СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ЗАГРУЗКИ ФЕРРИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ СПЕКАНИИ В КАМЕРНОЙ ПЕЧИ Советский патент 1995 года по МПК B22F3/10 C04B35/26 G01N27/72 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу определения места загрузки ферритовых изделий при спекании в камерной печи, и может быть использовано в технологии изготовления ферритовых изделий.

Целью изобретения является сокращение временных, энергетических и трудовых затрат при сохранении максимального выхода годного по показателю качества Y путем учета температурного градиента в печи.

Изобретение основано на том, что при определении места загрузки ферритовых изделий при спекании в камерной печи согласно изобретению перед проведением в данной печи пробных спеканий на поде печи располагают m рядов представительных выборок по n выборок в каждом ряду так, чтобы расстояния между всеми выборками были одинаковыми и не превышали расстояний, соответствующих статистически значимому отличию значений показателя качества, проводят спекание указанных К m x n выборок при температуре t, измеряют показатель качества Y всех спеченных изделий, определяют среднее арифметическое значение показателя качества Y в каждой i-й выборке Y, фиксируют две точки на поде печи, на которых спекались выборки, имеющие минимальное Y_мин и максимальное Y_максзначения среди всех К значений Y_i, после чего от каждой очередной партии изделий спекают при температуре t три представительные пробные выборки, располагая их в двух зафиксированых точках и в третьей точке, находящейся на середине отрезка прямой Х, соединяющей две зафиксированные точки, и определяют на отрезке Х координату расположения центра тяжести данной партии при спекании при температуре t в данной печи по формуле
X= X₂+ Δ_x где Y_o наилучшее (номинальное) значение показателя качества I;
A Y₂
B
C Y₂;
Δ_х Х₃ Х₂ Х₂ Х₁ Х₂ расстояние между двумя зафиксированными точками, имеющими на прямой Х координаты Х₁ 0 и Х₃, и точкой, лежащей между ними и имеющей координату Х₂;
Y₁, Y₂, Y₃ средние арифметические значения показателя качества Y в пробных выборках, спекавшихся в точках с координатами Х₁, Х₂ и Х₃соответственно.

Авторами экспериментально установлено следующее.

1. Фактическая температура спекания изделий, расположенных в процессе спекания в различных точках пода камерной печи, различна. Статистический анализ параметров готовых ферритовых изделий, спеченных в различных точках пода камерной печи, показал, что это различие статистически значимо уже при отстоянии выборок друг от друга на 120-150 мм: выборки оказываются принадлежащими разным генеральным совокупностям (при проверке этой гипотезы по критерию Вилькоксона при уровне значимости 0,05).

Различие температур в разных точках площади пода печи объясняется тем, что нагревательные элементы печи расположены в стенках печи на некотором расстоянии друг от друга, параметры этих элементов меняются во времени, поэтому распределение температуры в печи неизбежно и носит случайный характер.

2. Абсолютное отличие температур в разных точках пода печи различно даже для двух печей одного типа. Это отличие объясняется как индивидуальными особенностями печей, так и различным расположением печей в помещениях: близостью печей друг к другу, к окнам, дверям и т.п.

В проведенном авторами исследовании установлено, что разница фактических температур в различных точках пода камерной печи типа П-342 изменяется от 20 до 40^оС.

3. На прямой, идущей от точки пода печи с зафиксированной минимальной температурой к точке пода печи с зафиксированной максимальной температурой, температура растет по линейному закону. То есть, во всех промежуточных точках указанного отрезка прямой температура во время спекания больше минимальной и меньше максимальной.

4. Разница температур между двумя данными точками пода камерной печи остается постоянной при спекании изделий в течение действия данного комплекта нагревательных элементов.

Выводы 1, 3 и 4 позволяют использовать подход, аналогичный подходу, реализованному в известном способе, для построения зависимости среднего арифметического значения показателя качества изделий в партии Y от координаты прямой Х, являющейся осью линейного изменения температуры, в виде многочлена второго порядка:
Y aX² + bX + c (1) по результатам замера трех представительных выборок, спеченных одновременно в трех различных точках пода печи, в которых температуры спекания различны.

