Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Chłodzić czy termostatować ?

W zakresie problemów związanych z chłodzeniem i termostatowaniem form wtryskowych jest wielu ekspertów, których odpowiedzi na postawione pytanie mogą znacząco odbiegać od siebie. Poczynając od zaleceń „ ...Chłodzić tak mocno jak to tylko możliwe...” przez „...Chłodzić impulsowo...” lub „...Termostatować w sposób ciągły...” aż do „ ... Jedne segmenty formy chłodzić inne termostatować...”. Ta różnorodność każe przyjrzeć się bliżej problemom cieplnym występującym w formie. Przemysłowe przetwórstwo tworzyw sprowadza się do zagadnień związanych z doprowadzeniem i odbiorem ciepła. W zależności od typu tworzywa i rodzaju procesu przetwórczego, należy w czasie jego trwania doprowadzić lub odebrać określoną porcję ciepła. Jest istotne by w ramach bilansu cieplnego formy zapewnić stałe ilości odbieranego lub doprowadzanego ciepła.

Przeciwstawne wymagania

Przetwórca zmuszony jest do obniżania kosztów produkcji przy zapewnieniu wysokiej jakości swych produktów. Jest rzeczą oczywistą, że ustawiając warunki procesu chcemy uzyskać wypraskę o określonych własnościach mechanicznych, jakości powierzchni i tolerancji wymiarów. Cel ten można osiągnąć na przykład poprzez podniesienie temperatury formy. Z drugiej strony, by obniżyć koszty produkcji, pragniemy produkować z możliwie krótkim czasem cyklu. Wymóg związany jest zaś z szybkim chłodzeniem, które można osiągnąć np. poprzez obniżenie temperatury formy. Znalezienie dobrego rozwiązania jest dlatego takie trudne i wymaga wyjaśnienia kilku zjawisk zachodzących w procesie wtrysku.

Wpływ temperatury formy na własności wyrobu

Zimna forma:
  • krótszy czas cyklu
  • większy udział fazy amorficznej w strukturze wypraski
  • większy skurcz wtórny
  • wewnętrzne naprężenia
Forma cieplejsza
  • dłuższy czas cyklu
  • większy udział fazy krystalicznej w strukturze wypraski
  • większa dokładność wymiarowa wyrobu
  • lepsza wytrzymałość mechaniczna

Co wpływa na czas chłodzenia?

W oparciu o wzór określający czas chłodzenia płaskiej płytki można zauważyć znaczący wpływ czterech czynników. Istotne parametry to: grubość ścianki wypraski, temperatura tworzywa, temperatura formy i temperatura usuwania wypraski. Bardzo znaczący wpływ na czas chłodzenia ma grubość ścianki wypraski. We wzorze na wyliczenie czasu chłodzenia wielkość ta jest podniesiona do potęgi. Oznacza to, że zwiększając dwukrotnie grubość ścianki powodujemy czterokrotne zwiększenie trwania czasu chłodzenia. Oznacza to również, że zmniejszając grubość ścianki o połowę uzyskujemy skrócenie czasu chłodzenia do jednej czwartej. Skrócenie czasu do jednej czwartej powoduje, że przy określonej ilości przetwarzanego tworzywa należy dwukrotnie zwiększyć wydajność chłodzenia urządzenia termostatującego. Jest zasada, że im cieńsza jest wypraska tym większą moc chłodzenia powinien zapewnić stosowany do jej produkcji system chłodzący.

Dalszą możliwością skrócenia czasu chłodzenia jest podniesienie temperatury usuwania wypraski tak dalece jak to jest możliwe. Górna granica temperatury usuwania jest wyznaczona jakością wykonywanej wypraski. Kolejnym czynnikiem wpływającym na czas chłodzenia jest temperatura ścianek gniazda formującego (temperatura formy). Wpływ tej temperatury nie jest dominujący, lecz ma pewne znaczenie. Zasadą jest, że im niższa temperatura formy, tym krótszy czas chłodzenia. Optymalna wartość temperatury formy związana jest z rodzajem przetwarzanego tworzywa i powinna być tak dobrana, by zapewnić wymagane właściwości mechaniczne wypraski, dobrą jakość powierzchni i pozwolić na unikniecie powstania naprężeń wewnętrznych w wyprasce.

