Како су прилагођене грејне плоче дизајниране за не{0}}стандардне облике и изрезе?
Остави поруку
Стандардне правоугаоне грејне плоче не одговарају свим применама. Плоче неправилног облика са рупама, уторима или степенастим површинама су обично потребне за алате за медицинске уређаје, полупроводничке стезне главе и специјалну опрему за паковање. Ове компликоване геометрије су омогућене прилагођеним дизајном и техникама израде. Потребан је дизајн грејне плоче по мери да би се уклопио у склопове ограниченог или неправилног облика и да би се прилагодио одговарајући термички профил. У овом чланку ћемо покрити процес инжењеринга, избор грејног елемента и питања термичке униформности нестандардних грејних плоча.
Процес прилагођеног дизајна: ЦАД до готове плоче
Свака грејна плоча по мери почиње са ЦАД (рачунарски-дизајн) моделом у три димензије жељеног облика. Модел(и) обухватају све резове, пролазне рупе, отворе, степенасте површине и карактеристике монтаже. Процес дизајна се обично одвија у следећим фазама:
Дефиниција геометрије - Контура плоче је одређена према опреми за спајање (нпр. стезна глава, плоча за врућу пресу или чељуст за заптивање).
Мапирање карактеристика – Модел има све препреке (рупе за вијке, портове за сензоре, вакуумске канале, игле за поравнање).
Распоред грејног елемента - Грејни елемент је усмерен око карактеристика да би обезбедио неопходну густину у ватима и топлотну хомогеност.
Термичка симулација - Анализа коначних елемената (ФЕА) се користи за процену расподеле температуре, врућих или хладних тачака.
Прототип и валидација – Прототип плоче се производи и тестира у радним условима.
У изради по мери, ЦАД модел је главни документ за машинску обраду и рутирање компоненти. Промене облика плоче одмах утичу на ток грејног елемента.
Смештање извора топлоте у не-нестандардне плоче
Доступна су три главна начина уз коришћење грејних елемената за производњу плоча прилагођеног{0}}облика. Одлука је одређена радном температуром, жељеном густином у ватима и дебљином плоче.
1. цевасти грејачи (плоче са жљебовима)
За апликације средње{0}}до{1}}велике густине (до 30 В/цм2) стандардни приступ је да се континуални жлеб обради на задњој или доњој страни плоче. Цевасти грејни елемент (метални-обложен, обично са спољном облогом од инцолоја или нерђајућег челика) се убацује у жлеб. ЦНЦ глодани узорак жлебова дуж кривине плоче, без резова.
Предности:
Капацитет снаге је висок
Равномерна расподела топлоте са правилно распоређеним жлебовима
Заменљиви елементи (за плочу за вишекратну употребу)
Разматрања: *
Жлебови не могу проћи кроз рупе или прорезе
Цевасти део има минимални радијус савијања (обично 3-5к пречник цеви) који ограничава нагле унутрашње углове
2. Грејачи урезане фолије (на обложену површину)
За танке плоче или када је потребан брз температурни одговор, грејач фолије је урезан и причвршћен за површину плоче. Елемент фолије (обично никл-хром или бакар-легура никла) је фотохемијски урезан у специфичан змијолик који прати контуру плоче. Фолија је ламинирана између слојева полиимидне или силиконске гуме и залепљена за плочу помоћу лепка-осетљивог на притисак или механичког стезања.
Предности:
Ултра танак профил (укупна дебљина 0,5-1,5 мм)
Избегавајући тачно изрезе, сложени дизајни се могу угравирати
Мала топлотна маса=брзо загревање и хлађење
Разматрања:
Нижа максимална температура (200-250 степени за полиимид уопште)
Високе вибрације или циклуси температуре могу узроковати распад везе
3. Флексибилни силиконски грејачи (везани за плочу)
У случају плоча са веома неправилним 3Д површинама или где се жели накнадно уградити постојеће компоненте, флексибилни грејач од силиконске гуме може се обликовати у облику плоче. Грејач је матрица силиконске гуме ојачана стаклопластиком са уграђеном отпорном жицом или угравираном фолијом. Затим се лепком или компресијом залепи за плочу.
Предности:
Прилагођава се закривљеним, степенастим или неравним површинама
Јефтино за сложене дизајне у поређењу са обрађеним жлебовима
Многе апликације имају добру хемијску отпорност
мисли:
Нижа максимална температура (углавном 230 степени Ц)
Мања густина снаге (В/цм2<= 5, usually)
Можда ће требати додатно да се стегне да би остао у контакту.
Проблеми топлотне униформности не-нестандардних геометрија
Конвенционалне правоугаоне плоче имају предвидљиве губитке на ивици. Не-неправилне геометрије, нарочито са унутрашњим резовима, избоченим прстима или постепеним дебљинама, представљају изазов у погледу термичке хомогености.
Утицај губитка ивице
Све изложене површине губе топлоту на околину. На пример, танак део или уска избочина ће брже одбацити топлоту по јединици површине од дебелог средишњег региона. Резултат су хладне тачке на финим деловима и вруће тачке на дебелим, изолованим деловима. Изрези (рупе или прорези) прекидају проводни топлотни канал и стварају проток топлоте око отвора. Ово може проузроковати хладна подручја непосредно поред изреза.
