Komputerowe narzędzia wspierające obróbkę cieplną i cieplno-chemiczną



Podobne dokumenty
w piecach próżniowych z hartowaniem gazowym (cz. 1)

Obróbka cieplna stali narzędziowych do pracy na gorąco w świetle norm europejskich i amerykańskich

Nawęglanie Niskociśnieniowe ( Nawęglanie Próżniowe) Dlaczego stosowane?

Koszt uczestnictwa przy zgłoszeniu uczestnictwa drugiej i każdej kolejnej osoby rabat 10%!

ZASTOSOWANIE SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH DO MODELOWANIA PROCESÓW AZOTOWANIA PRÓŻNIOWEGO STALI NARZĘDZIOWYCH

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Nawęglanie niskociśnieniowe w komercyjnych hartowniach usługowych.

Innowacyjne warstwy azotowane nowej generacji o podwyższonej odporności korozyjnej wytwarzane na elementach maszyn

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Obróbka cieplna stali

NAWĘGLANIE PRÓŻNIOWE GŁĘBOKICH OTWORÓW W STALI 16HG

BADANIA PORÓWNAWCZE ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE PRZEZ TARCIE AZOTOWANYCH I NAWĘGLANYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH

Projekt: Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym

WYNIKI REALIZOWANYCH PROJEKTÓW BADAWCZYCH

Informacje ujęte w niniejszej ulotce mają wyłącznie charakter informacyjny. Dokładne dane oferowanych urządzeń powinny zostać potwierdzone i ustalone

Zużycie i emisja gazów technicznych w procesie regulowanego azotowania gazowego ZeroFlow oraz w dotychczas stosowanych procesach

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

NUMERYCZNA ANALIZA PROCESU HARTOWANIA W PIECU RUROWYM Z ZIMNĄ KOMORĄ CHŁODZENIA

Technologie Materiałowe II Wykład 4 Obróbka cieplno-chemiczna stali

PreNitLPC przyszłościową alternatywą dla nawęglania stali

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Paweł Pełczyński ppelczynski@swspiz.pl

Efekty kształcenia dla makrokierunku: INFORMATYKA STOSOWANA Z KOMPUTEROWĄ NAUKĄ O MATERIAŁACH Wydział: MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do modelowania procesów azotowania próżniowego stali narzędziowych

TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

Ankieta* dla zainteresowanych udziałem. w przedsięwzięciu TANGO.

2.1.M.03: Technologie cieplno-chemiczne

Azotowanie. metodą ZeroFlow

studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ćw PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Piece wgłębne. do pracy z nawęglającą atmosferą regulowaną

Moduł 2/3 Projekt procesu technologicznego obróbki przedmiotu typu bryła obrotowa

Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

Aparaty słuchowe Hi-Fi z Multiphysics Modeling

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI W PROJEKTOWANIU MASZYN

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Joanny Wróbel

Katowice GPW Zintegrowany system informatyczny do kompleksowego zarządzania siecią wodociągową. Jan Studziński

The project "TEMPUS - MMATENG"

WPŁYW EKSPLOATACJI PIECÓW GRZEWCZYCH NA ZUŻYCIE CIEPŁA THE INFLUENCE OF OPERATION OF HEATING FURNACES ON HEAT CONSUMPTION

Kontrola przy użyciu symulatora online procesu wyżarzania kręgów blach aluminiowych w instalacji Vortex Jet Heating SECO/WARWICK

Dr hab. inż. Jan Duda. Wykład dla studentów kierunku Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

PL B1 (13) B1. (51) IntCl6: C23C 8/26. (54) Sposób obróbki cieplno-chemicznej części ze stali nierdzewnej

MODELOWANIE OBCIĄŻEŃ ZIAREN AKTYWNYCH I SIŁ W PROCESIE SZLIFOWANIA

Integracja systemu CAD/CAM Catia z bazą danych uchwytów obróbkowych MS Access za pomocą interfejsu API

Modelowanie jako sposób opisu rzeczywistości. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechnika Łódzka

Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Projektowanie Biznesu Ekologicznego Wykład 2 Adriana Zaleska-Medynska Katedra Technologii Środowiska, p. G202