Najmniejszy wpływ na czas chłodzenia ma temperatura wtryskiwanego tworzywa. Zwykle podniesienie temperatury wtrysku, polepszenie płynności tworzywa, powoduje wydłużenie czasu chłodzenia.

Poza wymienionymi parametrami pozostaje jeszcze najważniejszy czynnik. Niezależnie od techniki przetwórstwa rozstrzygające znaczenie dla właściwego wykorzystania systemu chłodzenia lub termostatowania ma właściwe dobranie i umiejscowienie kanałów chłodzących w formie.

Chłodzenie bezpośrednie w sposób ciągły

W przypadkach, gdy produkowanym wypraska nie stawiane są zbyt wysokie wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej i jakości powierzchni, czas chłodzenia jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o produkcji. Szczególnie, gdy produkowane są tanie detale oraz gdy w rachubę wchodzą tworzywa (PP, PE) wymagające niskich temperatur formy (100C do 400C), poleca się stosowanie bezpośredniego chłodzenia. Metoda ta pozwala na zastosowanie zimnej wody bezpośrednio w kanałach chłodzących. Doprowadzenie zimnej wody bezpośrednio do formy zapewnia maksymalne skrócenie czasu chłodzenia. Technika ta stosowana jest w produkcji zabawek, mebli ogrodowych, artykułów gospodarstwa domowego i innych tanich, masowych wyrobów.

Ta prosta technika chłodzenia może być także z powodzeniem wykorzystana w zastosowaniach, gdzie wypraskom stawiane są wysokie wymagania. Dotyczy to np. produkcji preform z PET. Dla osiągnięcia najkrótszego czasu chłodzenia stosuje system podający wodę chłodząca o niskiej temperaturze do kanałów chłodzących formy. W systemie tym stosuje się dodatkowo chłodzenie wody powracającej z formy. W 96-cio krotnej forma do preform gniazda umieszczone są na małej przestrzeni. Zastosowane są rdzenie chłodzone od wewnątrz. Forma taka wymaga zastosowania dużej ilości wody chłodzącej podanej z wysokim ciśnieniem. Należy zwrócić uwagę na ekonomiczną pracę urządzenia chłodzącego, by pomimo wysokiej wymaganej wydajności chłodzenia utrzymać koszty jego pracy na niskim poziomie. Dla takich zastosowań poleca się systemy połączone. Dla wykonania takich konstrukcji konieczna jest współpraca producenta urządzeń z przyszłym Użytkownikiem, wymagane jest bowiem dokładne określenie wymagań stawianych urządzeniu chłodzącemu.

Chłodzenie bezpośrednie w sposób Impulsowy

Urządzenia chłodzące impulsowo pracują w oparciu o zasadę chłodzenia bezpośredniego. Woda chłodząca o określonej temperaturze i pod określonym ciśnieniem jest przepuszczana przez formę. W przeciwieństwie do metody ciągłej woda podawana jest w sposób przerywany. Zawór magnetyczny w określonych odstępach czasu otwiera i zamyka przepływ wody.

Jest to znana metoda stosowana od dawna w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Wpierw zastosowano zawory magnetyczne w układach chłodzących olej w układach hydraulicznych wtryskarek. Następnie zawory magnetyczne pojawiły się w urządzeniach termostatujących z pośrednim układem chłodzenia. W urządzeniach tych woda chłodząca przepuszczana jest impulsowo przez wymiennik ciepła. Kolejnym krokiem było zastosowanie zaworów zamykających w termostatach z bezpośrednim układem chłodzenia, w których woda chłodząca płynie w sposób impulsowy bezpośrednio przez formę. Ten sposób chłodzenia jest stosowany wtedy, gdy zastosowanie układu o stałym przepływie wody tłumionym przez zawór dławiący prowadzi do nie akceptowanych zmian temperatury formy.

