كيف يمكن تحديد لوح تسخين مزود بدائرة تبريد نشطة- مدمجة لضغط المعالجة المركب؟
ترك رسالة
في خلية التصنيع المركبة-ذات المعدل العالي، يجب ألا تقوم اللوحة بتسخين العنصر فحسب، بل يجب أيضًا تبريده بشكل نشط وسريع إلى درجة حرارة التشكيل الآمنة. وبدون التحكم في التبريد، فإن وقت الدورة يهيمن عليه الحمل الحراري الطبيعي والتدهور الحراري البطيء، مما يقلل من الإنتاجية بشكل كبير. ومن ثم، يجب إضافة دائرة تبريد نشطة إلى مواصفات اللوحة باعتبارها متطلبًا حاسمًا لمعدلات الإنتاج على نطاق صناعي-.
يخضع تصميم نظام المعالجة المركب للوحة تسخين دائرة التبريد النشطة بشكل أساسي إلى معدل الإخلاء الحراري المنظم الذي يمكن إجراؤه دون المساس بسلامة اللوحة أو توحيد درجة الحرارة.
تعريف متطلبات الدورة الحرارية
تتمثل المرحلة الأولى في تصميم اللوح المزدوج -في تحديد دورة درجة الحرارة بأكملها.
جداول العلاج المركبة النموذجية هي:
تسخين لدرجة حرارة المعالجة (على سبيل المثال، 120-180 درجة اعتمادًا على نظام الراتنج)
مدة الانتظار للربط الكامل-بالبوليمر
التحكم في التبريد لدرجة حرارة القالب (عادة 50-70 درجة)
غالبًا ما تكون مرحلة التبريد هي عنق الزجاجة في زمن الدورة.
يجب أن تحدد المواصفات صراحةً ما يلي:
معدل التبريد المطلوب (على سبيل المثال . 180 درجة في 5 دقائق إلى 60 درجة )
الحد الأقصى المسموح به لتدرج درجة الحرارة للسطح
تجاوز درجة الحرارة المسموح بها أثناء التغيير
صب demolding الحد الأدنى لدرجة الحرارة
تحدد هذه الخصائص بشكل مباشر تصميم دائرة التبريد الداخلية.
مخطط دائرة التبريد النشطة
عادةً ما يكون نظام التبريد مدمجًا في جسم الصفيحة كشبكة من القنوات المحفورة.
عادة ما يتم إنشاء هذه القنوات باستخدام:
تقنيات الحفر بالمسدس
تقنيات الحفر العميق
مسارات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ثلاثية الأبعاد المتقدمة
يتم وضع قنوات التبريد بشكل عام في تكوين مطابق لعناصر التسخين ولكن يتم تعويضها لتجنب التداخل الحراري والتدهور الهيكلي.
يجب أن تضخ عروق الصفيحة الماء البارد- إلى قلبها الساخن وتضخ الطاقة الحرارية بعيدًا بشكل فعال، مع الحفاظ على الاستقرار الميكانيكي.
المتغيرات الهندسية الرئيسية هي:
حجم القناة
تباعد القنوات
العمق (من السطح إلى القناة)
مخطط توزيع التدفق
تكوين المسار (العودة)
تؤثر جميع المعلمات على الأداء الحراري وكذلك السلامة الهيكلية.
مقايضات التصميم الحراري والميكانيكي
يعد تصميم قنوات التبريد في الأساس مشكلة تحسين متعددة{0}}متغيرة.
اعتبارات لقطر القناة
تسمح القنوات الأكبر بقدرة تدفق أعلى لسائل التبريد ومعدلات أعلى لإزالة الحرارة. لكن القطر الكبير يعني سماكة أقل للمقطع العرضي المعدني، مما قد يضعف هيكل الصوانى ضد الإجهاد الحراري والميكانيكي.
تتميز القنوات الأصغر حجمًا بالقوة المادية، ولكنها تتمتع بقدرة منخفضة على نقل الحرارة نظرًا لانخفاض مساحة السطح وانخفاض التدفق.
ولذلك فإن هناك حاجة إلى التوازن بين:
قدرة التبريد
المتانة الهيكلية
قابلية التصنيع
استراتيجية التنسيب للقنوات
عادةً ما يتم تحسين ترتيب القناة عبر برنامج 3D CAD وتحليل العناصر الحرارية المحدودة (FEA).
تُستخدم محاكاة FEA لتقييم:
ملف درجة حرارة التبريد
خلق النقاط الساخنة
تدرجات درجة حرارة سطح الصوانى
الإجهاد الهيكلي في الدراجات الحرارية
الهدف هو تحقيق تبريد موحد مع قليل من التشوه وصلابة ميكانيكية موحدة.
شرح مواصفات أداء التبريد
يجب أن تحدد المواصفات الكاملة أهدافًا للأداء الهيدروليكي والحراري.
معدل التبريد المطلوب
معدل التبريد المطلوب هو المحرك الرئيسي لتصميم النظام.
على سبيل المثال:
قد تكون معدلات التبريد 20-25 درجة / دقيقة مطلوبة لأنظمة الدورة السريعة
في الأنظمة-عالية الدقة، قد يكون التجانس أكثر أهمية من السرعة.
