Kokia yra maksimali saugi aliuminio ir nerūdijančio plieno kaitinimo plokščių darbo temperatūra?

Aliuminis negali būti naudojamas kaitinimo plokštėms, kurios turi pasiekti 300 C. Jis susisuktų ir deformuotųsi net esant menkiausiam spaudimui. Jei siekiate didesnio karščio diapazono, svarbu žinoti tipiškų plokščių medžiagų temperatūros lubas. Kaitinimo plokštės naudojamos laminavimui, kompozitiniam kietėjimui, stiklo formavimui ir karštam presavimui. Šioje srityje dominuoja dvi medžiagos – aliuminis (lengvas, laidus ir pigus) ir nerūdijantis plienas (tvirtas, patvarus ir atsparus karščiui). Tai iš esmės yra temperatūros tarp jų pasirinkimas. Žinant maksimalias saugias aliuminio nerūdijančio plieno plokščių temperatūros ribas, garantuojama, kad plokštė gali išlaikyti nustatytosios temperatūros temperatūrą ir mechanines apkrovas, taikomas apdorojimo metu.

Aliuminio plokštės Vidutinio{0}}šilumos darbo arkliukas
Aliuminis turi didelį šilumos laidumą (200–250 W/m·K lydiniams, tokiems kaip 6061), todėl greitai įkaista-ir temperatūra yra vienoda. Jis taip pat yra mažo svorio ir lengvai apdirbamas iki sudėtingų konstrukcijų su įmontuotais šildytuvo kanalais arba termoporos šuliniais. Tačiau aliuminio Achilo kulnas yra stiprumo praradimas esant aukštai temperatūrai.

Temperatūros ir mechaninio elgesio riba
Daugumos aliuminio lydinių, pvz., 6061-T6, populiariausio plieno lydinio, maksimali saugi nepertraukiamo veikimo temperatūra yra apie 200 laipsnių (392 laipsniai F). Peržengus šią ribą, medžiaga pradeda atkaitinti; kritulių grūdinta mikrostruktūra pamažu tirpsta ir lydinys netenka savitumo. Dėl to smarkiai sumažėja takumo riba ir kietumas . 6061 aliuminis, esant 250 C temperatūrai, yra mažesnis nei 50 % jo kambario temperatūros takumo ribos Esant tik 1–2 MPa (apie 150–300 psi) spaudimo įtempiams, plokštelė gali būti visam laikui deformuota (nusilenkti, pasilenkti arba susidaryti paviršiaus įdubimai, pažeidžiantys kontakto vienodumą).

Praktikoje aliuminio plokštės retai naudojamos laikančiosiose sistemose, kurių apkrova viršija 180 laipsnių. Kai kurių konstrukcijų kampas gali siekti 220 laipsnių, jei reikia mažos neapkrautos plokštės (pvz., kontaktinis šildymas be išorinės jėgos), tačiau vis tiek yra galimybė pakeisti matmenis.

PTFE dangos neatitikimas
PTFE (politetrafluoretilenas) naudojamas kaip daugelio aliuminio kaitinimo plokščių danga, kad būtų užtikrintas nepridegantis paviršius. PTFE gali būti naudojamas nuolat, esant maždaug 500 laipsnių F (260 laipsnių) temperatūrai. Aliuminio substratas neišgyveno 260 laipsnių kampu. Nustatyta, kad PTFE danga išliko ant aliuminio pagrindo 260 laipsnių kampu. Nesvarbu, kiek danga gali užtrukti, visas procesas turi kietas lubas, kurias lemia plokštės medžiagos temperatūros riba. Jei temperatūra viršija 200 laipsnių, reikalingas plienas, net jei procesas reikalauja nepridegančio paviršiaus (plienas taip pat gali būti padengtas PTFE, tačiau sukibimas yra sunkiau).

Aliuminio terminis plėtimasis
Aliuminis turi gana aukštą šiluminio plėtimosi koeficientą (apie 23 x 10^-6 / C 6061). 300 mm ilgio aliuminio plokštė, kaitinama nuo 20 iki 200 laipsnių, išsiplečia apie 1,2 mm. Šis išsiplėtimas turi būti kompensuojamas naudojant tvirtinimo angas, kreipiamuosius bėgius arba lanksčias jungtis. Neužtikrinus šiluminės plėtros, šildytuvai gali sulinkti arba sugesti.

