При -ламинировании под высоким давлением-монтажных плат, композитных панелей или декоративных ламинатов-нагревательная пластина должна выдерживать огромные сжимающие усилия, сохраняя при этом точную плоскостность и равномерную температуру. Стандартная конструкция нагревательной пластины не выдержит такой эксплуатации. Указаниенагревательная пластина для ламинирования под высоким давлениемтребует пристального внимания к допускам плоскостности, толщине пластины, долговечности нагревателя и качеству поверхности. В этом руководстве изложены важные характеристики и инженерные соображения по нагревательным пластинам, используемым в гидравлических прессах для ламинирования.
Основные требования к конструкции нагревательных пластин для ламинирования высокого-давления
Нагревательная пластина в прессе для ламинирования выполняет две одновременные функции: обеспечивает равномерное нагревание для отверждения или склеивания слоев и равномерное распределение давления ламинирования по заготовке. Неисправность любой функции приводит к бракованию продукта. Следующие характеристики являются обязательными.
1. Плоскостность и параллельность
Критической характеристикой является плоскостность рабочей поверхности нагревательной пластины. При полном давлении ламинирования (обычно 100–400 фунтов на квадратный дюйм или 0,7–2,8 МПа на заготовке) любые неровности поверхности передаются непосредственно на ламинат, вызывая изменение толщины, расслоение или дефекты поверхности.
Рекомендации по спецификации:
Плоскостность должна поддерживаться на уровне 0,001–0,002 дюйма на фут (0,08–0,17 мм на метр) при измерении при комнатной температуре на ненагруженной пластине.
После механической обработки пластину часто-снимают напряжения (термическую обработку), чтобы предотвратить коробление при нагреве до рабочей температуры (обычно 150–250 градусов для многих ламинатов).
Параллельность между верхней и нижней гранями (для одной плиты) или между противоположными плитами в печатной машине с несколькими-дневными источниками света должна быть одинаковой, обычно в пределах 0,002 дюйма на фут.
При проектировании пресса для ламинирования плоскостность проверяется с помощью прецизионной линейки и щупов или координатно-измерительной машины (КИМ). Очень важно, чтобы плоскостность сохранялась как при термических, так и при механических нагрузках.
2. Материал и толщина пластины для обеспечения жесткости.
Пластина должна противостоять прогибу под действием приложенного усилия пресса. Прогиб увеличивается с увеличением длины пластины и уменьшается с кубом толщины. Выбор материала влияет на жесткость (модуль упругости) и теплопроводность.
Общие материалы:
| Материал | Модуль упругости (ГПа) | Теплопроводность (Вт/м·К) | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| Сталь (А36, 4140) | 200 | 45 | Большой тоннаж, износостойкие-поверхности |
| Алюминий (6061-T6) | 69 | 167 | Меньший тоннаж, более быстрая термическая реакция |
| Нержавеющая сталь (304, 316) | 193 | 16 | Агрессивная среда, высокая температура |
Сталь предпочтительнее для большинства случаев ламинирования под высоким-давлением из-за ее высокой жесткости и низкой деформации под нагрузкой. Алюминий можно использовать для прессов меньшего размера или для применений с более низким давлением, но для достижения эквивалентной жесткости требуется значительно большая толщина.
Определение толщины пластины:
Требуемая толщина рассчитывается исходя из свободного пролета плиты (расстояния между опорами рамы пресса), максимального давления ламинирования и допустимого прогиба. Общее эмпирическое правило для стальных пластин: толщина (дюймы) ≈ 0,3 × (пролет в футах) для нагрузки 200 фунтов на квадратный дюйм с пределом отклонения 0,002 дюйма на фут. Для точного проектирования выполняется анализ методом конечных элементов (FEA).
Типичная нагревательная пластина для ламинирования под высоким-давлением, изготовленная из стали, имеет толщину от 25 мм (1 дюйм) для небольшой пластины размером 300 × 300 мм до 100 мм (4 дюйма) или более для пресса для панелей размером 1,5 × 3 м.
