वैक्यूम प्रेस के लिए हीटिंग प्लेटिन का चयन कैसे करें जिसके लिए तेजी से हीट-अप और कूल-डाउन चक्र की आवश्यकता होती है?

एक विशेष वैक्यूम प्रेस को एक उच्च मूल्य वाले थर्माप्लास्टिक मिश्रित हिस्से को ढालना और ठीक करना चाहिए, जो 50 डिग्री के तापमान से 400 डिग्री के तापमान तक चलता है और मिनटों में फिर से वापस आ जाता है। तेल से गर्म किया गया एक क्लासिक, बड़ा, स्टील प्लेट एक थर्मल बाधा होगा - गर्म होने और ठंडा होने में बहुत लंबा समय लगता है। त्वरित थर्मल साइकलिंग एक प्लैटन डिज़ाइन द्वारा सक्षम की जाती है जो थर्मल द्रव्यमान को कम करती है और हीटिंग और कूलिंग के बीच संपर्क को अधिकतम करती है। एक प्रमुख उम्मीदवार एक हल्की एल्युमीनियम प्लेट होती है, जिसमें कास्ट की एक श्रृंखला होती है, जिसमें {{6}उच्च {7}वाट के घनत्व वाले हीटर होते हैं और वैक्यूम के स्वच्छ गैर-संवहनी वातावरण में सीधे ड्रिल किए गए पानी के शीतलन चैनलों का एक नेटवर्क होता है।

यह पेपर सामग्री, हीटिंग और कूलिंग के एकीकरण, वैक्यूम अनुकूलता और सत्यापन पद्धतियों पर विचार करते हुए हीटिंग प्लैटन वैक्यूम प्रेस त्वरित चक्र के चयन के लिए एक व्यवस्थित पद्धति का प्रस्ताव करता है।

वैक्यूम में तीव्र चक्रण के लिए एल्युमीनियम को क्यों प्राथमिकता दी जाती है?
त्वरित प्रतिक्रिया के लिए कम तापीय द्रव्यमान
एल्युमीनियम को उसके कम घनत्व (लगभग 2700 किग्रा/घन मीटर) और मध्यम विशिष्ट ताप (लगभग 0.90kJ/(किग्रा·K)) के लिए चुना जाता है। वजन के संदर्भ में, एक एल्यूमीनियम प्लेट किसी दिए गए प्लेटन आकार के लिए स्टील प्लेट का लगभग एक तिहाई है। प्रति इकाई क्षेत्र की तापीय क्षमता तदनुसार कम हो जाती है, अर्थात समान हीटर आउटपुट के लिए एल्यूमीनियम प्लेट स्टील की तुलना में लगभग तीन गुना तेजी से गर्म होती है। यदि, इसके विपरीत, शीतलन लागू किया जाता है, तो संग्रहित गर्मी अधिक तेजी से नष्ट हो जाती है क्योंकि हटाने के लिए कम ऊर्जा होती है।

एक थर्मल एथलीट, एल्युमीनियम प्लेटन में एक हल्का, फुर्तीला शरीर, एक शक्तिशाली, तेज धड़कन वाला दिल और ठंडी नसों का एक नेटवर्क होता है, जो ठंड से गर्म और वापस आने के लिए अथक रूप से बनाया गया है।

आउटगैसिंग और हूवर अनुकूलता
वैक्यूम प्रेस (आमतौर पर 1 एमबार) के साथ एक महत्वपूर्ण मुद्दा सामग्री का बाहर निकलना है। मानक एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं से नमी, हाइड्रोकार्बन और ऑक्साइड उत्सर्जित हो सकते हैं। हूवर सेवा के लिए उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाना चाहिए जो हूवर के अनुकूल हो। जब ठीक से साफ किया जाता है और वैक्यूम-बेक किया जाता है, तो टी6 टेम्परेचर में 6061 या 5083 जैसे ग्रेड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सतह पर अनायास बनने वाली एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत स्थिर और कम गैस उत्सर्जन वाली होती है। निर्वात कक्ष के अंदर किसी भी पेंट, कोटिंग या एनोडाइज्ड परत की अनुमति नहीं है क्योंकि वे अस्थिरता बनाए रखते हैं।

