Kif Iddisinja Pjanċa tat-Tisħin bi Tkessiħ Likwidu Integrat għal Ċikliżmu Termali?

F'diversi proċessi tal-manifattura, bħall-ikkurar kompost, it-termoforming u l-ittestjar tas-semikondutturi, hemm bżonn ta 'platen li jista' jsaħħan malajr l-oġġett u mbagħad jiksaħ malajr biex jissettja l-materjal. Dan isir bi pjanċa waħda li għandha kemm elementi ta 'tisħin elettriku kif ukoll kanali interni ta' tkessiħ likwidu, iżda d-disinn jeħtieġ ġestjoni bir-reqqa tat-tensjonijiet termali u s-siġillar tal-fluwidu. Disinn ottimali tal-pjanċa tat-tisħin u tat-tkessiħ jibbilanċja l-proprjetajiet tal-uniformità tat-tisħin, il-ħin tar-rispons tat-tkessiħ, u l-integrità mekkanika fit-tul-. Din il-gwida tiddiskuti kif jinbnew dawn il-platens b'funzjoni doppja, il-kwistjonijiet tad-disinn, il-materjali użati u l-ideat tat-tqassim.

Tisħin-pjanċa tat-tkessiħ, kostruzzjoni tipika ta
Pjanċa tat-tisħin u t-tkessiħ ta 'kombinazzjoni tipika hija maħduma minn biċċa waħda ta' aluminju jew azzar. Żewġ ċirkwiti termali distinti integrati fuq l-istess pjanċa:

Elementi ta' tisħin bl-elettriku Il-ħiters tal-iskrataċ jew il-ħiters tubulari jitpoġġew f'toqob blind imtaqqbin. Alternattivament, pjanċi irqaq jistgħu jużaw ħiters tal-fojl inċiżi marbuta mal-wiċċ ta 'wara.

Kanali ta' tkessiħ likwidu - Tkessiħ (ilma jew ilma-taħlita ta' glikol) jiġi ċċirkolat minn passaġġi imtaqqbin jew mitħun fil-pjanċa.

L-elementi jsaħħnu l-wiċċ tax-xogħol (il-wiċċ f'kuntatt mal-parti) u l-wiċċ tax-xogħol jittrasferixxi s-sħana għat-tagħbija. Fil-mod tat-tkessiħ, il-likwidu li jkessaħ jassorbi s-sħana mill-pjanċa u jneħħiha, u jnaqqas malajr it-temperatura tal-wiċċ tax-xogħol.

F'sezzjoni trasversali tipika (mogħtija fit-test) il-pjanċa hija maqsuma fi 3 żoni funzjonali mill-wiċċ tax-xogħol 'l isfel:

Saff tal-wiċċ tax-xogħol - 5-15 mm ħxuna, mingħajr ħiters u kanali. Dan is-saff jagħti distribuzzjoni tat-temperatura omoġenja fil-wiċċ tal-kuntatt.

Żona tal-heater - Il-ħiters tal-iskrataċ huma pożizzjonati fil-pjan parallel mal-wiċċ tax-xogħol, ġeneralment 10–25 mm taħt il-wiċċ tax-xogħol. Il-ħiters huma mqassma b'mod uniformi (tipikament f'disinn ta' grilja jew imqassam).

Żona tal-kanal tat-tkessiħ - Il-kanali mtaqqba huma ssettjati 5–15 mm taħt il-ħiters (aktar 'il bogħod mill-wiċċ tax-xogħol) jew f'ċerti konfigurazzjonijiet interleashed bejn ringieli ta' ħiters. Il-kanali huma ġeneralment 6-15 mm fid-dijametru.

L-ordni eżatta tiddependi fuq jekk huwiex aktar importanti - ir-rata tat-tisħin jew ir-rata tat-tkessiħ. F'applikazzjonijiet fejn ikun meħtieġ tkessiħ rapidu ħafna, il-kanali jistgħu jinstabu eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol mill-ħiters, madankollu dan jista 'jikkawża non--uniformitajiet fit-temperatura waqt it-tisħin.

