Как выбрать нагревательную пластину для ламинирования под высоким-давлением?

При ламинировании под высоким-давлением, будь то печатные платы, композитные панели или декоративные ламинаты, нагревательная пластина должна выдерживать огромные сжимающие нагрузки, сохраняя при этом точную плоскостность и равномерную температуру. Такая работа невозможна при использовании обычной конструкции нагревательной пластины. Нагревательная пластина для ламинирования под высоким давлением имеет допуски плоскостности, толщину пластины, долговечность нагревателя, обработку поверхности и т. д. В этом справочнике рассматриваются ключевые требования и технические вопросы, связанные с нагревательными пластинами, используемыми в гидравлических прессах для ламинирования.

Основные требования к конструкции нагревательных пластин для ламинирования-высокого давления
Нагревательная пластина пресса для ламинирования играет двойную роль, обеспечивая равномерное количество тепла для отверждения или склеивания слоев и равномерно распределяя давление ламинирования по заготовке. Если какая-либо функция не работает – бракуйте продукт. Ниже приведены критические характеристики.

1. Плоскостность и параллельность
Одной из основных характеристик является ровность рабочей поверхности нагревательной пластины. Любые неровности поверхности немедленно воспроизводятся в ламинате при полном давлении ламинирования (обычно 100–400 фунтов на квадратный дюйм или 0,7–2,8 МПа на заготовке), вызывая изменение толщины, расслоение или дефекты поверхности.

Рекомендации по спецификации:

Плоскостность должна составлять не более 0,001–0,002 дюйма на фут (0,08–0,17 мм на метр), измеренная при комнатной температуре на пустой пластине.

После механической обработки пластину часто снимают напряжения (термическую обработку), чтобы предотвратить ее деформацию при нагреве до рабочей температуры (обычно 150–250 градусов для многих ламинатов).

Аналогично, параллельность между верхней и нижней гранями (для одной плиты) или между противоположными плитами в печатной машине с несколькими-дневными режимами должна быть плотной, обычно порядка 0,002 дюйма на фут.

Плоскостность проверяют в конструкции пресса для ламинирования с помощью точной линейки и щупов или координатно-измерительной машины (КИМ). Важно, чтобы плоскостность сохранялась как при нагревании, так и при механических воздействиях.

2. Материал и толщина пластины жесткости.
Пластина должна противостоять прогибу под действием приложенного усилия пресса. Прогиб увеличивается с увеличением длины пластины. Прогиб зависит от толщины куба. Выбор материала влияет на жесткость (модуль упругости) и теплопроводность.

Типичные материалы:

Модуль упругости материала (ГПа) Теплопроводность (Вт/мК)Общее применение
Сталь (A36, 4140) 200 45 Высокая грузоподъемность, износостойкая- поверхность.
Алюминий (6061-T6) 69 167 Меньший тоннаж, более быстрая термическая реакция
Нержавеющая сталь (304, 316) 193 16 Коррозионные условия, высокая температура
Сталь используется в большинстве случаев ламинирования под высоким давлением. Сталь очень жесткая и имеет низкую деформацию под нагрузкой. Алюминий можно использовать для прессов меньшего размера или для приложений с меньшим давлением. Для обеспечения такой же жесткости требуется гораздо большая толщина.

Находим толщину пластины.
Необходимая толщина рассчитывается исходя из свободного пролета плиты (расстояния между опорами рамы пресса), максимального давления ламинирования и допустимого прогиба. Стандартное эмпирическое правило для стальных пластин заключается в том, что толщина в дюймах примерно в 0,3 раза превышает пролет в футах для нагрузки 200 фунтов на квадратный дюйм с пределом отклонения 0,002 дюйма на фут. Проведение анализа методом конечных элементов (FEA) для точного проектирования.

Типичная стальная нагревательная пластина для ламинирования под высоким давлением может иметь толщину от 25 мм (1 дюйм) для крошечной пластины размером 300 x 300 мм до 100 мм (4 дюйма) или более для пресса для панелей размером 1,5 x 3 м.

3. Долговечность нагревателя при сжимающей нагрузке
Нагревательные элементы, встроенные в пластину, должны без сбоев выдерживать многочисленные циклы сжатия. Нагреватели обычно бывают двух видов.

Трубчатые нагреватели с рифленой конструкцией:
Трубчатые нагреватели с металлической оболочкой (Incoloy или нержавеющей стали) вставляются в обработанные канавки на задней стороне пластины. Пластина находится под давлением расслоения, а поперечное сечение пластины - сжимающим напряжением. Если канавки слишком мелкие или нагреватель не поддерживается должным образом, трубка может быть раздавлена ​​или внутренний провод сопротивления может закоротиться.