Urządzenia impulsowe pracują bez własnej pompy i bez układu grzania. Są one uzależnione od temperatury, ciśnienia i wydatku układu zasilania w zimną wodę. W zastosowaniach, gdzie urządzenia takie się sprawdzają, posiadają one dużą zaletę w stosunku do termostatów. W urządzeniach tych nie występuje pompa, układ grzania, wymiennik ciepła i inne drogie komponenty. Pozwala to na obniżenie kosztów inwestycji do niezbędnego minimum oraz na zmniejszenie kosztów instalacji i pracy.

Urządzenia te posiadają niestety tę wadę, że z ich pomocą nie można nagrzać formy do żądanej temperatury. Oznacza to utrudnione warunki rozruchu formy lub w przypadku pracy automatycznej praktycznie uniemożliwia rozpoczęcie produkcji. W większości wypadków konieczne jest stosowanie przy uruchamianiu produkcji urządzeń termostatujących, pozwalających ogrzać formę do określonej temperatury. Urządzenia te są następnie odłączane i załączany jest system chłodzenia impulsowego. Czynność powyższą należy niestety przeprowadzać nie tylko przy rozruchu, lecz także po każdej przerwie w pracy. Użytkownik powinien być wiec wyposażony w urządzenie termostatujące o takiej samej mocy grzania jak w przypadku gdyby chciał zastosować system ciągłego termostatowania. Oznacza to niestety, że koszty inwestycji przy zastosowaniu systemu chłodzenia impulsowego powinny uwzględniać także zakup odpowiedniego urządzenia termostatującego. Przy uwzględnieniu zwiększonych kosztów inwestycji, system impulsowy opłaca się stosować w tych przypadkach, gdy zakres temperatur narzędzia, wynikający z własności wypraski, leży w zakresie, którego nie można osiągnąć przy zastosowaniu termostatów.

Termostatowanie

Przy termostatowaniu ciągłym rozróżnia się dwa kryteria budowy urządzeń. Oferowane są urządzenia z bezpośrednim i pośrednim układem chłodzenia. W urządzeniach z chłodzeniem pośrednim obieg medium termostatującego jest oddzielony od układu chłodzenia. Ciepło odbierane z formy przez medium termostatujące, jakim jest woda lub olej, odbierane jest z medium przez wodę chłodzącą płynącą przez wymiennik ciepła. Zastosowanie tych urządzeń jest polecane szczególnie w tych wypadkach, gdy użytkownik nie dysponuje wodą o dobrej jakości. Urządzenia te poza zwiększonym kosztem wynikającym z kosztu zastosowania wymiennika ciepła posiadają również tę wadę, że występuje strata ciepła pomiędzy wlotem i wylotem medium. Ażeby uzyskać jednakową temperaturę na wlocie formy, jak w urządzeniach z bezpośrednim układem chłodzenia, należy dostarczyć do wymiennika ciepła wodę chłodząca o temp. niższej o ok. 3-50C. Potrzeba zastosowania niższej temperatury wody chłodzącej powoduje zaś zwiększenie kosztów pracy. Z uwagi na prosta obsługę i łatwość zastosowania przyjęło się, że urządzenia z pośrednim układem chłodzenia stosuje się jako uniwersalne urządzenia termostatujące. Istotne jest jednak dokładne dobranie parametrów urządzenia, tak by zapewnić optymalne warunki jego pracy. Zbyt małe urządzenie oznacza np., że przy zabrudzeniu formy, istnieje możliwość niekontrolowanej zmiany jej temperatury. Urządzenie posiadające zaś dużą rezerwę mocy, będzie działało w szerokim zakresie tolerancji. W urządzeniu takim zawór magnetyczny nie będzie mógł być dokładnie wysterowany. W stosunku do urządzeń termostatujących z pośrednim układem termostatowania, urządzenia z termostatowaniem bezpośrednim wykazują lepszą przydatność w tych zastosowaniach, w których mamy do czynienia z formami o wielu obiegach chłodzenia. Szczególnie zaś w tych formach, gdzie poszczególne obiegi chłodzące musza być indywidualnie zasilane.

