Φ300×400mm 有効ゾーン | 全自動インテリジェントイオン窒化炉 | 合金鋼・金型鋼用イオン窒化・軟窒化システム

1. 製品概要

この縦型ベルジャー シングルステーション全自動インテリジェント イオン窒化炉は、第 4 世代のデジタル制御システムとイオン窒化パルス電源を備えています。チタン合金、合金鋼、金型鋼、ステンレス鋼のイオン窒化、軟窒化が可能です。タッチスクリーン自動制御システム、真空生成および維持システム、ガス供給調整システムを搭載し、完全なプロセス自動化による温度、圧力、流量の閉ループ制御を実現します。一般的な用途には、金型、ギア、シャフト、航空宇宙部品などの精密加工物の表面強化が含まれます。

2. 業界の課題と根本原因の分析

均一な窒化層を確保するのが難しい: 複雑なワークピースの表面形状 (溝、穴) により、不均一なグロー カバレージが発生し、層の深さと硬度が不均一になります。根本原因：ガス放電における異常放電領域の制御が困難、電流密度分布に影響を与えるホローカソード効果。

ワーク表面へのアーク損傷：ワーク表面に残留した油膜や汚染物質は、電荷蓄積破壊を引き起こし、瞬間的な高電流アークによりワーク表面を焼損します。根本原因: アーク消弧速度が不十分 – マイクロ秒レベルで電流を遮断できない。

温度、圧力、流量の組み合わせパラメーターの制御が難しい: 温度、圧力、流量はイオン窒化中に相互作用するため、手動調整では安定化が困難です。根本原因: マルチパラメータ閉ループ制御システムと PID インテリジェント制御の欠如。

プロセスの再現性が低い: バッチ間のパラメータ変動が大きい – 窒化層の品質が不安定。根本原因: プログラムされた制御機能とデータ記録/トレーサビリティ機能の欠如。

不適切な機器の安全保護:高電圧、真空、高温条件下での誤操作の危険性。根本原因: 包括的な電気機械インターロック保護と故障自己診断システムの欠如。

3. 解決策

3.1 高周波パルス電源と高速消弧：パルス電源出力周波数 20000Hz – 方形波出力 – 電圧 0 ～ 900V 連続調整可能 – デューティ サイクル 10 ～ 85% 連続調整可能 – 最大平均電流 30A。電磁誘導原理を使用して高速アーク検出を行い、高速デジタルロジックデバイスが主電流を2μs以内に遮断し、ワークピースの表面を効果的に保護します。 IGBT は信頼性と安定性を備えた Infineon ブランドを採用しています。

3.2 3 パラメータ閉ループ制御システム: 温度制御には日本製島電製 SRS13 シリーズ デジタル コントローラー (PID 制御) を使用 – 制御精度 ±1℃。圧力制御には日本製島電製 SRS13 デジタルコントローラー + 周波数変換器 + 圧力センサーを使用 – 制御精度 ±1Pa。流量制御には日本製の HORIBA S500 シリーズ質量流量計を使用しています – 制御精度 ±0.5%。 3 つのパラメータは独立した閉ループであり、相互干渉はありません。

3.3 全自動インテリジェント制御ソフトウェア:FX3G シリーズ PLC (32K ステップ プログラム メモリ、基本命令処理速度 0.21μs) + MCGS 12 インチ タッチスクリーン (解像度 1920×1080)。ログイン インターフェイス、プロセス パラメータ設定、メイン制御インターフェイス、履歴曲線、データ レポート、アラーム記録、その他の機能インターフェイスを備えた自社開発の V1.0 制御ソフトウェア。英語とロシア語のインターフェースをサポート – 「ワンボタン」の自動操作を実現します。

3.4 均一加熱と温度場の最適化:炉本体はベルジャー構造を採用しています – 二層水冷壁 + マルチチャンネル水冷システム。 6 層の 310S ステンレス鋼熱シールド + 炉ベースの 2 層を備えた炉室 - 断熱層の内側に 20 mm のケイ酸アルミニウム断熱綿が追加されています。 3 セットの高品質鋳造マイカでサポートされたカソード プレート – 高さ調整可能 – ワークピースのロード後に平らな表面を確保します。炉の底板から導入された 2 つの熱電対 – 1 つはイオン加熱パルス電源の温度制御用、もう 1 つは警報器に接続されています。

