Infracrveno skeniranje ploče za presovanje pokazuje savršeno ujednačenu temperaturu tokom neaktivne, otvorene faze. Ali u trenutku kada se presa zatvori i stegne određeni dio, jedna, uporna vruća tačka oživljava na površini. Kada se štampa otvori, ona nestaje. Ovo nije kvar unutarnjeg grijača. To je termalni "duh" stvoren geometrijom samog dijela, lokalni hladnjak koji se formira samo tokom faze visokog pritiska ciklusa. Postavljanje dijagnoze afazna ploča ciklusa presovanja specifične za vruće tačkezahteva razumevanje promenljivog toplotnog kontakta između ploče i radnog komada, a ne kvar sistema grejanja.
Zašto prolazna vruća tačka ne može biti kvar grijača
Konvencionalna vruća tačka uzrokovana neispravnim grijaćim elementom-kao što je kratki uložak, oštećena žica za grijanje ili zaglavljeni poluprovodnički relej (SSR)-jekontinuirano. Pojavljuje se kad god je grijač pod naponom, bez obzira na to da li je presa otvorena ili zatvorena i bez obzira na to koji dio se oblikuje. Takva vruća tačka ostaje vidljiva na termalnoj slici tokom faze mirovanja, tokom zagrevanja i tokom celog ciklusa. Vruća tačka koja postoji samo tokom određene faze zatvaranja prese i nestaje kada se prese otvori ne može se objasniti neispravnim grejačem. Umjesto toga, ukazuje na prolazni termalni fenomen koji pokreće sam dio.
Osnovni uzrok: rashladni element uzrokovan dijelom geometrije
Kada se presa zatvori i primeni silu stezanja, površina ploče se pritisne na poleđinu oblikovanog ili zagrejanog dela. Dio može imati složenu geometriju: rebra, izbočine, debeli profili ili metalni umetci. Na određenoj lokaciji, debela, gusta karakteristika dijela-na primjer, čvrsta izbočina za montažni vijak ili teško rebro za pojačanje- dodiruje ploču pod visokim pritiskom. Ovo stvara lokalizovano područje intenzivnog toplotnog kontakta. Materijal dijela (obično polimer, kompozit ili ponekad metal) na toj osobini je relativno hladan u poređenju sa zadanom temperaturom ploče, posebno na početku ciklusa. Ta hladna masa deluje kao alokalni hladnjak: toplota iz ploče ulazi u karakteristiku dijela mnogo većom brzinom nego u okolna područja gdje je dio tanji ili ima zračni zazor.
Vlastiti hladni, gusti mišić tog dijela privlači koncentrirani, nevidljivi hladni prst na kožu ploče, stvarajući prolaznu toplinsku sjenu koju kontrolni sistem pogrešno razumije.
Zbunjeni odgovor kontrolnog sistema
Ploču tipično kontroliše PID (proporcionalno-integralni-derivativni) regulator temperature. Jedan ili više termoparova ili RTD-ova ugrađeni su u ploču, obično 5-15 mm ispod površine. Ovi senzori mjerezapreminska temperaturamase ploče. Kada lokalizovani hladnjak brzo ohladi površinu na toj specifičnoj osobini, termoelement koji se nalazi na dubljoj dubini ne vidi odmah promenu. Regulator registruje samo veoma mali, spori pad izmerene temperature (često manji od 1-2 stepena). PID algoritam, tumačeći ovo kao manji poremećaj opterećenja, povećava snagu cijele zone grijanja (koja može biti velika površina koja pokriva mnogo kvadratnih centimetara). Rezultat: ostatak zone, koji se ne hladi komponentom, prima višak topline i postaje topliji od zadane vrijednosti. Razvija se vruća tačkau odnosu na područje hladnog sudopera.
Na termalnoj slici, ovo se pojavljuje kao prsten ili oblast povišene temperature koja okružuje relativno hladnije mesto (deo ima kontaktnu površinu). Vruća tačka nije tačka kontakta već pregrejana oblast oko nje.
Dijagnostički korak 1: Povežite vruću tačku sa fazom ciklusa pritiska
Prva i najvažnija dijagnostička radnja je promatranje vremena žarišta. Termovizijska kamera ili mreža površinskih termoparova koristi se za snimanje temperature površine ploče tokom punog ciklusa presovanja. Sljedeća zapažanja potvrđuju hladnjak koji ovisi o fazi ciklusa:
Vruća tačka jeodsutantokom faze otvorenog pritiska (u mirovanju, nijedan dio nije u kontaktu).