इंटीग्रेटेड हीटिंग, कास्ट-हाई{{1}वाट-डेंसिटी हीटर में
हीटर्स में कास्ट को क्यों प्राथमिकता दी जाती है:
हीटर और प्लैटन के बीच थर्मल संपर्क तेजी से गर्म होने के लिए जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए। एयर गैप या दबाए गए -फिट कार्ट्रिज हीटर संपर्क प्रतिरोध का कारण बनते हैं, जो गर्मी हस्तांतरण में बाधा डालता है और तापमान में गिरावट का परिणाम होता है। सबसे अच्छा समाधान ट्यूबलर हीटर को सीधे एल्यूमीनियम बॉडी में डालना है। इस प्रक्रिया में हीटर (आमतौर पर इंकोलॉय{{4}शीथेड, उच्च {{5}वाट-घनत्व वाले तत्व) को कास्टिंग मोल्ड में स्थापित किया जाता है और पिघला हुआ एल्यूमीनियम उनके चारों ओर डाला जाता है। हीटर शीथ के निकट संपर्क में एल्युमीनियम जम जाता है, जिससे एक शून्य मुक्त, कम प्रतिरोध वाला थर्मल इंटरफ़ेस बनता है।

लगाए गए सभी हीटर पूरी तरह से बंद होने चाहिए और उनमें कोई खाली जगह नहीं होनी चाहिए। हीटर और एल्यूमीनियम के बीच कोई भी सरंध्रता या अंतर थर्मल इंसुलेटर के रूप में काम करता है और स्थानीय ओवरहीटिंग और प्रभावी गर्मी हस्तांतरण दर में कमी की ओर जाता है। कास्टिंग के बाद एनकैप्सुलेशन की अखंडता की जांच एक्स-रे या अल्ट्रासोनिक निरीक्षण द्वारा की जाती है।

त्वरित पावर इनपुट के लिए उच्च वाट घनत्व
तेज ताप की दर (मान लीजिए 50 डिग्री प्रति मिनट या उससे अधिक) के लिए हीटर का वाट घनत्व अधिक होना चाहिए। एल्युमीनियम के लिए मानक कार्ट्रिज हीटर 10-15 डब्लू/सेमी2 तक सीमित हैं, लेकिन विशेष रूप से डिजाइन किए गए ट्यूब हीटर 20-30 डब्लू/सेमी2 या इससे अधिक पर चल सकते हैं क्योंकि एल्युमीनियम कास्टिंग उत्कृष्ट गर्मी वितरण की अनुमति देती है और म्यान से गर्मी को कुशलतापूर्वक समाप्त करती है। हालाँकि, उच्च कामकाजी तापमान (300 डिग्री से अधिक) पर शीथ को अधिक गर्म होने से बचाने के लिए वाट घनत्व को कम किया जाना चाहिए। 400 डिग्री लक्ष्य के लिए इंकोलॉय शीथ (750 डिग्री पर रेटेड) की आवश्यकता होती है और वाट घनत्व 20 डब्ल्यू/सेमी 2 तक रखा जाता है।

ज़ोनिंग और हीटर लेआउट
बेहतर तापमान नियंत्रण की अनुमति देने और किनारे के नुकसान की भरपाई के लिए प्लेटन को कई स्वतंत्र हीटिंग ज़ोन के साथ डाला जाता है। आमतौर पर, एक कोर ज़ोन मुख्य कार्य स्थान को घेरता है, सीमाओं पर गर्मी के नुकसान की भरपाई के लिए परिधि ज़ोन थोड़ा अधिक गर्म होता है। एक समान ताप प्रवाह बनाने के लिए हीटरों को सर्पीन या ग्रिड विन्यास में व्यवस्थित किया जाता है। थर्मल परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) का उपयोग रिक्ति और बिजली वितरण को अनुकूलित करने के लिए किया जाता है।