يحدد هذا المعيار معدل التدفق وهندسة القناة وحجم المبادل الحراري.
الحد من توحيد درجة الحرارة
عند التبريد، يجب الإشارة إلى الحد الأقصى المسموح به للفرق في درجة حرارة السطح.
التدرجات العالية بشكل مفرط قد تؤدي إلى:
الأجزاء المركبة: الإجهاد الحراري المتبقي
علاج تزييفها صفح
الأداء غير المتكافئ للقولبة
عادةً ما يكون تصميم تباعد القنوات وتوزيع التدفق مدفوعًا بأهداف التوحيد.
ظروف التشغيل واختيار سائل التبريد
عادة ما يكون وسط التبريد عبارة عن سائل مائي منظم.
تشمل الاحتمالات النموذجية ما يلي:
المياه المعالجة
محاليل الماء-الجليكول
معلمات المواصفات الرئيسية هي:
درجة حرارة سائل التبريد، المدخل
سعة التبريد المتوفرة
الحد الأقصى لضغط النظام
قدرة معدل التدفق:
تحمل الملوثات
يجب تصميم النظام الهيدروليكي ليعمل ضمن هذه القيود ولا يتجاوز حدود انخفاض الضغط.
القيود الهيدروليكية وانخفاض الضغط
مقاومة التدفق ناتجة عن قنوات التبريد التي تتطلب تنظيمًا دقيقًا.
يجب أن تقول المواصفات:
الحد الأقصى المسموح به لانخفاض الضغط من خلال الصوانى
الحد الأقصى لسعة المضخة المتاحة
متطلبات موازنة التدفق عبر مناطق متعددة
يمكن أن يؤدي انخفاض الضغط الزائد إلى:
توزيع التدفق غير المتكافئ
انخفاض كفاءة التبريد
زيادة استخدام الطاقة للضخ
وبالتالي، فإن الأداء الحراري لا يقل أهمية عن الأداء الهيدروليكي.
مواصفات المواد والاتصال
يجب أن تكون المواد المستخدمة في دوائر التبريد متوافقة مع التعرض لسائل التبريد لفترة طويلة-.
المتطلبات الأساسية الشائعة هي:
تركيبات مقاومة للتآكل
ختم متوافق للجليكول أو المياه المعالجة
أداء مستقر أثناء ركوب الدراجات الحرارية
عادةً ما يتم توفير مشعب التوصيل السريع بحيث يمكن فصل اللوح بسهولة عن نظام التبريد للصيانة أو تغيير الأداة.
وهذا يمنح المزيد من المرونة للنظام في سيناريوهات الإنتاج باستخدام العديد من الأدوات.
التكامل مع النظام الحراري
في غالبية مكابس المعالجة المركبة، يتم دمج دائرة التبريد مع عناصر التسخين الكهربائية المدمجة.
يجب فصل هذا بعناية لتجنب:
شورت حراري-.
الاحترار الموضعي حول القنوات
التمدد الحراري غير المنتظم
عادة ما يتم تصميم أنظمة التدفئة والتبريد بشكل مشترك في المحاكاة، لضمان الانتقال السلس بين مرحلتي التدفئة والتبريد.
دور تحليل العناصر المحدودة في التصميم
يعد FEA الحراري عنصرًا حاسمًا في تحديد:
تخطيط القناة
عمق القناة
أقطار القناة
مخطط توزيع التدفق
تأخذ عمليات المحاكاة في الاعتبار المواقف العابرة مثل:
مرحلة الإحماء
عقد علاج المرحلة
مرحلة التبريد القسري-السريعة
وبالتالي يتم الحفاظ على الأداء الحراري والسلامة الهيكلية عبر دورة التشغيل بأكملها.
الأفكار النهائية
تتطلب اللوحة المزودة بنظام تبريد متكامل اقترانًا وثيقًا بين أسلوب التصميم الحراري والهيدروليكي. يجب تصميم نظام المعالجة المركب للوحة التسخين بدائرة التبريد النشطة لضمان التبريد السريع الذي يتم التحكم فيه مع الحفاظ على قوة اللوحة وتجانس درجة الحرارة والمتانة على المدى الطويل-.
أدى تحليل التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ثلاثي الأبعاد والعناصر المحدودة إلى تحسين القنوات الداخلية المحفورة للتحكم الدقيق في معدلات إزالة الحرارة. تحدد مواصفات أداء التبريد (معدل التبريد، وقيود التدرج في درجة الحرارة، وخصائص سائل التبريد، وقيود انخفاض الضغط) الشكل الهندسي العام والتصميم الهيدروليكي للنظام.
إن اللوح المبرد بشكل نشط عبارة عن أداة حرارية متكاملة تمامًا مع كل من عمليات التسخين والتبريد في نظام واحد منظم. يسمح هذا التصميم بتخفيضات كبيرة في وقت دورة المعالجة المركبة، مع الحفاظ على استقرار العملية. إن اللوح عبارة عن رياضي حراري حقيقي، قادر على التسخين والتبريد، ويستجيب باستمرار لاحتياجات التصنيع المركب عالي الأداء-.
