Trong-cán áp suất cao-dành cho bảng mạch, tấm composite hoặc tấm ép trang trí-, tấm gia nhiệt phải chịu được lực nén cực lớn trong khi vẫn duy trì độ phẳng chính xác và nhiệt độ đồng đều. Thiết kế tấm sưởi tiêu chuẩn sẽ không tồn tại được trong dịch vụ này. Chỉ định mộttấm gia nhiệt cán cao ápđòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến dung sai độ phẳng, độ dày tấm, độ bền của bộ gia nhiệt và độ hoàn thiện bề mặt. Hướng dẫn này phác thảo các thông số kỹ thuật quan trọng và những cân nhắc kỹ thuật đối với các tấm gia nhiệt được sử dụng trong máy ép màng thủy lực.
Yêu cầu thiết kế chính dành cho tấm gia nhiệt cán áp suất cao-
Tấm gia nhiệt trong máy ép cán phục vụ hai chức năng đồng thời: cung cấp nhiệt đồng đều để xử lý hoặc liên kết các lớp và truyền áp suất cán đều trên phôi. Thất bại ở một trong hai chức năng sẽ dẫn đến sản phẩm bị loại bỏ. Các thông số kỹ thuật sau đây là cần thiết.
1. Tính phẳng và tính song song
Một thông số kỹ thuật quan trọng là độ phẳng của bề mặt làm việc của tấm gia nhiệt. Dưới áp suất cán hoàn toàn (thường là 100–400 psi hoặc 0,7–2,8 MPa trên phôi), bất kỳ sự không đồng đều nào trên bề mặt sẽ truyền trực tiếp sang lớp mỏng, gây ra sự thay đổi độ dày, sự phân tách hoặc các khuyết tật bề mặt.
Hướng dẫn đặc điểm kỹ thuật:
Độ phẳng phải được giữ ở mức 0,001–0,002 inch mỗi foot (0,08–0,17 mm mỗi mét) khi đo ở nhiệt độ phòng trên tấm không tải.
Sau khi gia công, tấm thường được giảm ứng suất-(xử lý nhiệt) để tránh cong vênh khi được nung nóng đến nhiệt độ vận hành (thường là 150–250 độ đối với nhiều lớp).
Độ song song giữa mặt trên và mặt dưới (đối với một trục lăn) hoặc giữa các trục lăn đối diện nhau trong máy ép nhiều ánh sáng ban ngày phải chặt chẽ tương tự, thường trong khoảng 0,002 inch mỗi foot.
Trong thiết kế máy ép cán, độ phẳng được xác minh bằng thước đo thẳng và thước đo cảm biến chính xác hoặc bằng máy đo tọa độ (CMM). Điều cần thiết là độ phẳng phải được duy trì dưới cả tải trọng nhiệt và cơ học.
2. Vật liệu tấm và độ dày đảm bảo độ cứng
Tấm phải chống lại sự biến dạng dưới trọng tải ép tác dụng. Độ lệch tăng theo chiều dài tấm và giảm theo lập phương độ dày. Sự lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến độ cứng (mô đun đàn hồi) và độ dẫn nhiệt.
Vật liệu phổ biến:
| Vật liệu | Mô đun đàn hồi (GPa) | Độ dẫn nhiệt (W/m·K) | Sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Thép (A36, 4140) | 200 | 45 | Bề mặt có trọng tải cao,{0}}chống mài mòn |
| Nhôm (6061-T6) | 69 | 167 | Trọng tải thấp hơn, phản ứng nhiệt nhanh hơn |
| Thép không gỉ (304, 316) | 193 | 16 | Môi trường ăn mòn, nhiệt độ cao |
Thép được ưu tiên sử dụng cho hầu hết các quá trình cán màng-áp suất cao do có độ cứng cao và độ biến dạng thấp khi chịu tải. Nhôm có thể được sử dụng cho các máy ép nhỏ hơn hoặc các ứng dụng áp suất thấp hơn nhưng đòi hỏi độ dày lớn hơn đáng kể để đạt được độ cứng tương đương.
Xác định độ dày tấm:
Độ dày yêu cầu được tính toán dựa trên nhịp không được hỗ trợ của tấm (khoảng cách giữa các giá đỡ khung ép), áp suất cán tối đa và độ lệch cho phép. Nguyên tắc chung đối với tấm thép: độ dày (inch) ≈ 0,3 × (sải bước tính bằng feet) đối với tải trọng 200 psi với giới hạn độ lệch 0,002 inch trên mỗi foot. Để thiết kế chính xác, phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được thực hiện.
Tấm gia nhiệt cán màng áp suất cao- điển hình được làm bằng thép có độ dày từ 25 mm (1 inch) đối với tấm nhỏ 300 mm × 300 mm đến 100 mm (4 inch) trở lên đối với máy ép tấm 1,5 m × 3 m.
