Kako odrediti grijaću ploču s ugrađenim-aktivnim rashladnim krugom za prešu za stvrdnjavanje kompozita?

U -kompozitnoj proizvodnoj ćeliji visoke brzine, valjak mora ne samo zagrijavati predmet, već ga i aktivno i brzo hladiti na sigurnu temperaturu za vađenje iz kalupa. Bez kontroliranog hlađenja u vremenu ciklusa dominiraju prirodna konvekcija i spora toplinska degradacija, što značajno smanjuje propusnost. Stoga bi aktivni rashladni krug trebao biti dodan specifikaciji ploče kao ključni zahtjev za industrijske -stope proizvodnje.

Dizajn aktivnog rashladnog kruga za otvrdnjavanje kompozitnog sustava grijaće ploče u osnovi je reguliran brzinom regulirane evakuacije topline koja se može izvršiti bez ugrožavanja integriteta ploče ili ujednačenosti temperature.

Definicija zahtjeva toplinskog ciklusa
Prva faza u dizajniranju dvo-funkcijske ploče je određivanje cijelog temperaturnog ciklusa.

Tipični kompozitni rasporedi liječenja su:

Zagrijte do temperature otvrdnjavanja (npr. 120–180 stupnjeva ovisno o sustavu smole)

Vrijeme zadržavanja za potpuno umrežavanje-polimera

Kontrolirano hlađenje do temperature vađenja iz kalupa (obično 50-70 stupnjeva)

Faza hlađenja često je usko grlo u ciklusu.

U specifikaciji se izričito navodi:

Potrebna brzina hlađenja (npr. . 180 stupnjeva za 5 minuta do 60 stupnjeva)

Maksimalno dopušteni temperaturni gradijent površine

Dopušteno prekoračenje temperature tijekom promjene

Najniža temperatura za vađenje kalupa

Ove karakteristike izravno određuju dizajn kruga unutarnjeg hlađenja.

Dijagram kruga aktivnog hlađenja
Obično je sustav hlađenja ugrađen u tijelo ploče kao mreža izbušenih kanala.

Ovi kanali obično se izrađuju sa:

Tehnike bušenja pištoljem

Tehnike bušenja dubokih rupa

Napredne 3D CNC staze obrade

Kanali za hlađenje općenito su postavljeni u konfiguraciji identičnoj grijaćim elementima, ali su pomaknuti kako bi se izbjegle toplinske smetnje i oštećenje strukture.

Žile ploče moraju pumpati hladnu-vodu u svoje vruće srce i učinkovito pumpati toplinsku energiju, uz očuvanje mehaničke stabilnosti.

Glavne geometrijske varijable su:

Veličina kanala

Razmak kanala

Dubina (od površine do kanala)

Shema raspodjele protoka

Konfiguracija putanje (povratak)

Svi parametri utječu na toplinsku izvedbu kao i na strukturni integritet.

Ustupci toplinskog i mehaničkog dizajna
Dizajn rashladnih kanala u osnovi je problem optimizacije s više-varijabli.

Razmatranja promjera kanala
Veći kanali omogućuju veći kapacitet protoka rashladne tekućine i veće stope odvođenja topline. Ali veliki promjer znači manju debljinu presjeka metala, što može oslabiti strukturu ploče od toplinskog i mehaničkog naprezanja.

Manji kanali su fizički robusni, ali imaju nisku sposobnost prijenosa topline zbog male površine i malog protoka.

Stoga postoji potreba za ravnotežom između:

Kapacitet hlađenja

Strukturna robusnost

Mogućnost izrade

Strategija plasmana za kanale
Raspored kanala obično se optimizira putem 3D CAD-a i toplinske analize konačnih elemenata (FEA).

FEA simulacije se koriste za procjenu:

Profil temperature hlađenja

Stvaranje vrućih točaka

Gradijent površinske temperature ploče

Strukturno naprezanje u toplinskom ciklusu

Cilj je postići ravnomjerno hlađenje s malo izobličenja i ujednačenu mehaničku krutost.

Objašnjenje specifikacija performansi hlađenja
Puna specifikacija mora specificirati ciljeve za hidrauličku i toplinsku izvedbu.

Potrebna brzina hlađenja
Potrebna brzina hlađenja glavni je pokretač dizajna sustava.

Na primjer:

Za sustave s brzim ciklusom mogu biti potrebne brzine hlađenja od 20-25 stupnjeva/min

U visoko{0}}preciznim sustavima homogenost može biti važnija od brzine.

Ovaj kriterij određuje brzinu protoka, geometriju kanala i veličinu izmjenjivača topline.

