L'exploració d'infrarojos d'una platina de premsa mostra una temperatura perfectament uniforme durant la fase oberta i inactiva. Però en el moment en què la premsa es tanca i agafa una peça específica, un únic punt calent persistent cobra vida a la superfície. Quan s'obre la premsa, s'esvaeix. Això no és una fallada de l'escalfador intern. És un "fantasma" tèrmic creat per la geometria de la mateixa peça, un dissipador de calor local que només es forma durant la fase d'alta pressió del cicle. Diagnòstic aPlaca de fase de cicle de premsa específica de punt calentrequereix comprendre el canvi de contacte tèrmic entre la platina i la peça de treball, no una fallada del sistema de calefacció.
Per què un punt calent transitori no pot ser una fallada de l'escalfador
Un punt calent convencional causat per un element escalfador que falla-com un cartutx en curtcircuit, un cable calefactor danyat o un relé d'estat sòlid (SSR) enganxat-éscontínua. Apareix sempre que l'escalfador s'engega, independentment de si la premsa està oberta o tancada, i independentment de quina part s'està modelant. Aquest punt calent es manté visible en una imatge tèrmica durant la fase d'inactivitat, durant l'escalfament i durant tot el cicle. Un punt calent que només existeix durant una fase específica de tancament de la premsa i que desapareix quan s'obre la premsa no es pot explicar per un escalfador defectuós. En canvi, apunta a un fenomen tèrmic transitori impulsat per la mateixa peça.
La causa principal: un dissipador de calor induït per una part de la geometria
Quan la premsa es tanca i aplica força de subjecció, la superfície del plat es pressiona contra la part posterior de la peça modelada o escalfada. La peça pot tenir una geometria complexa: costelles, bocs, seccions gruixudes o insercions metàl·liques. En un lloc específic, una característica gruixuda i densa de la peça-per exemple, una protuberància sòlida per a un cargol de muntatge o una costella de reforç pesada-entra en contacte amb la platina amb alta pressió. Això crea una zona localitzada de contacte tèrmic intens. El material de la peça (normalment un polímer, un compost o, de vegades, un metall) en aquesta característica és relativament fred en comparació amb la temperatura de consigna de la platina, especialment al començament del cicle. Aquesta massa freda actua com adissipador de calor local: la calor de la platina entra a la funció de la peça a un ritme molt més elevat que a les zones circumdants on la peça és més fina o té un buit d'aire.
El múscul fred i dens de la peça dibuixa un dit fred concentrat i invisible contra la pell del plat, creant una ombra tèrmica transitòria que el sistema de control no entén.
Resposta confusa del sistema de control
La platina normalment es controla mitjançant un controlador de temperatura PID (proporcional-integral-derivat). Un o més termoparells o RTD estan incrustats a la platina, normalment entre 5 i 15 mm per sota de la superfície. Aquests sensors mesuren latemperatura a granelde la massa del plat. Quan el dissipador de calor localitzat refreda ràpidament la superfície en aquesta característica específica, el termopar situat a una profunditat més profunda no veu immediatament el canvi. El controlador només detecta una caiguda molt petita i lenta de la temperatura mesurada (sovint menys d'1-2 graus). L'algoritme PID, interpretant-ho com una pertorbació de càrrega menor, augmenta la potència a tota la zona de calefacció (que pot ser una gran àrea que cobreixi molts centímetres quadrats). El resultat: la resta de la zona, que no s'està refredant per la característica de la peça, rep un excés de calor i s'escalfa més que el punt de consigna. Es desenvolupa un punt calenten relació a la zona de la pica freda.
En una imatge tèrmica, apareix com un anell o una àrea de temperatura elevada que envolta un punt relativament més fresc (l'àrea de contacte de la característica de la part). El punt calent no és el punt de contacte sinó la regió sobreescalfada que l'envolta.
Pas de diagnòstic 1: correlacioneu el punt calent amb la fase del cicle de premsa
La primera i més important acció de diagnòstic és observar el temps del punt calent. S'utilitza una càmera d'imatge tèrmica o una quadrícula de termoparells de superfície per registrar la temperatura de la superfície del plat durant un cicle complet de premsa. Les observacions següents confirmen un dissipador de calor depenent de la fase del cicle:
El punt calent ésabsentdurant la fase de premsa oberta (inactiu, cap part en contacte).
