Как да определите нагревателна плоча с вграден-активен охлаждащ кръг за преса за втвърдяване на композитни материали?

В-композитна производствена клетка с висока скорост валякът трябва не само да нагрява артикула, но и активно и бързо да го охлажда до безопасна температура за изваждане от формата. Без контролирано охлаждане времето на цикъла е доминирано от естествена конвекция и бавно термично разграждане, което значително намалява производителността. По този начин активна охлаждаща верига трябва да бъде добавена към спецификацията на плочата като решаващо изискване за скоростта на производство в-промишлен мащаб.

Дизайнът на композитна система за втвърдяване на нагревателна плоча за активен охладителен кръг се управлява основно от скоростта на регулирана евакуация на топлина, която може да се извърши без компрометиране на целостта на плочата или еднородността на температурата.

Определение на изискванията за термичен цикъл
Първият етап от проектирането на дву{0}}функционална плоча е да се уточни целият температурен цикъл.

Типичните графици за комбинирано лечение са:

Загрейте до температура на втвърдяване (напр. 120–180 градуса в зависимост от системата от смола)

Време на задържане за пълно полимерно кръстосано свързване-

Контролирано охлаждане до температура на изваждане от формата (обикновено 50-70 градуса)

Етапът на охлаждане често е тясното място във времето на цикъла.

Спецификацията изрично посочва:

Необходима скорост на охлаждане (напр. . 180 градуса за 5 минути до 60 градуса)

Максимално допустим температурен градиент на повърхността

Допустимо превишаване на температурата по време на превключването

Минимална температура на изваждане от формоване

Тези характеристики директно определят дизайна на вътрешната охладителна верига.

Схема на веригата за активно охлаждане
Обикновено охладителната система е вградена в тялото на плочата като мрежа от пробити канали.

Тези канали обикновено се правят с:

Техники за пробиване с пистолет

Техники за пробиване на дълбоки отвори

Разширени 3D CNC траектории на обработка

Охлаждащите канали обикновено са поставени в конфигурация, идентична с нагревателните елементи, но изместени, за да се избегнат топлинни смущения и структурно влошаване.

Вените на плочата трябва да изпомпват студена-вода към горещото й сърце и ефективно да изпомпват топлинна енергия, като същевременно запазват механичната стабилност.

Основните геометрични променливи са:

Размер на канала

Разстояние между каналите

Дълбочина (повърхност към канал)

Схема на разпределение на потока

Конфигурация на пътя (връщане)

Всички параметри влияят на топлинните характеристики, както и на структурната цялост.

Компромиси в термичния и механичния дизайн
Дизайнът на охлаждащите канали е основно проблем за много{0}}променлива оптимизация.

Съображения за диаметър на канала
По-големите канали позволяват по-висок капацитет на потока на охлаждащата течност и по-високи скорости на отвеждане на топлината. Но големият диаметър означава по-малка дебелина на металното напречно сечение, което може да отслаби структурата на плочата срещу термично и механично напрежение.

По-малките канали са физически здрави, но имат ниска способност за предаване на топлина поради малката повърхност и ниския поток.

Следователно е необходим баланс между:

Капацитет на охлаждане

Структурна здравина

Технологичност

Стратегия за позициониране на канали
Подреждането на каналите обикновено се оптимизира чрез 3D CAD и термичен анализ на крайните елементи (FEA).

FEA симулациите се използват за оценка на:

Температурен профил на охлаждане

Създаване на горещи точки

Температурни градиенти на повърхността на плочата

Структурно напрежение при топлинен цикъл

Целта е да се постигне равномерно охлаждане с малко изкривяване и еднаква механична твърдост.

Обяснени спецификации на ефективността на охлаждане
Пълната спецификация трябва да уточнява целите за хидравличната и термичната ефективност.

Необходима скорост на охлаждане
Необходимата скорост на охлаждане е основният двигател за проектиране на системата.

Например:

За системи с бърз цикъл може да са необходими скорости на охлаждане от 20-25 градуса /мин

При високо{0}}прецизните системи хомогенността може да е по-важна от скоростта.

Този критерий определя дебита, геометрията на канала и оразмеряването на топлообменника.

