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熱伝達率について質問です。真鍮とSUS４４０の熱伝達率の速さの違いはどのくらい？
- 熱伝達率について質問です。真鍮（２６０℃）と真鍮（３０℃）の熱伝達率、SUS４４０（２６０℃）と真鍮（30℃）の熱伝達率はどのくらい速さが違うのでしょうか。
- また、真鍮（２６０℃）とSUS４４０（260℃）はヒーターによって常に温められ、一定です。真鍮３０℃はどのくらで２６０℃に達するのか比較したいのです。
- 質問理由は、ヒーターでビットを温め真鍮製のインサートを樹脂製品の中に圧入する作業があるのですが、真鍮製ビットだとへたるのでSUS４４０のビットに交換したのですが、圧入時間に差があります。熱伝達率の違いだと思うのですが、計算方法がよくわかりません。また、同じ速度で熱を伝えるためにはSUSを何度に設定すればよいのでしょうか。
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ストーリー整理 ・真鍮製のインサートを樹脂製品の穴へ、ヒーターで加熱したビットを接触させて圧入する ・従来、ビットには真鍮製を使用。へたるからSUS440（焼入）に変更 ・SUS440ビットは真鍮ビットより加熱に長時間を要する ・時間短縮をしたい 解決策 ?インサートを熱盤等で予熱。所要260℃までが望ましいが、不都合あるならその限界まで。 ?SUS440ビット中心に穴を明け銅棒を挿入。 銅は熱伝導率、熱伝達率どちらも数十倍優れるから、面積比50％でも抜群の効果。 加熱ヒーターが先端ギリギリまで達しているなら不可能だが ＞約４０ｍｍあります なら効果大。 ?大量なら型内でのインサート成形にしてしまう。 ?加熱不要な超音波インサートにする。 http://www.nalex.co.jp/welder/insert.html ビットを２６０℃以上に加熱して押付けると、インサートの根元もその温度に上昇するので樹脂が焼ける溶けるの不都合。 熱伝達率 ＝ 熱拡散率 ＝ 熱伝導率／（比熱×密度） http://www.tyseng.net/dennetsu.pdf 熱時定数[s]=熱抵抗[℃/W]×熱容量[J/℃] http://www.k5.dion.ne.jp/~ajima/HEAT/HEAT.htm 時間の次元をもつこの値が計算できれば比較はたやすいが、熱力学は不得意ですから・・・ ハンダごて等で押付け挿入とか、予熱を書いてない部品屋も多いですナ。 予熱の方が温度安定しやすく、ヒーター加熱はビットが冷めないだけに出来るはずです。 260℃は少し疑問。並プラなら完全に溶けてしまう温度。 ビットへの銅挿入は叩き込むなりでしっかり密着させる。熱膨張は銅＞SUS440C なので加熱すれば密着性を増すが、隙間があるなら逆効果。
内容がやっと理解できました。 改良前は、 真鍮製ビットを260℃に温め、樹脂に圧入している。 熱圧入なので、樹脂を溶かしながら圧入する。 真鍮は、銅合金なので、熱伝導率が良いので、ビット圧入表面が冷えても元の温度に戻り易い。 （ハンダごて等で、内部から更に熱供給する場合もある） 改良後は、 SUS440製ビットを260℃に温め、樹脂に圧入している。 熱圧入なので、樹脂を溶かしながら圧入する。 SUS440は、銅合金でないので、熱伝導率があまり良いので、ビット圧入表面が冷えても元の 温度に戻り難い。 ですか。 260℃は、樹脂の材質で決まっているのではないでしょうか？ また、ビットの大きさ（蓄熱量）にもよると思います。 以上から、樹脂特性を充分に確認した後に、260℃より10℃上げて圧入する。 そして、また10℃上げて圧入する。…と、繰り返していく。 又は、ハンダごて等で、内部から更に熱供給しなから圧入する。 （やっていない場合で、260℃より上げられない樹脂特性の場合です。） URLは、“ビット インサート”で用語検索した内容です。 貴殿も調べてみると、対策のヒントがつかめるかもしれませんよ。 誤りを訂正します。 SUS440は、銅合金でないので、熱伝導率があまり良いので、ビット圧入表面が冷えても 元の温度に戻り難い。 ↓ SUS440は、銅合金でないので、熱伝導率があまり良くないので、ビット圧入表面が冷え ても元の温度に戻り難い。 と、下段に訂正します。 > SUS440のビットに交換したのですが圧入時間に差があります。 > 熱伝達率の違いだと思うのですが計算方法がよくわかりません。 から、真鍮に比べてSUS440の方が圧入時間が長くなると判断しました。 圧入時間が長くなると一般的に問題が生じ、短くなるとメリットになるから判断しました。でも、 > これに関しては不に落ちない点があります。SUSだから元の温度にもどりづらいのであれば > だんだんサイクルタイムがおそくなりますよね。 > しかし時間は一定で遅いのです。 > なので熱伝達率の問題ではないかと推測しました。 の記述で、圧入時間に差があります？？ サイクルタイムがおそくなりますよね。しかし時間は一定で遅いのです？？ 何だか、頭が痛くなってきました。 多分、予想ですが、 ◆ 真鍮のビットとSUS440のビットを260℃まで加熱する時間がSUSの方が長く掛かる ◆ ビット圧入は、260℃で樹脂を一気に溶かし圧入しているので、真鍮もSUS440も同じ ◆ 時間は一定で遅いのです は、樹脂を溶かしながら圧入しているので両者共遅い ですよね。 > たとえば１００℃のサウナに入っても体がすぐに１００℃になるわけじゃないですが、 > １００℃の鉄に触るとすぐに火傷になりますよね。これがインサートでも起こっている > のではないかと。 ＹＥＳです。 ですから、熱伝導率が良い真鍮は内部まで速く温まり、SUS440は遅く温まるので、真鍮の加温 時間でSUS440を取り出し温度測定をすると、ビットの表面が内部温度になっているので加温時間 を長くしている。（サーモグラフィーで測定しているのでしょうか？） 圧入はその逆ですが、圧入時のビット表面温度は常に樹脂が溶ける温度なので、熱伝導率の 影響を受けていない条件範囲と考えるべきでしょう。