ZARZĄDZANIE PROJEKTAMI I PROCESAMI. Mapowanie procesów AUTOR: ADAM KOLIŃSKI ZARZĄDZANIE PROJEKTAMI I PROCESAMI. Mapowanie procesów

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Kierownik: Prof. dr hab. inż. Andrzej Mianowski

PORTFOLIO LIGHTING Analiza i przygotowanie koncepcji prezentacji dotyczącej zaawansowanych metod projektowania oświetlenia

PLANY I PROGRAMY STUDIÓW

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

PREZENTACJA APRO POLSKA Sp. z o.o. Zakres: CUKROWNICTWO. Plac Niepodległości Kórnik

TECHNOLOGIE ZABEZPIECZANIA POWIERZCHNI Technologies for protecting the surface Kod przedmiotu: IM.D1F.45

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

AKTUALNE OPŁATY ZA WARUNKI Tylko dla studentów I roku 2018/2019 OPŁATY ZA WARUNKI Z POSZCZEGÓLNYCH PRZEDMIOTÓW

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Zastosowanie metod eksploracji danych (data mining) do sterowania i diagnostyki procesów w przemyśle spożywczym

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

Oferta firmy Invenco dla przemysłu motoryzacyjnego. Piotr Bartkowski. Marian Ostrowski Warszawa, 2016

RAPORT. Gryfów Śląski

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Algorytmy optymalizacji systemu ICT wspomagające zarządzanie siecią wodociągową

Rola stacji gazowych w ograniczaniu strat gazu w sieciach dystrybucyjnych

Laboratorium demonstrator bazowych technologii Przemysłu 4.0 przykład projektu utworzenia laboratorium przez KSSE i Politechnikę Śląską

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Kierunek: Mechatronika Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Systemy Optymalizacji Oświetlenia Zewnętrznego Kontekst Informatyczny. Dr hab. Leszek Kotulski, prof. AGH Dr Adam Sędziwy KIS WEAIiIB AGH

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Innowacyjny system wyżarzania zwojów blach aluminiowych Vortex z modelem matematycznym symulacji i prowadzenia procesu Secoil

ANALIZA EKONOMICZNA PROCESU UTLENIANIA TYTANU W ZŁOŻY FLUIDALNYM

ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH DO OPTYMALIZACJI WARUNKÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW Mg-Al

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW TRANSPORT STUDIA PIERWSZEGO STOPNIA PROFIL OGÓLNOAKADEMICKI

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

KOMPUTEROWA INTEGRACJA WYTWARZANIA Z ZASTOSOWANIEM OPROGRAMOWANIA I-DEAS. S. Płaska, P. Kozak, P. Wolszczak, M. Kapuśniak

na paliwa stałe New trends in control systems of automatic central heating solid fuel boilers W KILKU SŁOWACH

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII. Roman Kaula

SEMINARIUM KUŹNICZE ZWIAZKU KUŹNI POLSKICH POLISH FORGING ASSOCIATION SEMINAR

Przemysł 4.0 Industry 4.0 Internet of Things Fabryka cyfrowa. Systemy komputerowo zintegrowanego wytwarzania CIM

Kształcenie w Szkole Doktorskiej Politechniki Białostockiej realizowane będzie według następującego programu:

ANALIZA OSZCZĘDNOŚCI ENERGII CIEPLNEJ W BUDOWNICTWIE MIESZKANIOWYM JEDNORODZINNYM

WYDZIAŁ TRANSPORTU I INFORMATYKI MECHANIKA I BUDOWA MASZYN I STOPIEŃ PRAKTYCZNY

Projektowanie i symulacja systemu pomiarowego do pomiaru temperatury

Odniesienie do obszarowych efektów kształcenia Kierunkowe efekty kształcenia WIEDZA (W)

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

KOMPUTEROWA SYMULACJA POLA TWARDOŚCI W ODLEWACH HARTOWANYCH

WPŁYW USTALENIA I MOCOWANIA KORPUSÓW PRZEKŁADNI TECHNOLOGICZNIE PODOBNYCH NA KSZTAŁT OTWORÓW POD ŁOŻYSKA

Kierunki na stacjonarnych i niestacjonarnych studiach I i II stopnia stanowiące ofertę edukacyjną w roku akademickim 2019/20. studia stacjonarne

