Impatto del materiale dell'utensile e della finitura superficiale del foro sull'efficienza del trasferimento di calore

Impatto del materiale dell'utensile e della finitura superficiale del foro sull'efficienza del trasferimento di calore
Anche con la giusta potenza, punti freddi persistenti o temperature elevate della guaina sono spesso causati dallo stato microscopico del foro di montaggio piuttosto che dall'elemento riscaldante stesso. La forma cilindrica di un riscaldatore a cartuccia consente uno stretto contatto con il metallo circostante, ma la capacità di fuoriuscita del calore dalla guaina dipende dalla ruvidità della superficie e dalla conduttività del materiale.
Di solito, un foro crea minuscoli picchi e tracce di utensili a spirale che producono sacche d'aria. Poiché l’aria conduce il calore in modo molto meno efficace del metallo, queste tasche fungono da barriere termiche. Le creste vengono eliminate e viene creata una superficie cilindrica più uniforme mediante alesatura o levigatura fino ad ottenere una finitura liscia (Ra 0,8 µm o superiore). L'esperienza ha dimostrato che, rispetto ad un foro non finito dello stesso diametro nominale, il miglioramento del trasferimento di calore può avvicinarsi al 20–40%. Questa qualità della superficie diventa sempre più importante man mano che la densità di watt necessaria diventa più ridotta.
Le prestazioni sono ulteriormente influenzate dal materiale dell'utensile. L'ottone e l'alluminio possono sopportare carichi superficiali maggiori e condurre rapidamente il calore. Poiché l'acciaio e le leghe inossidabili conducono il calore più lentamente, sono necessarie densità inferiori o distanze più strette per mantenere la temperatura della guaina del riscaldatore a cartuccia entro limiti predeterminati. Oltre a ridurre il contributo delle radiazioni, le superfici a bassa-emissività o gli strati ossidati all'interno della canna possono potenzialmente aumentare le temperature interne. In situazioni marginali, il contatto può essere migliorato pre-ossidando il foro o applicando un sottile composto conduttivo ad alta-temperatura, purché il composto rimanga stabile alla temperatura di esercizio.
La finitura superficiale e il gioco continuano a interagire. Se lo spazio diametrale è maggiore di quanto consigliato, anche un foro perfettamente liscio perde efficienza. D’altro canto, un adattamento inadeguato non può compensare una superficie sporca o irregolare. Nel corso dei cicli successivi, gli oli di lavorazione residui che si carbonizzano quando riscaldati producono uno strato aggiuntivo di isolamento che riduce le prestazioni. Per risultati costanti, è ancora necessaria una pulizia approfondita dopo la lavorazione.
Il riscaldatore a cartuccia cilindrica mantiene temperature interne più basse e una distribuzione del calore più uniforme quando la finitura del foro, la conduttività del materiale e il gioco corrispondono alla densità ideale. Punti caldi, rapida ossidazione del filo e durata ridotta sono il risultato dell'ignoranza di queste considerazioni. Il materiale, la geometria e il trattamento superficiale degli strumenti di processo variano notevolmente. La valutazione esperta della conduttività termica, dei requisiti di preparazione della superficie e delle tolleranze di adattamento garantisce che il riscaldatore a cartuccia sia abbinato alle effettive proprietà di trasferimento del calore-di ciascun strumento, consentendo un funzionamento affidabile ed efficace in una varietà di applicazioni di produzione.