Optimizarea performanței termice cu mai multe încălzitoare cu cartușe pătrate de 6x6 mm în instrumente complexe

Un designer de matriță se uită la un colector de canal cald complicat, cu o mulțime de canale de curgere, linii de răcire și componente de montare care încearcă toate să se potrivească în același spațiu. Standardele termice cer ca temperatura să fie aceeași pe galerie, totuși un singur încălzitor nu poate compensa diferențele de pierdere de căldură induse de formă. Răspunsul este să folosiți mai multe încălzitoare cu cartușe pătrate de 6x6mm în locurile potrivite pentru a uniformiza profilul termic. A ști cum să răspândești elementele de încălzire peste o unealtă este ceea ce face ca unele modele să fie bune, iar altele excelente pentru a menține temperatura uniformă.

Principala problemă a instrumentelor sofisticate este împiedicarea căldurii să scape. Fiecare suprafață care este deschisă la aer pierde căldură. Colțurile pierd mai mult decât suprafețele plane, deoarece au o suprafață mai mare în comparație cu volumul. Intenționat, zonele din apropierea conductelor de răcire pierd căldură. Conducția către mașină face ca zonele din jurul feroneriei de montare să piardă căldură. Un singur încălzitor, oricât de priceput este realizat, nu poate compensa aceste diferențe, deoarece poate doar să adauge căldură, nu să o distribuie diferențial pe instrument. Puteți furniza mai multă căldură acolo unde pierderile sunt mai mari și mai puțin acolo unde pierderile sunt mai mici cu mai multe încălzitoare care au zone de control separate.


Dimensiunea mică a cartușelor de încălzire pătrate de 6x6 mm le permite să se potrivească în locuri unde încălzitoarele mai mari nu pot. Acestea se pot încadra în spațiile înguste din jurul vârfurilor duzelor, între canalele de răcire și lângă șuruburile de montare. Proiectanții termici pot pune căldură exact acolo unde este nevoie, deoarece nu trebuie să se bazeze pe conducția căldurii de la un încălzitor aflat la distanță. Această metodă funcționează și mai bine, deoarece formele pătrate conduc mai bine căldura, ceea ce înseamnă că încălzitoarele furnizează energie regiunii din jurul lor mai rapid.

Pentru a vă da seama unde să puneți încălzitorul, mai întâi trebuie să știți cum funcționează instrumentul în ceea ce privește căldura. Colțurile, marginile și orice loc în care unealta are o secțiune transversală mai mică-sunt locuri obișnuite de evacuare a căldurii. Pentru a menține temperatura uniformă, zonele din apropierea canalelor reci sau a circuitelor de răcire au nevoie și de mai multă căldură. Cartografierea acestor zone în care se pierde căldura vă ajută să decideți unde să vă puneți încălzitorul. Scopul este de a potrivi rata de pierdere de căldură locală cu densitatea încălzitoarelor, care este numărul de încălzitoare pe unitate de suprafață.

Este nevoie de calcule matematice precise pentru a înțelege cum să distribuiți puterea pe mai multe încălzitoare. Cantitatea totală de putere necesară este suma pierderilor de căldură și a puterii necesare pentru a încălzi unealta până la temperatura potrivită în timpul potrivit. Pentru a oferi acea putere pe baza modelelor de pierderi de căldură, zonele cu mai multe pierderi de căldură primesc mai multe încălzitoare sau încălzitoare cu mai mulți wați. Utilizarea încălzitoarelor de lungimi diferite în locuri diferite este o tehnică simplă de a schimba puterea de intrare în unele cazuri, fără a fi nevoie să construiți mai multe încălzitoare.

Tehnica de zonare are un efect atât asupra performanței, cât și asupra cât de greu este de guvernat. zonele mai mari vă oferă un control mai mare, dar au nevoie și de mai multe controlere, mai mulți senzori și o programare mai complicată. Având mai puține zone, sistemul este mai ușor de utilizat, dar este posibil să nu poată menține temperatura aceeași. În multe cazuri, funcționează bine să împărțiți unealta în zone în funcție de zonele naturale de temperatură. O zonă poate fi zona din jurul vârfurilor duzei, alta ar putea fi zona centrală a colectorului, iar o a treia ar putea fi marginile exterioare. În fiecare zonă sunt puse un încălzitor sau o combinație de încălzitoare și un senzor de temperatură.

