Pentru a asigura o durabilitate maximă a matriţelor de prelucrare la cald, societăţile comerciale producătoare de piese forjate sau turnate în matriţă, în mod obligatoriu le preîncălzesc înaintea începerii lucrului propriu-zis.
Încălzirea locală sau în masă la temperatura de 200...280ºC, timp de cel puţin 3-4 ore se face în prezent prin convecţie, conducţie şi radiaţie in cuptoare cu gaz tip cameră, sau cuptoare electrice cu rezistori, închise sau deschise, ceea ce presupune un sistem de protecţie a oţelurilor de scule pentru matriţe împotriva uzurii avansate a gravurii.
Viteza scăzută a transferului de căldură în volumul materialului încălzit face ca procesul de încălzire să fie de lungă durată, neeficient şi chiar dăunător caracteristicilor finale de exploatare a matriţelor.
Preîncălzirea cu viteză ridicată prin convecţie în cuptoare electrice cu rezistori şi cuptoare cu gaz, cu un consum de putere de minim 0,138 kWh/kg se aplică în prezent în ţară şi străinătate mai ales pentru matriţe mijlocii şi mari cu greutăţi de 500–5000 kg, montate pe ciocane matriţoare.
Evitarea tensiunilor termice şi a efectelor lor nedorite, se realizează prin încălziri cu viteze mici de ordinul 0,01...0,03 ºC/s, viteza de încălzire a straturilor interioare fiind cu mult mai mică în cazul grosimilor mai mari de 150 mm.
Ţinând cont de costurile ridicate de execuţie a matriţelor (>30 lei/kg), este necesară o îmbunătăţire a condiţiilor de încălzire printr-o încălzire rapidă şi uniformă, cu consum minim de energie, deziderat realizat prin utilizarea incălzirii in infraroşu.
Faţă de celelalte moduri de transmitere a căldurii, radiaţiile infraroşii se pot transmite la distanţă fără a necesita un suport material intermediar (gazos sau lichid) şi se transformă prin absorbţie în energie calorică fără contact direct cu sursa. Odată cu transformarea energiei infraroşii în caldură la suprafaţa materialului, aceasta pătrunde în material prin conducţie. Abilitatea sursei de a emite radiaţii şi abilitatea suprafeţei unui material de a absorbi radiaţia sunt definite prin termenul de emisivitate.
Evaluarea utilizării energiei radiaţiilor infraroşii este determinată de factori de mare importanţă: gradul de absorbţie, gradul de reflexie şi gradul de transmisie a energiei, care variază cu lungimea de undă a radiaţiei pentru diferite materiale şi suprafeţe.
Pentru transpunerea în practică a acestor deziderate a fost proiectat şi executat un model experimental demonstrativ de încălzire rapidă în infraroşu compus din: panoul radiant de incălzire având ca surse emiţătoare tuburi de cuarţ cu filament de wolfram şi atmosferă de argon, sistemul de conducere şi sistemul de control automat al procesului.
Modelul experimental demonstrativ executat va fi utilizat în fluxul tehnologic de fabricaţie al unor secţii de forjă pe utilaje de deformare (ciocan matriţor, presa hidraulica sau maxipresa) prin introducerea panoului radiant în infraroşu intre cele doua semimatrite si dirijarea controlată a fluxului termic dat de tuburile emitente în infraroşu, catre gravurile acestora. Panoul de încălzire va folosi energii de intensitate ridicată din domeniul undelor electromagnetice infraroşii scurte cu lungimi de undă cuprinse in intervalul 0,76 μm-2,00 μm.
Principalele avantaje:
- creşterea durabilităţii matriţelor în funcţionare;
- creşterea productivităţii cu 70 % prin eliminarea timpilor neproductivi de demontare pentru preîncălzire, montarea şi reglarea matriţelor pe utilaje;
- economii de energie electrică şi gaz metan (eficienţa energetică > 50 %);
- eliminarea cuptoarelor electrice pentru preîncălzirea matriţelor şi folosirea lor în alte scopuri tehnologice;
- eliminarea improvizaţiilor şi reducerea locurilor de muncă neproductive;
- compactitatea configuraţiei şi flexibilitatea - echipamentul fiind portabil este uşor de deplasat pe linia de lucru;
- abilitatea de a controla temperatura pe zone şi precizia încălzirii;
- pornirea şi oprirea instalatiei în câteva secunde;
- modelul experimental-demonstrativ de încălzire în infraroşu poate opera atât în poziţie verticală cât şi orizontală.