Ograničenje ujednačenosti temperature
Kod hlađenja mora biti naznačena najveća dopuštena razlika površinske temperature.

Pretjerano visoki gradijenti mogu dovesti do:

Kompozitni dijelovi: Preostalo toplinsko naprezanje

Stvrdnuto savijanje laminata

Neujednačena izvedba vađenja iz kalupa

Dizajn razmaka kanala i distribucije protoka obično je vođen ciljevima ujednačenosti.

Radni uvjeti i izbor rashladnog sredstva
Rashladni medij je obično regulirana vodena tekućina.

Tipične mogućnosti uključuju:

Prerađena voda

Otopine vode-glikola

Ključni parametri specifikacije su:

Temperatura rashladnog sredstva, ulaz

Raspoloživi kapacitet hlađenja

Maksimalni tlak u sustavu

Sposobnost protoka:

Tolerancija na kontaminante

Hidraulički sustav mora biti projektiran da funkcionira unutar ovih ograničenja i da ne prelazi granice pada tlaka.

Hidraulička ograničenja i pad tlaka
Otpor protoku uzrokovan je rashladnim kanalima koji zahtijevaju pažljivu regulaciju.

Specifikacija bi trebala glasiti:

Maksimalno dopušteni pad tlaka kroz ploču

Maksimalni raspoloživi kapacitet pumpe

Zahtjevi za balansiranje protoka kroz više zona

Preveliko smanjenje tlaka može uzrokovati:

Neravnomjerna raspodjela protoka

Niža učinkovitost hlađenja

Povećana potrošnja energije za pumpanje

Stoga je toplinska izvedba jednako važna kao i hidraulička izvedba.

Specifikacije materijala i spajanja
Materijali koji se koriste u rashladnim krugovima moraju biti kompatibilni s dugo-izlaganjem rashladnoj tekućini.

Uobičajeni preduvjeti su:

Priključci otporni na koroziju

Kompatibilno brtvljenje za glikol ili tretiranu vodu

Stabilne performanse tijekom toplinskog ciklusa

Razvodnik za brzo spajanje obično se isporučuje tako da se ploča može lako odvojiti od rashladnog sustava za održavanje ili promjenu alata.

Ovo daje veću fleksibilnost sustavu u proizvodnim scenarijima s nekoliko alata.

Integracija sa sustavom grijanja
U većini preša za stvrdnjavanje kompozita krug hlađenja integriran je s ugrađenim električnim grijaćim elementima.

Ovo mora biti pažljivo odvojeno kako bi se izbjeglo:

Termo{0}}kratke hlače

Lokalizirano zagrijavanje oko kanala

Nejednoliko toplinsko širenje

Sustavi grijanja i hlađenja obično se modeliraju zajedno u simulaciji, kako bi se osigurali glatki prijelazi između faza grijanja i hlađenja.

Uloga analize konačnih elemenata u projektiranju
Toplinski FEA je kritična komponenta u definiranju:

Izgled kanala

Dubina kanala

Promjeri kanala

Shema raspodjele protoka

Simulacije uzimaju u obzir prolazne situacije kao što su:

Faza zagrijavanja

Zadrži fazu stvrdnjavanja

Faza brzog prisilnog-hlađenja

Tako se toplinska izvedba i strukturni integritet održavaju tijekom cijelog ciklusa rada.

Završne misli
Ploča s integriranim sustavom hlađenja zahtijeva blisko spajanje toplinskog i hidrauličkog pristupa dizajnu. Sustav stvrdnjavanja kompozitnog grijaće ploče aktivnog kruga hlađenja mora biti dizajniran da osigura brzo kontrolirano hlađenje uz održavanje čvrstoće ploče, temperaturne homogenosti i dugoročne-trajnosti.

3D CAD i analiza konačnih elemenata poboljšali su izbušene unutarnje kanale za preciznu kontrolu stopa uklanjanja topline. Specifikacije performansi hlađenja (brzina hlađenja, ograničenja gradijenta temperature, karakteristike rashladne tekućine i ograničenja pada tlaka) određuju ukupnu geometriju i hidraulički dizajn sustava.

Aktivno hlađena ploča je potpuno integrirani termalni instrument s operacijama grijanja i hlađenja u jednom reguliranom sustavu. Ovaj dizajn omogućuje značajno smanjenje vremena ciklusa stvrdnjavanja kompozita, dok još uvijek zadržava stabilnost procesa. Platen je pravi toplinski sportaš, sposoban i grijati i hladiti, neprestano odgovarajući na potrebe proizvodnje kompozita visokih-učinkovitosti.