इंटीग्रेटेड कूलिंग: वॉटर पाथवे डायरेक्ट
कूलिंग चैनल कामकाजी सतह के करीब ड्रिल किए गए
तेजी से ठंडा करने के लिए आपको गर्मी को अच्छी तरह से खत्म करना होगा। सबसे अच्छा तरीका है प्लेटिन में ड्रिल किए गए चैनलों के माध्यम से सीधे ठंडा तरल पदार्थ (आमतौर पर पानी) प्रसारित करना। ये चैनल काम की सतह के जितना संभव हो उतना करीब स्थित होते हैं, आमतौर पर शीर्ष सतह से 5-15 मिमी के भीतर, जिससे वर्कपीस से गर्मी को तेजी से निकालने की अनुमति मिलती है। चैनल आमतौर पर समानांतर या सर्पिल डिजाइन में ड्रिल किए जाते हैं और बाहरी मैनिफोल्ड्स से जुड़े होते हैं।

वैक्यूम प्रेस की शीतलन जल प्रणाली बिल्कुल सीलबंद और रिसाव मुक्त होनी चाहिए। वैक्यूम चैम्बर में लीक होने वाले किसी भी पानी से तत्काल प्रक्रिया विफल हो सकती है और वैक्यूम पंपों को संभावित नुकसान हो सकता है। इसलिए प्लेटन डालने के बाद कूलिंग चैनलों को मशीनीकृत (ड्रिल) किया जाता है और चैनलों के सिरों को वेल्डेड प्लग या वैक्यूम रेटेड फिटिंग के साथ सील कर दिया जाता है। संपूर्ण शीतलन सर्किट का हीलियम रिसाव परीक्षण 1 x 10-8 mbar.L/s से कम दर पर किया जाता है।

शीतलन दर की समस्याएँ
संभावित शीतलन दर जल प्रवाह दर, प्रवेश द्वार पर तापमान और एल्युमीनियम की तापीय चालकता (6061 के लिए लगभग 167 W/(m·K)) पर निर्भर है। काम की सतह से शीतलन चैनलों तक गर्मी को तेजी से स्थानांतरित करने में सहायता के लिए एल्यूमीनियम में महान चालकता होती है। उचित रूप से इंजीनियर किए गए चैनलों के साथ, मोटाई के आधार पर 400 डिग्री प्लेट को 5-10 मिनट में 100 डिग्री तक ठंडा किया जा सकता है।

सबसे तेज़ चक्र उच्च प्रवाह दर (अशांत प्रवाह) पर पानी को ठंडा करने का उपयोग करते हैं और यह पहले से ठंडा हो सकता है (उदाहरण के लिए 10-20 डिग्री तक)। हालाँकि, एल्यूमीनियम के थर्मल शॉक प्रतिरोध पर ध्यान दिया जाना चाहिए। उच्च तापमान से तेजी से ठंडा होने से थर्मल स्ट्रेन हो सकता है। डिज़ाइन को तेजी से शमन के बजाय नियंत्रित रैंप डाउन की अनुमति देनी चाहिए।

मैकेनिकल और थर्मल डिज़ाइन का सत्यापन
युद्ध और तनाव की भविष्यवाणी के लिए थर्मल एफईए
तेजी से गर्म करने और ठंडा करने के चक्र के कारण प्लेट के अंदर काफी तापमान में गिरावट आती है, जिससे थर्मल विस्तार बेमेल और आंतरिक तनाव होता है। यदि ये तनाव एल्यूमीनियम की उपज शक्ति (जो उच्च तापमान पर गिरता है) से अधिक हो जाता है तो प्लेटन स्थायी रूप से विकृत हो सकता है। थर्मल एफईए का उपयोग मानक चक्र के दौरान क्षणिक तापमान वितरण को मॉडल करने के लिए किया जाता है। विश्लेषण का अनुमान है कि:

अधिकतम तापमान प्रवणता (उदाहरण के लिए कामकाजी सतह और पीछे की ओर के बीच)।

परिणामी विक्षेपण और तापीय तनाव।

थर्मल शॉक को कम करने के लिए पानी को पहले से गर्म करने या चरणबद्ध तरीके से ठंडा करने की आवश्यकता होती है।

एफईए के परिणामों का उपयोग ग्रेडिएंट्स को कम करने के लिए हीटर और कूलिंग चैनलों की स्थिति को अनुकूलित करने के लिए किया जाता है। झुकने को कम करने के लिए प्लेट को सममित (हीटर और चैनल पैटर्न मध्य तल के बारे में प्रतिबिंबित) बनाया जाता है।

