Quina és la temperatura màxima de funcionament segura per a les planxes de calefacció d'alumini i d'acer inoxidable?

L'alumini no es pot utilitzar per a una placa de calefacció que ha d'aconseguir 300 C. Es retorçaria i es deformaria fins i tot amb la més mínima força de premsa. Si esteu augmentant la temperatura, és important conèixer el sostre de temperatura dels materials típics de la placa. Les planxes de calefacció s'utilitzen per laminar, curar compost, formar vidre i premsar en calent. El camp està dominat per dos materials, l'alumini (lleuger, conductor i barat) i l'acer inoxidable (fort, durador i resistent a la calor). Es tracta bàsicament d'escollir la temperatura entre ells. Conèixer els límits màxims de temperatura de seguretat per a platines d'alumini d'acer inoxidable garanteix que la platina sigui capaç de mantenir la temperatura de consigna i les càrregues mecàniques que s'hi col·loquen durant el processament.

Platines d'alumini El cavall de batalla de calor mitjà-
L'alumini té una alta conductivitat tèrmica (200–250 W/m·K per a aliatges com el 6061) que condueix a un escalfament ràpid-i una bona homogeneïtat de la temperatura. També té un pes baix i es pot mecanitzar fàcilment en dissenys complexos amb canals d'escalfador incrustats o pous de termoparell. Però el taló d'Aquil·les d'alumini és la pèrdua de força a temperatures elevades.

Límit de temperatura i comportament mecànic
Per a la majoria d'aliatges d'alumini, com el 6061-T6, l'aliatge de grau més popular, la temperatura màxima de funcionament continu segur és d'uns 200 graus (392 graus F). Més enllà d'aquest llindar, el material comença a recuit; la microestructura endurida per precipitació es dissol lentament i l'aliatge perd el seu temperament. Com a resultat, hi ha una forta disminució de la resistència a la fluència i la duresa. 6061 l'alumini a 250 C té menys del 50% de la seva resistència a la fluència a temperatura ambient. A tensions de premsa tan baixes com 1-2 MPa (uns 150-300 psi), la platina es pot deformar permanentment (afluixament, inclinació o depressió de la superfície de contacte).

A la pràctica, les platines d'alumini poques vegades s'utilitzen en aplicacions de suport de càrrega per sobre de 180 graus. Alguns dissenys arribaran a 220 graus si es necessita una platina petita sense càrrega (per exemple, escalfament per contacte sense força externa), però encara hi ha la possibilitat de canviar les dimensions.

La discrepància del recobriment de PTFE
El PTFE (politetrafluoroetilè) s'utilitza com a recobriment en moltes plaques d'escalfament d'alumini per donar una superfície d'alliberament anti-adherent. El PTFE es pot utilitzar contínuament a temperatures de fins a uns 500 graus F (260 graus). El substrat d'alumini no va sobreviure a 260 graus. Es va trobar que el recobriment de PTFE sobreviu sobre un substrat d'alumini a 260 graus. Per molt que pugui prendre el recobriment, tot el procés té un sostre dur, tal com ho dicta el límit de temperatura de la substància de la platina. Si la temperatura supera els 200 graus, cal acer fins i tot si el procés exigeix ​​una superfície-antiadherent (l'acer també es pot recobrir amb PTFE, però l'adherència és més difícil).

Expansió tèrmica de l'alumini
L'alumini té un coeficient d'expansió tèrmica força elevat (al voltant de 23 x 10^-6 / C per a 6061). Una placa d'alumini de 300 mm de llarg, escalfada de 20 a 200 graus, s'expandeix al voltant d'1,2 mm. Aquesta expansió s'ha de compensar mitjançant ranures de muntatge, guies o connectors flexibles. Si no es proporciona el desenvolupament tèrmic, es pot produir un panyatge o un dany als escalfadors.

Platines d'acer inoxidable: el cavall de batalla d'alta temperatura
Per a temperatures de plat de més de 250 graus, es prefereix l'acer inoxidable, especialment els graus austenítics 304 i 316. L'acer conserva bona part de les seves qualitats mecàniques fins i més de 400 C. sobre això, el límit depèn de l'aliatge i la tensió admissible.

Límits de temperatura per a graus representatius
Material Temperatura màxima de servei segur (continu) Notes
Alumini 6061-T6 200 grau (392 graus F) La força disminueix ràpidament per sobre dels 180 graus Alumini 7075-T6 130 grau (266 graus F) Límit de temperatura inferior a causa de problemes de corrosió per estrès
Acer inoxidable 304 800 graus (1472 graus F) Límit pràctic de la placa ~ 500 graus a causa dels límits de l'escalfador i l'aïllament
Acer inoxidable 316 800 grau (1.472 graus F) semblant a 304; Millor resistència al clorur
Acer inoxidable 430 (ferrític) 750 graus (1382 graus F) Menor cost, menys formable
Acer per a eines grau H13 550 (1022 graus F) Endurit, resistent al desgast-; estampació en calent
Per a les planxes de calefacció, la temperatura màxima de seguretat pràctica per a l'acer inoxidable normalment no està restringida per l'acer en si, sinó pels elements d'escalfament, l'aïllament i els materials del termoparell. Les plaques d'acer inoxidable es poden operar de manera segura a temperatures d'entre 400-500 graus (750-930 graus F) quan estan equipades amb escalfadors interns adequats (com ara components amb recobriment metàl·lic aïllat mineral-) i aïllament d'alta temperatura (com fibra ceràmica o mica). Algunes plaques de formació de vidre especials utilitzen escalfadors revestits d'Inconel i aïllaments d'alt rendiment per arribar fins a 650 graus.