Sfidi u Soluzzjonijiet tad-Disinn
1. Kontroll ta 'Espansjoni Termali
Allura meta msaħħna l-pjanċa tespandi. Meta jitkessaħ kuntratt. Minħabba l-espansjoni differenzjali tal-materjal tal-pjanċa u l-komponenti inkorporati razez huma indotti fuq ċikli tat-temperatura multipli (eż. . 20 grad sa 200 grad u lura). Il-ħiters tal-iskrataċ huma miksija fl-azzar u se jespandu b'pass differenti minn pjanċa tal-aluminju.

Strateġiji tad-disinn.

Il-ħiters tal-iskrataċ huma mgħammra bi spazju żgħir (ġeneralment spazju ta' dijametru ta' 0.05-0.10 mm) u mgħottija b'-temperatura għolja kontra l-qbid jew pejst konduttiv termalment. Dan jippermetti li l-heater jiċċaqlaq ftit fit-toqba tiegħu meta l-pjanċa tespandi.

Il-kanali tat-tkessiħ mhumiex allinjati mat-toqob tal-heater biex jipprevjenu ħitan irqaq li jistgħu jitfarrku taħt stress ċikliku. Huwa ssuġġerit li żżomm il-ħxuna tal-ħajt bejn kwalunkwe toqba u karatteristika (toqba tal-heater jew kanal) minimu ta '3-5 mm.

Wara l-magni iżda qabel l-assemblaġġ finali tal-heater il-pjanċa titnaqqas l-istress (trattat bis-sħana). Dan inaqqas ir-razez residwi li jistgħu jikkawżaw warpage jew qsim.

Fl-applikazzjonijiet taċ-ċikliżmu tas-sħana, il-pjanċa hija mrażżna wkoll permezz ta 'boltijiet tal-immuntar. Il-pjanċa tista 'testendi lateralment mingħajr buckling, grazzi għall-washers kompatibbli jew toqob tal-immuntar slotted.

2. Siġill tal-fluwidu
Il-kanali tat-tkessiħ għandhom ikunu ssikkati biex jipprevjenu kuntatt tal-likwidu li jkessaħ mal-ħiters elettriċi jew tnixxijiet 'il barra mill-pjanċa. Tnixxijiet jaffettwaw il-prestazzjoni termali wkoll. Jintużaw żewġ metodi tipiċi ta' siġillar:

Toqob imtaqqbin u mimlija:
Drill bits twal huma użati biex iħaffer kanali mit-tarf tal-pjanċa. It-truf miftuħin imbagħad jingħalqu b'tappijiet bil-kamin (tejp PTFE jew siġillant tal-ħajt) jew b'tappijiet iwweldjati wara t-tħaffir. Dan l-approċċ jirriżulta fi blokka monolitika, mingħajr siġillar estern. Huwa pjuttost affidabbli, għalkemm jirrestrinġi l-ġeometriji tal-kanali għal linji dritti.

Cross-junctions imtaqqbin:
Jekk il-mudell huwa serpentin u għalhekk jeħtieġ netwerk ta' kanali interkonnessi, it-toqob imtaqqbin cross-jingħalqu fil-wiċċ. Kull plagg huwa tnixxija possibbli. Huma jużaw O-rings ta 'temperatura għolja (bħal Viton jew silikon) jew ħjut tal-pajpijiet għax-xejn. Għal applikazzjonijiet importanti, il-plakek kollha huma wweldjati jew ibbrejżjati fil-post wara l-installazzjoni.

Konnessjonijiet għad-dħul u l-ħruġ tal-likwidu li jkessaħ:
Il-pjanċa hija fornuta b'barbs ta 'l-istainless steel jew tar-ram, portijiet bil-kamin NPT jew igganċjar ta' konnessjoni mgħaġġla. Is-siġillar isir b'O-rings jew b'ħjut għax-xejn. Disinn bilanċjat jikseb integrità tat-tnixxija għal pressjonijiet sa 10 bar (150 psi) u temperaturi minn -20 grad sa 150 grad (għall-ilma-glikol) jew ogħla b'likwidu li jkessaħ speċjalizzat.

