שיטות קירור חדשניות לשיפור החדירה החמה מתריכות

התפקיד הקריטי של Cooling in Hot Extrusion Die Performance

חדירה חמה היא תהליך ייצור בנפח גבוה שבו שטר מתכת מחומם הוא נאלץ דרך מוות או הקרבה לייצר פרופילים ארוכים, מתמשך עם מחזור קבוע צלב.התהליך הוא בסיסי לתעשיות החל ממכונית ואווירה לבניית סחורות צרכניות, בעוד העיקרון הבסיסי הוא פשוט, העומס התרמי והממכני המוצב על סף מוות הם לעתים קרובות על פני 400-500 מעלות צלזיוס עבור סגסוגת אלומיניום, 000 קטיפה, 000 קטיפה גבוהה יותר, 000 ק"מ, 000, 000 ק"מ, 000 ק"מ, 000, 000, 000 פלדה, 000 פלדה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פלדה, 000, 000, 000 פלדה, 000, 000 פלדה, 000 קשה, 000 סגסוגת אלומיניום קשה, 000, 000, 000 סגסוגת אלומיניום קשה, 000 סגסוגת אלומיניום, 000 סגסוגת אלומיניום קשה, 000 סגסוגת אלומיניום קשה, 000 סגסוגת אלומיניום, 000 סגסוגת לא יכול להיות מסוגל להתמודד עם נטייה גבוהה יותר, 000 סגסוגת אלומיניום קשה, 000 סגסוגת מתכת קשה, 000 סגסוגת אלומיניום, 000 סגסוגת מתכת קשה, 000 סגסוגת אלומיניום, 000 סגסוגת לא יכול להיות מסוגל להתמודד עם סגסוגת לא יכול להיות מסוגל להתמודד עם סגסוגת מתכת קשה, 000 סגסוגת אלומיניום, 000 סגסוגת מתכת קשה

ללא קירור יעיל, טמפרטורות למות יכולות לעלות במהירות במהלך הייצור, מאיץ מנגנוני ללבוש ומוביל לכישלון מוקדם. אפילו תנודות טמפרטורה קטנות יכול לגרום ⁇ תרמיים הגורמים סדקים או רינג. גישות קירור מסורתיות, כגון ערוצי מים חד-צדדיים או פיצוצים אוויריים פשוטים דחוסים, הם לעתים קרובות לא מספיק עבור קווי מהירויות גבוהות יותר, כמו לדחוף עבור מנגנונים מהירים יותר באמצעות סובלנות הדוקה, קירור, כי הם החידושים מתקדמים יותר, כי הם החידושים מתקדמים יותר, כי הם טמפרטורות מתקדמות יותר, כי הם טמפרטורות מתקדמות יותר, כי הם טמפרטורות מתקדמות יותר, כי הם טמפרטורות קירור שיטות קירור.

האתגרים הארוכים של החדירה החמה מת

הבנת מדוע להיכשל תחת לחץ תרמי היא הצעד הראשון לפתרון בעיית הקירור.המות חווה שילוב מורכב של מקורות חום: חום חיכוך מן השטר המתפתל נגד פני השטח מתים, חום עיוות שנוצר בתוך המתכת כפי שהוא זורם דרך אזור הנושא, וחום התנהגות מועבר מחיוב חם לתוך הגוף למות.אם החום עולה על שיעור הסרת חום, הטמפרטורה מתה מטפסת על מנת לרכך את הפצעים, להתחיל להתכווץ לתוך הטמפרטורות גבוהות יותר.

מצבי כישלונות מרכזיים החרימו על ידי קירור לא מספק כוללים:

(FLT:0) עייפות תרמית: FLT:1 קרס מתפתח בשל התרחבות מחזורית התכווצות, לעתים קרובות החל פינות חדות או קוגניור.
(ב) ויקרא י"א: "בְּהָעָשְׂהָעָם" (בראשית כ"ד, כ"ד) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (התב"ג): ⁇ : ⁇ 1 (המתים) יכול להיות פענוח לצמיתות תחת לחץ דחוס כאשר הטמפרטורה עולה גבוה מדי.
(ב) טמפרטורות גבוהות מאיצה את חמצון פני השטח, במיוחד במות מים, שבו קיטור יכול להיווצר.

קירור יעיל חייב לשמור על טמפרטורות מת בתוך חלון צר ויציב - באופן חד-משמעי בין 200-350 מעלות צלזיוס עבור הפליטה אלומיניום מת, בהתאם לסגסוגת ומורכבות פרופיל.השגת זה דורש מיצוי חום מדויק מאזור הנושא, קצה מנדל (לפרופילים חלולים), ואזורים אחרים בלחץ גבוה.