Retenció de la força a altes temperatures
L'acer inoxidable AISI 304 manté al voltant del 70% de la seva resistència a la temperatura ambient a 500 graus. En altres paraules, una platina construïda per a una força de premsa de 50 tones a temperatura ambient encara serà capaç de gestionar unes 35 tones a 500 graus. L'alumini, per contra, conserva només un 10-20% de la seva resistència a 250 graus. L'acer és el material preferit a temperatures superiors als 250 graus, ja que no s'arrossega ni es recuit sota les pressions normals de premsa industrial.

Trencaclosques de conductivitat tèrmica
La principal limitació de l'acer inoxidable és la seva baixa conductivitat tèrmica. L'acer tipus 304, que té una conductivitat tèrmica a temperatura ambient d'aproximadament 15 W/m·K, té una conductivitat tèrmica d'uns 18 W/m·K a 500 graus. Això és al voltant de 10 a 12 vegades menys que el de l'alumini. Com a resultat:

Per eliminar els pegats freds, els elements de l'escalfador s'han de col·locar molt més a prop (p. ex.:. 30-50 mm d'espai en comptes de 80-100 mm per a l'alumini).

Els gradients tèrmics a través de la placa triguen més a igualar-se, per la qual cosa les zones de calefacció s'han de dissenyar amb cura i els cossos de la platina han de ser més gruixuts per distribuir la calor.

Els períodes de pujada són molt més llargs per a la mateixa potència de l'escalfador.

Moltes planxes d'acer inoxidable d'alta temperatura estan perforades internament per a escalfadors de cartutxos o escalfadors colats per compensar i poden tenir diverses zones de calefacció independents amb controladors individuals.

Altres qüestions materials
Expansió tèrmica de
L'acer inoxidable s'expandeix al voltant de 17 × 10⁻⁶ / grau (grau 304), que és menys que l'alumini però encara significatiu. Una placa d'acer de 300 mm escalfada a 500 graus s'ampliarà aproximadament 2,4 mm (a partir de 20 graus). Això s'ha de compensar amb un muntatge flexible o suports lliscants. Les taxes d'expansió de les planxes d'acer i els marcs de premsa d'acer no són gaire diferents, però si s'instal·la una placa d'acer en un marc d'alumini (poques vegades es fa) és necessària una planificació acurada.

Resistència a la corrosió
Tant l'alumini com l'acer inoxidable tenen una bona resistència a la corrosió en molts entorns, però l'acer inoxidable és molt millor en presència d'humitat, productes químics o oxidació a alta temperatura. L'alumini té una capa d'òxid que protegeix el metall, però aquesta capa es pot debilitar a altes temperatures o ambients àcids/alcalins. L'acer inoxidable és la millor opció per a plats de contacte-aliments, mèdics o químics, especialment quan s'utilitzen agents de neteja.

Maquinabilitat i cost
L'alumini és barat (unes 3-5 vegades més barat que el 304 inoxidable en volum) i molt més fàcil de processar. Petits xips d'alumini controlables. L'acer inoxidable d'enduriment de goma necessita velocitats de tall més lentes i eines més resistents. Això significa que els prototips i les platines personalitzades es tornen més barats en alumini, sempre que el requisit de temperatura es mantingui dins dels seus límits.

Platines amb recobriment i desajust de temperatura
PTFE or fluoropolymer coatings are typically used when a non-stick surface is required (e.g. for curing epoxy prepregs or moulding thermoplastics). The highest continuous temperature of these coatings is 260–290 °C for ordinary grades (some high performance fluoropolymers approach 300 °C). A PTFE coated aluminium platen can not be utilised over 200°C since the aluminium fails first. A stainless steel platen with PTFE coating may be utilised up to the limit of the coating (260°C) however the steel is over specified for that temperature. Permanent PTFE coatings are not used in applications requiring both high temperature (>250 graus ) i una superfície-antiadherent; en aquestes aplicacions s'utilitzen altres sistemes d'alliberament (llamines d'alliberament recobertes de silicona o acer polit nu amb esprai d'alliberament).

Criteris pràctics de selecció
Temperatura màxima de platina requerida Lectura recomanada
Fins a 150 graus d'alumini 6061 (reacció tèrmica adequada i ràpida)
Alumini 6061 de 150 a 200 graus amb reducció de càrrega; acer inoxidable si es requereixen forces de premsa fortes
200 graus -250 graus d'acer inoxidable (304 o 316): l'alumini és perillós
Acer inoxidable (304, 316, 430) 250 graus a 500 graus
Per sobre de 500 graus C Escalfadors especials (revestiment d'Inconel) o platines de ceràmica, acer inoxidable
Resum
L'opció d'alumini versus acer inoxidable per a una placa de calefacció és realment un problema de temperatura. L'alumini és bo fins a uns 200 graus C per a un escalfament ràpid, una alta homogeneïtat, un baix cost i una fàcil mecanització. Però a aquesta temperatura s'estova i es deforma sota estrès.