3. Lag termali bejn it-tisħin u t-tkessiħ
Ir-rispons tat-tkessiħ huwa intrinsikament aktar bil-mod mit-tisħin minħabba li r-rata tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huma finiti. Jekk il-kanali tat-tkessiħ jitqiegħdu 'l bogħod wisq mill-wiċċ tax-xogħol, il-pjanċa tieħu ħin eċċessiv biex tiksaħ, u żżid il-ħin taċ-ċiklu.

Minimizzazzjoni tad-dewmien termali:

Il-kanali tat-tkessiħ huma pożizzjonati kemm jista 'jkun qrib il-wiċċ tax-xogħol, filwaqt li xorta jħallu biżżejjed ħxuna tal-materjal biex tiġi evitata d-distorsjoni. Fond ta '10-20 mm mill-wiċċ tax-xogħol sat-tarf tal-kanal l-eqreb huwa tipiku.

Id-densità tal-kanali tiżdied (spazjar iżgħar, eż, 25–40 mm bejn il-kanali) biex jitnaqqas it-tul massimu tal-passaġġ tas-sħana.

Il-promoturi tat-taqlib (eż., inserzjonijiet ta' tejp mibrum jew uċuħ tal-kanal roughened) itejbu l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana tal-ġenb tal-likwidu li jkessaħ-, u jnaqqsu d-dewmien mingħajr ma jċaqalqu l-kanali eqreb.

Huwa importanti li wieħed jinnota li t-tqegħid tal-kanali tat-tkessiħ qrib wisq tal-elementi tat-tisħin jista 'joħloq interferenza. Jekk kanal jgħaddi direttament ħdejn heater tal-iskartoċċ, il-likwidu li jkessaħ se jiġbed is-sħana matul il-fażi tat-tisħin, inaqqas l-effiċjenza u joħloq post kiesaħ. Fil-prattika, il-kanali huma mgħoddija bejn ringieli tal-ħiters, mhux direttament maġenb ħiters individwali.

Għażla tal-Materjal: Aluminju vs Azzar
Konduttività Termali tal-Materjal (W/m·K) Diffużività Termali (mm²/s) Qawwa Relattiva ta' Rispons Termali f'Reżistenza għall-Korrużjoni f'Temperatura Għolja
Aluminju (6061-T6) 167 68 Mgħaġġel Moderat (tnaqqas 'il fuq minn 150 grad) Moderat (jitjieb anodizzat)
Azzar (A36) 45 12 Bil-mod Għoli (sa 400 grad +) Baxx (sadid, jeħtieġ kisi)
Stainless steel (304) 16 4.2 Bil-mod ħafna Għoli (sa 500 grad +) Eċċellenti
L-aluminju huwa preferut għall-biċċa l-kbira tal-pjanċi tat-tisħin-u-tkessiħ minħabba li d-diffusività termali għolja tiegħu tippermetti bidliet rapidi fit-temperatura. Pjanċa tal-aluminju ħoxna ta '25 mm twieġeb għal bidla fil-pass fil-qawwa tal-heater jew il-fluss tal-likwidu li jkessaħ b'mod sinifikanti aktar mgħaġġel minn pjanċa tal-azzar ekwivalenti. Madankollu, l-aluminju jitlef is-saħħa 'l fuq minn 150 grad u jista' jitkaxkar taħt tagħbija sostnuta. Għal applikazzjonijiet 'il fuq minn 200 grad, l-azzar jew l-istainless steel huma meħtieġa minkejja rispons termali aktar bil-mod.

Meta jintuża l-istainless steel, id-disinn tal-kanal tat-tkessiħ għandu jkun ħafna aktar aggressiv (ispazjar iżgħar, rati ta 'fluss ogħla) biex jikkumpensa għall-konduttività termali baxxa.