Przetwórstwo tworzyw sztucznych i gumy

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

KIERUNKOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA

SYLABUS. Studia Kierunek studiów Poziom kształcenia Forma studiów Inżynieria materiałowa studia pierwszego studia stacjonarne

POSTĘPY W KONSTRUKCJI I STEROWANIU Bydgoszcz 2004

Najprostszy schemat blokowy

Transkrypt:

Komputerowe narzędzia wspierające obróbkę cieplną i cieplno-chemiczną Software tools for heat and thermochemical treatment. dr inż. Emilia WOŁOWIEC 1, prof. nzw. dr hab. inż. Leszek MAŁDZIŃSKI 2, dr inż. Maciej KORECKI 3 W KILKU SŁOWACH SUMMARY 1 Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź 2 Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Transportu, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań 3 Seco/Warwick S.A., ul. Sobieskiego 8, 66-200 Świebodzin Rosnące oczekiwania dotyczące jakości i precyzji wykonania produktów sprawiają, że dalszy postęp technologii obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej jest ściśle związany ze stosowaniem komputerowych metod obliczeniowych. Stąd w ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie programami komputerowymi do projektowania i symulacji procesów obróbki cieplno-chemicznej. Właściwie przeprowadzona symulacja redukuje potrzebę prowadzania eksperymentalnych procesów testowych i prac na rzeczywistych detalach, co daje wymierne oszczędności czasu, energii i kosztów prowadzenia procesów próbnych. Za szczególnie efektywne uważa się symulatory stosowane w hartowniach usługowych pracujących w warunkach niepowtarzalnej produkcji jednostkowej lub krótkoseryjnej. Poniżej przedstawiono przykładowe narzędzia wspierające technologie obróbek cieplnych i cieplno-chemicznych, dostępne na polskim rynku. Uniwersalne piece próżniowe stanowią dziś podstawowe wyposażenie technologiczne wielu hartowni usługowych oraz oddziałów obróbki cieplnej w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, narzędziowym oraz budowy maszyn. W ostatnim dziesięcioleciu możliwości technologiczne tych pieców zostały istotnie poszerzone o procesy wysokotemperaturowej, niskociśnieniowej obróbki cieplno-chemicznej elementów konstrukcyjnych głównie nawęglania próżniowego i jego zaawansowanych modyfikacji realizowanych sekwencyjnie w jednym urządzeniu wraz z wysokociśnieniowym hartowaniem w gazach pod wysokim ciśnieniem [1,2,14]. Równolegle do rozwoju sprzętowego postępuje rozwój oprogramowania, umożliwiając pełne i skuteczne wykorzystanie możliwości pieca. As a result of growing expectations regarding the quality and manufacturing accuracy of products, further advances in the heat and thermochemical treatment technology are closely connected with the use of computer- -based computational methods. Consequently, in recent years there has been growing interest in the computer software for the design and simulation of thermochemical treatment processes. A properly executed simulation reduces the need for experimental test processes and analyses of real samples, which in turn provides measurable savings in time, energy, and cost required for testing. Simulators used in heat treatment plants for processing non-repetitive discrete manufacturing processes or short-series productions are considered to be particularly effective. The following article describes a few tools available on the Polish market which have been developed to assist the heat and thermochemical treatment technology. Rosnące oczekiwania dotyczące jakości i precyzji wykonania produktów sprawiają, że dalszy postęp technologii obróbki cieplnej i cieplno- -chemicznej jest ściśle związany ze stosowaniem komputerowych metod obliczeniowych. Tradycyjny sposób dochodzenia do optymalnych własności materiału metodą prób i błędów jest czasochłonny i kosztowny, stąd też obserwuje się rosnące zainteresowanie modelowaniem i symulacjami komputerowymi, które umożliwiają projektowanie własności materiałów inżynierskich oraz przewidywanie ich własności przy jednoczesnej znaczącej redukcji czasu i kosztów badań. Powyższa sytuacja była bezpośrednią przyczyną podjęcia prac nad programami do projektowania i prowadzenia procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, takich jak nawęglanie 8

