Ako špecifikovať ohrievaciu platňu so vstavaným-aktívnym chladiacim okruhom pre lis na vytvrdzovanie kompozitov?

Vo vysokej{0}}kompozitnej výrobnej bunke musí doska nielen zahrievať predmet, ale ho aj aktívne a rýchlo ochladiť na bezpečnú teplotu pri vyberaní z formy. Bez riadeného chladenia dominuje doba cyklu prirodzená konvekcia a pomalá tepelná degradácia, čo značne znižuje výkon. Aktívny chladiaci okruh by preto mal byť pridaný do špecifikácie dosky ako kľúčová požiadavka pre rýchlosť výroby v priemyselnom-meradle.

Konštrukcia aktívneho chladiaceho okruhu ohrievacieho kompozitného vytvrdzovacieho systému sa v podstate riadi rýchlosťou regulovaného odvádzania tepla, ktoré sa môže vykonávať bez ohrozenia integrity dosky alebo rovnomernosti teploty.

Definícia požiadaviek na tepelný cyklus
Prvou fázou pri navrhovaní dosky s dvojitou{0}}funkciou je špecifikácia celého teplotného cyklu.

Typické schémy kompozitného vytvrdzovania sú:

Zahrejte na teplotu vytvrdzovania (napr. 120–180 stupňov v závislosti od živicového systému)

Čas zdržania pre úplné-sieťovanie polymérov

Riadené chladenie na teplotu vyberania z formy (zvyčajne 50-70 stupňov)

Fáza chladenia je často prekážkou v čase cyklu.

V špecifikácii sa výslovne uvádza:

Požadovaná rýchlosť chladenia (napr. . 180 stupňov za 5 minút na 60 stupňov )

Maximálny prípustný teplotný spád povrchu

Povolené prekročenie teploty počas prepínania

Minimálna teplota pri odformovaní

Tieto charakteristiky priamo určujú návrh vnútorného chladiaceho okruhu.

Schéma aktívneho chladiaceho okruhu
Chladiaci systém je zvyčajne zabudovaný do telesa dosky ako sieť vŕtaných kanálov.

Tieto kanály sa zvyčajne vyrábajú s:

Techniky vŕtania zbraňou

Techniky vŕtania hlbokých otvorov

Pokročilé dráhy 3D CNC obrábania

Chladiace kanály sú vo všeobecnosti umiestnené v konfigurácii identickej s vykurovacími prvkami, ale sú posunuté, aby sa zabránilo tepelnej interferencii a štrukturálnemu poškodeniu.

Žily platne musia pumpovať studenú-vodu do jej horúceho srdca a efektívne odčerpávať tepelnú energiu, pričom si zachovávajú mechanickú stabilitu.

Hlavné geometrické premenné sú:

Veľkosť kanála

Rozstup kanálov

Hĺbka (od povrchu ku kanálu)

Schéma distribúcie toku

Konfigurácia cesty (späť)

Všetky parametre ovplyvňujú tepelný výkon, ako aj štrukturálnu integritu.

Kompromisy tepelného a mechanického dizajnu
Konštrukcia chladiacich kanálov je v podstate problém optimalizácie s viacerými premennými.

Úvahy o priemere kanála
Väčšie kanály umožňujú vyššiu prietokovú kapacitu chladiacej kvapaliny a vyššiu rýchlosť odvodu tepla. Ale veľký priemer znamená menšiu hrúbku kovového prierezu, čo môže oslabiť štruktúru dosky proti tepelnému a mechanickému namáhaniu.

Menšie kanály sú fyzicky robustné, ale majú nízku schopnosť prenosu tepla v dôsledku malého povrchu a nízkeho prietoku.

Preto je potrebná rovnováha medzi:

Chladiaci výkon

Konštrukčná robustnosť

Vyrobiteľnosť

Stratégia umiestnenia pre kanály
Usporiadanie kanálov je zvyčajne optimalizované pomocou 3D CAD a tepelnej analýzy konečných prvkov (FEA).

Simulácie FEA sa používajú na vyhodnotenie:

Profil teploty chladenia

Vytváranie horúcich miest

Gradienty povrchovej teploty dosky

Štrukturálne napätie v tepelnom cyklovaní

Cieľom je dosiahnuť rovnomerné chladenie s malým skreslením a rovnomernou mechanickou tuhosťou.

Vysvetlenie špecifikácií výkonu chladenia
Úplná špecifikácia musí špecifikovať ciele pre hydraulický a tepelný výkon.

Požadovaná rýchlosť chladenia
Potrebná rýchlosť chladenia je hlavnou hnacou silou návrhu systému.

Napríklad:

Pre systémy s rýchlym cyklom môžu byť potrebné rýchlosti chladenia 20-25 stupňov/min

Vo vysoko{0}}presných systémoch môže byť homogenita dôležitejšia ako rýchlosť.