お礼
ご教授ありがとうございます トライを行いました。結果は温度を２０度上げ同じようなサイクルタイムに なりました。ありがとうございました SUS440は、銅合金でないので、熱伝導率があまり良いので、ビット圧入表面が冷えても元の温度に戻り難い。 →これに関しては不に落ちない点があります。SUSだから元の温度にもどりづらいのであればだんだんサイクルタイムがおそくなりますよね。しかし時間は一定で遅いのです。なので熱伝達率の問題ではないかと推測しました。 たとえば１００℃のサウナに入っても体がすぐに１００℃になるわけじゃないですが、１００℃の鉄に触るとすぐに火傷になりますよね。これがインサートでも起こっているのではないかと。あくまで小生の憶測ですが・・・ よろしくお願いします
補足
ご返事遅くなりすみません ◆ 真鍮のビットとSUS440のビットを260℃まで加熱する時間がSUSの方が長く掛かる これは確かそうです。しかしあがる温度時間ではなく、あがった後の圧入時間が長いのです。圧入はエアーシリンダーにて一定の圧力を加えながらしています しかも一定で圧入時間が長いということはSUS自体が冷えているのではなく インサートに温度を受け渡しが出来なくて遅いのではないのかと。 小生の説明が悪く何度もすみません
“熱伝達率”とお問い合わせですが、内容を考慮させて頂くと、熱伝達率 という言葉で考えない方がよさそうに感じます。 また、否定的なことばかりで恐縮ですが、熱源の温度が260℃であって、 被加熱物の温度が260℃に達する時間と問われると、無限大時間が掛かると 言う結論になるので、熱源の温度と被加熱物の到達温度には、ある程度の 温度差を設定しておくことが実用的です。 ここで、お問い合わせの内容にもどって、 260℃一定に維持される点と、インサート材と接触する面とはどれほどの 距離(x)があるのでしょうか？ φ６mmの断面積で、この距離の間を熱伝導 する能力の差が問題となっているように思います。 もし、インサート材と接触する熱源の表面温度が260℃一定に保持されること が確かなのであれば、材質が真鍮であってもSUS440であっても、インサート 材を加熱する速度に理屈の上では差は生じない筈です。 260℃一定に制御されている点と、インサート材と接触する面の距離が判れ ば、真鍮とSUUの物性差（による、φ6mm×長さxの物体の熱伝導率の差異に よる熱抵抗の違い）が、被加熱物の温度上昇の速さを決めているものと思い ます。 あるいは、260℃に制御しているのは長時間を平均した値であって、インサ ート材と接触した過渡状態では、温度が変化すると考えた方が適切であれば 熱伝導率に加えて、加熱側、被加熱側の比熱を考慮して計算することが適切 なように思います。 理解しにくいところがあれば、ご指摘下さい。できる限り補足説明するよう に努めたいと思います。 また、小生の回答を参考にして、もう少し具体的な情報をご提供頂けければ 具体的な数値計算例を示すことができるかもしれません。
お礼
迅速なご教授ありがとうございます。 早速ですが 熱源の温度が260℃であって、 被加熱物の温度が260℃に達する時間と問われると、無限大時間が掛かると 言う結論になるので、熱源の温度と被加熱物の到達温度には、ある程度の 温度差を設定しておくことが実用的です。 →そうですよね。あさはかな質問でした。小生は真鍮製のインサート に熱を伝える時にSUSと真鍮製では単純にどのくらい違いが出るのかが知りたかったのです。 260℃一定に維持される点と、インサート材と接触する面とはどれほどの 距離(x)があるのでしょうか？→ 約４０ｍｍあります もうひとつむちゃくちゃな質問よろしいでしょうか？ 熱伝導率が真鍮ぐらいあり、硬さはSUSほどある金属はありますか 正直SUSがいいものなのかも迷っています ほんとにご親切なご返事ありがとうございます。
お礼
ご親切なご返答ありがとうございます ?インサートを熱盤等で予熱。所要260℃までが望ましいが、不都合あるならその限界まで。 →これはいいですねインサートに余熱を加えればサイクルタイムを短縮できますね。ありがとうございます ?SUS440ビット中心に穴を明け銅棒を挿入。 銅は熱伝導率、熱伝達率どちらも数十倍優れるから、面積比50％でも抜群の効果。 加熱ヒーターが先端ギリギリまで達しているなら不可能だが ＞約４０ｍｍあります なら効果大。 →ありがとうございます。試作でテストしてみようと思います ?大量なら型内でのインサート成形にしてしまう。 →インサート圧入機を作ってしまっているのでこれは無理かも 金型改造費も発生するので・・・ ?加熱不要な超音波インサートにする。 超音波は製品の変なところが掛けたり溶けたりするのでちょっと難しそうです。ホーンも高いですし・・・ いろいろなアイデアありがとうございました。取り入れていこうと思います。 いろいろとご教授ありがとうございました。 今後にも生かせるようにテストしていこうと思います。 確かに２６０℃は並プラでは完全に溶けますしかし、ちょっと温度 の高いプラなので設定温度が高いのです。 いろいろほんとうにありがとうございました