Kako odrediti grijaću ploču s ugrađenim- aktivnim rashladnim krugom za kompozitnu presu za polimerizaciju?

U visoko{0}}ćeliji za proizvodnju kompozita, ploča ne samo da mora zagrijati predmet, već ga i aktivno i brzo ohladiti na sigurnu temperaturu za deformaciju. Bez kontrolisanog hlađenja, vremenom ciklusa dominira prirodna konvekcija i spora termička degradacija, što značajno smanjuje protok. Stoga, aktivni rashladni krug treba dodati u specifikaciju ploče kao ključni zahtjev za stope industrijske{3}}proizvodnje.

Dizajn aktivnog rashladnog kruga grijaće ploče ploče kompozitnog sistema očvršćavanja je u suštini vođen brzinom reguliranog odvoda topline koja se može izvesti bez ugrožavanja integriteta ploče ili ujednačenosti temperature.

Definicija zahtjeva termičkog ciklusa
Prva faza u dizajniranju ploče s dvostrukom-funkcijom je specificiranje cijelog temperaturnog ciklusa.

Tipični rasporedi kompozitnog liječenja su:

Temperatura zagrevanja za očvršćavanje (npr. 120-180 stepeni u zavisnosti od sistema smole)

Vrijeme čekanja za potpuno unakrsno{0}}vezivanje polimera

Kontrolirano hlađenje do temperature izvlačenja (obično 50-70 stepeni)

Faza hlađenja je često usko grlo u vremenu ciklusa.

U specifikaciji se izričito navodi:

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

Maksimalni dozvoljeni temperaturni gradijent površine

Dozvoljeno prekoračenje temperature tokom promjene

Minimalna temperatura kalupljenja i deformacije

Ove karakteristike direktno određuju dizajn kruga unutrašnjeg hlađenja.

Šema aktivnog rashladnog kruga
Obično je sistem za hlađenje ugrađen u tijelo ploče kao mreža izbušenih kanala.

Ovi kanali se obično prave sa:

Tehnike bušenja pištoljem

Tehnike bušenja dubokih rupa

Napredne staze 3D CNC obrade

Kanali za hlađenje su općenito postavljeni u konfiguraciju identičnu grijaćim elementima, ali su pomaknuti kako bi se izbjegle toplinske smetnje i propadanje strukture.

Vene platna moraju pumpati hladnu-vodu do svog vrućeg srca i efikasno pumpati toplotnu energiju, uz očuvanje mehaničke stabilnosti.

Glavne geometrijske varijable su:

Veličina kanala

Razmak kanala

Dubina (od površine do kanala)

Shema distribucije protoka

Konfiguracija putanje (povratak)

Svi parametri utječu na toplinske performanse kao i na integritet strukture.

Termički i mehanički dizajn kompromisa
Dizajn kanala za hlađenje je u osnovi više-problem optimizacije.

Razmatranja za prečnik kanala
Veći kanali omogućavaju veći kapacitet protoka rashladne tečnosti i veće brzine odvođenja toplote. Ali veliki promjer znači manju debljinu poprečnog 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

Robusnost konstrukcije

Proizvodnost

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

FEA simulacije se koriste za procjenu:

Profil temperature hlađenja

Stvaranje vrućih tačaka

Gradijent površinske temperature ploče

Strukturno naprezanje u termičkom ciklusu

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

Objašnjene specifikacije performansi hlađenja
Puna specifikacija mora specificirati ciljeve za hidraulične i termičke performanse.

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

na primjer:

Brzine hlađenja od 20-25 stepeni/min mogu biti potrebne za sisteme sa brzim ciklusom

U sistemima visoke{0}}nosti, homogenost može biti važnija od brzine.

Ovaj kriterijum postavlja protok, geometriju kanala i dimenzionisanje izmenjivača toplote.

Ograničenje ujednačenosti temperature
Prilikom hlađenja mora biti naznačena najveća dozvoljena razlika u temperaturi površine.