שיטות קירור מסורתיות ומגבלות

רוב מתקני החדירה התבססו היסטורית על מים או קירור אוויר.קירת מים משתמשת מעברים פנימיים המכורים אל בעל המוות או האחורי; מים זורמים דרך הערוצים האלה ו סופגים חום מהגוף למות.אוויר קירור כרוך בהכוונת אוויר דחוס על פני פני פני השטח או דרך נמלים כדי להסיר חום באמצעות הדבקה.

(ב) ⁇ :0 (לא אחיד: ⁇ ): ערוצי מים רבים הולכים בדרך כלל ישר או פשוט זיגאזג, המוביל למקומות חמים שבהם זרימה היא ענייה.
(FLT:0) קיבולת של גלימת חום: FIRLT:1 , קירור מים מוגבל על ידי קצב זרימה וגיאומטריה ערוץ; קירור אוויר יש יכולת חום מסוימת נמוכה.
(ב) התפלגות מחלות:0) התפלגות מחלות: 1 במערכות מרובות ערוצים, מים נוטים ללכת בדרך של התנגדות לפחות, רעבה כמה אזורים של קירור.
(FLT:0) הורדת הפחתת התפוקה וההצטברות בקנה מידה: 1) לאורך זמן, פיקדונות מינרלים וקורוזיון יכולים לנפץ ערוצים, להפחית את יעילותם.
(ב) ⁇ :0) ,המערכות המסורתיות של ה-FLT:1 מגיבות לאט לשינויים בעומס חום, ומאפשרות לטמפרטורה overshoots במהלך ההתחלה או התנאים הטרנסנדנטליים.

מגבלות אלה הניעו חוקרים ויצרניות מת לפתח גישות מתוחכמות יותר המספקות הסרת חום מהירה יותר וממוקדת יותר.

שיטות קירור חדשניות לחיים ארוכים

חידושי הקירור האחרונים משלבים דינמיקות נוזלים מתקדמות, ייצור דיוק ואסטרטגיות בקרה חכמות. להלן הן הטכניקות המשפיעות ביותר שפורצות בתעשייה כיום.

מים זורמים עם Nozzle Arrays

במקום להסתמך על זרימת ערוץ פסיבית, קירור מים מכוונת משתמש מערך של מטוסי מים בעלי עוצמה גבוהה שנועדו בדיוק לאזורים החמים ביותר של המוות - במיוחד משטח הנושא וטיפים מנדל"ר, כל אחד יכול להיות מותאם אישית עבור קצב זרימה וזווית ריסוס. גישה זו מספקת כמה יתרונות על קירור מוצף מסורתי:

מאוד גבוה חום מקומי העברת מזהמים (עד 10-50 קילוואט / m2K) בשל השפעות סילון מרתיעה.
היכולת לשנות את עוצמת הקירור על פני המוות כדי להתאים את דפוסי הדור המקומי.
תגובה מהירה לשינויים בעומס; ניתן לפענח או להישמר באמצעות שסתום סלנואידים.
צריכת מים מופחתת בהשוואה למערכות ריצוף מלא, שכן מים מועברים רק במידת הצורך.

עם זאת, קירור מכוון דורש עיצוב זהיר כדי למנוע quenching מדגיש או ⁇ תרמיים. Computational נוזל דינמיקות (CFD) משמש כדי לייעל מיקום nozzle, מהירות סילון, וגודל טיפה. כמה מערכות מתקדמות משלבות משוב טמפרטורה בזמן אמת מתרמוקומטמים, המאפשר שליטה סגורה של הפעלה לא מזויפת.

אוויר קירור ו-Vrtex tubes

(בדרך כלל 4-10 בר) המופנה דרך נופי התכנסות יכול להשיג שיעורי העברת חום גבוהים באופן מפתיע כאשר האוויר מתרחב למהירויות סופר-קוליות.אפקט Joule-Thompson מגניב את האוויר, שיפור נוסף יכולת החילוץ החום שלו, חלק מהיצרנים המשולבים ללא צינורות אוויריים:0vortexphFLT:1 כי פיצול אוויר לזרם קר וגרם חם מ- 40C חם הוא זרם אווירי, בעוד שיבולים חמים הוא מ- 30 גרם לטמפרטורות קרות.

היתרונות של קירור אוויר בלחץ גבוה כוללים:

אין בעיות הקשורות למים: לא קורוזיה, אין מינרלים, אין סיכון לפיצוצים קיטור.
פעולה נקייה: לא זיהום מגניב של פרופילים מפורשים.
בטוח לשימוש באזורים רגישים מבחינה חשמלית (למשל, ליד חיישנים).
תחזוקה נמוכה: בנייה פשוטה, מחוספסת עם מעט חלקים נעים.