Спецификация трубчатых нагревателей:

Глубина канавки должна равняться диаметру трубки (обычно посадка с натягом 0,1–0,2 мм).

Между дном паза и рабочей поверхностью должен сохраняться постоянный слой материала (не менее 3–5 мм). Это предотвращает выдавливание или деформацию трубки под давлением.

В некоторых случаях трубки вставляются, а затем заполняются теплопроводящим цементом, чтобы устранить пустоты.

Картриджные нагреватели:
Картриджные нагреватели вставляются в просверленные глухие отверстия, обычно сзади или с края пластины. Это сферические цилиндрические тела с высокой плотностью внутренней упаковки. Будучи полностью заключенными в отверстие с жестким допуском, они, естественно, более устойчивы к раздавливанию, чем трубчатые нагреватели в открытых канавках.

Преимуществами ламинирования высокого давления являются:

Более высокая прочность на сжатие -: стенки отверстия полностью поддерживают картридж.

Более высокая достижимая плотность мощности (до 50 Вт/см2 против ~15 Вт/см2 для трубчатых трубок).

более простая замена: - картриджи можно вытащить без механической обработки.

Недостаток: для покрытия площади пластины требуется большее количество отверстий, что приводит к увеличению времени обработки и возможной термической неоднородности-, если расстояние не контролируется.

Нагревательные элементы должны быть электрически изолированы при сжатии. Высокотемпературная изоляция (оксид магния, слюда или керамика) должна быть сертифицирована на комбинированную термическую и механическую нагрузку. После установки и перед первым использованием проводится испытание мегомметром для проверки целостности изоляции.

4. Поверхностная обработка и износостойкость.
Рабочая поверхность нагревательной пластины неоднократно контактирует с ламинатом, антиадгезионными пленками и чистящими инструментами. Важны износостойкость и ровная поверхность.

Выбор спецификации:

Твердое хромирование - толщиной 0,05–0,1 мм, твердостью 65–70 HRC. Хорошие характеристики выпуска и износостойкости. Он широко используется для печатных плат и прессов для декоративного ламината.

Азотирование (стальные пластины) Цементирующая-термическая обработка с закаленным слоем 0,2–0,5 мм (55–60 HRC). Никаких изменений в размерах, хорошая устойчивость к износу.

Покрытие из ПТФЭ или фторполимера - Не-поверхность не прилипает и снижает трение, но менее долговечна при высоком давлении. Подходит для более мягкого ламината или низкого цикла.

Нержавеющая сталь, полированная – Для гигиенических или агрессивных ситуаций (например, медицинский или пищевой ламинат). Необходимо периодически полировать.

Качество поверхности иногда обозначается как Ra (средняя шероховатость). Шероховатость Ra 0,4–0,8 мкм типична для ламинирования под высоким давлением. Для ламинатов оптического класса может потребоваться более гладкая поверхность (Ra 0,1 мкм), но это будет стоить дороже.

Контрольный список технических характеристик нагревательной пластины для ламинирования под высоким давлением
При получении цены или подаче спецификации на закупку укажите следующие пункты:

Спецификация|Типичное значение/рекомендация
Размер пластины (Д × Ш × Т) Подходит для прессового отверстия; толщина оценивается по пролету и тоннажу
Материал Сталь (4140, А36) или алюминий (6061)
Плоскостность (комнатная температура) Менее или равна 0,001–0,002 дюйма/фута (Менее или равна 0,08–0,17 мм/м)
Параллельность (сверху/снизу) Меньше или равна 0,002 дюйма/фута (0,17 мм/м)
Шероховатость поверхности (Ra) 0,4–0,8 мкм (0,4 для критических оптических слоев)
Обработка поверхности: Твердое хромирование (0,05-0,1 мм) или азотирование.
Максимальная рабочая температура 200-250 С для обычного ламината; выше для специализированных композитов
Тип источника теплаКартриджные нагреватели (предпочтительно) или трубчатые нагреватели в полностью поддерживающих слотах
Плотность ватт Меньше или равна 15 Вт/см² для трубчатых трубок; Меньше или равна 35 Вт/см² для картриджа (равномерное расстояние)
Однородность температуры пластины ±2 градуса или выше в заданном значении.
Зоны нагрева, количествоНесколько зон рекомендуется для плит > 600 мм любого размера
Расположение термопары Встроено в пластину, не касается нагревателей Обычно от 2 до 6 зон
Electrical isolation Megger test >10 МОм при 500 В постоянного тока после сборки
Максимальный тоннаж прессаПресс предоставляется производителем; пластина должна быть сертифицирована 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.

Тепловая однородность, вызванная 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 предложенной 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 давлением может прослужить долгие годы в требовательных печатных машинах, от печатных плат до аэрокосмических композитов.