Mekanisk tilpasning og termisk udvidelse – en praktisk vejledning

Mekanisk tilpasning og termisk udvidelse – en praktisk vejledning
En patronvarmer, der passer perfekt ved stuetemperatur, kan sætte sig fast inde i hullet, når den har nået driftstemperaturen. Omvendt kan en løs pasform ved stuetemperatur blive ideel, når den er varm. Forståelse af mekanisk pasform og termisk ekspansion forhindrer fastsiddende varmelegemer, revnede forme og for tidlige fejl.

Fysikken bag fit clearance.

De fleste patronvarmere har en ydre kappe lavet af rustfrit stål eller Incoloy. Formen eller værktøjet er normalt lavet af værktøjsstål, aluminium eller bronze. Disse materialer udvider sig med forskellige hastigheder, når de opvarmes. Termisk udvidelseskoefficient (CTE) for rustfrit stål er ca. 17 × 10⁻⁶/grad. For aluminium er det omkring 23 × 10⁻⁶ / grad. For værktøjsstål, ca. 12 × 10⁻⁶/grad. Det betyder, at når temperaturen stiger, udvider aluminium sig hurtigere end rustfrit stål, mens værktøjsstål udvider sig langsommere.

Beregning af frigang ved driftstemperatur.

Antag en 10 mm diameter rustfri stålvarmer installeret i et 10,07 mm diameter hul i værktøjsstål. Rumtemperaturen er 20 grader. Driftstemperatur er 350 grader. Varmelegemet udvider sig til ca. 10,06 mm. Hullet udvider sig til cirka 10,10 mm. Clearance ved driftstemperatur bliver 0,04 mm-stadig acceptabel. Hvis rumtemperaturafstanden kun er 0,02 mm, kan varmeren blive låst ved 350 grader, fordi stålhullet udvider sig mindre end varmeren.

For aluminiumsforme er situationen omvendt. Hullet udvider sig hurtigere end varmeren. En rumtemperaturafstand på 0,03 mm kan blive 0,10 mm ved 300 grader. Den overdimensionerede frigang reducerer varmeoverførslen og forårsager dårlig temperaturensartethed.

Anbefalede diametralafstande efter anvendelse:

· Stålforme, under 300 grader: 0,03–0,05 mm
· Stålforme, 300–450 grader: 0,05–0,08 mm
· Aluminiumsforme, under 250 grader: 0,02–0,04 mm
· Bronze- eller kobberforme: 0,02–0,03 mm
· Høje-vibrationsapplikationer (pakkemaskiner): Tilføj 0,02 mm ekstra frigang for at tillade let bevægelse uden binding

Huldybde og længdeudvidelse.

En 150 mm lang patronvarmer udvider sig i længderetningen omkring 0,8 mm ved 350 grader. Hullet skal bores mindst 5 mm dybere end den opvarmede længde. For længere varmelegemer (over 200 mm), skal du tilføje mindst 10 mm ekstra dybde. Dette gør det muligt for varmelegemet at udvide sig frit uden at komprimere mod den lukkede ende.

Overfladefinish betyder noget.

Et boret hul med en ru, revet overflade reducerer den effektive kontaktflade. Selv med korrekt frigang skaber dårlig overfladefinish mikroskopiske luftspalter. Den anbefalede finish er 1,6µm Ra eller bedre. Et oprømmet eller boret hul er bedre end et standardboret hul.

Almindelige tegn på mekanisk fejl:

· Varmelegeme kan ikke fjernes efter afkøling - tegn på utilstrækkelig spillerum eller for meget termisk ekspansion.
· Varmelegeme glider for let ud, når den kolde - frigang er for stor, hvilket forårsager dårlig varmeoverførsel.
· Brændmærker på den ene side af varmeren - hullet er ikke lige, eller varmeren er bøjet.
· Skeden har i længderetningen - snavs i hul eller ru overfladefinish.

Mekanisk pasform er ikke en sekundær detalje. Det er en primær faktor i varmeoverførselseffektiviteten og varmeapparatets levetid. Ved at bruge ekstra tid på hulforberedelse og rydningsberegning reduceres nedetiden og udskiftningsomkostningerne betydeligt.