हीलियम रिसाव परीक्षण
इसके विपरीत, वैक्यूम प्रेस एक उच्च वैक्यूम (आमतौर पर 0.1 एमबार) पर काम करता है और प्लेटन में कोई भी रिसाव, या तो कास्टिंग शून्य से जो सतह से जुड़ा होता है या कूलिंग चैनल में वेल्ड से विनाशकारी होगा। निर्माण के बाद संपूर्ण प्लेटन असेंबली का हीलियम रिसाव परीक्षण किया जाता है। प्लेटन को निर्वात कक्ष में रखा जाता है या हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर से जोड़ा जाता है। हीलियम को सभी संभावित रिसाव चैनलों (हीटर समाप्ति, कूलिंग चैनल प्लग, सेंसर पोर्ट) के आसपास इंजेक्ट किया जाता है। रिसाव दर एक निश्चित सीमा से कम होनी चाहिए, आम तौर पर उच्च - वैक्यूम अनुप्रयोगों 1×10−81×10−8 mbar·L/s के लिए।

उच्च तापमान शक्ति के लिए सामग्री का चयन
मानक एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ (जैसे 6061-टी6) 400 डिग्री पर अपनी ताकत का एक बड़ा हिस्सा खो देती हैं। T6 का स्वभाव हल्का और पुराना कर दिया गया है। 250 डिग्री से ऊपर निरंतर संचालन के लिए अधिक तापीय रूप से स्थिर मिश्र धातु की आवश्यकता होती है। या AA 2618 या AA 2219 .ये अवक्षेपण को सख्त करने वाली मिश्रधातुएँ हैं। वे ऊंचे तापमान पर बेहतर ताकत बनाए रखते हैं। वैकल्पिक रूप से तांबे और मैग्नीशियम के अतिरिक्त (जैसे 354 या 355) के साथ एक वैक्यूम कास्ट एल्यूमीनियम सिलिकॉन मिश्र धातु को नियोजित किया जा सकता है। चयनित मिश्र धातु उन तत्वों (जैसे जस्ता या सीसा) से भी मुक्त होनी चाहिए जो निर्वात में गैस छोड़ते हैं।

अन्य घटक और एकीकरण
तापमान सेंसर
तेज़ चक्रों के सटीक नियंत्रण के लिए प्लेटन को कई प्रकार के K या N थर्मोकपल से सुसज्जित किया गया है। उन्हें कामकाजी सतह के साथ-साथ शीतलन चैनलों के करीब स्थित होना चाहिए। थर्मोकपल के लिए वैक्यूम उपयुक्त, खनिज इंसुलेटेड मेटल शीथ (इंकोनेल या स्टेनलेस स्टील) और वैक्यूम चैम्बर के बाहर सीलबंद फीडथ्रू की आवश्यकता होती है।

हीटर और कूलिंग लाइन वैक्यूम फीडथ्रू
हीटरों की सभी विद्युत शक्ति और शीतलन के लिए सभी तरल लाइनों को निर्वात कक्ष की दीवार के माध्यम से भली भांति बंद करके प्रवाहित किया जाना चाहिए। विद्युत हीटर मल्टी-पिन सिरेमिक सीलबंद कनेक्टर का उपयोग करते हैं। जल शीतलन के लिए वेल्डेड धौंकनी या संपीड़न प्रकार की वैक्यूम फिटिंग (जैसे वीसीआर या कॉनफ्लैट) की आवश्यकता होती है। हीलियम रिसाव के लिए भी इन फीडथ्रू की जांच की जाएगी।

थर्मल इन्सुलेशन और विकिरण सुरक्षा।
निर्वात में, ऊष्मा का स्थानांतरण केवल ठोस संपर्कों के माध्यम से विकिरण और संचालन द्वारा होता है। वैक्यूम चैम्बर की दीवारों पर गर्मी के नुकसान को कम करने और संवेदनशील घटकों की सुरक्षा के लिए प्लेटन के चारों ओर विकिरण ढाल (पॉलिश स्टेनलेस स्टील या एल्यूमीनियम शीट) स्थापित की जाती हैं। प्रवाहकीय ताप हानि को कम करने के लिए प्लेटन को कम तापीय चालकता (जैसे, सिरेमिक या PEEK) के स्टैंडऑफ़ पर समर्थित किया जाता है।