3. Độ bền của lò sưởi dưới tải nén
Các bộ phận làm nóng được nhúng trong tấm phải tồn tại qua các chu kỳ nén lặp đi lặp lại mà không bị hỏng. Hai loại máy sưởi thường được sử dụng.
Máy sưởi hình ống (thiết kế có rãnh):
Bộ sưởi-có vỏ bọc bằng kim loại hình ống (Incoloy hoặc thép không gỉ) được ép vào các rãnh gia công ở mặt sau của tấm. Dưới áp lực cán, tấm chịu ứng suất nén xuyên suốt-mặt cắt ngang của nó. Nếu các rãnh quá nông hoặc bộ sưởi không được hỗ trợ đầy đủ, ống có thể bị dập hoặc dây điện trở bên trong của nó có thể bị chập.
Thông số kỹ thuật cho máy sưởi hình ống:
Độ sâu rãnh phải khớp chính xác với đường kính ống (thường là độ vừa vặn 0,1–0,2 mm).
Một lớp vật liệu liên tục (ít nhất 3–5 mm) phải nằm phía trên đáy rãnh đến bề mặt làm việc. Điều này đảm bảo ống không bị đùn hoặc biến dạng dưới áp lực.
Các ống đôi khi được bao bọc bằng xi măng dẫn nhiệt sau khi lắp vào để loại bỏ các khoảng trống.
Máy sưởi hộp mực:
Bộ gia nhiệt hộp mực được lắp vào các lỗ mù đã khoan, thường là từ mặt sau hoặc mép của tấm. Chúng là các phần tử hình trụ, tròn có mật độ-đóng gói bên trong cao. Bởi vì chúng được bao bọc hoàn toàn trong một lỗ có khả năng chịu đựng-đóng nên chúng có khả năng chống nghiền tốt hơn so với các máy sưởi hình ống trong các rãnh hở.
Ưu điểm của việc ép màng-áp suất cao:
Cường độ nén vượt trội - thành lỗ hỗ trợ hoàn toàn cho hộp mực.
Có thể có mật độ watt cao hơn (lên tới 50 W/cm2 so với ~15 W/cm2 đối với dạng ống).
Thay thế dễ dàng hơn – hộp mực có thể được lấy ra mà không cần gia công.
Điều bất lợi:Cần nhiều lỗ hơn để che phủ khu vực tấm, tăng thời gian gia công và có khả năng xảy ra hiện tượng không đồng đều nhiệt nếu khoảng cách không được tối ưu hóa.
Điều quan trọng là các bộ phận làm nóng phải duy trì sự cách ly điện khi bị nén. Cách nhiệt-cao (oxit magie, mica hoặc gốm) phải được định mức cho ứng suất nhiệt và cơ học kết hợp. Kiểm tra megger sau khi lắp đặt và trước khi sử dụng lần đầu sẽ xác minh tính toàn vẹn của lớp cách điện.
4. Bề mặt hoàn thiện và chống mài mòn
Bề mặt làm việc của tấm gia nhiệt tiếp xúc nhiều lần với các tấm cán mỏng, màng nhả và dụng cụ làm sạch. Khả năng chống mài mòn và độ hoàn thiện nhất quán là rất quan trọng.
Tùy chọn đặc điểm kỹ thuật:
Mạ crom cứng– Dày 0,05–0,1 mm, độ cứng 65–70 HRC. Cung cấp khả năng chống mài mòn và giải phóng tuyệt vời. Thường được sử dụng cho bảng mạch và máy ép laminate trang trí.
Thấm nitơ (thép tấm)– Một-xử lý nhiệt làm cứng vỏ tạo ra lớp cứng 0,2–0,5 mm (55–60 HRC). Không thay đổi kích thước, chống mài mòn tốt.
Lớp phủ PTFE hoặc fluoropolymer– Bề mặt có độ ma sát thấp và{0}}không dính nhưng kém bền hơn dưới áp suất cao. Thích hợp cho các tấm gỗ có chu trình thấp- hoặc mềm hơn.
Thép không gỉ được đánh bóng– Dành cho môi trường vệ sinh hoặc ăn mòn (ví dụ: tấm ép thực phẩm hoặc y tế). Yêu cầu đánh bóng lại định kỳ.
Bề mặt hoàn thiện thường được chỉ định là Ra (độ nhám trung bình). Đối với quá trình cán màng-áp suất cao, độ hoàn thiện ở mức 0,4–0,8 µm Ra là phổ biến. Có thể cần lớp hoàn thiện mịn hơn (0,1 µm Ra) đối với lớp phủ quang học{6}}nhưng sẽ làm tăng chi phí.