Eficacitatea controlului depinde de locul în care se află senzorii în raport cu încălzitoarele. Dacă un senzor este prea aproape de un încălzitor, acesta va răspunde în mare parte la încălzitor în loc de temperatura din zonă. Unul care este prea departe de un încălzitor poate să nu răspundă rapid și poate lăsa temperatura să se schimbe. Cea mai bună poziție este suficient de aproape de încălzitoare pentru un control rapid și suficient de departe pentru a măsura temperatura reală a instrumentului în loc de temperatura încălzitorului. În sistemele cu mai multe zone, senzorii trebuie plasați astfel încât să poată măsura temperatura fiecărei zone fără a fi afectați de temperatura zonelor de lângă ei.

Distanța dintre încălzitoare dintr-o zonă determină cât de uniformă este temperatura. Dacă încălzitoarele sunt prea îndepărtate, temperatura dintre ele se va schimba. Dacă încălzitoarele sunt prea apropiate unele de altele, acestea irosesc capacitatea de încălzire care poate fi folosită pentru alte lucruri. Conductivitatea termică a materialului sculei decide cât de departe se răspândește căldura de la fiecare încălzitor. Oțelul durează mai mult până când căldura se răspândește, prin urmare încălzitoarele trebuie să fie mai apropiate decât în ​​aluminiu sau cupru, unde căldura se deplasează mai repede. Când utilizați unelte din oțel cu încălzitoare pătrate de 6x6 mm, o separare de 40 până la 60 de milimetri funcționează de obicei bine, cu toate acestea, unele utilizări pot necesita o distanță diferită.

Când aveți mai mult de un încălzitor, trebuie să vă gândiți la cablare și rutare mai mult. În multe cazuri, fiecare încălzitor are nevoie de fire și termocuplu proprii. Devine o problemă de proiectare să manevrezi aceste cabluri fără a sta în calea altor piese de scule. Utilizarea conectorilor care pot fi deconectați rapid facilitează schimbarea matrițelor și întreținerea. Dirijarea cablurilor prin canale care îi protejează împotriva deteriorării atunci când uneltele sunt utilizate evită defecțiunile care s-ar produce din cauza solicitărilor mecanice.

Este nevoie de multă muncă pentru a obține corect sistemul de control pentru aplicațiile cu mai multe-zone. Interacțiunile termice au loc între zone, ceea ce înseamnă că căldura dintr-o zonă poate afecta zonele din apropiere. Un sistem-bine reglat ia în considerare aceste interacțiuni și modifică ieșirea pentru fiecare zonă în funcție de temperatura proprie și de temperaturile zonelor de lângă ea. Aceste interacțiuni sunt gestionate mai bine de controlere avansate cu algoritmi de reglare adaptivă decât de simple comenzi de pornire-oprit sau PID. Banii cheltuiți pentru un control bun se plătesc prin o uniformitate mai bună a temperaturii și o durată de viață mai lungă a încălzitorului.

Când configurați pentru prima dată unealta, trebuie să reglați ieșirile încălzitorului astfel încât temperatura să fie aceeași pe întregul instrument. Setarea tuturor zonelor la același punct de referință și urmărirea schimbărilor de temperatură este de obicei primul pas în această procedură. Puterea crește în zonele reci și scade în cele calde. După câteva încercări, se găsește un echilibru constant care compensează modelele unice de pierdere de căldură ale instrumentului. Pe măsură ce unealta se uzează sau condițiile se schimbă, acest echilibru poate varia, prin urmare poate fi necesar să fie recalibrat din când în când.

Dimensiunea mică a cartușului de încălzire pătrat de 6x6 mm face posibilă realizarea de modele cu mai multe zone, ceea ce nu ar fi posibil cu elemente de încălzire mai mari. Proiectanții termici obțin o uniformitate a temperaturii pe care sistemele unice-de încălzire nu o pot egala prin răspândirea capacității de încălzire în multe părți mici. Rezultatul final este un control mai bun asupra procesului, produse de calitate mai bună și instrumente care durează mai mult. Pentru mașinile complicate în care consistența temperaturii are un efect direct asupra calității ieșirii, investiția în mai multe zone de încălzire se plătește de fiecare dată când faceți ceva.