El punt calentapareix en qüestió de segonsde tancament de premsa i tancament.
El punt calentassoleix la seva màxima intensitatdurant la fase de retenció o refredament del cicle.
El punt calents'esvaeix i desapareixquan s'obre la premsa i es treu la peça.
Si el punt calent segueix aquest patró, gairebé segur que és causat per la geometria de la peça. Si el punt calent persisteix després de l'obertura de la premsa, s'ha d'investigar un escalfador o una fallada elèctrica.
Pas de diagnòstic 2: assigneu la característica de la peça a la ubicació del punt calent de la platina
El següent pas és identificar quina característica específica de la peça entra en contacte amb la platina a la ubicació del punt calent. S'utilitza el dibuix d'enginyeria de la peça o una inspecció física. Les característiques problemàtiques típiques inclouen:
Costelles gruixudes o bosses– Aquests tenen una massa tèrmica elevada i treuen més calor.
Insercions metàl·liques– El metall és molt més conductor que el polímer, actuant com un dissipador de calor eficient.
Seccions primes i no compatibles– Aquests poden permetre que la peça s'inclini i contacti amb la platina només en determinats punts sota pressió.
Gruix de la part desigual– Una secció gruixuda refreda la platina més que una secció prima.
La característica de la peça es compara amb el mapa de zones del plat. Sovint, el punt calent apareix directament davant d'una característica densa i freda de la peça. La funció pot estar a una temperatura inicial més baixa (p. ex., provinent d'una àrea d'emmagatzematge en fred o d'una estació de refrigeració anterior). La diferència de temperatura entre el punt de consigna del plat i la característica de la part entrant impulsa el flux de calor.
Pas de diagnòstic 3: mesura la temperatura de la part entrant
La temperatura de la peça abans que entri en contacte amb la platina es mesura mitjançant un termòmetre de contacte o un sensor d'infrarojos. Si la peça (o una característica específica) és significativament més freda que el punt de consigna de la platina-per exemple, la platina està a 150 graus i la característica de la peça està a 20 graus -existeix un gran gradient tèrmic. Aquest gradient provoca un alt flux de calor instantani a la peça, refredant la superfície de la placa localment. El preescalfament de la peça o la seva característica problemàtica a una temperatura més propera al punt de consigna de la platina sovint elimina o redueix el punt calent.
Pas de diagnòstic 4: utilitzeu la FEA tèrmica per modelar l'efecte transitori
Per a línies de producció complexes o d'alt valor, es pot realitzar una anàlisi tèrmica d'elements finits (FEA) del cicle de premsa. El model FEA inclou:
Propietats tèrmiques del plat (conductivitat tèrmica, calor específica, densitat).
La geometria de la peça i les propietats del material (inclosa la difusivitat tèrmica).
La conductància de contacte entre la peça i el plat en funció de la pressió.
Les condicions límit de temperatura que depenen del temps (escalfament dels cartutxos, pèrdues de calor a l'ambient i flux de calor a la peça).
La simulació prediu la distribució transitòria de la temperatura superficial. Si el model reprodueix el punt calent observat, el diagnòstic es confirma. Aleshores, el FEA es pot utilitzar per provar possibles solucions virtualment.
Distinció d'altres fenòmens de fases del cicle
No tots els punts calents que apareixen durant una fase específica del cicle són causats per dissipadors de calor induïts parcialment. S'han de descartar altres dues condicions:
Un escalfador fallit que només s'activa durant aquesta fase– Algunes premses utilitzen diferents zones de calefacció o diferents nivells de potència durant diferents fases (p. ex., potència més alta durant una fase d'escalfament ràpid). Un escalfador amb un curt parcial només es pot sobreescalfar quan s'aplica una potència elevada. Això es comprova controlant el corrent i la tensió de l'escalfador durant el cicle.