3.5 真空システムと圧力閉ループ: 2X-15 ロータリー ベーン ポンプ + GI-50 高真空バタフライ バルブ – 周波数変換器閉ループ制御。圧力トランスミッターは炉の圧力を測定し、標準電流信号をデジタル コントローラーに出力します。PID 計算は信号を周波数コンバータに出力します。真空ポンプ モーターの速度を調整します。炉の圧力をプロセス設定値で一定に維持します。圧力制御精度±1Pa – 真空ポンプの長期低速運転により寿命が延び、エネルギーを大幅に節約します。

3.6 複数の安全インターロックと故障自己診断: システムは、過熱、過圧力、熱電対の損傷、水不足、欠相アラーム (可聴/視覚アラーム + 制御インターフェースアラーム) を備えており、電源投入の禁止、加熱の禁止、加熱の切断または再開など、対応する保護措置を講じます。故障時にはすべてのバルブが自動的に閉じます。バルブは全て通電遮断タイプです。

4. 技術仕様

5. 選定ガイド

5.1 推奨されるシナリオ

• 金型鋼、合金鋼、ステンレス鋼のイオン窒化処理、軟窒化処理

• チタン合金の表面強化

• 厳密な窒化層の均一性とプロセスの再現性が必要な精密部品

5.2 主要な選択に関する考慮事項

1. ワークサイズと荷重：有効領域Φ300×400mm、最大荷重100kgを確認

2. プロセス温度要件: 一般 500 ～ 600℃、最大 650℃ – プロセス温度が範囲内であることを確認してください。

3. ガス供給: N₂、H₂、Ar、CH₄ (純度 99.999%) および圧縮空気 (≤0.6MPa) をユーザーが供給します。

4. 冷却水条件: ユーザーが冷却塔とポンプを用意 – 入口 ≤31℃、流量 20m3/h

5. 電源: ユーザーは 3 相 380V/50Hz 電源と 70mm² BVR 銅線 (250A) を提供します。

6. よくある質問

Q1: ワークへのアーク損傷はどのように防ぐのですか?

A: パルス電源は電磁誘導原理を使用して高速アーク信号検出 (遅延がほとんどありません) – 高速デジタル ロジック デバイスが主電流を 2μs 以内にカット – 非常に速いアーク消弧を実現します。従来の DC 電源と比較して、ワークピースの表面をアーク焼けから効果的に保護します。

Q2: 窒化層の均一性はどのようにして確保されますか?

A: 調整可能なパルス電力デューティ サイクル (10 ～ 85%) により、プロセス パラメータの調整範囲が広がり、独立した制御性が向上します。温度、圧力、流量の 3 つのパラメーターによる閉ループ制御と組み合わせることで、複雑な形状のワークピースのグロー カバレッジの均一性が向上します。ホローカソード効果もよく抑えられています。

Q3: 装置は全自動運転を実現できますか?

A: 「ワンボタン」自動運転モードを搭載しています。オペレーターはロード/アンロードを完了するだけで済みます。システムはメンテナンス ポンプと事前排気ポンプを自動的に起動し、バッフル バルブとソレノイド バルブを開いて真空を抽出し、作動圧力に達した後自動的にグロー放電をアクティブにし、自動的に加熱ステージに入り、プロセス曲線ごとに流量/圧力/電圧/デューティ サイクル/電流を調整し、保持後に自動的にシャットダウンして冷却します。

Q4: プロセスデータはどのように記録および追跡されますか?

A: メイン制御インターフェイスは、温度、真空、流量、電圧などのリアルタイムの動作データを表示し、各炉の日付情報を記録します。履歴曲線およびデータ レポートのクエリ インターフェイスにより、現在および履歴の曲線またはパラメータのクエリが可能になります。ネットワーク接続または外部ストレージを介したデータ バックアップにより、EXCEL 形式でレポートが出力されます。

Q5: どのような安全保護機能が搭載されていますか?

A: 過熱、過圧、熱電対の損傷、水不足、欠相アラーム (聴覚/視覚 + 制御インターフェイス) を備えており、電源投入の禁止、加熱の禁止、加熱の遮断または再開など、対応する保護措置を講じます。故障時にはすべてのバルブが自動的に閉じます。バルブは全て通電遮断タイプです。システムは故障自己診断機能を備えており、ユーザーに対応する故障箇所を確認して修復するよう促します。