Għażla tal-likwidu li jkessaħ u Integrazzjoni tas-Sistema
Għaċ-ċikliżmu termali bejn temperaturi ambjentali u tipiċi tal-ipproċessar (0-150 grad), taħlita ta 'ilma dejonizzat u ethylene glycol jew propylene glycol hija standard. Il-konċentrazzjoni tal-glikol tintgħażel abbażi tal-inqas temperatura ambjentali mistennija (eż., 30% glycol għal protezzjoni tal-friża -15-il grad). Il-glikol jinibixxi wkoll il-korrużjoni tal-aluminju u l-azzar.

Rekwiżiti tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ:
Ir-rata tal-fluss meħtieġa hija kkalkulata mid-dazju tat-tkessiħ (rata ta 'tneħħija tas-sħana) u ż-żieda permissibbli fit-temperatura tal-likwidu li jkessaħ. Għal pjanċa tipika, rati ta 'fluss ta' 5-20 L/min għal kull netwerk ta 'kanal huma komuni. Jintuża chiller dedikat jew skambjatur tas-sħana b'pompa li tiċċirkola. It-temperatura tal-likwidu li jkessaħ hija kkontrollata separatament mill-kontroll tal-heater.

Integrazzjoni mas-sistema ta' kontroll:
Il-pjanċa teħtieġ sistema ta 'kontroll li taqleb bejn il-modi ta' tisħin u tkessiħ. Żewġ approċċi komuni:

Bang-kontroll tal-bang – Il-ħiters jintfew u valv tas-solenojd jiftaħ il-fluss tal-likwidu li jkessaħ. Sempliċi iżda jista' jaqbeż jew joxxilla.

PID b'output tat-tkessiħ - Kontrollur PID għandu żewġ outputs: wieħed għall-qawwa tal-heater (permezz tal-SSR) u wieħed għal valv li jkessaħ li jimmodula jew veloċità tal-pompa. Dan jipprovdi tranżizzjonijiet bla xkiel u kontroll strett tat-temperatura.

Fi kwalunkwe każ, interlock tas-sigurtà jipprevjeni li l-ħiters jiġu enerġizzati waqt li l-likwidu li jkessaħ ikun mitfi u l-pjanċa tkun 'il fuq minn temperatura sigura (biex tevita li s-sħana żejda tal-likwidu li jkessaħ staġnat).

Eżempju ta 'Layout: Skartoċċi Heaters b'Kanali ta' Tkessiħ Serpentine
Ikkunsidra pjanċa kwadra ta' 400 mm × 400 mm għat-termoforming ta' folji termoplastiku. Rekwiżiti: saħħan għal 180 grad f'5 minuti, kessaħ għal 50 grad fi 8 minuti. Ħxuna tal-pjanċa: 40 mm (aluminju 6061).

It-tqassim tal-heater:

Ħiters tal-iskrataċ (dijametru ta '10 mm, tul ta' 300 mm, 500 W kull wieħed) huma mdaħħla f'toqob għomja mill-wiċċ ta 'wara.

It-toqob tal-heater huma rranġati f'mudell ta 'grilja: 6 ringieli × 6 kolonni (36 heaters totali). Spazjar: 65 mm bejn iċ-ċentri.

Il-ponot tal-heater huma pożizzjonati 15 mm mill-wiċċ oppost (tax-xogħol).

It-tqassim tal-kanal tat-tkessiħ:

Netwerk ta 'kanal serpentin huwa mtaqqab b'passaġġ kontinwu wieħed. Dijametru tal-kanal: 12 mm.

Il-kanali jinsabu 20 mm taħt il-wiċċ tax-xogħol (jiġifieri, 20 mm mill-wiċċ ta 'fuq, b'ħiters 25 mm taħt il-wiċċ tax-xogħol - il-ħiters huma fil-fatt 5 mm taħt il-kanali f'dan id-disinn, għalhekk il-kanali huma eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol).

L-ispazjar tal-kanali (ċentru-sa-ċentru) huwa ta' 65 mm, allinjat mal-vojt bejn ir-ringieli tal-heater. L-ebda kanal ma jgħaddi direttament minn fuq heater.

