Kako določiti grelno ploščo za visoko{0}}laminacijo?

Pri visokotlačnem-laminiranju, bodisi za tiskana vezja, kompozitne plošče ali okrasne laminate, mora grelna plošča prenesti ogromne tlačne obremenitve, hkrati pa ohraniti natančno ravnost in enakomerno temperaturo. Takšne storitve ne bo mogoče preživeti z običajno zasnovo grelne plošče. Grelna plošča za visokotlačno laminacijo je določena s tolerancami ravnosti, debelino plošče, vzdržljivostjo grelnika, površinsko obdelavo itd. Ta priročnik pokriva ključne zahteve in tehnične težave za grelne plošče, ki se uporabljajo v hidravličnih stiskalnicah za laminacijo.

Ključne konstrukcijske zahteve za grelne plošče za visoko{0}}laminacijo
Grelna plošča stiskalnice za laminacijo ima dvojno vlogo, saj dovaja enakomerno količino toplote za strjevanje ali lepljenje plasti in enakomerno porazdeli pritisk za laminacijo po obdelovancu. Če katera od funkcij ne deluje – zavrnite izdelek. Sledijo kritične specifikacije.

1. Ravnost in vzporednost
Ena od glavnih specifikacij je ravnost delovne površine grelne plošče. Kakršna koli površinska nepravilnost se takoj reproducira v laminatu pri polnem tlaku laminacije (običajno 100–400 psi ali 0,7–2,8 MPa na obdelovancu), kar povzroči variacijo debeline, delaminacijo ali površinske napake.

Navodila za specifikacijo:

Ploskost ne sme biti večja od 0,001 do 0,002 palca na čevelj (0,08 do 0,17 mm na meter), merjeno pri sobni temperaturi na praznem krožniku.

Plošča je po strojni obdelavi pogosto razbremenjena (toplotno obdelana), da se prepreči zvijanje pri segrevanju na delovno temperaturo (običajno 150–250 stopinj za številne laminate).

Podobno mora biti vzporednost med zgornjo in spodnjo ploskvijo (za eno samo ploščo) ali med nasprotnima si ploščama v stiskalnici z več-dnevno svetlobo tesna, običajno reda velikosti 0,002 palca na ft.

Ploskost se preverja pri zasnovi stiskalnice za laminacijo z uporabo natančnega ravnila in merilnikov ali s koordinatnim merilnim strojem (CMM). Pomembno je, da se ohrani ravnost pri toplotnih in mehanskih zahtevah.

2. Material in debelina plošče togosti
Plošča se mora upreti upogibanju zaradi uporabljene tonaže stiskalnice. Upogib se povečuje z dolžino plošče. Upogib se spreminja glede na debelino kocke. Izbira materiala vpliva na togost (modul elastičnosti) in toplotno prevodnost.

Tipični materiali:

Modul elastičnosti materiala (GPa) Toplotna prevodnost (W/mK) Pogoste uporabe
Jeklo (A36, 4140) 200 45 Visoka tonaža, obrabno-odporna površina
Aluminij (6061-T6) 69 167 Nižja tonaža, hitrejši toplotni odziv
Nerjavno jeklo (304, 316) 193 16 Korozivni pogoji, visoka temperatura
Jeklo se uporablja za večino visokotlačne laminacije. Jeklo je zelo togo in ima majhen upogib pod obremenitvijo. Aluminij se lahko uporablja za manjše stiskalnice ali za aplikacije z nižjim pritiskom. Za enako togost je potrebna veliko večja debelina.

Iskanje debeline plošče
Potrebna debelina je ocenjena na podlagi nepodprtega razpona plošče (razdalja med nosilci okvirja stiskalnice), največjega pritiska laminacije in dovoljenega upogiba. Standardno pravilo za jeklene plošče je, da je debelina v palcih približno 0,3-kratnik razpona v čevljih za obremenitev 200 psi z mejo upogiba 0,002 palca na nogo. Izvajanje analize končnih elementov (FEA) za natančno načrtovanje.