3. Долговечность нагревателя при сжимающей нагрузке
Нагревательные элементы, встроенные в пластину, должны без сбоев выдерживать повторяющиеся циклы сжатия. Обычно используются два типа нагревателей.
Трубчатые нагреватели (рифленое исполнение):
Трубчатые нагреватели с металлической-оболочкой (инколой или нержавеющая сталь) впрессовываются в обработанные канавки на задней стороне пластины. Под давлением ламинирования пластина испытывает сжимающее напряжение по всему поперечному-сечению. Если канавки слишком мелкие или нагреватель не полностью поддерживается, трубка может быть раздавлена или ее внутренний провод сопротивления может закоротиться.
Спецификация трубчатых нагревателей:
Глубина канавки должна точно соответствовать диаметру трубки (обычно посадка с натягом 0,1–0,2 мм).
Над дном паза до рабочей поверхности должен оставаться сплошной слой материала (не менее 3–5 мм). Это гарантирует, что трубка не выдавливается и не деформируется под давлением.
После введения трубки иногда инкапсулируют теплопроводящим цементом, чтобы устранить пустоты.
Картриджные нагреватели:
Картриджные нагреватели вставляются в просверленные глухие отверстия, обычно с задней стороны или края пластины. Это круглые цилиндрические элементы с внутренней насадкой высокой-плотности. Поскольку они полностью заключены в отверстие с жестким-допуском, они по своей природе более устойчивы к раздавливанию, чем трубчатые нагреватели с открытыми канавками.
Преимущества ламинирования-высокого давления:
Превосходная прочность на сжатие: стенки отверстий полностью поддерживают картридж.
Возможна более высокая плотность ватт (до 50 Вт/см² по сравнению с ~ 15 Вт/см² для трубчатых).
Упрощенная замена – картриджи можно извлечь без механической обработки.
Недостаток:Чтобы покрыть площадь пластины, требуется больше отверстий, что увеличивает время обработки и увеличивает вероятность термической неоднородности-, если расстояние не оптимизировано.
Очень важно, чтобы нагревательные элементы сохраняли электрическую изоляцию при сжатии. Высокотемпературная-изоляция (оксид магния, слюда или керамика) должна быть рассчитана на комбинированное тепловое и механическое воздействие. Испытание мегомметром после установки и перед первым использованием проверяет целостность изоляции.
4. Поверхностная обработка и износостойкость.
Рабочая поверхность нагревательной пластины подвергается многократному контакту с ламинатами, антиадгезионными пленками и чистящими средствами. Износостойкость и однородность отделки имеют решающее значение.
Варианты спецификации:
Твердое хромирование– толщина 0,05–0,1 мм, твердость 65–70 HRC. Обеспечивает превосходную износостойкость и антиадгезивные свойства. Обычно используется для печатных плат и прессов для декоративного ламината.
Азотирование (стальные пластины)– Термическая обработка-закалкой, в результате которой образуется закаленный слой толщиной 0,2–0,5 мм (55–60 HRC). Никаких изменений размеров, хорошая износостойкость.
Покрытие из ПТФЭ или фторполимера– Низкое трение и не-поверхность, но менее прочная при высоком давлении. Подходит для ламината с малым-циклом или более мягких ламинатов.
Полированная нержавеющая сталь– Для гигиенических или агрессивных сред (например, пищевых или медицинских ламинатов). Требует периодической полировки.
Качество поверхности обычно обозначается как Ra (средняя шероховатость). Для ламинирования под высоким-давлением обычно используется финишная обработка Ra 0,4–0,8 мкм. Для ламинатов оптического-класса может потребоваться более гладкая поверхность (0,1 мкм Ra), но это увеличивает стоимость.