Nerūdijančio plieno plokštės: aukštos temperatūros darbinis arkliukas
Esant aukštesnei nei 250 laipsnių temperatūrai, pirmenybė teikiama nerūdijančiam plienui, ypač 304 ir 316 austenitiniam plienui. Plienas išlaiko didžiąją dalį savo mechaninių savybių iki 400 C ir daugiau. be to, riba priklauso nuo lydinio ir leistino įtempio.

Temperatūros ribos reprezentatyvioms klasėms
Medžiagos maksimali saugi eksploatavimo temperatūra (nepertraukiama) Pastabos
Aliuminis 6061-T6 200 laipsnis (392 laipsniai F) Stiprumas greitai mažėja virš 180 laipsnių Aliuminis 7075-T6 130 laipsnis (266 laipsniai F) Žemutinė temperatūros riba dėl įtempių korozijos problemų
Nerūdijančio plieno 304 800 laipsnis (1472 laipsniai F) Praktinė plokštės riba ~500 laipsnių dėl šildytuvo ir izoliacijos ribų
Nerūdijančio plieno 316 800 laipsnis (1 472 F) Panašus į 304; Geresnis atsparumas chloridui
Nerūdijantis plienas 430 (feritinis) 750 laipsnių (1382 laipsnių F) Mažesnė kaina, mažiau formuojamas
Įrankis Plienas H13 550 laipsnis (1022 laipsniai F) Grūdintas, atsparus dilimui-; karštasis štampavimas
Šildymo plokščių praktinę maksimalią saugią nerūdijančio plieno temperatūrą paprastai riboja ne pats plienas, o kaitinimo elementai, izoliacija ir termoporos medžiagos. Nerūdijančio plieno plokštes galima saugiai eksploatuoti 400 -500 laipsnių (750-930 laipsnių F) temperatūroje, jei jose įrengti tinkami vidiniai šildytuvai (pvz., mineraliniai -izoliuoti metaliniu apvalkalu komponentai) ir aukštos temperatūros izoliacija (pvz., keraminis pluoštas arba žėrutis). Kai kuriose specialiose stiklo formavimo plokštėse naudojami Inconel dengti šildytuvai ir aukštos kokybės izoliacija, siekianti iki 650 laipsnių.

Stiprumo išlaikymas aukštoje temperatūroje
AISI 304 nerūdijantis plienas išlaiko maždaug 70% kambario temperatūros takumo ribą esant 500 laipsnių. Kitaip tariant, plokštelė, sukurta 50 tonų spaudimo jėgai esant aplinkos temperatūrai, vis tiek galės valdyti apie 35 tonas 500 laipsnių kampu. Aliuminis, priešingai, išlaiko tik 10–20% savo stiprumo 250 laipsnių kampu. Plienas yra tinkamiausia medžiaga esant aukštesnei nei 250 laipsnių temperatūrai, nes jis nešliaužia ir neatkaitina esant normaliam pramoninio preso slėgiui.

Dėlionė dėl šilumos laidumo
Pagrindinis nerūdijančio plieno trūkumas yra jo prastas šilumos laidumas. 304 tipo plienas, kurio kambario temperatūros šilumos laidumas yra maždaug 15 W/m·K, 500 laipsnių temperatūroje yra apie 18 W/m·K. Tai yra maždaug 10–12 kartų mažiau nei aliuminio. Kaip rezultatas:

Kad būtų išvengta šaltų dėmių, šildytuvo elementai turi būti dedami žymiai arčiau vienas kito (pvz., . 30–50 mm, o ne 80–100 mm aliuminiui).

Šiluminiai gradientai visoje plokštelėje išlyginami ilgiau, todėl šildymo zonos turi būti kruopščiai suprojektuotos, o plokščių korpusai turi būti storesni, kad paskirstytų šilumą.

To paties šildytuvo galios padidinimo laikotarpis yra daug ilgesnis.