קירור אוויר יעיל במיוחד עבור פעילות לסירוגין או למות עם גיאוגרפיה פנימית מורכבת שבו מים לא יכולים להגיע.המגירה העיקרית היא כי חום ספציפי של האוויר הוא הרבה יותר נמוך מאשר מים, כך עבור יישומים עתירי חום גבוה, מספר מטושטשים על גדות גבוה עשוי להיות נחוץ.עם זאת, כאשר בשילוב עם קירור מים במערכת היברידית, קירור אוויר יכול לשמש כדי "לכת" ו למנוע כתמים חמים.

תגיות: Manufactured Conformal Cooling Channels

אולי ההתפתחות המהפכנית ביותר ב"קירור מוות" היא השימוש בייצור תוספים (AM, הידוע גם כדפסת תלת מימד) כדי ליצור ערוצי קירור שמתאימים בדיוק לצורה של חלל המוות. machining מסורתי יכול רק לקדוח ישר או פשוט מעוקל; הם לעתים רחוקות לעקוב אחר קווי המתאר המורכבים של פני השטח מתים.קונפורים קונפוראליים, המיוצרים באמצעות לייזר או אלקטרונים של אבקה, אנו יכולים להבטיח את הטמפרטורות חום עקביות, כמו גם סביב משטח חום זה.

יתרונות מרכזיים על פני ערוצים מכווננים:

טיפול בהעברת חום משתפר ב- 30-60% בשל מיקום ערוץ קרוב יותר ונתיבי זרימה סוערים.
אחידות טמפרטורה מתה מוגברת, צמצום הסיכון של התכווצות מקומיות או סדק.
זמן קירור למחזור חדירה ניתן להפחית ב-20-40%, הגדלת הפרודוקטיביות.
רשתות ערוצים מורכבות יכולות להשתלב ללא עלייה בגודל או במשקל.

כמה יצרני תמות גבוה מציעים כעת AM להכניס או אפילו מלא מת עם ערוצים תואמים.הטכנולוגיה היא המשפיעה ביותר על מת עם חללים עמוקים, חלקים דקים, או מספר רב של מנדלים - כמו שבו מאבקים קירור קונבנציונליים. אפשרויות חומריות התרחבו לכלול את כלי H13, מריגה פלדה, ואפילו ⁇ נחושת עבור היישומים התובעניים ביותר. A טיפוסי יכול להיות פרופיל כי הם סימנים כי הם מתים או מטווחים, עם אזורי מתכת נעים, עם מחזור חם יותר, או מתפתלים, עם אזורי מתכת.

צינור חום ושניים-שלבים מגניב

צינורות חום הם מכשירים העברת חום פסיבית המשמשים שינוי שלב של נוזל עבודה (מים קטיפיים, אמוניה, או נוזל dielectric מיוחד) כדי להעביר כמויות גדולות של חום עם הבדלים טמפרטורה קטנה מאוד. צינור חום יש חלק ממחטמעם באזור חם וקטע condenser באזור קריר (לעתים קרובות אוויר-קוע) נוזל מחוספס בקצה חם, לנסוע דרך צינורות קירור 100 פעמים.

ביציאתו של מת, צינורות חום שימשו כדי לחלץ חום מטיפים ממנדל ומיקומים אחרים שקשה-לעניים-לח-reach.הם אטרקטיביים במיוחד משום שהם אינם דורשים כוח של משאבה חיצונית והם בעלי רגולציה עצמית מטבעית – אם המוות מקבל חם יותר, יותר נוזל מחונן, הגדלת העברת חום.

קירור דו-phase הולך מעבר צינורות חום פשוטים על ידי שימוש בלולאות מומשות עם קירור דיאלקטרי, לעתים קרובות במעגל סגור עם מחליף חום. גישה זו מציעה יכולת גלי חום גבוהה יותר ומאפשרת מיקום של מספר evaporators קטן על ימות. שתי מערכות דו-פזה יכול לשמור על טמפרטורות מת בתוך ±2 מעלות C אפילו תחת עומס משתנה, אשר אידיאלי עבור פיזור מדויק של סגסוגת גבוהה של סגסוגת סטריבית גבוהה.