Tipična jeklena grelna plošča za visokotlačno laminiranje je lahko debela od 25 mm (1 palec) za majhno ploščo 300 mm x 300 mm do 100 mm (4 palcev) ali več za stiskalnico plošč 1,5 m x 3 m.

3. Vzdržljivost grelnika pri tlačni obremenitvi
Grelni elementi, vgrajeni v ploščo, morajo prenesti številne cikle stiskanja brez napak. Grelniki so v splošni uporabi dveh vrst.

Cevni grelniki z utori:
Grelniki s cevastim kovinskim plaščem (Incoloy ali nerjavno jeklo) so potisnjeni v strojno obdelane utore na zadnji strani plošče. Plošča je pod tlakom laminacije, prečni prerez plošče pa pod tlačno obremenitvijo. Če so utori preplitki ali grelec ni ustrezno podprt, se lahko cev zdrobi ali pa pride do kratkega stika v notranji uporovni žici.

Specifikacija cevnih grelnikov:

Globina utora mora biti enaka premeru cevi (običajno interferenčno prileganje 0,1-0,2 mm).

Med dnom utora in delovno površino je treba vzdrževati konstanten sloj materiala (najmanj 3–5 mm). To preprečuje ekstrudiranje ali deformacijo cevi pod pritiskom.

V nekaterih primerih se cevi vstavijo in nato napolnijo s toplotno prevodnim cementom, da se odstranijo prazni prostori.

Grelniki kartuš:
Grelniki kartuš so vstavljeni v izvrtane slepe luknje, običajno z zadnje strani ali roba plošče. So sferična, cilindrična telesa z visoko gostoto notranje embalaže. Ker so popolnoma zaprti v luknji s tesno toleranco, so naravno bolj odporni proti zmečkanju kot cevni grelci v odprtih utorih.

Prednosti visokotlačne laminacije so:

Večja tlačna trdnost - stene luknje v celoti podpirajo kartušo.

Večje dosegljive vatne gostote (do 50 W/cm2 proti ~15 W/cm2 za cevasto).

lažja zamenjava - kartuše je mogoče izvleči brez strojne obdelave.

Pomanjkljivost: za pokritje površine plošče je potrebno večje število lukenj, kar ima za posledico podaljšan čas obdelave in verjetno toplotno ne{0}}enotnost, če razmik ni nadzorovan.

Grelni elementi morajo biti električno izolirani pod stiskanjem. Visokotemperaturna izolacija (magnezijev oksid, sljuda ali keramika) mora biti certificirana za kombinirano toplotno in mehansko obremenitev. Po namestitvi in ​​pred prvo uporabo se opravi preskus meggerja, da se preveri celovitost izolacije.

4. Površinska obdelava in obrabljivost
Delovna površina grelne plošče je večkrat v stiku z laminati, ločilnimi folijami in čistilnimi instrumenti. Pomembna sta odpornost proti obrabi in enakomeren zaključek.

Možnosti specifikacije:

Trdo kromiranje - debeline 0,05–0,1 mm, trdote 65–70 HRC. Dobre lastnosti sproščanja in odpornosti proti obrabi. Široko se uporablja za stiskalnice za vezja in okrasne laminate.

Nitriranje (jeklene plošče) Toplotna obdelava-kaljenja z utrjeno plastjo 0,2–0,5 mm (55–60 HRC). Brez spreminjanja dimenzij, dobra odpornost proti obrabi.

PTFE ali fluoropolimerna prevleka - Ne-površina proti prijemanju in zmanjšano trenje, vendar manj vzdržljiva pod visokim pritiskom. Dobro za mehkejši laminat ali nizkocikličen.

Nerjaveče jeklo, polirano – Za higienske ali korozivne situacije (npr. medicinski ali živilski laminati). Občasno ga je treba polirati.

Površinska obdelava je včasih navedena kot Ra (povprečna hrapavost). Končna obdelava 0,4–0,8 µm Ra je značilna za visokotlačno laminacijo. Laminati optičnega razreda bi lahko potrebovali bolj gladko končno obdelavo (0,1 µm Ra), vendar so dražji.