Fittings tad-dħul u tal-ħruġ huma mmuntati fuq it-tarf tal-pjanċa.

Deskrizzjoni ta'-sezzjoni trasversali (dijagramma tat-test):

Mill-wiċċ tax-xogħol 'l isfel (distanza vertikali):

0–15 mm: Aluminju solidu (l-ebda karatteristiċi) – jiżgura l-uniformità tat-temperatura tal-wiċċ.

15–27 mm: Kanali tat-tkessiħ (dijametru ta '12 mm) iċċentrati f'fond ta' 21 mm.

27–35 mm: Aluminju solidu li jissepara l-kanali mill-ħiters.

35–45 mm: Toqob tal-heater tal-iskartoċċ (dijametru ta' 10 mm) iċċentrati f'fond ta' 40 mm (min-naħa ta' wara). Il-ħiters jiddaħħlu mill-qiegħ.

Dan l-arranġament iqiegħed kanali tat-tkessiħ 6 mm eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol mill-ħiters, u jiffavorixxi t-tkessiħ rapidu. Waqt it-tisħin, xi sħana titmexxa lejn il-kanali, iżda s-saff tal-aluminju solidu taħthom u l-likwidu li jkessaħ ikun mitfi (l-ebda fluss) jimminimizza t-telf. Meta jibda t-tkessiħ, il-likwidu li jkessaħ jgħaddi u jiġbed is-sħana mill-wiċċ tax-xogħol permezz tas-saff solidu irqiq ta '15 mm.

Konsiderazzjonijiet Addizzjonali għal Applikazzjonijiet ta' -Ċiklu Għoli
Ħajja ta' għeja termali – Kull ċiklu ta' tisħin-tkessiħ jinduċi tensjoni fil-materjal tal-pjanċa. L-aluminju għandu reżistenza tajba għall-għeja termali sa madwar 10,000 ċiklu bejn 20 grad u 200 grad. Għal għadd ta 'ċiklu ogħla, l-azzar jew Inconel huwa rakkomandat.

Electrical isolation – If the plate is used in contact with sensitive electronics (e.g., semiconductor test), the plate should be grounded and the heaters should have high insulation resistance (>10 megaohms). Sistema ta' skoperta ta' ħsara fl-art hija rakkomandabbli.

Flatness tal-wiċċ - Iċ-ċikliżmu termali jista 'jikkawża warpage gradwali. Il-pjanċa għandha tiġi ċċekkjata perjodikament u resurfaced jekk il-flatness taqbeż 0.05 mm fiż-żona tax-xogħol.

Konklużjoni
Il-pjanċi tat-tisħin u t-tkessiħ integrati jippermettu ħinijiet ta 'ċiklu mgħaġġla fi proċessi li jeħtieġu kemm tisħin rapidu kif ukoll tkessiħ ikkontrollat. Disinn bilanċjat tal-pjanċa tat-tisħin u t-tkessiħ jamministra l-espansjoni termali, is-siġillar tal-fluwidu, u d-dewmien termali. L-aluminju huwa preferut għal rispons termali mgħaġġel, filwaqt li l-azzar jintgħażel għal temperaturi ogħla jew durabilità akbar. Il-ħiters tal-iskrataċ jipprovdu sorsi ta 'sħana robusti u sostitwibbli, u kanali ta' tkessiħ imtaqqbin (b'plagg u fittings xierqa) jagħtu tkessiħ likwidu affidabbli. L-arranġament tal-ħiters u l-kanali għandu jiġi ottimizzat għar-rekwiżiti speċifiċi taċ-ċiklu, b'kanali mqiegħda eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol għal tkessiħ aktar mgħaġġel. Soluzzjonijiet termali apposta huma essenzjali għal ċikli ta' produzzjoni esiġenti, u platn ta' tisħin-tkessiħ iddisinjat tajjeb jista' jwassal eluf ta' ċikli affidabbli meta tingħata attenzjoni għall-ġestjoni tal-istress u l-għażla tal-materjal.