Vruća tačkase pojavljuje u roku od nekoliko sekundipresa zatvaranja i stezanja.
Vruća tačkadostiže svoj maksimalni intenzitettokom faze zadržavanja ili hlađenja ciklusa.
Vruća tačkabledi i nestajekada se presa otvori i deo se ukloni.
Ako žarište prati ovaj obrazac, to je gotovo sigurno uzrokovano geometrijom dijela. Ako vruća tačka i dalje postoji nakon otvaranja prese, potrebno je ispitati grejač ili električnu grešku.
Dijagnostički korak 2: Mapirajte karakteristiku dijela na lokaciju vruće tačke ploče
Sljedeći korak je identificirati koja specifična karakteristika dijela dolazi u kontakt sa pločom na mjestu vruće tačke. Koristi se inženjerski crtež dijela ili fizički pregled. Tipične problematične karakteristike uključuju:
Debela rebra ili ivice– Imaju veliku termičku masu i vuku više toplote.
Metalni umetci– Metal je mnogo provodljiviji od polimera, djelujući kao efikasan hladnjak.
Tanke, nepodržane sekcije– Oni mogu dozvoliti da se dio savija i dodiruje ploču samo na određenim mjestima pod pritiskom.
Neujednačena debljina dijela– Debeli presek hladi ploču više od tankog preseka.
Karakteristika dijela se upoređuje sa mapom zona ploče. Često se vruća tačka pojavljuje direktno nasuprot guste, hladne karakteristike dijela. Funkcija može biti na nižoj početnoj temperaturi (npr. dolazi iz hladnjače ili prethodne rashladne stanice). Temperaturna razlika između zadane vrijednosti ploče i karakteristike ulaznog dijela pokreće toplinski tok.
Dijagnostički korak 3: Izmjerite temperaturu ulaznog dijela
Temperatura dijela prije nego što dođe u kontakt sa pločom mjeri se pomoću kontaktnog termometra ili infracrvenog senzora. Ako je dio (ili određena karakteristika) znatno hladniji od zadane vrijednosti ploče-na primjer, ploča je na 150 stepeni, a karakteristika dijela je na 20 stepeni -postoji veliki termalni gradijent. Taj gradijent uzrokuje visok trenutni toplinski tok u dio, lokalno hladeći površinu ploče. Predgrijavanje dijela ili njegove problematične karakteristike na temperaturu bližu zadanoj vrijednosti ploče često eliminira ili smanjuje vruću tačku.
Dijagnostički korak 4: Koristite termalni FEA za modeliranje prolaznog efekta
Za složene ili visokovrijedne proizvodne linije može se izvršiti termička analiza konačnih elemenata (FEA) ciklusa presovanja. FEA model uključuje:
Termička svojstva ploče (toplotna provodljivost, specifična toplota, gustina).
Geometrija dijela i svojstva materijala (uključujući toplinsku difuzivnost).
Kontaktna provodljivost između dijela i ploče kao funkcija pritiska.
Vremenski ovisni temperaturni granični uvjeti (grijanje iz kertridža, gubici topline u okolinu i protok topline u dio).
Simulacija predviđa prolaznu distribuciju površinske temperature. Ako model reproducira uočeno žarište, dijagnoza je potvrđena. FEA se tada može koristiti za virtualno testiranje potencijalnih rješenja.
Razlikovanje od ostalih fenomena ciklusa
Nisu sve vruće tačke koje se pojavljuju tokom određene faze ciklusa uzrokovane djelomično indukovanim hladnjacima. Dva druga uslova treba isključiti:
Grejač koji je u kvaru uključen samo u toj fazi– Neke prese koriste različite zone zagrevanja ili različite nivoe snage tokom različitih faza (npr. veća snaga tokom faze brzog zagrevanja). Grijač s djelomičnim kratkim spojem može se pregrijati samo kada se primjenjuje velika snaga. To se provjerava praćenjem struje i napona grijača tokom ciklusa.