i azotowanie próżniowe, azotowanie metodą ZeroFlow czy hartowanie w gazie pod wysokim ciśnieniem. SimVaC Plus - symulator procesu nawęglania próżniowego i hartowania warstwy nawęglonej w gazie pod wysokim ciśnieniem Program SimVaC Plus (Simulator Vacuum Carburizing) stanowi integralną część technologii nawęglania próżniowego FineCarb, opracowaną w ramach współpracy Politechniki Łódzkiej i firmy Seco/Warwick S.A. (Rys. 1). Rozwój systemu i technologii opisano m.in. w pracach [3-12]. Program umożliwia projektowanie procesów nawęglania próżniowego i hartowania w gazie pod wysokim ciśnieniem, jak również analizę i optymalizację tych procesów bez konieczności prowadzenia czasochłonnych i kosztownych procesów testowych [7,13,14,16]. Jest zaawansowanym programem symulacyjnym, składającym się z modułu nawęglania próżniowego Sim- Carb i modułu hartowania SimHard (Rys.2). W zależności od potrzeb użytkownika, przedstawia efekt realizacji zadanego procesu w postaci profilu węgla i profilu twardości warstwy, lub samodzielnie projektuje proces pod kątem zadanych wymagań warstwy. Podczas obliczeń system uwzględnia szereg parametrów: gatunek stali, kształt i geometrię elementów, wielkość powierzchni wsadu, stężenie węgla na powierzchni, kryterium grubości warstwy, temperaturę nawęglania jak również sekwencję czasów segmentów nasycania i dyfuzji. W dalszej fazie obliczeń uwzględniana jest faza podchłodzenia do hartowania, rodzaj i ciśnienie gazu chłodzącego oraz wielkość pieca, co w rezultacie daje dużą dokładność przewidywań wyników rzeczywistych procesów. W przypadku elementów o złożonej geometrii, jakimi są elementy uzębione, istnieje potrzeba rozważenia dodatkowych warunków zjawiska. Specyfika elementów uzębionych powoduje, że warstwa nawęglona w elemencie zmienia się w zależności od lokalnej krzywizny kształtu, stąd też w tym przypadku rozważa się pięć strategicznych miejsc zęba elementu (Rys. Rys 1. Technologia FineCarb i produkty wspierające tą technologię. 3): stopa (pkt 1), przypór (pkt 2), głowa (pkt 3), punkt w środku geometrii (pkt 4), punkt w środku podstawy zęba. (pkt 5) [15]. Zaawansowanym etapem rozwoju technologii nawęglania próżniowego FineCarb jest metoda nawęglania wspomagana azotowaniem PreNitLPC, polegająca na podawaniu amoniaku we wstępnej fazie procesu, w etapie nagrzewania elementów do nawęglania. Wprowadzony na tym etapie do warstwy powierzchniowej azot wspomaga proces nawęglania, przyspieszając dyfuzję węgla, zmniejszając tendencje do tworzenia węglików oraz znacząco ograniczając rozrost ziarna austenitu [17-19]. Oznacza to możliwość podniesienia temperatury procesu a w konsekwencji znaczne skrócenie czasu obróbki. Co bardzo ważne, uzyskana warstwa posiada prawidłowa mikrostrukturę i własności mechaniczne porównywalne do warstw otrzymanych w procesach tradycyjnych, w niższej temperaturze [16]. Korzystając z doświadczeń zdobytych podczas badań nad technologią PreNitLPC rozpoczęto prace nad nowym symulatorem, dedykowanym procesom azotowania próżniowego. www.industrialfurnaces.pl, www.ppik.pl 9

Rys 2. Symulator twardości SimHard. Rys 3. Parametry elementu uzębionego w symulacji procesu hartowania. SimLPN symulator azotowania próżniowego Analogicznie do nawęglania próżniowego, w uniwersalnych piecach próżniowych istnieje możliwość zastosowania azotowania próżniowego (funkcjonuje ono juz w metodzie Pre- NitLPC ). Obróbka polega na wprowadzeniu amoniaku do komory pieca w tradycyjnych temperaturach azotowania. Z uwagi na niskie ciśnienia atmosfery azotującej, panujące w piecu HPGQ podczas procesu azotowania próżniowego, metoda ta znajduje swoje główne zastosowanie w obróbce stali narzędziowych. Jednakże przewidywanie kinematyki przebiegu procesów nierównowagowych (do których zalicza sie azotowanie próżniowe) należy do zadań trudnych i wydaje się, że w ich przypadku konieczne jest wsparcie metodami komputerowymi. Dlatego też prowadzone obecnie badania nad azotowaniem próżniowym mają na celu opracowanie technologii azotowania próżniowego w połączeniu z komputerowym systemem wsparcia, zapewniającym przewidywalność tych procesów [20]. Koncepcja symulatora azotowania próżniowego SimLPN (Simulation Low Pressure Nitriding) opiera się na wykorzystaniu metod sztucz- 10