Для того, чтобы модель спекания (1) была адекватна в более широком интервале температуры, для ее построения следует измерять параметры изделий выборок, расположенных во время спекания в точках Х₁ и Х₃, фактические температуры в которых являются экстремальными на поде камеры данной печи. Третью выборку следует спекать на середине отрезка Х₃-Х₁.

Вывод 2 делает необходимым проведение экспериментального исследования данной камерной печи перед проведением пробных спеканий, по которым строится модель (1) и определяется оптимальное место расположения спекаемой партии. При этом следует подчеркнуть, что непосредственное измерение температуры в разных точках камерной печи чрезвычайной затруднено, так как при спекании ферритовых изделий в реальных условиях камерная печь герметически закрывается. Поэтому практически менее трудоемким является косвенное измерение распределения температуры по поду печи через изменение спекаемых изделий. Правда, при этом невозможно определить точки фактической минимальной и максимальной температуры, так как с ростом температуры показатель качества Y изменяется по квадратичному закону, следовательно, может иметь экстремум внутри рассматриваемого интервала температур. Но для практики и не требуется знать, какова температура в каждой точке пода печи. Необходимо знать, какая величина показателя качества Y будет получена при спекании изделий в данной точке при температуре t, измеряемой с помощью контрольной термопары. Это обстоятельство используется в предлагаемом способе, а именно определяют точки Х₁ и Х₃, в которых спекаемые изделия имеют минимальное и максимальное значение показателя качества Y при температуре t, и с учетом приведенного выше вывода 3 получают зависимость Y(X) (где Х координата прямой, соединяющей точки Х1 и Х₃) в виде (1). Причем кривая второго порядка (1) в данном случае всегда имеет экстремум на краях рассматриваемого отрезка (Х₁, Х₃), т.е. рассматривается одна из "ветвей" параболы (1). А поскольку через две точки можно провести бесчисленное количество парабол, для определения параметров параболы, адекватно отражающей фактическую зависимость показателя качества Y от координаты расположения изделий на прямой Х при спекании, спекают третью выборку в точке с координатой
X₂=
При этом получают выборки с тремя значениями Y:Y₁, Y₂ и Y₃соответственно в точках Х₁, Х₂ и Х₃.

Для определения коэффициентов зависимости (1) используют камеры параметров трех пробных выборок, причем вводят замену переменных
Z или
Х Х₂ + Z˙Δ_x (2) где Δ_x= X₂-X₁= X₃-X₂= Тогда
_=-1;
Z₂= 0;
Z₃= 1. (3) Подставив (2) в (1), можно записать
Y AZ² + BZ + C (4) Из (2) и (4) следует
Y₁ AZ₁² + BZ₁ + C
Y₂ AZ₂² + BZ₂ + C
Y₃ AZ₃² + BZ₃ + C откуда с учетом (3)
C Y₂;
B
(5)
A Y₂
Решение уравнения (4) при наилучшем (номинальном) значении Y Y_oбудет иметь вид
Z_1,2= (6) что позволяет с учетом (2) определить точку на отрезке (Х₁, Х₃), при спекании на которой изделие с максимальной возможностью будет иметь показатель качества Y, равный Y_o
X= X₂+ Δ_x где коэффициенты A, B и С определяются по (5).

Из двух значений, получаемых по (6), выбирают любое, лежащее внутри интервала (Х₁, Х₃), и присваивают ему значение Х_o.

Предложенный способ состоит из следующих операций
Перед проведением спекания изделий в данной камерной печи определяются точки пода печи, в которых величина показателя качества Y при спекании при температуре t, определяемой с помощью контрольной термопары, принимает минимальное и максимальное значения Y_мин и Y_макс. Для этого в печи проводят спекание К представительных выборок изделий данного типа при температуре t, располагая эти выборки так, чтобы расстояния между центрами тяжести всех этих выборок были одинаковыми и не превышали 100 мм. Практически это осуществляется путем расположения подложек с изделиями в вершинах квадратов прямоугольной pешетки, начерченной на поде печи и содержащей m рядов по n выборок в каждом ряду, т.е. m x n K.

