Механично напасване и термично разширение – практическо ръководство

Механично напасване и термично разширение – практическо ръководство
Нагревател на касета, който пасва идеално при стайна температура, може да заседне в отвора след достигане на работна температура. Обратно, свободното прилягане при стайна температура може да стане идеално, когато е горещо. Разбирането на механичното прилягане и топлинното разширение предотвратява блокиране на нагреватели, напукани форми и преждевременни повреди.

Физиката зад клирънса на годността.

Повечето патронни нагреватели имат външна обвивка, изработена от неръждаема стомана или Incoloy. Формата или инструментите обикновено са направени от инструментална стомана, алуминий или бронз. Тези материали се разширяват с различна скорост при нагряване. Коефициентът на топлинно разширение (CTE) за неръждаема стомана е приблизително 17 × 10⁻⁶ / градус. За алуминий това е около 23 × 10⁻⁶ / градус. За инструментална стомана, приблизително 12 × 10⁻⁶ / градус. Това означава, че когато температурата се повиши, алуминият се разширява по-бързо от неръждаемата стомана, докато инструменталната стомана се разширява по-бавно.

Изчисляване на хлабината при работна температура.

Да приемем, че нагревател от неръждаема стомана с диаметър 10 mm е инсталиран в отвор с диаметър 10,07 mm в инструментална стомана. Стайната температура е 20 градуса. Работната температура е 350 градуса. Нагревателят се разширява до приблизително 10,06 mm. Дупката се разширява до приблизително 10,10 mm. Хлабината при работна температура става 0,04 mm-все още приемливо. Ако хлабината при стайна температура е само 0,02 mm, нагревателят може да се заключи на 350 градуса, тъй като стоманеният отвор се разширява по-малко от нагревателя.

При алуминиевите форми ситуацията е обратна. Дупката се разширява по-бързо от нагревателя. Просвет при стайна температура от 0,03 mm може да стане 0,10 mm при 300 градуса. Тази прекалено голяма хлабина намалява преноса на топлина и причинява лоша равномерност на температурата.

Препоръчителни диаметрални хлабини по приложение:

· Стоманени форми, под 300 градуса: 0,03–0,05 мм
· Стоманени форми, 300–450 градуса: 0,05–0,08 mm
· Алуминиеви форми, под 250 градуса: 0,02–0,04 mm
· Бронзови или медни форми: 0,02–0,03 мм
· Приложения с висока-вибрация (опаковъчни машини): добавете 0,02 mm допълнително разстояние, за да позволите леко движение без превързване

Дълбочина на отвора и разширение по дължина.

Патронен нагревател с дължина 150 мм се разширява по дължина с около 0,8 мм на 350 градуса. Дупката трябва да бъде пробита най-малко 5 mm по-дълбоко от нагрятата дължина. За по-дълги нагреватели (над 200 мм) добавете поне 10 мм допълнителна дълбочина. Това позволява на нагревателя да се разширява свободно, без да се компресира срещу затворения край.

Повърхностното покритие има значение.

Пробит отвор с грапава, разкъсана повърхност намалява ефективната контактна площ. Дори при правилна хлабина, лошото покритие на повърхността създава микроскопични въздушни междини. Препоръчителното покритие е 1,6µm Ra или по-добро. Разширеният или пробитият отвор е по-добър от стандартния пробит отвор.

Чести признаци на механична повреда:

· Нагревателят не може да бъде премахнат след охлаждане - признаци за недостатъчна хлабина или прекалено голямо термично разширение.
· Нагревателят се изплъзва твърде лесно, когато е студен - хлабината е твърде голяма, причинявайки лош пренос на топлина.
· Следи от изгаряне от едната страна на нагревателя - дупката не е права или нагревателят е огънат.
· Обвивката е набраздена по дължина - отломки в дупка или грапава повърхност.

Механичното прилягане не е второстепенен детайл. Това е основен фактор за ефективността на топлопреноса и живота на нагревателя. Прекарването на допълнително време за подготовка на отвора и изчисляване на хлабината намалява значително времето за престой и разходите за подмяна.