.svg "Energio – PTS")
Tempering injection molds - an important prerequisite for the production of thermoplastic moldings, Part 3
Vstřikovací forma
Vstřikovací forma pro zpracování termoplastů je v podstatě výměník tepla s uzavřeným rovnovážným termodynamickým obvodem, do kterého je teplo přiváděno v objemu-dávce vstřikované taveniny a odváděno zejména přes temperační systém formy, ve vyhozeném výstřiku a tepelnými ztrátami-vedením, prouděním a sáláním do okolí.
Odvod tepla, realizovaný temperačním okruhem formy, by měl být co nejefektivnější a temperační systém by tedy měl být rozdělen na podokruhy. Kromě efektivity v odvodu tepla z formy-udržení teploty formy na požadované pracovní teplotě-má rozdělení temperačního systému formy na jednotlivé okruhy podstatný význam i z pohledu jakosti výstřiků-možnost lokálního ovlivnění teploty formy s ohledem na požadovaná kvalitativní kritéria výstřiku.
Pro určování počtu temperačních podokruhů a jejich konstrukčního začlenění do vstřikovací formy platí dvě základní zásady:
1. Rozmístění okruhů musí být zvoleno tak, aby docházelo k časově rovnoměrnému chlazení všech tvarových partií výstřiku současně
Z uvedeného konstatování vyplývá, že stěny výstřiku s větší tloušťkou by měly chladnout se stejným teplotním gradientem, nebo-li stejně rychle, jako stěny s menší tloušťkou. Při nedodržení této zásady, dojde vlivem rozdílného gradientu chlazení-odvodu tepla-z konkrétních míst výstřiku k anizotropii jeho vlastností, zejména k rozdílnému lokálnímu smrštění a tím k deformacím, včetně zvýšení obsahu vnitřního pnutí ve výstřiku.
Pro názornost-vstřikování HDPE, tloušťka stěny výstřiku 1, 6 mm, z výpočtu vychází, že jednotkou plochy je nutno odvést 19, 5 cal/cm2, jiné místo výstřiku má tloušťku stěny 4, 5 mm, což znamená, pro zachování stejné teploty stěny formy, již odvést 42, 5 cal/cm2.
Ze zásady číslo 1 se odvíjí i určení závislost vzdálenosti povrchu tvarové dutiny formy a osy temperačního kanálu A a vzdálenost os temperačních kanálů mezi sebou B. Pro uvedené vzdálenosti A a B platí vztah vyjádřený rovnicí přímky A=C1 + C2.B. Rovnice v praxi představuje nepřímou úměru mezi vzdálenostmi A a B, tj. pro homogenní temperaci platí, že je-li vzdálenost A mezi povrchem formy a osou kanálu velká, musí být vzdálenost os kanálů malá a naopak. Při dodržení zásad této nepřímé úměry by na povrchu výstřiků neměly vznikat místa bez temperace- špatného odvodu tepla.
2. Při návrhu temperačních okruhů formy, jejich propojování, určování pořadí propojení musí platit, že vstup temperačního média je nutno vždy směřovat do míst s největším nahromaděním tepla.
V praxi, při konstrukci formy, to znamená, že chladící voda má být nejdříve přivedena ke vstupu taveniny do tvarové dutiny formy, tj. k ústím vtoku a to jak studeného vtokového rozvodu, tak i k ústí horkých trysek, kde potřebujeme teplotu nejvíce regulovat a kde je tavenina nejteplejší a kde jsou i tvarové části formy s nejvyšší teplotou, která ve větší vzdálenosti od ústí vtoku klesá a nejnižší je na konci tokových drah v tvarové dutině formy.
Jinými slovy vyjádřeno-jak chladne v dutině formy tavenina, tak by měla stoupat teplota chladícího média v chladícím okruhu formy.
Při nedodržení této druhé zásady opět dojde ke stejným problémům jako u bodu 1.
Jednou z nejčastějších chyb při konstrukci temperačních okruhů z pohledu uvedených zásad je jejich malý počet-konstruktéři forem mají snahu vytvořit co nejméně chladících okruhů, dá to nejméně přemýšlení a je to i lacinější, ve vztahu k výrobě formy, ale nikoliv ve vztahu k výrobě výstřiků s definovanou jakostí.
 |
K uvedené chybě přidají další, kterou je sériové propojení jednotlivých chladících okruhů. Pod pojmem sériové propojení rozumíme takový způsob chlazení, kdy vstup chladícího média je do jednoho okruhu, z něhož médium pokračuje do dalšího až k výstupu z formy. Tím dochází k velkému oteplení chladícího média a tedy nutnosti pracovat s výkonnějšími chladícími zařízeními, k prodlužování doby cyklu-pomalejší odvod tepla ve výstupních oblastech sériově zapojených chladících okruhů a zejména, z pohledu jakosti výstřiků, k nerovnoměrnému odvodu tepla z nich, což má za následek jejich nerovnoměrnou kvalitu.
Odstranění uvedeného problému je možno provést pomocí paralelního zapojení okruhů, tedy tak, že chladící voda vstupuje do jednotlivých okruhů ve stejný okamžik a se stejnou teplotou, respektive je možno, v případě potřeby okruhy napájet médiem o různé teplotě.