Ограничение за еднородност на температурата
При охлаждане се посочва максимално допустимата разлика в повърхностната температура.

Твърде високите градиенти могат да доведат до:

Композитни части: Остатъчно топлинно напрежение

Изкривяване на втвърден ламинат

Неравномерно изпълнение на деформирането

Проектирането на разстоянието между каналите и разпределението на потока обикновено се ръководи от целите за еднородност.

Условия на работа и избор на охлаждаща течност
Охлаждащата среда обикновено е регулирана водна течност.

Типичните възможности включват:

Преработена вода

Разтвори на вода-гликол

Основните параметри на спецификацията са:

Температура на охлаждащата течност, вход

Наличен капацитет за охлаждане

Максимално налягане в системата

Възможност за дебит:

Толерантност към замърсители

Хидравличната система трябва да бъде проектирана да функционира в рамките на тези ограничения и да не превишава границите на падане на налягането.

Хидравлични ограничения и спад на налягането
Съпротивлението на потока се дължи на охлаждащи канали, които изискват внимателно регулиране.

В спецификацията трябва да пише:

Максимално допустим спад на налягането през плочата

Максимален наличен капацитет на помпата

Изисквания за балансиране на потока в множество зони

Твърде силното намаляване на налягането може да причини:

Неравномерно разпределение на потока

По-ниска ефективност на охлаждане

Повишена консумация на енергия за изпомпване

По този начин термичните характеристики са също толкова важни, колкото и хидравличните.

Материали и спецификации за свързване
Материалите, използвани в охладителните вериги, трябва да са съвместими с продължително-излагане на охлаждащата течност.

Общите предпоставки са:

Фитинги, устойчиви на корозия

Съвместимо уплътнение за гликол или пречистена вода

Стабилна производителност по време на топлинен цикъл

Обикновено се доставя колектор за бързо свързване, така че плочата да може лесно да се отдели от охладителната система за поддръжка или смяна на инструмента.

Това дава повече гъвкавост на системата в производствени сценарии с няколко инструмента.

Интеграция с отоплителна система
В по-голямата част от пресите за втвърдяване на композитни материали охлаждащата верига е интегрирана с вградени електрически нагревателни елементи.

Това трябва да бъде внимателно разделено, за да се избегне:

Термо{0}}къси панталони

Локализирано затопляне около каналите

Неравномерно термично разширение

Системите за отопление и охлаждане обикновено се моделират съвместно в симулация, за да се осигури плавен преход между фазите на отопление и охлаждане.

Роля на анализа на крайните елементи в проектирането
Топлинният FEA е критичен компонент при определянето на:

Оформление на канала

Дълбочина на канала

Диаметри на каналите

Схема на разпределение на потока

Симулациите вземат предвид преходни ситуации като:

Етап на загряване

Задръжте фазата на лечение

Фаза на бързо принудително{0}}охлаждане

По този начин топлинните характеристики и структурната цялост се поддържат през целия цикъл на работа.

Последни мисли
Плоча с интегрирана охладителна система изисква тясно свързване на термичния и хидравличния проектен подход. Композитната система за втвърдяване на нагревателна плоча с активен охладителен кръг трябва да бъде проектирана така, че да гарантира бързо контролирано охлаждане, като същевременно поддържа здравина на плочата, температурна хомогенност и дългосрочна -трайност.

3D CAD и анализ на крайните елементи подобриха вътрешните канали, пробити за точен контрол на скоростта на отвеждане на топлината. Спецификациите на ефективността на охлаждане (скорост на охлаждане, ограничения на температурния градиент, характеристики на охлаждащата течност и ограничения за спад на налягането) диктуват цялостната геометрия и хидравличен дизайн на системата.

Активно охлажданата плоча е напълно интегриран термичен инструмент с операции за отопление и охлаждане в една регулирана система. Този дизайн позволява значително намаляване на времето за цикъл на втвърдяване на композита, като същевременно запазва стабилността на процеса. Платонът е истински термичен атлет, способен както да загрява, така и да охлажда, като постоянно отговаря на нуждите на производството на високо-композитни материали.