Previše visoki gradijenti mogu dovesti do:

Kompozitni dijelovi: Preostalo toplotno naprezanje

Stvrdnuto savijanje laminata

Neujednačena izvedba vađenja iz kalupa

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

Radni uslovi i izbor rashladne tečnosti
Rashladni medij je obično regulirana vodena tekućina.

Tipične mogućnosti uključuju:

Obrađena voda

Vodeni{0}}otopini glikola

Ključni parametri specifikacije su:

Temperatura rashladne tečnosti, ulaz

Dostupan kapacitet hlađenja

Maksimalni sistemski pritisak

Mogućnost brzine protoka:

Tolerancija zagađivača

Hidraulički sistem mora biti projektovan tako da funkcioniše unutar ovih ograničenja i da ne prelazi granice pada pritiska.

Hidraulička ograničenja i pad pritiska
Otpor protoka je uzrokovan kanalima za hlađenje koji zahtijevaju pažljivu regulaciju.

U specifikaciji treba pisati:

Maksimalni dozvoljeni pad pritiska kroz ploču

Maksimalni raspoloživi kapacitet pumpe

Zahtjevi za balansiranje protoka u više zona

Preveliko smanjenje pritiska može uzrokovati:

Neravnomjerna distribucija protoka

Niža efikasnost hlađenja

Povećana potrošnja energije za pumpanje

Stoga su termičke performanse podjednako važne kao i hidrauličke performanse.

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

Uobičajeni preduslovi su:

Fitingi otporni na koroziju

Kompatibilno brtvljenje za glikol ili tretiranu vodu

Stabilne performanse tokom termičkog ciklusa

Razdjelnik za brzo spajanje se obično isporučuje tako da se ploča može lako odvojiti od rashladnog sistema radi održavanja ili zamjene alata.

Ovo daje veću fleksibilnost sistemu u scenarijima proizvodnje sa nekoliko alata.

Integracija sa sistemom grijanja
U većini kompozitnih presa za polimerizaciju rashladni krug je integrisan sa ugrađenim električnim grejnim elementima.

Ovo se mora pažljivo odvojiti kako bi se izbjeglo:

Termo{0}}šorc

Lokalizirano zagrijavanje oko kanala

Neujednačeno toplotno širenje

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

Uloga analize konačnih elemenata u projektovanju
Termalni FEA je kritična komponenta u definiranju:

Izgled kanala

Dubina kanala

Prečnici kanala

Shema distribucije protoka

Simulacije uzimaju u obzir prolazne situacije kao što su:

Faza zagrevanja

Zadržite fazno očvršćavanje

Faza brzog prinudnog{0}}hlađenja

Na taj način se održavaju termičke performanse i integritet strukture tokom cijelog ciklusa rada.

Završne misli
Ploča sa integrisanim sistemom hlađenja zahteva blisko povezivanje termičkog i hidrauličkog pristupa dizajnu. Kompozitni sistem očvršćavanja platna za grijanje kruga aktivnog hlađenja treba biti dizajniran tako da osigura brzo kontrolirano hlađenje uz održavanje čvrstoće ploče, temperaturne homogenosti i dugotrajne-trajnosti.

3D CAD i analiza konačnih elemenata poboljšali su unutrašnje kanale izbušene za preciznu kontrolu brzine odvođenja topline. Specifikacije performansi hlađenja (brzina hlađenja, ograničenja temperaturnog gradijenta, karakteristike rashladne tečnosti i ograničenja pada pritiska) diktiraju ukupnu geometriju i hidraulički dizajn sistema.

Aktivno hlađena ploča je potpuno integrisani termalni instrument sa operacijama grejanja i hlađenja u jednom regulisanom sistemu. Ovaj dizajn omogućava značajno smanjenje vremena ciklusa očvršćavanja kompozita, uz zadržavanje stabilnosti procesa. Platen je pravi termalni sportista, sposoban i da grije i hladi, konstantno odgovara na potrebe proizvodnje kompozita visokih{2}}performansi.