Una connexió de termoparell solta– Un termopar que perd el contacte de manera intermitent durant la vibració de la premsa pot fer que el controlador vegi una temperatura baixa falsa i sobreescalfi la zona. Això es detecta mitjançant l'observació de la lectura de temperatura per a pics o caigudes coincidents amb el moviment de la premsa.
El diferenciador clau per al dissipador de calor induït parcialment és que el punt calent éslocalitzat en una petita àreaicoincideix amb una característica específica de la part.
La solució: modificació del contacte tèrmic o la temperatura de la part
Un cop diagnosticat, hi ha diverses accions correctores disponibles:
Preescalfeu la peça o la característica problemàtica– Acostar la peça a la temperatura del plat redueix el flux de calor inicial. Això es pot fer amb un forn de preescalfament, làmpades d'infrarojos o un transportador escalfat.
Afegiu aïllament local a la placa– Es col·loca un coixinet prim i aïllant tèrmicament (per exemple, una pel·lícula de poliimida o PTFE) a la platina a la zona de contacte. El coixinet redueix la velocitat de transferència de calor sense eliminar el contacte. El coixinet ha de suportar la temperatura i la pressió de la premsa.
Modificar el disseny de la peça– Si és possible, es redissenya la característica gruixuda per reduir la seva massa tèrmica (p. ex., utilitzant una estructura de bresca, afegint un trencament tèrmic o canviant el material per un de menys conductor). Aquesta és una solució a llarg termini per a noves eines.
Ajusteu els paràmetres del cicle de premsa– La reducció de la pressió de tancament en aquest lloc específic (si és possible mecànicament) redueix la conductància del contacte tèrmic. Alternativament, un temps de contacte més curt (reduint la fase de retenció) pot limitar l'extracció de calor.
Torneu a zonificar el control de platina– Si el punt calent és greu i persistent, la zona d'escalfament del plat es pot subdividir. L'àrea afectada té un sensor de temperatura i un circuit de calefacció independents, que permeten una compensació localitzada. Es tracta d'una modernització cara, però pot ser eficaç.
En molts casos, simplement preescalfar la peça al 70-80% de la temperatura de la placa elimina el punt calent sense cap canvi de maquinari.
Exemple pràctic: una peça modelada amb una inserció metàl·lica
Considereu una placa de premsa que funciona a 180 graus per curar una peça composta termoestables. La peça té una inserció de muntatge d'acer inoxidable (un cilindre gruixut) que contacta amb la platina durant la fase final de subjecció. La inserció, procedent d'un alimentador fred, està a 25 graus. En 10 segons després de la fixació, es desenvolupa un punt calent al voltant de la ubicació de la inserció, amb la temperatura de la superfície de la placa que arriba als 200 graus en un anell que envolta la inserció. La inserció en si es manté més fresca (150 graus). El termoparell del controlador, situat a 10 mm de la superfície, mesura només una caiguda d'1 grau i augmenta la potència. La solució: la inserció es preescalfa a 160 graus mitjançant un preescalfador inductiu abans de col·locar la peça a la premsa. El punt calent desapareix. Aquest cas és un exemple de llibre de text d'un punt calent depenent de la fase del cicle causat per un dissipador de calor de geometria de la part.
Conclusió: El trencaclosques tèrmic resolt pel temps i el contacte
Un punt calent transitori que depèn de la fase del cicle en una platina de premsa és un signe clar d'un dissipador de calor induït per la geometria parcial, no d'una fallada de l'escalfador. El diagnòstic es basa en correlacionar l'aspecte del punt calent amb el tancament de la premsa i amb una característica específica de la peça. La imatge tèrmica, la mesura de la temperatura de la part i, opcionalment, la FEA tèrmica confirmen la causa principal. La solució-preescalfar la peça, afegir aïllament local o redissenyar la funció-aborda el canvi de contacte tèrmic entre la platina i la peça de treball. Els problemes tèrmics més difícils són els que només existeixen durant una fracció de segon, sota pressió. En entendre el contacte íntim i transitori entre la platina i la peça, el fantasma tèrmic es pot exorcitzar, restaurant la temperatura uniforme i el control estable del procés.