nej inteligencji (w tym sieci neuronowych), co jest nowoczesnym podejściem do symulowania zjawisk trudno opisywalnych metodami matematycznymi (Rys. 4.). Pozwala ominąć etap tworzenia matematyczno-fizycznego modelu zjawiska i od razu przejść do etapu symulacji własności materiału na podstawie parametrów procesu. Z punktu wykorzystania eksploatacyjnego wariant drugi jest bardziej interesujący. System pobiera dane wejściowe dotyczące własności elementu: gatunek stali oraz oczekiwane własności warstwy azotowanej po procesie - twardość, grubość warstwy azotowanej, grubość warstwy azotków a następnie uruchamia moduł obliczeniowy. Algorytm poszukuje procesu, Rys 4. Schemat symulatora azotowania próżniowego SimLPN. Funkcjonalnie SimLPN przeznaczony jest do projektowania, symulowania i optymalizacji procesów wielosegmentowego azotowania próżniowego dla elementów wykonanych ze stali narzędziowych. Tym samym umożliwia realizację wielostopniowej technologii azotowania próżniowego FineLPN (Fine Low Pressure Nitriding) jako opcji technologicznej uniwersalnych pieców próżniowych. Rdzeniem symulatora są dwie odmienne od siebie metody obliczeniowe: sztuczne sieci neuronowa oraz algorytmy ewolucyjne a on sam może pracować w jednym z dwóch wariantów: 1. symulacji właściwości warstwy wierzchniej po procesie zaprojektowanym przez użytkownika 2. wyznaczania parametrów procesu, na podstawie oczekiwanych własności elementu po obróbce. którego wynikiem jest wytworzenie wskazanych własności warstwy wierzchniej w najkrótszym możliwym czasie. W następnym kroku następuje symulacja procesu azotowania próżniowego w parametrach proponowanych przez sieć i prezentacja pełnej charakterystyki materiału po wskazanym procesie: twardość, grubość warstwy całkowitej, zakresy występowania warstwy białej, warstwy ciemnej, ewentualnej siatki wydzieleń po granicach ziaren. Użytkownik może zaakceptować proponowane parametry technologiczne procesu, lub zażądać nowego poszukiwania. W chwili obecnej prowadzone są badania warstw azotowanych uzyskanych w procesach eksperymentalnych i które będą stanowiły bazę uczącą dla modułu sieci neuronowych symulatora. www.industrialfurnaces.pl, www.ppik.pl 11

