• Home
  • Features
  • Effect of Temperature of injection molds for the quality and price of thermoplastic moldings (part 1)

Effect of Temperature of injection molds for the quality and price of thermoplastic moldings (part 1)

Effect of Temperature of injection molds for the quality and price of thermoplastic moldings (part 1)

The term tempering molds we include cooling or heating of the forming mold parts with a tempering medium to the desired temperature before the start of production and maintaining the operating temperature during cyclic injection in the desired tolerance range. When tempering leads to solidification and cooling of the polymer melt ejection, and this process starts already during the injection phase - implementation shaped cavity melt continues during the Press-up phase, which will compensate for shrinkage splashes and lasts until the mold opening and ejection ejection of the molding cavity.

Průběh tuhnutí taveniny v dutině formy a chlazení výstřiku je tedy funkcí odvodu tepla z dílce. Teplo dodané do taveniny v plastikační komoře vstřikovacího stroje a zvýšené o třecí teplo při průchodu taveniny rozváděcím systémem formy je odváděno stěnou tvarové dutiny formy přes temperační systém formy a tepelnými ztrátami do okolí, přičemž se uplatní všechny složky odvodu tepla – vedením, prouděním i sáláním.

Vstřikovací forma se v tomto ohledu chová jako výměník tepla. V ideálním případě by stěna tvarové dutiny formy měla mít stále stejnou provozní teplotu, kterou zajišťuje temperace formy. V reálném vstřikování teplota formy kolísá v korelaci s cykly vstřikování. Při plnění dutiny formy taveninou tato, téměř skokově, ohřívá stěnu tvarové dutiny formy a postupně, vlivem chlazení, se teplota stěny snižuje na pracovní hodnotu. Situace je navíc komplikovaná tím, že na povrchu stěny tvarové dutiny dochází ke značným místním i časovým změnám teploty i stavových veličin polymerního materiálu výstřiku.

Změny teploty – místní i časové – jsou ve vzájemné interakci s konstrukcí výstřiku, s konstrukcí formy, respektive jejího temperačního systému, s jeho účinností, včetně materiálu jednotlivých částí formy a materiálu výstřiku. Chladící fáze vstřikovacího cyklu je obvykle nejdelší částí cyklu a tedy výrazně ovlivňuje ekonomii výroby výstřiků z termoplastů. Z ekonomického hlediska by tuhnutí a ochlazování výstřiku mělo být co nejrychlejší, ale z pohledu jakosti dílů by jeho rychlost měla být taková, aby zabránila případným rozměrovým a tvarovým změnám, vnitřním i povrchovým vadám.

Temperační systémy

Zopakujme si, co je úkolem temperace:

• ohřev formy na požadovanou teplotu a její udržení v požadovaném tolerančním rozpětí
• zajištění maximální možné homogenity – rovnoměrnosti rozložení teploty po celém tvářecím povrchu formy, včetně její reprodukovatelnosti cyklus od cyklu
• odvedení tepla z dutiny formy, respektive výstřiku za takovou dobu, aby byly splněny ekonomické i jakostní ukazatele.

Volba, konstrukce a dimenzování temperačního systému vstřikovací formy, technologické podmínky temperace mají značný vliv na výsledné fyzikálně-mechanické vlastnosti výstřiků, na jejich kvalitativní parametry, na dobu trvání výrobního cyklu a na spotřebu energie na temperaci. V oblasti vstřikování plastů je v současné době aplikována řada metod a systémů temperace tvarových dutin vstřikovacích forem. Nejčastějšími temperačními systémy jsou systémy s cirkulujícím médiem, kterým je zpravidla voda. Kromě vody se k temperaci forem používá i olej nebo glykol, vodní pára a to v otevřeném nebo uzavřeném oběhu, v beztlakovém i tlakovém režimu, s trvalým nebo pulzním průtokem.

Při konstrukci formy by měl její konstruktér mít na paměti, že temperační systém je nutno do formy umístit ihned po promyšlení násobnosti formy a zaformování dílu – volba dělících rovin, tvárníků a tvárnic, čelistí atd., a rozvodu polymerní taveniny do jednotlivých tvarových dutin formy. Samozřejmostí by mělo být rozdělení temperace na samostatné okruhy a v případě forem s horkými tryskami by měl být samostatný okruh u ústí každé horké trysky. Jen tak totiž bude temperační systém schopen plnit své,na počátku kapitoly,uvedené úkoly a nebude pouze součástí formy do ní umístěné systémem „tam, kde bylo místo“. Pro zajištění intenzivního odvodu tepla z formy jsou k dispozici při konstrukci temperačního systému formy, respektive vložek formy materiály na bázi Cu, Co, Be, které mají podstatně vyšší součinitel vedení tepla než běžně používané nástrojové oceli:

uhlíková ocel .............................................................50
nástrojové legované oceli (podle složení)...........15-52
měď ............................................................................394
bronz (podle složení)................................................48-84
slitiny typu Amcoloy (v závislosti na pevnosti.....106-360
pozn.: hodnoty uvedeny v W/m/K.