K tomu slouží buď správně zkonstruovaný chladící systém ve formě-oddělené kanály pro přívod a odvod chladícího média-nebo různě vybavené - měření teploty, průtoku vody, regulační prvky pro regulaci průtoku ručně nebo ve zpětné vazbě, atd. - rozvaděče, které opět přivádějí chladící vodu ke vstupům jednotlivých chladících okruhů a z výstupů ji odvádějí do výměníků tepla-chladících zařízení s menším příkonem než je potřebný u sériového zapojení, protože rozdíl teplot na vstupu a výstupu je menší u samostatně zapojených okruhů než u okruhů v sériovém zapojení.
Teplo v tavenině přivedené do tvarové dutiny vstřikovací formy se nejdříve z jejího povrchu-stěny- transportuje vedením na povrch temperačního kanálu. Tento transport neprobíhá ve stejnorodém prostředí o konstantním součiniteli tepelné vodivosti, ale z konstrukčních důvodů se tak děje kondukcí- vedením- přes různé konstrukční prvky formy, přes díly o různých tloušťkách a z různých materiálů o různé tepelné vodivosti - tvarové díly a vložky forem jsou vyrobeny z tepelně zpracovaných nástrojových ocelí, z různých slitin mědi-vysoce tepelně vodivé materiály, rámy a desky forem z uhlíkových ocelí, atd.
Z povrchu chladících kanálů kam bylo teplo přivedeno vedením dochází k jeho přenosu do chladícího média prouděním a vedením.
O vedení tepla v různorodém prostředí vypovídají informativně vybrané hodnoty tepelné vodivosti /W.m -1.K -1/ pro různá prostředí:
| -Plasty | -LDPE | 0, 33 až 0, 36 |
| -HDPE | 0, 38 až 0, 48 | |
| -PP | 0, 12 až 0, 22 | |
| -PP 20T | 0, 41 | |
| -PS, ABS | 0, 14 až 0, 17 | |
| -PMMA | 0, 19 | |
| -PA 6, PA 66 | 0, 21 | |
| -PA 66 SV30 | 0, 22 | |
| -POM | 0, 29 | |
| -PC | 0, 20 | |
| -PC/ABS | 0, 18 až 0, 20 | |
| -PBT | 0, 25 | |
| -PPS | 0, 29 |
Z uvedených hodnot je zřejmé, že i mezi plasty jsou poměrně výrazné rozdíly ve schopnosti vést teplo-viz PP na jedné straně ( vede špatně) a například HDPE nebo PPS na straně druhé (oproti PP cca dvoj až jedenapůl násobek vyšší schopnost vedení tepla);obdobně je tomu i u kompozitních materiálů s termoplastickou matricí- talek vede teplo relativně dobře a SV jsou tepelný izolant.
Uvedená konstatování by měla být brána v úvahu jak při konstrukci forem, tak i při určování doby cyklu, respektive ceny výstřiku.
-Konstrukční materiály forem
- uhlíková ocel 50 při obsahu C od 0, 15 do 0, 35 %
- legovaná ocel 15 až 52 podle obsahu legujících prvků, například W, Cr, Ni, atd.
- měď 394
- hliník 222
- bronze 48 až 84 podle složení
- tepelně vodivé slitiny 106 až 360 v závislosti na složení a pevnosti
-Kotelní kámen bohatý na
- křemen 0, 093 až 0, 1740
- vápník 0, 430 až 0, 977
- sádru 1, 82 až 2, 442
Z hodnot tepelné vodivosti pro kotelní kámen, který tvoří izolační vrstvu na povrchu temperačních kanálů zejména při teplotách temperace nad 60 °C, kdy dochází k jeho vysrážení nejvíce je zřejmá nutnost udržovat kanály čisté, aby bylo dosaženo správné a předpokládané účinnosti temperace.
-Temperační médium
- voda 0, 552 až 0, 666 v rozmezí 0 až 200 °C
- etylenglykol 0, 304 až 0, 259 v rozmezí 0 až 60 °C
- transformátorový olej 0, 123 až 0, 119 v rozmezí 40 až 100 °C
-Vzduch 0, 024 až 0, 045 v rozmezí 0 až 300 °C
Izolačních schopností vzduchu se v konstrukci forem využívá k izolaci rozvodných bloků horkých systémů v pevné části forem.
Naopak a velmi nepříznivě se vzduch, respektive směs vzduchu a případných plynných zplodin, vzniklých při vstřikování daného polymerního materiálu, projevuje tehdy, když přes systém odvzdušnění není z tvarové dutiny všechen odveden. Pokud nedojde k Diesel efektu-spálení materiálu v místě uzavření vzduchu-může mezi stěnou tvarové dutina formy nebo jejího jádra vzniknout izolační mezera, kterou se v dotlakové fázi, například v důsledku malého průřezu ústí vtoku, které brzo zamrzne, nepodaří vytlačit mimo tvar a díky řádově nižší tepelné vodivosti vzduchu oproti plastům je zde místo odporu proti vedení tepla a možnost vzniku nerovnoměrného chlazení výstřiku a tedy některé z vad, které nerovnoměrná teplota stěny formy vyvolává, např. vada v lesku, špatně vykopírovaný desén, atp.
-
Jiří Češka, Nástrojárna Příbram
Production of injection molds, cutting and stamping tools, CNC machining, electric discharge machining, laser welding.
FORMY A PLASTY 2026: A conference showing that stable production begins long before the first moulded part
26.5.2026 This year’s FORMY A PLASTY 2026 conference confirmed that plastic injection moulding is no longer just about the machine, the mould and the cycle time. Over the course of two days, something much more important became clear: high-quality and...