SimZFN symulator kinetyki wzrostu warstwy azotowanej Na Politechnice Poznańskiej opracowano do projektowania procesów azotowania metodą ZeroFlow symulator kinetyki wzrostu warstwy dyfuzyjnej na stalach węglowych i stopowych nazwany SimZFN (Simulation ZeroFlow Nitriding). Pozwala on opisać wzrost grubości całkowitej warstwy oraz występujących w niej strefach ε, γ i strefy dyfuzyjnej α, rozkład twardości na jej przekroju w funkcji parametrów azotowania tj. temperatury (T), potencjału azotowego atmosfery (Np) i czasu (h). Można go stosować do procesów jednostopniowych (ze stałymi: T i Np w czasie procesu oraz do bardziej złożonych procesów dwu i kilkustopniowych ze zmiennymi T i Np w czasie procesu, a więc do procesów najczęściej stosowanych w praktyce (Rys. 5). SimZFN umożliwia również optymalizację parametrów T, Np i h tzn. taki dobór ich wartości, ażeby otrzymać wymaganą warstwę pod względem budowy fazowej, grubości poszczególnych stref/faz, grubości efektywnej i twardości. Do opracowania symulatora wykorzystano model matematyczny L. Małdzińskiego i współpracowników opracowany na podstawie ponad 25-ciu lat badań doświadczalnych i teoretycznych prowadzonych na Politechnice Poznańskiej, Instytucie Fizyki Ciała Stałego w Dreźnie, Uniwersytecie Technicznym Delft w Holandii, oraz firm Nitrem Metal Inc. Z Montrealu i Seco/ Warwick Poland ze Świebodzina. Modele te opierają się na klasycznych prawach termodynamiki i kinetyki azotowania [21-24]. G-Quench Pro symulator hartowania stali narzędziowych w gazie pod wysokim ciśnieniem Ustalenie zależności między strukturą, procesem technologicznym i własnościami użytkowymi produktu ma kluczowe znaczenie dla poprawnego i optymalnego prowadzenia procesów wytwarzania narzędzi. Potrzeba przewidywania oraz kontroli przebiegu procesu hartowania wielkogabarytowych elementów wykonanych ze stali narzędziowych była bezpośrednia przyczyną opracowania kolejnego symulatora, tym razem dedykowa- Rys. 5. Symulator kinetyki wzrostu warstwy azotowanej SimZFN 12

nego procesom hartowania stali narzędziowych w gazach pod wysokim ciśnieniem [20, 25, 26]. Program G-Quench Pro (Gas Quenching Simulator) (Rys. 6) służy do symulacji i kontroli przebiegu procesu hartowania stali narzędziowych w gazie, również pod wysokim ciśnieniem, redukując potrzebę przeprowadzania procesów testowych. Podstawy matematyczne procesu chłodzenia oraz zależności twardości materiału od czasu chłodzenia zostały opracowane na podstawie badań przeprowadzonych w Politechnice Łódzkiej i firmie Seco/Warwick S.A. oraz na podstawie dostępnych danych literaturowych. Rys 6. Okno główne programu G-Quench Pro. Symulacja procesu przebiega według parametrów określonych przez użytkownika. Istotnym etapem jest określenie materiału, dla którego będą symulowane procesy hartowania, ponieważ na tej podstawie program określa właściwy wykres fazowy stali. W następnym kroku określane są parametry chłodzenia: ciśnienie i rodzaj gazu chłodzącego, szybkość obrotów wentylatora, gęstość upakowania elementów w komorze chłodzącej oraz temperatura z której rozpoczynane jest hartowanie (Rys. 7). Na wynik symulacji znaczący wpływ ma element poddawany obróbce, stąd uwzględniane są zarówno wymiary elementu, jak i jego krzywizna. Literatura 1. J. Olejnik: Vacuum furnaces with high pressure charge cooling. Metallurgy 3/2002. 2. M. Korecki: Technical properties of the gas quenching module. Seminar SWL Multi-Chamber Vacuum Carburizing System, 2005. 3. P. Kula, Ł. Kołodziejczyk, M. Górecki, A. Rzepkowski, A. Rzepkowski, A. Krasiński, K. Dybowski, D. Siniarski: Komputerowe wspomaganie procesu nawęglania próżniowego. VI Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 2002. 4. P. Kula, M. Górecki, Ł. Kołodziejczyk, D. Siniarski, J. Olejnik: FineCarb inteligentny system nawęglania próżniowego. VII Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 2003. 5. P. Kula, R. Pietrasik: Nawęglanie próżniowe stali w atmosferze etylen- -acetylen-wodór chemia procesu. VIII Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 2004. 6. D. Siniarski, P. Kula, Ł. Kaczmarek, R. Pietrasik, K. Dybowski, E.Wołowiec: Rozwój wspomagania komputerowego w aplikacjach procesów dyfuzyjnych na przykładzie oprogramowania SimVaC. X Seminarium trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 14.09.2006. 7. P. Kula, D. Siniarski, M. Krasowski, M. Korecki: Doświadczenia technologii węgloazotowania próżniowego FineCarb. XI Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 4.10.2007. 8. M. Korecki, J. Olejnik, R. Gorockiewicz: Rozwój pieców HPQ na przykładzie aplikacji nawęglania próżniowego FineCarb, obróbki cieplnej stali HSLA oraz nowoczesnej obróbki cieplnej narzędzi. XI Seminarium trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 4.10.2007. 9. Kula, R. Atraszkiewicz: Symulator twardości SimHard postępy w oprogramowaniu nawęglania próżniowego FineCarb. XI Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 2007. 10. M. Bazel, J. Olejnik, M. Korecki: Precyzyjna technologia nawęglania próżniowego FineCarb w procesach wielostopniowych. XII Seminarium trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 25.09.2008. 11. E. Wołowiec, K. Dybowski, and R. Atraszkiewicz: SimVaC zaawansowane możliwości oprogramowania nawęglania próżniowego FineCarb. XII Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 25.09.2008. 12. M. Korecki, J. Olejnik, Z. Szczerba, M. Bazel, R. Atraszkiewicz: Piec Seco/ Warwick 25VPT i jego nowe możliwości technologiczne z hartowaniem w azocie i helu przy ciśnieniu 25 bar. XIII Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 22-23.09.2010. 13. P. Kula, R. Atraszkiewicz, E. Wołowiec: Modern gas quenching Chambers supported by SimVac Plus Hardness application, Heat Treating 2008. Rys. 7. Okno parametrów procesu hartowania. www.industrialfurnaces.pl, www.ppik.pl 13