Díky vysokému součiniteli vedení tepla musí být z vložek zajištěn dobrý odvod tepla. Při konstrukci tvárníků i tvárnic je možno použít konstrukční systém CONTURA, jehož principem je rozdělení, například tvárníku, na vrstvy, v jejichž stykových plochách jsou vyfrézovány temperační kanály, které se přizpůsobují tvaru výstřiku. Jednotlivé části – vrstvy se do kompaktního, těsného a pevného celku – tvárníku spojí pájení natvrdo v podtlaku. Nejúčinnější odvod tepla zajišťují temperanční vložky vyrobené technologií laserového spékání kovových prášků ve vrstvách o tloušťce 0,02 až 0,04 mm. Ve vložkách díky vrstvení je možno vytvořit prakticky libovolné prostorové tvary tamperačních kanálů a tím zajistit optimalizovaný odvod tepla z příslušné partie výstřiku.Tento způsob odvodu tepla z formy se nazývá konformní chlazení.


Pro zajištění průběžného chlazení v otevřeném nebo uzavřeném okruhu se používají temperační přístroje s příslušným čerpadlem, jehož výkon by měl zajistit turbulentní proudění vody v kanálech formy, s regulací temperačního i chladícího výkonu. Vodní temperační přístroje jsou buď beztlakové do teploty 95°C nebo přetlakové až do teploty 200°C. Teplonosné médium z těchto přístrojů se přivádí do jednotlivých temperačních okruhů formy. Správná konstrukce a připojení temperačních okruhů formy by měla zajišťovat paralelní – souběžný průtok vody jednotlivými temperačními okruhy. K zajištění paralelních průtoků jsou nabízeny různé typy rozvaděčů, které mohou i regulovat množství protékající vody.

Při paralelním průtoku je zajištěno,že temperační voda vstupuje do jednotlivých temperačních sekcí ve stejném okamžiku a tedy i o stejné teplotě a je tedy zajištěno rovnoměrné ochlazování výstřiku. Uvedený způsob temperance by měl mít vždy přednost před, dnes běžně používaným sériovým – za sebou – způsobem zapojení temperačních okruhů, kdy voda postupně protéká jednotlivými okruhy systému, postupně se ohřívá, na vstupu do další temperační sekce má vyšší teplotu a chlazení je tedy nerovnoměrné. Teplotní spád na vstupu temperační vody do prvního okruhu a na jejím výstupu z posledního by pro amorfní materiály neměl být větší než cca 2 až 4°C, pro částečně krystalické materiály cca 4 až 8°C.

Kromě průběžného způsobu temperace, kdy formou trvale protéká teplosměnné médium,výrobci temperačních zařízení nabízejí i systémy s pulzním chlazením. Jeho podstatou je dynamické řízení chlazení v průběhu vstřikovacího cyklu, kdy po dobu pohybů formy – zavírání, otevírání – vyhazování výstřiků, včetně plnící fáze, kdy se plní tvarová dutina polymerní taveninou není do temperačního systému formy dodávána voda. K intenzivnímu chlazení dochází až v dotlakové fázi a ve fázi chlazení. Pulzní způsob temperace má výhodu v lepším zatékání taveniny – vstřikování do teplejší formy a ve zkrácení doby chlazení.

Výkonnější variantou pulzního chlazení je systém ATS. Systém ATS – Alternativní Temperanční Systém – používá temperační přístroj se dvěma samostatnými okruhy, ve kterých je voda o různé teplotě – studená, teplá, tj. je možno, alternativně, formu jak ohřívat, tak i chladit a to cyklicky v každém výrobním cyklu. Mezi méně běžné systémy temperace vstřikovacích forem je možno zařadit systémy pracující na principu výparného tepla – systém Toolvac vhání do formy kapalný oxid uhličitý, který v systému expanduje a vzniklé výparné teplo umožní rychlý odvod tepla z tvarové dutiny formy nebo systémy pracující s tepelnými nebo vírovými trubicemi.

Aby systémy temperace využívající jako teplonosné médium vodu byly dostatečně účinné, je nutno zajistit dobrou průchodnost a čistotu všech kanálů jimiž voda proudí. Usazeniny, které vznikají na vnitřních površích, zejména při temperaci nad 60°C výrazně snižují účinnost temperace – kotelní kámen má, podle svého složení, součinitel tepelné vodivosti od 0,093 do 2,443 W/m/K.

Pokračování článku ZDE »

  • autor:
  • Lubomír Zeman, Plast Form Service s.r.o., foto: ilustr.


    You might also be interested



     

    Article archive

    Upcoming Events