Оптимизација помоћу анализе коначних елемената (ФЕА)
Термичка симулација са ФЕА је неопходна током фазе пројектовања грејних плоча прилагођеног облика. Симулација решава једначину проводљивости топлоте по геометрији плоче и узима у обзир:
Променљива-пресек и дебљина
Губици топлоте из околине (конвекција и зрачење)
Локализовани унос топлоте распореда елемената
Топлотна проводљивост материјала плоче (нпр. алуминијум, бакар или нерђајући челик)
ФЕА модел производи мапу контуре температуре. Дизајнер ће затим променити густину у ватима или размак грејног елемента како би надокнадио хладне или вруће зоне које се очекују. На пример, размак елемената може бити мањи у уским деловима или близу усека, а шири у дебелим, високо изолованим областима.
Понекад се користи неколико одвојено регулисаних грејних зона. Могуће је имати плочу са централном рупом која има унутрашњу и спољашњу зону, свака са својим сензором температуре и контролером. Ово омогућава прецизно компензацију поремећеног топлотног тока.
Разматрање дизајна за нестандардне грејне плоче
Приликом производње грејних плоча по мери, узмите у обзир следеће факторе:
Разматрања Стандардно решење
Материјал плоче Алуминијум (висока топлотна проводљивост, лака обрада) или бакар (већа проводљивост, тежи) Нерђајући челик отпоран на корозију, али захтева већу густину елемената због смањене проводљивости.
Макс. радна температураАлуминијум је ограничен на ~400 степени (омекшавање изнад 200 степени за многе легуре). Инцолои или керамичке плоче за веће температуре
Величина и положај изреза Ако изрези уклањају више од 30% попречног пресека плоче-, мора се користити додатно загревање или су потребни дебљи делови око рупе.
Површински премаз ПТФЕ или флуорополимер премазан за отпорност на корозију у тешким ситуацијама Алуминијумске плоче елоксиране за хабање и побољшање електричне изолације
±1 степен или боља контрола у више- зона и ФЕА оптимизација за потребе термичке униформности. Прилагођени узорак жлебова у једној-зони може да постигне строже толеранције (±5 степени).
Монтажна и термичка експанзиона плоча имају рупе са прорезима или усаглашене носаче како би се омогућило диференцијално ширење између плоче и околне опреме.
Избор материјала: Зашто је алуминијум омиљени
Прилагођене грејне плоче се често праве од алуминијума (легуре 6061 или 7075). Разлози зашто:
Висока топлотна проводљивост (~160-200 В/м·К) - помаже у равномерној дистрибуцији температуре.
Одлична обрадивост - Сложени облици, рупе и утори могу да се обрађују на ЦНЦ машинама са великом прецизношћу.
Мала тежина - минимизира механичко оптерећење опреме.
ниска цена у односу на бакар или специјализоване легуре
Готова алуминијумска плоча је доступна са ПТФЕ премазом или јаком анодизацијом за оштре поставке. ПТФЕ премази су хемијски отпорни до 260 степени и нуде површину која се-не лепи. Анодизирани премази су електрично изоловани и отпорни на хабање, али нису тако хемијски отпорни као ПТФЕ.
Copper plates are employed when remarkable homogeneity or rapid heat response is required but at a higher cost and weight (thermal conductivity ~380 W/m·K). Aluminum plates are used for general use, stainless steel plates are used for very high temperatures (>400 степени) или за места где корозија алуминијума није прихватљива.
Практични пример: Грејна плоча са централним отвором
Замислите грејну плочу за полупроводничку стезну главу. Плоча је округла са централним отвором пречника 50 мм-(приступ вакууму) и четири монтажна прореза. Препоручена униформност температуре површине стезне главе је ±2 степена на 150 степени.
Приступ дизајну:
Централна рупа и прорези су урезани у алуминијумску (6061) плочу.
Цевасти грејач је распоређен у спиралу са полупречником спирале који се шири напоље из рупе. Ниједан од жлебова не прелази рупу. Елемент се завршава, а затим поново почиње на другој страни.
ФЕА симулација показује да је подручје непосредно око рупе 5 степени хладније од спољашњег обода због поремећене проводљивости и локалне конвекције кроз рупу.
Да би се компензовала, густина елемента у ватима се повећава у унутрашња два спирална завоја коришћењем цеви мањег пречника са већим отпором по метру, или додавањем друге, независне зоне грејања за унутрашњи регион.
Близу ивице рупе се убацује термоелемент и други на спољашњем радијусу. Двозонски контролер-контролер одвојено контролише унутрашњу и спољашњу зону.
Завршена плоча је обложена ПТФЕ-да би се спречио хемијски напад процесних гасова.
Резиме
Грејне плоче прилагођеног{0}}облика могу прецизно термички управљати специфичном опремом која не може да прихвати типичне правоугаоне дизајне. Процес пројектовања почиње са ЦАД моделом са свим изрезима-и функцијама. Интеграција грејних елемената је могућа преко цевних грејача, урезаних фолија или флексибилних силиконских грејача, а сви имају своје предности. Један од важних изазова за не-нестандардне дизајне је топлотна униформност, а ФЕА симулација се користи за побољшање локације елемента и расподеле густине вати. Најчешћи материјал плоча је алуминијум, који је обично обложен ПТФЕ-ом за отпорност на корозију. Инжењеринг по мери премошћује јаз између стандардних производа и јединствених захтева процеса. Добро дизајниран дизајн грејне плоче по мери даје поуздану, хомогену топлоту сложеним геометријама, од медицинског алата до полупроводничких стезних глава.
