Impacto del material de la herramienta y el acabado de la superficie del orificio en la eficiencia de la transferencia de calor

Impacto del material de la herramienta y el acabado de la superficie del orificio en la eficiencia de la transferencia de calor
Incluso con la potencia adecuada, los puntos fríos persistentes o las altas temperaturas de la funda con frecuencia son causados ​​por el estado microscópico del orificio de montaje y no por el elemento calefactor en sí. La forma cilíndrica de un calentador de cartucho permite un contacto estrecho con el metal circundante, pero la eficacia con la que el calor escapa de la funda depende de la rugosidad de la superficie y la conductividad del material.
Por lo general, un agujero perforado crea pequeños picos y rastros de herramientas en espiral que producen bolsas de aire. Dado que el aire conduce el calor de forma mucho menos eficaz que el metal, estas bolsas sirven como barreras térmicas. Se eliminan las crestas y se crea una superficie cilíndrica más consistente mediante escariado o bruñido hasta obtener un acabado liso (Ra 0,8 µm o mayor). La experiencia ha demostrado que, en comparación con un agujero perforado sin terminar del mismo diámetro nominal, la mejora en la transferencia de calor puede acercarse al 20-40%. Esta calidad de la superficie se vuelve cada vez más importante a medida que la densidad de vatios necesaria se vuelve más estricta.
El rendimiento también se ve influenciado por el material de la herramienta. El latón y el aluminio pueden soportar mayores cargas superficiales y conducir el calor rápidamente. Debido a que el acero y las aleaciones de acero inoxidable conducen el calor más lentamente, se necesitan densidades más bajas o espacios más estrechos para mantener la temperatura de la funda del calentador de cartucho dentro de límites predeterminados. Además de reducir la contribución de la radiación, las superficies de baja-emisividad o las capas oxidadas dentro del orificio tienen el potencial de aumentar las temperaturas internas. En situaciones marginales, el contacto se puede mejorar pre-oxidando el orificio o aplicando un compuesto conductor fino y de alta temperatura-, siempre que el compuesto se mantenga estable a la temperatura de trabajo.
El acabado superficial y la holgura continúan interactuando. Si el espacio diametral es mayor de lo recomendado, incluso un orificio perfectamente liso pierde eficiencia. Por otro lado, un mal ajuste no puede compensar una superficie sucia o irregular. En el transcurso de ciclos posteriores, los aceites de mecanizado residuales que se carbonizan cuando se calientan producen una capa adicional de aislamiento que reduce el rendimiento. Para obtener resultados consistentes, aún es necesaria una limpieza minuciosa después del mecanizado.
El calentador de cartucho cilíndrico mantiene temperaturas internas más bajas y una distribución de calor más consistente cuando el acabado del orificio, la conductividad del material y la holgura coinciden con la densidad ideal. Los puntos calientes, la rápida oxidación del alambre y la disminución de la vida útil son el resultado de ignorar estas consideraciones. El material, la geometría y el tratamiento superficial de las herramientas de proceso varían mucho. La evaluación experta de la conductividad térmica, los requisitos de preparación de la superficie y las tolerancias de ajuste garantiza que el calentador de cartucho coincida con las propiedades reales de transferencia de calor-de cada herramienta, lo que permite un funcionamiento fiable y eficaz en una variedad de aplicaciones de fabricación.