Come diagnosticare una perdita graduale della planarità della piastra causata da ripetute escursioni termiche-eccessive?

Nel corso degli anni di servizio, una piastra della pressa che ha funzionato a temperature superiori a quella nominale a causa della deriva del sensore, di un guasto del controller o di eventi di riscaldamento fuori controllo, inizierà a perdere la sua forma originale. La superficie potrebbe non essere più esattamente piatta ma sviluppare un modesto aspetto "piatto" in cui il centro è più basso dei bordi. Questo problema non è solo la normale usura o abrasione. Si tratta di una deformazione permanente e cumulativa, che è la conseguenza del creep termico, cioè dello scorrimento graduale del metallo sotto sforzo ad alta temperatura.

Una modalità comune di guasto nei sistemi di utensili riscaldati è un problema chiamato perdita progressiva di planarità a causa delle escursioni termiche della piastra.

Comprensione dei meccanismi di deformazione
La deformazione da scorrimento viscoso è la principale responsabile della perdita di planarità della piastra dovuta al riscaldamento.

Il creep è definito come:

Deformazione plastica nel tempo

Sotto stress meccanico in corso

Alta-temperatura accelerata sotto il punto di fusione

Se una piastra incontra ripetute escursioni-di temperatura, il materiale entra in un regime in cui il carico di snervamento è notevolmente ridotto. Il metallo si piega lentamente sotto il peso e le forze di bloccaggio della macchina.

Il ricordo del piano è esso stesso, scolpito nella sua forma, del surriscaldamento.

Durante il raffreddamento, la distorsione non ritorna alla geometria iniziale ma rimane permanente.

Mappatura della superficie di misurazione di precisione
La diagnosi inizia con un'attenta misurazione della planarità.

Per mappare la superficie della piastra viene utilizzato un misuratore di superficie con un comparatore preciso.

Procedura per la misurazione
La superficie della piastra è suddivisa in uno schema a griglia regolare

I punti di riferimento vengono creati a intervalli equidistanti

I comparatori vengono letti su ciascun nodo della griglia.

Vengono tracciate le deviazioni dal piano di riferimento

Questa procedura mostra la tendenza geometrica generale della superficie.

Esito diagnostico tipico
Per i danni da scorrimento termico, le letture spesso sono:

Valori più piccoli al centro

Valori più alti ai bordi

Curvatura uniforme e continua rispetto a difetti isolati

La forma a scodella del profilo è indice di deformazione da scorrimento e non di danni meccanici o usura localizzata.

Usura e differenziazione del flusso di materiale
Un passo importante nella diagnosi è distinguere tra perdita di materiale e deformazione del materiale.

Nella perdita di planarità correlata allo scorrimento viscoso:

Lo spessore del materiale complessivo è praticamente invariato

La superficie appare intatta senza segni di erosione

La deformazione è volumetrica, non abrasiva

La semplice misurazione dello spessore rivela che nessun materiale è stato rimosso in modo significativo.

Invece, il metallo cedeva lentamente plasticamente sotto l'influenza combinata di calore e sollecitazioni meccaniche.

Causa: Evento di escursione-sovratemperatura
L'elemento chiave è l'esposizione ripetuta a temperature esterne all'intervallo di funzionamento sicuro della piastra.

Le cause comuni sono:

Sensori di temperatura difettosi

La regolazione del controller non è corretta

Circostanze di riscaldamento incontrollato

Guasto del circuito di feedback termico

Logica di protezione termica inadeguata

Anche picchi di breve durata possono portare ad un accumulo di creep a lungo termine se ripetuti su molti cicli.

Ogni evento di surriscaldamento- aggiunge una piccola quantità di deformazione permanente che si accumula durante la vita operativa.

Comportamento dei materiali alle alte temperature
La resistenza del materiale diminuisce con l'aumentare della temperatura con conseguente deformazione da scorrimento viscoso.

Ad alte temperature:

Riduzione del carico di snervamento

La diffusione atomica è accelerata

Viene attivato il movimento dei bordi del grano

La resistenza alla deformazione è ridotta

In questo caso anche un minimo stress meccanico, causato dal peso del piano e dalle forze di serraggio, potrebbe portare ad un cambiamento permanente della forma.

Il comportamento dipende dal tempo-, ovvero quanto più lunga è l'esposizione tanto maggiore è la deformazione.

Procedura di riparazione correttiva
Il ripristino della planarità generalmente comporta una procedura di correzione in più-fasi.

1. Trattamento termico per alleviare lo stress
Innanzitutto, la piastra viene rimossa e inserita nell'ambiente del forno controllato.

Caratteristiche principali:

La temperatura viene mantenuta al di sotto della temperatura di transizione critica del materiale.

Ridurre le tensioni interne

Parziale stabilizzazione delle deformazioni residue dovute al creep

Ciò non ripristina la geometria ma prepara il materiale per la ri-lavorazione.

2. Ri-lavorazione o ri-rettifica alla precisione
Dopo aver alleviato lo stress, la piastra viene riaffilata o lavorata con precisione.

Gli obiettivi sono:

Ricostruzione della superficie piana di riferimento

Correzione per la distorsione geometrica

Ripristino della planarità e del parallelismo

Questa procedura è importante affinché la piastra ritorni alle specifiche operative.

3. Controllo finale
Dopo la lavorazione, la planarità viene ri-controllata con:

Grafici di indicazione del quadrante

Confronto della piastra di superficie

Interferometria laser (per applicazioni precise)

La piastra viene rimessa in funzione dopo la verifica.

Evitare una ripetuta perdita di planarità
Ripararlo non risolve il problema alla radice.

Il problema termico fondamentale deve essere risolto per evitare che si ripeta.

I metodi di prevenzione primaria sono:

Calibrazione del sensore di temperatura.

Verifica della messa a punto del sistema di controllo

3. Limitazione dell'implementazione della protezione-dalla temperatura eccessiva

Monitoraggio regolare dell'omogeneità termica.

Controllo della stabilità del riscaldatore e dell'integrità del filo.

La deformazione da scorrimento persisterà anche dopo la ri-lavorazione se le escursioni termiche non vengono corrette.

Correlazione tra temperatura e deformazione-a lungo termine
Il creep dipende molto dalla cronologia della temperatura,

Piccole ma ricorrenti escursioni possono accumularsi danni nel tempo.

Ciò rende la malattia così perniciosa perché:

non si osserva alcun fallimento immediato

La deformazione avviene lentamente

La perdita di prestazioni è spesso l'unico modo per rilevarla

La storia termica è codificata nella geometria fisica del piatto.

Riepilogo
La diagnosi della deformazione da surriscaldamento-del piano comporta una mappatura completa della superficie, un controllo dello spessore e la conoscenza del comportamento di scorrimento. La griglia di indicazione del quadrante, nel caso normale, mostrerà una caratteristica distorsione a forma di ciotola-, indicando il flusso permanente del materiale piuttosto che l'usura della superficie.

Nel caso di piani con escursioni termiche, la condizione di progressiva perdita di planarità può essere corretta mediante rimolatura di precisione-successiva al trattamento termico-di distensione. Ma affinché la riparazione abbia successo, è necessario eliminare la causa fondamentale-ripetuta di-eventi di temperatura-.

Perfino l’acciaio, se riscaldato a sufficienza per un periodo sufficientemente lungo, può agire lentamente come un materiale viscoso, scorrendo sotto stress come un ghiacciaio. Di conseguenza, una piastra strisciante non è solo un problema meccanico ma anche un segnale di allarme del processo termico che deve essere affrontato per garantire la stabilità del sistema a lungo termine.