Labav spoj termoelementa– Termopar koji povremeno gubi kontakt tokom vibracije pritiska može uzrokovati da kontroler vidi lažno nisku temperaturu i pregrije zonu. Ovo se detektuje posmatranjem očitavanja temperature za skokove ili padove koji se podudaraju sa kretanjem štampe.
Ključna razlika između djelimično izazvanog hladnjaka je to što je vruća tačkalokalizovan na malom područjuipoklapa se sa specifičnom karakteristikom dela.
Popravka: Promjena termičkog kontakta ili temperature dijela
Nakon postavljanja dijagnoze, dostupno je nekoliko korektivnih radnji:
Prethodno zagrijte dio ili problematičnu funkciju– Približavanje dijela temperaturi ploče smanjuje početni toplinski tok. To se može učiniti pomoću pećnice za prethodno zagrijavanje, infracrvenih lampi ili grijanog transportera.
Dodajte lokalnu izolaciju na ploču– Tanka, termoizolaciona podloga (npr. poliimid ili PTFE film) se postavlja na ploču na mestu kontakta. Jastučić smanjuje brzinu prijenosa topline bez eliminisanja kontakta. Podloga mora izdržati temperaturu i pritisak presa.
Izmijenite dizajn dijela– Ako je moguće, debeo element je redizajniran kako bi se smanjila njegova termička masa (npr. korištenjem strukture saća, dodavanjem termičkog prekida ili promjenom materijala na manje provodljiv). Ovo je dugoročno rješenje za nove alate.
Podesite parametre ciklusa presovanja– Smanjenje pritiska stezanja na toj specifičnoj lokaciji (ako je mehanički moguće) smanjuje provodljivost toplotnog kontakta. Alternativno, kraće vrijeme kontakta (smanjenje faze zadržavanja) može ograničiti ekstrakciju topline.
Ponovno zonirajte kontrolu ploče– Ako je vruća tačka jaka i uporna, zona grijanja ploče može se podijeliti. Zahvaćenom području se daje vlastiti nezavisni temperaturni senzor i krug grijača, što omogućava lokaliziranu kompenzaciju. Ovo je skupa rekonstrukcija, ali može biti efikasna.
U mnogim slučajevima, jednostavno predgrijavanje dijela na 70-80% temperature ploče eliminira vruću tačku bez ikakvih promjena hardvera.
Praktični primjer: Izliveni dio s metalnim umetkom
Zamislite ploču za presovanje koja radi na 180 stepeni za očvršćavanje termoreaktivnog kompozitnog dela. Dio ima montažni umetak od nehrđajućeg čelika (debeli cilindar) koji dolazi u kontakt sa pločom tokom završne faze stezanja. Umetak, koji dolazi iz hladne hranilice, je na 25 stepeni. U roku od 10 sekundi od stezanja, oko lokacije umetka se razvija vruća tačka, pri čemu temperatura površine ploče dostiže 200 stepeni u prstenu koji okružuje umetak. Sam umetak ostaje hladniji (150 stepeni). Termoelement kontrolera, koji se nalazi 10 mm od površine, meri pad od samo 1 stepen i povećava snagu. Popravka: umetak se prethodno zagreva na 160 stepeni pomoću induktivnog predgrejača pre nego što se deo stavi u prešu. Vruća tačka nestaje. Ovaj slučaj je školski primjer vruće tačke zavisne od faze ciklusa uzrokovane hladnjakom geometrije dijela.
Zaključak: Termička zagonetka riješena vremenom i kontaktom
Prolazna vruća tačka koja zavisi od faze ciklusa na ploči za presovanje je jasan znak hladnjaka izazvanog delimičnom geometrijom, a ne kvara grejača. Dijagnostika se oslanja na korelaciju izgleda vruće tačke sa presa zatvaranjem i sa specifičnom karakteristikom dijela. Termička slika, mjerenje temperature dijela i opciono termalni FEA potvrđuju osnovni uzrok. Rješenje-predgrijavanje dijela, dodavanje lokalne izolacije ili redizajn funkcije- rješava promjenjivi termički kontakt između ploče i radnog komada. Najteži termalni problemi su oni koji postoje samo djelić sekunde, pod pritiskom. Razumijevanjem intimnog, prolaznog kontakta između ploče i dijela, termalni duh se može istjerati, vraćajući ujednačenu temperaturu i stabilnu kontrolu procesa.