У всех спеченных изделий измеряют показатель качества и определяют среднее арифметическое значение Y_i в каждой из К выборок, т.е. i
Сравнивают К значений Y_i и выбирают среди них минимальное Y₂ Y_мин и максимальное Y₃ Y_макс. Фиксируют точки, в которых спекались выборки с номерами i α и i β.

Проводят отрезок прямой из точки в точку β. Считают этот отрезок осью Х, присвоив точке α координату Х₁, а точке β координату Х₃. Определяют точку с координатой Х₂ 1/2 (Х₁ + Х₃₎.

От каждой очередной производственной партии спекают три пробные выборки, располагая их центры тяжести в точках Х₁, Х₂, Х₃, при температуре t.

Определяют средние арифметические значения показателя качества Y в выборках Y₁, Y₂, Y₃, спекавшихся соответственно в точках Х₁, Х₂ и Х₃.

Определяют точку на оси X_сп, в которой располагают центр тяжести при спекании данной партии изделий при температуре t, по формуле (6) с учетом приведенных выше обозначений.

П р и м е р 1. На операцию спекания поступает партия сердечников из феррита марки МЗООП-3 (в готовом виде диаметр 6,1 мм, толщина 1,8 мм). Показателем качества сердечников является величина коэрцитивной силы Н_с, в соответствии с техническими условиями ПЯ7.074.968 ТУ номинальное значение Н_с равно 0,2Э.

Спекание проводится в камерной печи марки П-342, имеющей прямоугольный под размерами 260 х 560 мм. Спекание сердечников марки МЗООП-3 проводится на керамических подложках размером 100 х 100 мм, на которых располагается спекаемая партия или выборка. Спекание проводится при температуре от 1230 до 1380^оС.

Перед проведением пробных спеканий показано, что представительной для сердечников данного типа является выборка объемом n 30 шт. Для определения точек Х₁, Х₂ и Х₃ в печь помещают вплотную друг к другу 2 ряда керамических плиток по 5 плиток в каждом ряду с размещенными на этих плитках 10 выборками сердечников по 30 шт. в каждой выборке. Все эти выборки спекают одновременно при температуре 1300^оС, после чего измеряют величину Нс у всех спеченных сердечников.

Устанавливают, что минимальное среднее значение Н_с Y_мин 0,173 Э оказывается у сердечников, спеченных на первой плитке в левом ряду, а максимальное среднее значение Н_с Y_макс 0,208 Э на четвертой плитке в правом ряду. Точкам расположения центров этих двух плиток присваивают координаты соответственно Х 0 и Х. Нетрудно показать, что Х 316 мм (Х 100² + 300²). Соответственно, Х₂ Δ_х 158 мм.

При пробном спекании трех выборок по 30 шт. из очередной партии сердечников их располагают на керамических плитках, центры которых помещают в точки Х₁, Х₂ и Х₃. Замеряют величины Н_с у всех спеченных сердечников. Получают Y₁ 0,181 Э; Y₂ 0,206 Э; Y₃ 0,211 Э.

По формулам (5) определяют
A -0,010; B 0,015; C 0,206.

По формуле (6) определяют
X= 158+158 откуда Хсп_1,2 Х_о 103 мм, поскольку второе значение Хсп₂ 450 мм и превышает величину X₃ и не имеет смысла.

Всю партию (700-800 шт.) спекают на плитке Х в точке, отстоящей от точки Х₁ на 103 мм, загружая сердечники один на другой в несколько слоев.

Получают максимальный выход годного 32% По сравнению с известным (2) способом достигается сокращение временных, энергетических и трудовых затрат в 2 раза, так как по известному способу для достижения аналогичного результата потребовалось бы проведение четырех циклов спекания вместо двух.

П р и м е р 2. На операцию спекания поступает партия линеек из феррита марки 0,3 ВТ объемом 5000 шт. Размер одной линейки после спекания и шлифовки равен 20 х 1,4 х 0,7 мм. В соответствии с требованиями технических условий коэрцитивная сила должна колебаться в пределах 0,26-0,38 Э, то есть Н_с 0,32 Э.

Спекание проводят в камерной печи марки П-342, перепад температур на поде которой предварительно определено, аналогично примеру 1, спеканием 10 выборок линеек по 300 шт. в каждой выборке.

