Como projetar furos de medição de câmara quente para otimizar a precisão da medição do termopar

O tamanho, a profundidade, o acabamento superficial e a posição do furo de medição usinado nos bicos e manifolds impactam diretamente a resistência de contato térmico entre as cabeças de detecção do termopar e o aço do molde, que é um fator chave que causa atraso de temperatura inerente e deslocamento fixo. Muitos projetistas de moldes reservam apenas furos passantes simples sem critérios dimensionais especificados, resultando, portanto, em variações contínuas de medição que não podem ser evitadas por calibração ou pasta termocondutora. Neste artigo, são formuladas as diretrizes de projeto unificadas para medição de furos de termopares de cabeça chata, sonda reta e fita de ângulo reto.

1. Regras de projeto para furo de medição de termopar de sonda reta

Tamanhos de bainha frequentemente disponíveis: 0,8 mm, 1,0 mm, 1,5 mm
• Tolerância do diâmetro interno do furo: +0.03~+0.06mm maior que o diâmetro externo da bainha, folga muito grande produz resistência térmica do ar, diâmetro muito pequeno causa obstrução da sonda durante a desmontagem.
• Profundidade efetiva: A distância da abertura externa do furo até a superfície cega inferior deve ser tal que a ponta de detecção da sonda fique a 1~2mm de distância da parede do canal de fluxo, de modo a evitar a erosão direta do derretimento e o acúmulo de carbono bloqueando a ponta; a profundidade não deve ser inferior a 5 vezes o diâmetro da bainha para garantir uma área adequada de condução de calor.
• Acabamento de Superfície: Ra Menor ou igual a 0,8μm de polimento para mandrilamento fino. A rugosidade da usinagem grosseira captura facilmente o pó de carbono e gera camadas de barreira térmica.
• Layout dos furos: Não coloque furos de medição em áreas de tensão de parede fina do manifold e em partes finas da ponta do bico para evitar degradação da resistência estrutural e risco de vazamento de material fundido.

2. Regras de projeto para superfície de medição plana de termopar de cabeça chata
• Espessura plana: Substrato de aço sólido mínimo de 1,2 mm abaixo da superfície de contato, placas de aço finas apresentam rápida perda de calor e grande flutuação na medição de temperatura.
• Tamanho do plano: 0,5 mm maior que o contorno da cabeça plana em todos os lados, sem bordas afiadas em ângulo reto para que não se acumulem depósitos de carbono nos cantos.
• Requisito de planicidade: Tolerância de planicidade menor ou igual a 0,02mm. O plano empenado causa folga parcial de contato após a compressão da mola, resultando em transmissão de calor desigual.
• Evite furos passantes: Use uma plataforma de medição plana com furos cegos, pois furos passantes causariam perda de calor e leitura de baixa temperatura.

3. Regras para projetar ranhura rasa de termopar estreito de fita em ângulo reto
• Profundidade da ranhura: 0,3~0,4 mm (igual à espessura da fita), o excesso de profundidade causa um espaço de ar sob a fita.
• Largura da ranhura: 0,2 mm maior que a largura da fita para uma folga minúscula na instalação, sem deformação por extrusão da folha plana.
• Polimento da ranhura inferior: Eletropolimento até obter um acabamento espelhado, para remover micro-perfurações que prendem o pó de carbono.

Erros típicos de projeto e efeitos de desvio que os acompanham

1. Folga excessiva do orifício de medição (>0,1 mm de folga): desvio fixo de temperatura negativa de 1 a 2,5 graus, reação atrasada em mais de 3s.

2. A profundidade do furo não é suficiente, a ponta do sensor está muito próxima do canal de água de resfriamento: A perda de calor faz com que a temperatura medida seja sempre inferior à temperatura real do fundido.

3. Parede interna do furo áspero e não polido: Os depósitos de carbono se acumulam rapidamente, o ciclo de limpeza se torna metade, deriva semana após semana.

4. Orifício de fusão escavado no canal de fluxo: o material fundido entra no orifício, solidifica e cobre a ponta da sonda, bloqueando totalmente a transferência de calor

5. Se o espaçamento entre vários furos de medição for inferior a 20 mm, haverá interferência mútua na condução de calor, o que afetará a leitura da temperatura das zonas adjacentes.

Medidas de otimização correspondentes para moldes acabados com furos de medição fora do padrão

Se o molde tiver sido processado com furos de medição ásperos superdimensionados, a lacuna deve ser preenchida com uma luva metálica de alta condutividade térmica (manga fina de liga de cobre) para remover o isolamento de ar, e uma pasta condutora térmica espessada deve ser aplicada durante a instalação do termopar para compensar a resistência térmica da superfície áspera. Substitua termopares de cordão exposto de baixa massa térmica por furos muito rasos para eliminar a latência devido à falta de área de contato térmico.

Integração do padrão de projeto na lista de verificação do desenho do molde

No exame do desenho 3D da câmara quente, o projetista deve preencher as características do furo de medição: tipo de termopar, diâmetro da bainha, diâmetro do furo interno, profundidade efetiva, rugosidade da superfície e distância entre os pontos de medição. As coordenadas de todos os pontos de medição dos coletores balanceados multicavidades devem ser simétricas para que as condições de transferência de calor para cada termopar sejam as mesmas. A usinagem padronizada do furo de medição pode reduzir o deslocamento inerente da medição do termopar em cerca de 70% na fase de projeto do molde.333