Żeby skutecznie oddziaływać na własności wypraski potrzebne jest indywidualne dopasowanie i regulowanie temperatury formy w poszczególnych segmentach narzędzia. Szczególnie w formach pracujących z wysokimi temperaturami korzystne jest zastosowanie termostatów podłączonych do urządzeń chłodzących. Termostaty poprzez medium termostatujące utrzymują właściwą temperaturę formy. Zastosowane chłodziarki zapewniają natomiast wodę chłodzącą o niskiej temperaturze. System taki pozwala na optymalne dopasowanie poboru wody chłodzącej do wymagań prowadzonego procesu.

Temperatura pracy jest drugim kryterium decydującym o konstrukcji urządzenia termostatującego. Wodę poleca się jako medium termostatujące z uwagi na prawie dziesięciokrotnie lepsze przewodnictwo ciepła w stosunku do oleju. Szybkość wymiany ciepła przez medium określa bezwładność z jaką będzie pracować termostat. Nowoczesne technologie umożliwiają wykonanie wodnych urządzeń termostatujących pracujących z temperaturami do 300C. Zakres uzyskiwanych temperatur pokrywa w pełni możliwe do wystąpienia w przetwórstwie tworzyw wymagania stawiane temperaturze formy. Urządzenia wykorzystujące olej jako medium termostatujące pozwalają na uzyskanie jeszcze wyższych temperatur dochodzących do 4000C.

Termostatowanie form do produkcji wysokojakościowych wyprasek

W formach przeznaczonych do produkcji wyprasek o wysokiej jakości poleca się stosowanie wieloobiegowych systemów termostatowania. Systemy takie zaopatrują każdy obieg chłodzenia indywidualnie. System taki oznacza zwiększone koszty inwestycji, zapewnia jednak skuteczną możliwość wpływania i kontroli temperatury formy. Nowoczesne systemy oferują możliwość prezentacji wielu obiegów termostatowania na centralnym pulpicie. Zapewniają prowadzenie nadzoru nad warunkami pracy formy i zapisywanie parametrów jej pracy. Układ sterowania pozwala na ustawienie indywidualnych, dla każdego obiegu termostatowania, parametrów pracy. Poza temperaturą medium możemy ustawiać takie parametry jak np. różnica temperatur na wlocie i wylocie medium, ilość medium przepływającego przez obieg. Układ sterowania pozwala na tworzenie pełnej dokumentacji rozkładu temperatur w poszczególnych strefach formy. W praktyce spotyka się bardzo wiele Zastosowań, w których stosuje się systemy wieloobiegowe. Dla takich zastosowań buduje się systemy termostatujące, które umożliwiają Użytkownikowi chłodzenie jednych segmentów formy przy równoczesnym dogrzewaniu innych segmentów.

Jaki system wybrać?

Wszystkie opisane sposoby mają zarówno wady jak i zalety. Ich przydatność jest uzależniona od stosowanej techniki przetwórstwa i wymogów stawianych wyrobom. Metody chłodzenia ciągłego i impulsowego zapewniają niższe koszty inwestycji, lecz ich zastosowanie ograniczone jest do grupy wybranych zastosowań. Techniki te pozwalają na osiągniecie najkrótszych czasów chłodzenia w produkcji masowych wyprasek. Przy produkcji wyprasek technicznych, lub o wysokiej jakości należy stosować urządzenia termostatujące. Najlepiej jeśli będą to systemy umożliwiające indywidualne sterowanie każdym obiegiem chłodzenia, zapewniające wysoką elastyczność sterowania temperaturami w poszczególnych segmentach formy. Systemy takie pozwalają producentowi na uzyskanie wysokojakościowych wyprasek, przy możliwie niskich kosztach produkcji.


GWK Polska
05-825 Grodzisk Maz., Adamowizna 151
Tel. (022) 724 38 07, Fax (022) 724 37 99


Liczba wyświetleń tego artykułu: 16380

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.