Найденные точки Х₁, Х₂, Х₃ совпадают с точками в примере 1, Δ_х 158 мм.

Затем проводят пробное спекание трех выборок по 30 линеек при температуре t 1250^оС, располагая выборки на керамических подложках в точках Х₁, Х₂, Х₃. После спекания измеряют коэрцитивную силу (показатель качества Y) всех изделий. Получают значения (среднеарифметические) Y₁ 0,241 Э, Y₂ 0,339 Э; Y₃ 409 Э. По формулам (5) определяют A -0,015; В 0,085; С 0,339. По формуле (6) определяют
X= 158+158 откуда Хсп₁ Х_о 123 мм, поскольку Хсп₂ 1088 превышает величину Х₃ и не имеет физического смысла.

Всю партию изделий спекают, располагая ее центр тяжести на прямой Х в точке, отстоящей от точки Х₁ на 123 мм. Линейки укладывают при спекании рядами друг на друга в несколько слоев.

Выход годных линеек 49%
По известному (2) способу такой же выход годного может быть обеспечен при проведении 4-х циклов спекания (вместо двух).

Как следует из примеров, использование изобретения позволяет повысить эффективность производства ферритовых изделий за счет сокращения в два раза временных, энергетических и трудовых затрат при выборе места загрузки изделий в камерных печах при спекании.

Изобретение относится к способу выбора места загрузки ферритовых изделий при спекании в камерной печи. Целью изобретения является сокращение временных, энергетических и трудовых затрат при сохранении максимального выхода годного по показателю качества путем учета температурного градиента в печи. Предложенный способ включает проведение перед пробным спеканием предварительного спекания нескольких выборок в различных точках пода печи для определения двух точек с максимальным разбросом показателя качества, последующее пробное спекание трех представительных выборок изделий в этих двух и промежуточной между ними точках измерение их показателя качества и расчет координаты центра тяжести всей партии изделий на поде печи при спекании по расчетной формуле. Способ обеспечивает выход годного 32 49% при сокращении вдвое затрат на определение оптимального места загрузки ферритовых изделий в камерной печи.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ЗАГРУЗКИ ФЕРРИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ СПЕКАНИИ В КАМЕРНОЙ ПЕЧИ, включающий проведение пробных спеканий ферритовых изделий в печи, измерение показателя качества и определение по показателю качества оптимального положения партии изделий при спекании, отличающийся тем, что, с целью сокращения временных, энергетических и трудовых затрат при сохранении максимального выхода годного по показателю качества путем учета температурного градиента в печи, перед проведением в данной печи пробных спеканий на поде печи располагают m рядов представительных выборок по n выборок в каждом ряду так, чтобы расстояния между соседними выборками не превышали минимального для данной печи отрезка, на краях которого имеет место разность температур, приводящая к статистически значимому отличию показателя качества изделий, расположенных при спекании на указанных краях, проводят спекание указанных К m · n выборок при температуре t, измеряют показатель качества y всех спеченных изделий, определяют среднее арифметическое значение показателя качества Y в каждой i-й выборке Y_i, фиксируют две точки на поде печи, на которых спекались выборки, имеющие минимальное Y_мин и максимальное Y_макс значения среди всех К значений Y_i, при проведении пробных спеканий изделий спекают при температуре t три представительные пробные выборки, располагая их в двух зафиксированных точках и в третьей точке, находящейся на середине отрезка прямой X, соединяющей две зафиксированные точки, а оптимальное положение партии изделий определяют расчетом расположения на отрезке X координат центра тяжести данной партии при спекании при температуре t в данной печи по формуле

где Y₀ наилучшее (номинальное) значение показателя качества Y;


C Y₂;
Δ_x=X₃-X₂=X₂-X₁ расстояние между двумя зафиксированными точками, имеющими на прямой X координаты X₁ и X₃, и точкой, лежащей между ними и имеющей координату X₂;
Y₁, Y₂, Y₃ средние арифметические значения показателя качества Y в пробных выборках, спекавшихся в точках с координатами X₁, X₂ и X₃ соответственно.