14. P. Kula, M. Korecki, R. Pietrasik, E. Wołowiec, K. Dybowski, Ł. Kołodziejczyk, R. Atraszkiewicz, M. Krasowski: FineCarb -the flexible system for low pressure carburizing. New options and performance. Konferencja IFHTSE Kobe Japan 2008. 15. P. Kula, R. Atraszkiewicz, E. Wołowiec: Komputerowe wyznaczanie twardości warstwy wierzchniej w kołach zębatych po procesie nawęglania próżniowego i hartowania gazowego, Inżynieria Materiałowa 4 (176) 2010, pp. 1053-1055. 16. P. Salabová, O. Prikner: Low pressure carburizing - practical experiences. PRIKNER tepelné zpracování kovu, s.r.o. The Czech Republic 2010. 17. P. Kula, D. Siniarski, M. Krasowski, M. Korecki: Technologia PreNitLPC - nowe możliwości nawęglania stali. XII Seminarium Grupy Seco/Warwick Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 25.09.2008. 18. P. Kula, M. Korecki, J. Olejnik, R. Pietrasik, E. Wołowiec: Low Pressure Nitriding - FineLPN the New Option for LPC + HPGQ Vacuum Furnaces, Furnaces North America, Orlando 2010 19. P. Kula, R. Pietrasik, K. Dybowski, M. Krasowski, S. Pawęta, M. Korecki: PreNitLPC zaawansowana technologia wysokotemperaturowego nawęglania próżniowego efekty i zastosowania. XIII Seminarium trendy w obróbce cieplnej, Bukowy Dworek 22-23.09.2010. 20. M. Korecki, J. Olejnik, P. Kula: New Capabilities in HPGQ Vacuum Furnaces. Industrial Heating 03/2011. 21. L. Małdziński, J. Tacikowski: Concept o fan economical and ecological process of gas nitriding of steel. HTM 61(2006). 22. L. Małdziński: Controlled Nitriding using a ZeroFlow Process. HeatTreating Progress 08 2007. 23. L. Małdziński, M. Bazel, M. Korecki,A. Miliszewski, T. Przygoński: Industrial experiences with controlled Nitriding Rusing a ZeroFlow metod. HeatTreating Progress 07/08 2009. 24. L. Małdziński: Termodynamiczne, kinetyczne i technologiczne aspekty wytwarzania warstwy azotowanej na żelazie i stalach w procesach azotowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Seria Rozprawy Nr 373, Poznań, 2002. 25. E. Wołowiec, P. Kula, M. Korecki, J. Olejnik: Simulation and Control of Tool Steel Quenching Process, 25th European Conference on Modelling and Simulation, Kraków 2011. 26. M. Korecki, J. Olejnik, M. Bazel, P. Kula, R. Pietrasik, E. Wołowiec: Multi-purpose LPC+LPN+HPGQ 25 bar N2/He Single Chamber Vacuum Furnaces, 3rd International Conference on Heat Treatment and Surface Engineering of Tools and Dies, Wels, Austria 2011. Bezpośrednim rezultatem symulacji jest wyznaczenie przebiegu krzywej chłodzenia dla danego materiału w określonych warunkach. W połączeniu z wykresem fazowym, krzywa ta daje informację o fazach, przez które przejdzie materiał podczas obróbki. Ostatecznym efektem symulacji jest określenie przewidywanej wynikowej twardości materiału. Indywidualne parametry urządzenia hartującego w dużym stopniu determinują rzeczywisty przebieg procesu sprawiając, że te same parametry ustawione na dwóch różnych urządzeniach mogą dać w wyniku różnie zahartowane stale. Z tego powodu zapewniono możliwość konfiguracji programu G-Quench Pro pod kątem konkretnego przypisanego mu urządzenia fizycznego. Spowoduje to uwzględnienie charakterystyki