How to Specify a Heating Platen with a Built-In Active Cooling Circuit for a Composite Curing Press?

V-kompozitni proizvodni celici z visoko hitrostjo mora plošča ne le segreti predmeta, temveč ga tudi aktivno in hitro ohladiti na varno temperaturo za odstranitev iz kalupa. Brez nadzorovanega hlajenja v času cikla prevladujeta naravna konvekcija in počasna toplotna razgradnja, kar znatno zmanjša pretok. Zato je treba aktivno hladilno vezje dodati specifikaciji plošče kot ključno zahtevo za stopnje proizvodnje v-industrijskem obsegu.

Zasnova aktivnega hladilnega kroga za strjevanje kompozitnega sistema za ogrevanje plošče je v bistvu odvisna od stopnje reguliranega odvajanja toplote, ki se lahko izvede brez ogrožanja celovitosti plošče ali enakomernosti temperature.

Opredelitev zahtev termičnega cikla
Prva faza pri načrtovanju plošče z dvojno{0}}funkcijo je določitev celotnega temperaturnega cikla.

Tipični sestavljeni urniki zdravljenja so:

Temperatura strjevanja segrejte (npr. 120–180 stopinj, odvisno od sistema smole)

Čas zadrževanja za popolno navzkrižno povezovanje-polimera

Nadzorovano hlajenje do temperature razkalupljanja (običajno 50-70 stopinj)

Stopnja hlajenja je pogosto ozko grlo v času cikla.

Specifikacija mora izrecno določati:

Zahtevana hitrost hlajenja (npr. . 180 stopinj v 5 minutah na 60 stopinj)

Največji dovoljeni temperaturni gradient površine

Dovoljena prekoračitev temperature med preklopom

Najnižja temperatura za odlivanje

Te značilnosti neposredno določajo zasnovo notranjega hladilnega kroga.

Shema aktivnega hladilnega kroga
Običajno je hladilni sistem vgrajen v telo plošče kot mreža izvrtanih kanalov.

Ti kanali so običajno narejeni z:

Tehnike vrtanja s pištolo

Tehnike globokega vrtanja

Napredne 3D CNC obdelovalne poti

Hladilni kanali so na splošno nameščeni v enaki konfiguraciji kot grelni elementi, vendar zamaknjeni, da se preprečijo toplotne motnje in strukturno poslabšanje.

Žile plošče morajo črpati mrzlo-vodo v njeno vroče srce in učinkovito črpati toplotno energijo, hkrati pa ohraniti mehansko stabilnost.

Glavne geometrijske spremenljivke so:

Velikost kanala

Razmik med kanali

Globina (od površine do kanala)

Shema porazdelitve toka

Konfiguracija poti (povratek)

Vsi parametri vplivajo na toplotno učinkovitost in strukturno celovitost.

Kompromisi toplotne in mehanske zasnove
Zasnova hladilnih kanalov je v bistvu optimizacijski problem z več-spremenljivkami.

Premisleki glede premera kanala
Večji kanali omogočajo večjo zmogljivost pretoka hladilne tekočine in višje stopnje odvajanja toplote. Toda velik premer pomeni manjšo debelino kovinskega preseka, kar lahko oslabi strukturo plošče pred toplotno in mehansko obremenitvijo.

Manjši kanali so fizično robustni, vendar imajo zaradi majhne površine in nizkega pretoka nizko sposobnost prenosa toplote.

Zato je potrebno ravnotežje med:

Hladilna zmogljivost

Strukturna robustnost

Možnost izdelave

Strategija umestitve za kanale
Razporeditev kanalov se običajno optimizira s 3D CAD in termično analizo končnih elementov (FEA).

Simulacije FEA se uporabljajo za oceno:

Profil temperature hlajenja

Ustvarjanje vročih točk

Gradienti površinske temperature plošče

Strukturna napetost pri termičnem kroženju

Cilj je doseči enakomerno hlajenje z malo popačenja in enakomerno mehansko togostjo.

Razložene specifikacije zmogljivosti hlajenja
Celotna specifikacija mora določati cilje za hidravlično in toplotno zmogljivost.

Zahtevana stopnja hlajenja
Potrebna stopnja hlajenja je glavno gonilo za načrtovanje sistema.

Na primer:

Za sisteme s hitrim ciklom bodo morda potrebne stopnje hlajenja 20-25 stopinj/min

Pri visoko-natančnih sistemih je lahko homogenost pomembnejša od hitrosti.

Ta kriterij določa pretok, geometrijo kanala in velikost izmenjevalnika toplote.

