 mm 0,05 – 0,08 mm Нагреватели за обработка на полупроводници
1,2 mm 25% 35% (2 преминавания) 0,03 – 0,05 mm 0,04 – 0,06 mm Стандартни индустриални прецизни нагреватели
28% 40% (2 преминавания) Общо предназначение с добра толерантност 1,6 mm 0,02 – 0,04 mm 0,03 – 0,05 mm
2,0 mm 30% Не се изисква 0,02 – 0,03 mm 0,02 – 0,04 mm Дебел{6}}стенни механични конструкции
За приложения, които се нуждаят от най-голяма геометрична точност, като например нагреватели, които трябва да се поберат в стегнат -допусков отвор или да осигурят постоянна топлина в ограничена зона, инженерите трябва да изискват максимална овалност от 0,05 mm и да поискат измерване на концентричността от производителя. Това обикновено изисква дебелина на стената от 1,0 mm или по-голяма или много-компресиране за по-тънки стени, което увеличава цената.

Повреда на съпротивителната жица при тънкостенно{0}}сгъване
В допълнение към овалността, тънките{0}}стени могат също да причинят директна повреда на съпротивителния проводник. Матриците за щамповане упражняват радиална сила, която преминава през обвивката и MgO към жицата. MgO се уплътнява равномерно за дебели стени и телта е подложена само на напрежение на натиск, което не разгражда пластичните никел-хромови сплави. Тънката стена се характеризира с по-ниска радиална коравина, която позволява локална деформация, способна да предизвика значителни точкови напрежения върху жицата. Ако щампата е огъната или вдлъбната, съпротивлението ще се промени локално и ще създаде гореща точка, която ще се повреди преждевременно. Когато дебелината на стената е по-малка от 0,9 mm и коефициентите на намаляване са по-големи от 15%, експерименталните открития показват, че появата на повреда на проводника се увеличава от по-малко от 0,1% до около 2-5%. Тази норма на скрап е подходяща за някои приложения, но е непрактична за производство на големи обеми и ниски разходи. За да се избегне телта при тънко-стенно увиване, производителите трябва да използват тел с по-голям диаметър, която има по-голяма коравина на огъване, или да използват много{19}}усукана тел, която може да издържи деформация по-добре от единична плътна тел. Ако инженерите определят обвивки с тънки стени, те трябва да потърсят проби с разрушително напречно сечение от първоначалния производствен цикъл, за да осигурят целостта на проводника и еднородността на MgO. Разходите за разделяне и проверка на пет нагревателя са тривиални в сравнение с разходите за повреди на място поради горещи точки на проводника. За приложения, където изключителната прецизност и надеждност са от първостепенно значение, дебелината на стената от 1,0 mm или по-голяма премахва повечето проблеми с тънкостенните щампования и все още осигурява изключителни топлинни характеристики за повечето приложения. Инженерите трябва да приемат производствените препятствия и опасностите за качеството на обвивките под 0,9 mm 316 само когато ограниченията на пространството или топлинната реакция абсолютно изискват по-тънки стени.