Контрольный список технических характеристик для-нагревательной пластины для ламинирования высокого давления
При запросе ценового предложения или написании спецификации на закупку необходимо включить следующие пункты:
| Спецификация | Типичное значение/рекомендация |
|---|---|
| Размеры плиты (Д × Ш × Т) | Подходит для прессового отверстия; толщина рассчитывается исходя из пролета и тоннажа |
| Материал | Сталь (4140, А36) или алюминий (6061) |
| Плоскостность (комнатная температура) | Меньше или равно 0,001–0,002 дюйма/фут (Меньше или равно 0,08–0,17 мм/м) |
| Параллельность (сверху/снизу) | Меньше или равно 0,002 дюйма/фута (0,17 мм/м) |
| Чистота поверхности (Ra) | 0,4–0,8 мкм (0,4 для критических оптических ламинатов) |
| Обработка поверхности | Твердая хромированная пластина (0,05–0,1 мм) или азотирование. |
| Максимальная рабочая температура | Обычно 200–250 градусов для стандартных ламинатов; выше для специальных композитов |
| Тип нагревательного элемента | Картриджные нагреватели (рекомендуется) или трубчатые нагреватели со сплошными-опорными канавками |
| Плотность ватт | Меньше или равна 15 Вт/см² для трубчатых трубок; Меньше или равна 35 Вт/см² для картриджа (с одинаковым расстоянием) |
| Равномерность температуры по всей пластине | ±2 градуса или лучше при заданном значении |
| Количество зон нагрева | Multiple zones recommended for plates >600 мм в любом размере |
| Размещение термопары | Встроен в пластину, не контактирует с нагревателями, обычно 2–6 зон. |
| Электрическая изоляция | Megger test >10 МОм при 500 В постоянного тока после сборки |
| Максимальный тоннаж пресса | Предоставлено производителем пресса; пластина должна быть одобрена FEA-для этой нагрузки |
Дополнительные соображения по поводу печатных машин-дневного освещения
В прессе для ламинирования с несколькими-дневным освещением (несколько нагревательных пластин, расположенных друг над другом с промежутками между ними) каждая пластина подвергается давлению с обеих сторон. Пластина должна быть симметричной по конструкции, с одинаковой плоскостностью и чистотой поверхности на обеих рабочих сторонах. Нагревательные элементы обычно размещаются в центральной нейтральной плоскости, чтобы избежать дифференциального теплового расширения, которое может деформировать пластину. Предпочтительны картриджные нагреватели, установленные с краев, поскольку их можно центрировать по толщине пластины.
Термическая однородность под давлением
Давление ламинирования может повлиять на теплопередачу. Сжатые материалы часто имеют более высокую теплопроводность, чем рыхлые стопки. В конструкции пластины должны быть предусмотрены любые радиаторы (например, стяжки рамы пресса или линии охлаждения). Рекомендуется моделирование FEA, включающее как тепловые, так и механические нагрузки. Симуляция проверяет:
Прогиб под полным тоннажем
Распределение температуры при предлагаемой схеме расположения обогревателя
Концентрация напряжений вокруг отверстий и канавок нагревателя.
Заключение
Для ламинирования под высоким-давлением требуется надежная и прецизионная-нагревательная пластина. Допуски плоскостности 0,001–0,002 дюйма на фут обеспечивают равномерное распределение давления и консистенцию продукта. Толстые стальные пластины устойчивы к прогибам, их толщина рассчитывается на основе размаха пресса и тоннажа. Картриджные нагреватели обеспечивают превосходную долговечность при сжимающих нагрузках по сравнению с трубчатыми нагревателями, поскольку они полностью заключены в просверленные отверстия. Обработка поверхности, такая как твердое хромирование или азотирование, продлевает срок службы пластин и улучшает снятие ламината. Подробный контрольный список спецификаций определяет процесс закупок. Специальное-инжиниринговое проектирование обеспечивает надежность производства. Следуя этим рекомендациям,нагревательная пластина для ламинирования под высоким давлениемможет обеспечить годы службы в требовательных приложениях печати, от печатных плат до аэрокосмических композитов.