Omejitev enakomernosti temperature
Pri hlajenju mora biti navedena največja dovoljena razlika površinske temperature.

Previsoki nakloni lahko povzročijo:

Kompozitni deli: Preostala toplotna obremenitev

Ukrivljenost strjenega laminata

Neenakomerna izvedba razkalupljevanja

Zasnova razmika kanalov in porazdelitev pretoka je običajno odvisna od ciljev enotnosti.

Pogoji delovanja in izbira hladilne tekočine
Hladilni medij je običajno regulirana vodna tekočina.

Tipične možnosti vključujejo:

Predelana voda

Raztopine vod-glikola

Ključni parametri specifikacije so:

Temperatura hladilne tekočine, vstop

Razpoložljiva hladilna zmogljivost

Najvišji sistemski tlak

Zmogljivost pretoka:

Toleranca na onesnaževalce

Hidravlični sistem mora biti zasnovan tako, da deluje v okviru teh omejitev in ne presega omejitev padca tlaka.

Hidravlične omejitve in padec tlaka
Upor proti pretoku povzročajo hladilni kanali, ki zahtevajo natančno regulacijo.

V specifikaciji bi moralo biti navedeno:

Največji dovoljeni padec tlaka skozi ploščo

Največja razpoložljiva zmogljivost črpalke

Zahteve za uravnoteženje pretoka v več conah

Premočan padec tlaka lahko povzroči:

Neenakomerna porazdelitev toka

Nižja učinkovitost hlajenja

Povečana poraba energije za črpanje

Tako je toplotna zmogljivost enako pomembna kot hidravlična.

Materiali in specifikacije povezav
Materiali, uporabljeni v hladilnih krogih, morajo biti združljivi z dolgo{0}}izpostavljenostjo hladilni tekočini.

Pogosti predpogoji so:

Okovje odporno proti koroziji

Združljivo tesnjenje za glikol ali obdelano vodo

Stabilna zmogljivost med toplotnim ciklom

Običajno je priložen razdelilnik za hitro povezavo, tako da je ploščo mogoče zlahka odstraniti iz hladilnega sistema za vzdrževanje ali zamenjavo orodja.

To daje sistemu večjo prilagodljivost v proizvodnih scenarijih z več orodji.

Integracija z ogrevalnim sistemom
Pri večini stiskalnic za strjevanje kompozitov je hladilni krog integriran z vgrajenimi električnimi grelnimi elementi.

To je treba skrbno ločiti, da se izognete:

Termo{0}}kratke hlače

Lokalno segrevanje okoli kanalov

Neenakomerno toplotno raztezanje

Sistemi ogrevanja in hlajenja se običajno modelirajo skupaj v simulaciji, da se zagotovijo gladki prehodi med fazo ogrevanja in hlajenja.

Vloga analize končnih elementov pri projektiranju
Toplotni FEA je kritična komponenta pri opredelitvi:

Postavitev kanala

Globina kanala

Premeri kanalov

Shema porazdelitve toka

Simulacije upoštevajo prehodne situacije, kot so:

Faza ogrevanja

Zadrži fazo zdravljenja

Faza hitrega prisilnega{0}}hlajenja

Tako se toplotna učinkovitost in strukturna celovitost ohranjata skozi celoten cikel delovanja.

Končne misli
Plošča z integriranim hladilnim sistemom zahteva tesno povezavo toplotnega in hidravličnega načrtovalskega pristopa. Aktivni hladilni krogotok za strjevanje kompozita z ogrevalno ploščo mora biti zasnovan tako, da zagotavlja hitro nadzorovano hlajenje ob ohranjanju trdnosti plošče, temperaturne homogenosti in dolgoročne-trajnosti.

3D CAD in analiza končnih elementov sta izboljšala notranje kanale, izvrtane za natančen nadzor hitrosti odvajanja toplote. Specifikacije zmogljivosti hlajenja (hitrost hlajenja, omejitve temperaturnega gradienta, značilnosti hladilne tekočine in omejitve padca tlaka) narekujejo celotno geometrijo in hidravlično zasnovo sistema.

Aktivno hlajena plošča je popolnoma integriran termični instrument z ogrevanjem in hlajenjem v enem reguliranem sistemu. Ta zasnova omogoča znatno zmanjšanje časa cikla strjevanja kompozita, medtem ko še vedno ohranja stabilnost postopka. Platen je pravi termalni športnik, ki lahko greje in hladi ter se nenehno odziva na potrebe visoko-zmogljive proizvodnje kompozitov.