Toto kritérium určuje prietok, geometriu kanála a dimenzovanie výmenníka tepla.

Limit rovnomernosti teploty
Pri chladení musí byť uvedený maximálny povolený rozdiel povrchovej teploty.

Príliš vysoké sklony môžu viesť k:

Kompozitné diely: Zvyškové tepelné napätie

Deformácia vytvrdeného laminátu

Nerovnomerný výkon demontáže

Návrh rozmiestnenia kanálov a distribúcie toku je zvyčajne riadený cieľmi jednotnosti.

Prevádzkové podmienky a výber chladiacej kvapaliny
Chladiacim médiom je bežne regulovaná vodná kvapalina.

Medzi typické možnosti patrí:

Spracovaná voda

Vodné-glykolové roztoky

Kľúčové parametre špecifikácie sú:

Teplota chladiacej kvapaliny, vstup

Dostupný chladiaci výkon

Maximálny tlak v systéme

Schopnosť prietoku:

Tolerancia kontaminantov

Hydraulický systém musí byť navrhnutý tak, aby fungoval v rámci týchto obmedzení a neprekračoval limity poklesu tlaku.

Hydraulické obmedzenia a pokles tlaku
Prietokový odpor je spôsobený chladiacimi kanálmi, ktoré vyžadujú starostlivú reguláciu.

V špecifikácii by malo byť uvedené:

Maximálny povolený pokles tlaku cez dosku

Maximálna dostupná kapacita čerpadla

Požiadavky na vyrovnávanie toku vo viacerých zónach

Príliš veľké zníženie tlaku môže spôsobiť:

Nerovnomerné rozloženie prietoku

Nižšia účinnosť chladenia

Zvýšená spotreba energie na čerpanie

Tepelný výkon je teda rovnako dôležitý ako hydraulický výkon.

Materiály a špecifikácie pripojenia
Materiály používané v chladiacich okruhoch musia byť kompatibilné s-dlhodobým vystavením chladiacej kvapaline.

Bežné predpoklady sú:

Kovania odolné voči korózii

Kompatibilné tesnenie pre glykol alebo upravenú vodu

Stabilný výkon počas tepelných cyklov

Bežne sa dodáva rozdeľovač na rýchle pripojenie, takže doska sa dá ľahko odpojiť od chladiaceho systému kvôli údržbe alebo výmene nástroja.

To poskytuje väčšiu flexibilitu systému v produkčných scenároch s niekoľkými nástrojmi.

Integrácia s tepelným systémom
Vo väčšine kompozitných vytvrdzovacích lisov je chladiaci okruh integrovaný so zabudovanými elektrickými vykurovacími prvkami.

Toto musí byť starostlivo oddelené, aby sa predišlo:

Tepelné-šortky

Lokalizované otepľovanie okolo kanálov

Nerovnomerná tepelná rozťažnosť

Systémy vykurovania a chladenia sa zvyčajne modelujú spoločne v simulácii, aby sa zabezpečili hladké prechody medzi fázami vykurovania a chladenia.

Úloha analýzy konečných prvkov pri projektovaní
Tepelná FEA je kritickým komponentom pri definovaní:

Rozloženie kanála

Hĺbka kanála

Priemery kanálov

Schéma distribúcie toku

Simulácie berú do úvahy prechodné situácie, ako sú:

Fáza zahrievania

Podržte fázovú kúru

Fáza rýchleho núteného-chladenia

Tepelný výkon a štrukturálna integrita sú tak zachované počas celého cyklu prevádzky.

Záverečné myšlienky
Doska s integrovaným chladiacim systémom vyžaduje úzke prepojenie tepelného a hydraulického konštrukčného prístupu. Aktívny chladiaci okruh ohrievacieho kompozitného systému vytvrdzovania dosky musí byť navrhnutý tak, aby zabezpečil rýchle riadené chladenie pri zachovaní pevnosti dosky, teplotnej homogenity a dlhodobej-odolnosti.

3D CAD a analýza konečných prvkov vylepšené vnútorné kanály vyvŕtané pre presnú kontrolu rýchlosti odvodu tepla. Špecifikácie chladiaceho výkonu (rýchlosť chladenia, obmedzenia teplotného gradientu, charakteristiky chladiacej kvapaliny a obmedzenia poklesu tlaku) určujú celkovú geometriu a hydraulický dizajn systému.

Aktívne chladená doska je plne integrovaný tepelný prístroj s ohrevom aj chladením v jednom regulovanom systéme. Táto konštrukcia umožňuje podstatné skrátenie doby cyklu vytvrdzovania kompozitu pri zachovaní stability procesu. Doska je skutočným tepelným športovcom, ktorý dokáže zohrievať aj chladiť, pričom neustále reaguje na potreby výroby vysokovýkonných kompozitov-.