आसान चयन चेकलिस्ट
तेजी से गर्म करने के लिए ऊपर और नीचे ठंडा करने के चक्र के साथ वैक्यूम प्रेस के लिए हीटिंग प्लेट को डिजाइन करते समय निम्नलिखित मापदंडों को प्रलेखित किया जाना चाहिए:

पैरामीटर विशिष्ट मान/आवश्यक
प्लैटन सामग्री एल्यूमीनियम मिश्र धातु वैक्यूम के साथ उपयुक्त (उदाहरण के लिए . 2618, 2219 या 6061 उच्च - तापमान अनुमोदन के साथ)
हीटर का प्रकार कास्ट इन, इंकोलॉय {{0}शीथेड, उच्च {{1}वाट -घनत्व (400 डिग्री पर 20 डब्लू/सेमी2 से कम या उसके बराबर)
हीटर एनकैप्सुलेशन शून्य मुक्त, एक्स - रे या अल्ट्रासोनिक निरीक्षण मान्य
कूलिंग चैनल: ड्रिल किया हुआ, कामकाजी सतह से 5-15 मिमी नीचे, पानी से ठंडा किया हुआ
अधिकतम कार्य तापमान 400 डिग्री (या आवश्यकतानुसार)
लक्ष्य ऊष्मा की अधिकतम दर, उदाहरण के लिए, अधिकतम 2 डिग्री/मिनट, 50 डिग्री से 400 डिग्री तक
लक्ष्य शीतलन की दर को कम करने की दर जैसे कि. 30 डिग्री/मिनट 400 डिग्री से 100 डिग्री (जल शीतलन)
रिसाव दर < 1×10⁻8 mbar L/s (वह रिसाव परीक्षण)
तापमान प्रवणता और तनाव को निर्धारित करने के लिए थर्मल एफईए का सत्यापन आवश्यक है
तापमान सेंसर एकाधिक क्षेत्र, खनिज -अछूता थर्मोकपल (प्रकार K या N)
वैक्यूम फीडथ्रू हीलियम रिसाव की भली भांति जांच की गई
निष्कर्ष: थर्मल चपलता के लिए एकीकृत डिजाइन
एक एकीकृत, अंतरंग हीटिंग और शीतलन प्रणाली के साथ एक हल्की एल्यूमीनियम प्लेट एक तेज़ साइक्लिंग वैक्यूम प्रेस के लिए आदर्श प्लेट है, एक ऐसा डिज़ाइन जो थर्मल चपलता को बाकी सब से ऊपर रखता है। अपने कम तापीय द्रव्यमान के कारण, एल्युमीनियम तेजी से गर्मी प्रदान करता है {{1}ऊपर और ठंडा करता है{{2}। हीटरों में उच्च वाट घनत्व कास्ट कुशल बिजली इनपुट की अनुमति देता है और सीधे ड्रिल किए गए जल चैनल गर्मी को जल्दी से हटा देते हैं। वैक्यूम संगत होने के लिए सामग्रियों को सावधानीपूर्वक चुना जाना चाहिए, हीटरों को पूरी तरह से एनकैप्सुलेट किया जाना चाहिए और हीलियम रिसाव का उच्च मानक पर परीक्षण किया जाना चाहिए। तापमान एफईए का उपयोग यह सत्यापित करने के लिए किया जाता है कि प्लेटन तीव्र तापमान चक्र के साथ अस्वीकार्य तनाव को विकृत या विकसित नहीं करता है। सबसे तेज़ थर्मल चक्र सबसे हल्के और सबसे कसकर एकीकृत उपकरण द्वारा निर्मित होते हैं। यह चयन मार्गदर्शिका आपको एक हीटिंग प्लैटन को निर्दिष्ट करने में सहायता करेगी जो उन्नत मिश्रित गठन और अन्य मांग वाले वैक्यूम प्रेस संचालन के लिए तेज़, दोहराए जाने योग्य थर्मल प्रतिक्रिया प्रदान करती है।