indywidualnej pieca przy obliczaniu wynikowych własności produktu. Równolegle do funkcjonalności predykcyjnej rozwinięto funkcje monitorujące przebieg rzeczywistego procesu hartowania. W trybie monitora program wymaga połączenia z piecem, poprzez zainstalowanie go na piecu lub połączenie zdalne między komputerem pieca i komputerem na którym pracuje program. G-Quench Pro współpracuje z oprogramowaniem urządzenia, pobierając od niego informacje o temperaturze aktualnie panującej w komorze pieca lub w elemencie obrabianym. O lokalizacji miejsca, z którego odczytywana jest temperatura decyduje użytkownik. W kolejnych chwilach czasowych na krzywą chłodzenia wyznaczaną przez symulator nakładana jest krzywa będąca rzeczywistym zapisem procesu. W ten sposób następuje bieżąca weryfikacja poprawności przebiegu hartowania. Należy zaznaczyć, że program ma możliwość symulacji i kontroli nie tylko hartowania, ale każdego ogólnie pojętego procesu chłodzenia. W chwili obecnej program przechodzi etap kompleksowej weryfikacji pod kątem zgodności symulacji z procesami rzeczywistymi, po którym planowane jest komercyjne wdrożenie aplikacji na urządzeniach pracujących w warunkach przemysłowych oraz dalszy rozwój programu. Dotychczas przeprowadzone badania wykazują zgodność symulacji z rzeczywistymi krzywymi chłodzenia potwierdzając, że program G-Quench Pro jest w pełni funkcjonalnym narzędziem do projektowania i analizy procesów hartowania detali w gazie, zdolnym dopasować się do konkretnego urządzenia. Podsumowanie W przemyśle światowym obserwowane jest realne zapotrzebowanie na symulatory przebiegu procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Dotyczy to nowoczesnych hartowni usługowych, oddziałów obróbki cieplnej w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, narzędziowym oraz budowy maszyn. Uniwersalne piece próżniowe stanowią podstawowe wyposażenie technologiczne tych zakładów a ich konstrukcje są stale rozwijane pod kątem funkcjonalnym, wydajnościowym i ekonomicznym. Wraz z rozwojem urządzeń do obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej rozszerza się zakres ich zastosowań, stąd konieczny staje się odpowiednio szybki rozwój wsparcia funkcji technologicznych np. symulatorami, będących dla nich narzędziem do modelowania i projektowania procesów a w konsekwencji do optymalnego sterowania produkcja. Stosowanie symulacji komputerowych do przewidywania rezultatów procesów obróbki cieplno-chemicznej cieszy się coraz większym zainteresowaniem i zaufaniem branż przemysłowych, ponieważ systemy symulacji redukują potrzebę prowadzania eksperymentalnych procesów testowych i prac na rzeczywistych detalach. Daje to wymierne oszczędności czasu, energii i generalnie kosztów prowadzenia procesów próbnych. Symulatory są szczególnie efektywne w hartowniach usługowych pracujących w warunkach niepowtarzalnej produkcji jednostkowej lub krótkoseryjnej Nowe programy wspierające produkty firmy Seco/Warwick nadążają za najnowszym stanem wiedzy w dziedzinie inżynierii materiałowej i zachowują pełną kompatybilność z jej urządzeniami do obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. 14