Cryogenic Cooling עם נוזל Nitrogen

לדרישות קיצוניות, כמה חנויות הדרוטו ניסו עם קירור מבוהג באמצעות חנקן נוזלי (LN2) ב-196 ° C. LN2 הוא ריסס באמצעות מטושטשים קטנים או עבר דרך ערוצים מיוחדים לספוג חום על ידי evaporation. בעוד לא מתאים לשימוש יומיומי עקב עלות ודאגות בטיחות, קירור זעקה יכול להיות יעיל מאוד עבור התפרצויות קצרות של מהירות גבוהה או עבור חום קשה כדי לדלקת חום קשה מאוד, אבל הוא גם כן, אבל קשה מאוד, כי הוא מסוגל לשפר את הלחץ הכבד של חום קשה יותר של חום קשה מאוד.

יתרונות של קירור מתקדם: מעבר ל Longer Die Life

היתרונות של קירור חדשני להאריך הרבה מעבר להפחתה של עלויות החלפת המוות. יצרנים משקיעים בטכניקות אלה:

(FLT:0) מהירות החדירה גבוהה יותר: FLT:1 קירור יעיל מאפשר למות כדי לשפוך חום מהר יותר, המאפשר מהירויות לעיתונות להגדיל ב 10-25% ללא מגבלות תרמיות.
(ב) דיוק ממדי טוב יותר: FLT:1 טמפרטורות מתות להפחית וריאציות התפשטות תרמיות, וכתוצאה מכך פרופילים ישר יותר עם סובלנות הדוקה יותר.
(ב) ,0) ,Imroved פני השטח מסיימים: FLT:1 קירור עקבי מפחית את הגילוח ואת "קלף לטווח" השפעות על משטחים מפורשים.
(FLT:0) אספקת צריכת אנרגיה:FLT:1ir יעיל יותר הסרת חום מקצר את מחזורי חימום וקירור, הורדת השימוש באנרגיה הכולל לק"ג של מתכת מרוטרדת.
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0Simpler Process control:FLT:1, עם קירור מתקדם, מפעילי יכולים לסמוך על רגולציה טמפרטורה אוטומטית ולא על התאמות ידניות.

במקרה אחד המתועד, צמח הפליטה אלומיניום שעבר לתאים ערוצי קירור בשילוב עם מערכת סילון סגורה מים ראו עלייה של 40% ומהירות ההנעה עלתה ב-18%.

כיוונים עתידיים: התאמת זמן חכם ואמת

הגבול הבא בקורור למות הוא FLT:0 חכמים קירורFIRLT:1 ; מערכות שיכולים להתאים את ההתנהגות שלהם בזמן אמת על בסיס טמפרטורה, לחץ, ואפילו ללבוש חיישנים מוטבעים במות.עם כניסת התעשייה 4.0, הודעות extrusion מצוידות יותר ויותר עם תאומים דיגיטליים אשר מודל המצב התרמית של מוות.

מושג מתפתח אחד הוא "ריקבון ריסוס", שבו מגוון של משככי עיניים לשלוט בגודל טיפות בודדים ומהירות.זה מאפשר דפוס קירור להשתנות במלי שניות, להגיב וריאציות במהירות החדירה או תכונות חומריות.כיוון אחר הוא שילוב של קירור צמחי מוצק (מכשירים צמחיים) במחזיקי מתים, המספק קירור מקומי כי ניתן בדיוק מוסדר על ידי זרם הנוכחי.

המחקר גם מתקדם על פני השטח (FLT:0) עצמו-ההמידה של משטחים מתים ציפויים 1FLT 1 אשר משחררים לובריקים או חותםנטים כאשר מחומם, אך אלה נשארים ניסיוניים.מה ברור הוא שהמגמה היא שילוב גדול יותר של ניהול תרמי לתוך תהליך עיצוב המוות עצמו, ולא לטפל בקירור כד לאחר מכן.

מסקנה

קצבה חמה מתה ארוכות טווח כבר לא רק פונקציה של בחירת פלדה או טיפול על פני השטח.השיטה הקירור הפכה גורם מכריע כמה זמן למות יכול לפעול לפני הדורש עבודה או החלפת.ממטוסים מים מופנה צינורות מערבה כדי להתאים ערוצים ושני צינורות חוםphase, מגוון רחב של שיטות קירור חדשניות עכשיו קיים כדי להתמודד עם האתגרים התרמיים של מהירות גבוהה של גישות היפרדות באופן יעיל יותר, אבל תמציתית שלה יש יותר מדי חום משותף.

יצרנים שמשקיעים בטכנולוגיות קירור מתקדמות אלה עומדים לצבור לא רק חיים ארוכים יותר, אלא גם יותר פריון, איכות טובה יותר, ועלויות תפעול נמוכות יותר. כמו מדע חומרי, ייצור תוספים, ובקרות חכמות ממשיכות להתפתח, אנו יכולים לצפות אפילו פתרונות ניהול תרמיים יותר מתוחכם שידחוף את הגבולות של מה שניתן בגירסת חם.