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật dành cho tấm gia nhiệt cán màng áp suất cao-
Khi yêu cầu báo giá hoặc viết bản mô tả mua sắm, cần bao gồm các mục sau:
| Đặc điểm kỹ thuật | Giá trị tiêu biểu / Hướng dẫn |
|---|---|
| Kích thước tấm (L × W × T) | Để phù hợp với việc mở báo chí; độ dày tính từ nhịp và trọng tải |
| Vật liệu | Thép (4140, A36) hoặc nhôm (6061) |
| Độ phẳng (nhiệt độ phòng) | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,001–0,002 in/ft ( Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08–0,17 mm/m) |
| Tính song song (trên/dưới) | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,002 in/ft (0,17 mm/m) |
| Bề mặt hoàn thiện (Ra) | 0,4–0,8 µm (0,4 đối với các lớp quang học quan trọng) |
| Xử lý bề mặt | Tấm crom cứng (0,05–0,1 mm) hoặc thấm nitơ |
| Nhiệt độ hoạt động tối đa | Thông thường là 200–250 độ đối với tấm cán mỏng tiêu chuẩn; cao hơn cho vật liệu tổng hợp đặc biệt |
| Loại phần tử làm nóng | Bộ làm nóng hộp mực (được khuyến nghị) hoặc bộ làm nóng hình ống có các rãnh hỗ trợ-đầy đủ |
| Mật độ watt | Nhỏ hơn hoặc bằng 15 W/cm2 đối với dạng ống; Nhỏ hơn hoặc bằng 35 W/cm2 cho hộp mực (với khoảng cách đều nhau) |
| Độ đồng đều nhiệt độ trên tấm | ±2 độ hoặc cao hơn tại điểm đặt |
| Số vùng sưởi ấm | Multiple zones recommended for plates >600 mm ở bất kỳ kích thước nào |
| Vị trí cặp nhiệt điện | Được nhúng trong tấm, không tiếp xúc với bộ gia nhiệt, thường là 2–6 vùng |
| Cách ly điện | Megger test >10 megohm ở 500 V DC sau khi lắp ráp |
| Trọng tải ép tối đa | Được cung cấp bởi nhà sản xuất báo chí; đĩa phải được FEA-xác thực cho tải đó |
Những cân nhắc bổ sung cho máy ép nhiều{0}}ban ngày
Trong máy ép cán màng nhiều{0}}ánh sáng ban ngày (nhiều tấm gia nhiệt xếp chồng lên nhau với các khoảng trống ở giữa), mỗi tấm phải chịu áp lực từ cả hai phía. Tấm phải có cấu trúc đối xứng, có độ phẳng và bề mặt hoàn thiện giống hệt nhau trên cả hai mặt làm việc. Các bộ phận làm nóng thường được đặt trong mặt phẳng trung tính ở giữa để tránh sự giãn nở nhiệt chênh lệch có thể làm cong tấm. Ưu tiên lắp đặt bộ gia nhiệt hộp mực từ các cạnh vì chúng có thể được đặt ở giữa độ dày tấm.
Tính đồng nhất nhiệt dưới áp suất
Áp lực cán có thể ảnh hưởng đến việc truyền nhiệt. Vật liệu nén thường có độ dẫn nhiệt cao hơn so với vật liệu dạng rời. Thiết kế tấm phải tính đến bất kỳ bộ tản nhiệt nào (ví dụ: thanh buộc khung ép hoặc đường làm mát). Nên mô phỏng FEA bao gồm cả tải nhiệt và tải cơ. Việc mô phỏng kiểm tra:
Độ lệch dưới toàn bộ trọng tải
Phân bổ nhiệt độ với cách bố trí lò sưởi được đề xuất
Sự tập trung ứng suất xung quanh các lỗ hoặc rãnh gia nhiệt
Phần kết luận
Cán màng-áp suất cao đòi hỏi một tấm gia nhiệt được thiết kế-mạnh mẽ, chính xác. Dung sai độ phẳng 0,001–0,002 inch mỗi foot đảm bảo phân bổ áp suất đồng đều và tính nhất quán của sản phẩm. Tấm thép dày chống biến dạng, với độ dày được tính từ nhịp ép và trọng tải. Bộ gia nhiệt hộp mực cung cấp độ bền vượt trội dưới tải trọng nén so với bộ gia nhiệt hình ống vì chúng được bao bọc hoàn toàn trong các lỗ khoan. Các phương pháp xử lý bề mặt như mạ crom cứng hoặc thấm nitơ giúp kéo dài tuổi thọ của tấm và cải thiện khả năng tách lớp. Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật chi tiết hướng dẫn quá trình mua sắm. Kỹ thuật dành riêng cho ứng dụng{10}}đảm bảo quá trình sản xuất đáng tin cậy. Bằng cách làm theo những hướng dẫn này, mộttấm gia nhiệt cán cao ápcó thể phục vụ nhiều năm trong các ứng dụng in đòi hỏi khắt khe, từ bảng mạch in đến vật liệu tổng hợp hàng không vũ trụ.