Daug aukštos temperatūros nerūdijančio plieno plokščių yra viduje išgręžta kasetiniams šildytuvams arba įliejama į šildytuvus, kad būtų kompensuota, ir jose gali būti kelios nepriklausomos šildymo zonos su atskirais valdikliais.

Kitos materialinės problemos
Šiluminis plėtimasis
Nerūdijantis plienas plečiasi maždaug 17 × 10⁻⁶ / laipsniu (304 klasė), o tai yra mažiau nei aliuminis, bet vis tiek reikšmingas. 300 mm plieninė plokštė, pašildyta iki 500 laipsnių, išsiplės maždaug 2,4 mm (nuo 20 laipsnių). Tai turi būti kompensuojama lanksčiomis tvirtinimo arba slankiojančiomis atramomis. Plieninių plokščių ir plieninių presuojamų rėmų išsiplėtimo greičiai labai nesiskiria, tačiau jei plieninė plokštelė montuojama į aliuminio rėmą (taip daroma retai), reikia kruopštaus planavimo.

Atsparumas korozijai
Aliuminis ir nerūdijantis plienas turi gerą atsparumą korozijai daugelyje nustatymų, tačiau nerūdijantis plienas yra daug geresnis esant drėgmei, cheminėms medžiagoms ar oksiduojantis aukštoje temperatūroje. Aliuminis turi oksido sluoksnį, kuris apsaugo metalą, tačiau šis sluoksnis gali susilpnėti aukštoje temperatūroje arba rūgštinėje/šarminėje aplinkoje. Nerūdijantis plienas yra geriausias pasirinkimas su maistu -liečiantiems, medicininiams ar cheminiams procesams skirtoms plokštelėms, ypač kai naudojamos valymo priemonės.

Apdirbamumas ir kaina
Aliuminis yra nebrangus (maždaug 3-5 kartus pigesnis nei 304 nerūdijantis plienas) ir daug lengviau apdirbamas. Mažos valdomos aliuminio drožlės. Nerūdijančiam plienui, kietėjančiam guminiu būdu, reikia mažesnio pjovimo greičio ir tvirtesnių įrankių. Tai reiškia, kad prototipai ir pritaikytos plokštės tampa pigesnės iš aliuminio – tol, kol temperatūros reikalavimai neviršija nustatytų ribų.

Plokštės su danga ir temperatūros neatitikimu
PTFE or fluoropolymer coatings are typically used when a non-stick surface is required (e.g. for curing epoxy prepregs or moulding thermoplastics). The highest continuous temperature of these coatings is 260–290 °C for ordinary grades (some high performance fluoropolymers approach 300 °C). A PTFE coated aluminium platen can not be utilised over 200°C since the aluminium fails first. A stainless steel platen with PTFE coating may be utilised up to the limit of the coating (260°C) however the steel is over specified for that temperature. Permanent PTFE coatings are not used in applications requiring both high temperature (>250 laipsnių) ir nepridegantį paviršių; šiose srityse naudojamos kitos atskyrimo sistemos (silikonu padengtos atpalaidavimo lakštai arba plikas poliruotas plienas su atpalaiduojančiu purkštuvu).

Praktiniai atrankos kriterijai
Reikalinga maksimali plokštelės temperatūraRekomenduojama skaityti
Iki 150 laipsnių Aliuminis 6061 (tinka, greita šiluminė reakcija)
150–200 laipsnių aliuminis 6061 su apkrovos mažinimu; nerūdijančio plieno, jei reikia stiprių spaudimo jėgų
200–250 laipsnių nerūdijantis plienas (304 arba 316) – aliuminis pavojingas
Nerūdijantis plienas (304, 316, 430) nuo 250 laipsnių iki 500 laipsnių
Virš 500 laipsnių C Specialūs šildytuvai (apdengti Inconel) arba keraminės plokštės, nerūdijantis plienas
Abstraktus
Aliuminio ir nerūdijančio plieno pasirinkimas šildymo plokštėms tikrai yra temperatūros problema. Aliuminis yra tinkamas maždaug 200 laipsnių C temperatūrai, kad būtų greitas įkaitinimas, didelis homogeniškumas, maža kaina ir lengvas apdirbimas. Tačiau šioje temperatūroje jis suminkštėja ir deformuojasi veikiant stresui.