Kontrolni seznam specifikacij grelne plošče za visokotlačno laminacijo
Pri pridobivanju cene ali oddaji specifikacije javnega naročila vključite naslednje postavke:

Specifikacija|Tipična vrednost/smernica
Velikost plošče (D × Š × T) Fit odprtina za stiskanje; debelina ocenjena iz razpona in tonaže
Material Jeklo (4140, A36) ali aluminij (6061)
Ravnost (sobna temperatura) manj kot ali enako 0,001–0,002 in/ft (manj kot ali enako 0,08–0,17 mm/m)
Vzporednost (zgoraj/spodaj) Manjši ali enak 0,002 in/ft (0,17 mm/m)
Površinska obdelava (Ra) 0,4–0,8 µm (0,4 za ključne optične plasti)
Površinska obdelava: Trdo kromiranje (0,05-0,1 mm) ali nitriranje
Najvišja delovna temperatura 200-250 C za navadne laminate; višji za specializirane kompozite
Vrsta vira toplote Grelniki s kartušami (prednostno) ali cevni grelniki v režah s polno podporo
Watt gostota Manj kot ali enako 15 W/cm² za cevasto; Manj kot ali enako 35 W/cm² za kartušo (enakomeren razmik)
Enakomernost temperature plošče ±2 stopinji ali več pri nastavljeni točki
Grelne cone, priporočljivo število več con za plošče > 600 mm v kateri koli dimenziji
Lokacija termočlena Vgrajen v ploščo, brez dotika grelnikov Običajno 2 do 6 območij
Electrical isolation Megger test >10 megaomov pri 500 V DC po montaži
Največja tonaža stiskalnice, ki jo je zagotovil proizvajalec stiskalnice; plošča mora imeti FEA certifikat za to obremenitev
Nadaljnji premisleki za več-dnevne stiskalnice
V stiskalnici za več-dnevno laminacijo (več grelnih plošč, zloženih z razmiki med njimi), je vsaka plošča izpostavljena pritisku z obeh strani. Plošča mora biti po konstrukciji simetrična, z enako ravnostjo in površinsko obdelavo na obeh delovnih ploskvah. Grelni elementi so običajno nameščeni v osrednji nevtralni ravnini, da bi se izognili različni toplotni razteznosti, ki bi lahko zvila ploščo. Kartušni grelniki, nameščeni z robov, so prednostni, ker jih je mogoče centrirati znotraj debeline plošče.

Tlačno-povzročena toplotna enakomernost
Laminacijski tlak lahko vpliva na prenos toplote. Stisnjeni materiali imajo pogosto večjo toplotno prevodnost kot razsuti skladi. Zasnova plošče mora upoštevati morebitne odvode toplote (npr. vezne palice za stiskalni okvir ali hladilne cevi). Priporočljiva je simulacija FEA, ki vključuje toplotne in mehanske obremenitve. Simulacija preveri:

Odklon pod polno tonažo

Porazdelitev temperature s predlagano postavitvijo grelnika

Koncentracije napetosti okoli grelnih lukenj ali utorov

Zaključek
Visokotlačna-laminacija zahteva robustno,-natančno izdelano grelno ploščo. Tolerance ravnosti 0,001–0,002 palca na čevelj zagotavljajo enakomerno porazdelitev pritiska in konsistenco izdelka. Debele jeklene plošče so odporne proti upogibu, pri čemer se debelina izračuna iz razpona stiskanja in tonaže. Kartušni grelniki zagotavljajo vrhunsko vzdržljivost pri tlačni obremenitvi v primerjavi s cevnimi grelniki, saj so v celoti zaprti v izvrtanih luknjah. Površinske obdelave, kot je trdo kromiranje ali nitriranje, podaljšajo življenjsko dobo plošč in izboljšajo odvajanje laminata. Podroben kontrolni seznam specifikacij vodi postopek javnega naročanja. Inženiring,-specifičen za aplikacijo, zagotavlja zanesljivo proizvodnjo. Z upoštevanjem teh smernic lahko visokotlačna grelna plošča za laminacijo zagotavlja leta delovanja v zahtevnih aplikacijah tiska, od tiskanih vezij do kompozitov za vesoljsko industrijo.