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

Pr�b�h tuhnutí taveniny v dutin� formy a chlazení výst�iku je tedy funkcí odvodu tepla z dílce. Teplo dodané do taveniny v plastika�ní komo�e vst�ikovacího stroje a zvýšené o t�ecí teplo p�i pr�chodu taveniny rozvád�cím systémem formy je odvád�no st�nou tvarové dutiny formy p�es tempera�ní systém formy a tepelnými ztrátami do okolí, p�i�em� se uplatní všechny slo�ky odvodu tepla – vedením, proud�ním i sáláním.

Vst�ikovací forma se v tomto ohledu chová jako vým�ník tepla. V ideálním p�ípad� by st�na tvarové dutiny formy m�la mít stále stejnou provozní teplotu, kterou zajiš�uje temperace formy. V reálném vst�ikování teplota formy kolísá v korelaci s cykly vst�ikování. P�i pln�ní dutiny formy taveninou tato, tém�� skokov�, oh�ívá st�nu tvarové dutiny formy a postupn�, vlivem chlazení, se teplota st�ny sni�uje na pracovní hodnotu. Situace je navíc komplikovaná tím, �e na povrchu st�ny tvarové dutiny dochází ke zna�ným místním i �asovým zm�nám teploty i stavových veli�in polymerního materiálu výst�iku.

Zm�ny teploty – místní i �asové – jsou ve vzájemné interakci s konstrukcí výst�iku, s konstrukcí formy, respektive jejího tempera�ního systému, s jeho ú�inností, v�etn� materiálu jednotlivých �ástí formy a materiálu výst�iku. Chladící fáze vst�ikovacího cyklu je obvykle nejdelší �ástí cyklu a tedy výrazn� ovliv�uje ekonomii výroby výst�ik� z termoplast�. Z ekonomického hlediska by tuhnutí a ochlazování výst�iku m�lo být co nejrychlejší, ale z pohledu jakosti díl� by jeho rychlost m�la být taková, aby zabránila p�ípadným rozm�rovým a tvarovým zm�nám, vnit�ním i povrchovým vadám.

Tempera�ní systémy
Zopakujme si, co je úkolem temperace:

• oh�ev formy na po�adovanou teplotu a její udr�ení v po�adovaném toleran�ním rozp�tí
• zajišt�ní maximální mo�né homogenity – rovnom�rnosti rozlo�ení teploty po celém tvá�ecím povrchu formy, v�etn� její reprodukovatelnosti cyklus od cyklu
• odvedení tepla z dutiny formy, respektive výst�iku za takovou dobu, aby byly spln�ny ekonomické i jakostní ukazatele.

Volba, konstrukce a dimenzování tempera�ního systému vst�ikovací formy, technologické podmínky temperace mají zna�ný vliv na výsledné fyzikáln�-mechanické vlastnosti výst�ik�, na jejich kvalitativní parametry, na dobu trvání výrobního cyklu a na spot�ebu energie na temperaci. V oblasti vst�ikování plast� je v sou�asné dob� aplikována �ada metod a systém� temperace tvarových dutin vst�ikovacích forem. Nej�ast�jšími tempera�ními systémy jsou systémy s cirkulujícím médiem, kterým je zpravidla voda. Krom� vody se k temperaci forem pou�ívá i olej nebo glykol, vodní pára a to v otev�eném nebo uzav�eném ob�hu, v beztlakovém i tlakovém re�imu, s trvalým nebo pulzním pr�tokem.

P�i konstrukci formy by m�l její konstruktér mít na pam�ti, �e tempera�ní systém je nutno do formy umístit ihned po promyšlení násobnosti formy a zaformování dílu – volba d�lících rovin, tvárník� a tvárnic, �elistí atd., a rozvodu polymerní taveniny do jednotlivých tvarových dutin formy. Samoz�ejmostí by m�lo být rozd�lení temperace na samostatné okruhy a v p�ípad� forem s horkými tryskami by m�l být samostatný okruh u ústí ka�dé horké trysky. Jen tak toti� bude tempera�ní systém schopen plnit své,na po�átku kapitoly,uvedené úkoly a nebude pouze sou�ástí formy do ní umíst�né systémem „tam, kde bylo místo“. Pro zajišt�ní intenzivního odvodu tepla z formy jsou k dispozici p�i konstrukci tempera�ního systému formy, respektive vlo�ek formy materiály na bázi Cu, Co, Be, které mají podstatn� vyšší sou�initel vedení tepla ne� b�n� pou�ívané nástrojové oceli:

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

Díky vysokému sou�initeli vedení tepla musí být z vlo�ek zajišt�n dobrý odvod tepla. P�i konstrukci tvárník� i tvárnic je mo�no pou�ít konstruk�ní systém CONTURA, jeho� principem je rozd�lení, nap�íklad tvárníku, na vrstvy, v jejich� stykových plochách jsou vyfrézovány tempera�ní kanály, které se p�izp�sobují tvaru výst�iku. Jednotlivé �ásti – vrstvy se do kompaktního, t�sného a pevného celku – tvárníku spojí pájení natvrdo v podtlaku. Nejú�inn�jší odvod tepla zajiš�ují temperan�ní vlo�ky vyrobené technologií laserového spékání kovových prášk� ve vrstvách o tlouš�ce 0,02 a� 0,04 mm. Ve vlo�kách díky vrstvení je mo�no vytvo�it prakticky libovolné prostorové tvary tampera�ních kanál� a tím zajistit optimalizovaný odvod tepla z p�íslušné partie výst�iku.Tento zp�sob odvodu tepla z formy se nazývá konformní chlazení.

Pro zajišt�ní pr�b�ného chlazení v otev�eném nebo uzav�eném okruhu se pou�ívají tempera�ní p�ístroje s p�íslušným �erpadlem, jeho� výkon by m�l zajistit turbulentní proud�ní vody v kanálech formy, s regulací tempera�ního i chladícího výkonu. Vodní tempera�ní p�ístroje jsou bu� beztlakové do teploty 95°C nebo p�etlakové a� do teploty 200°C. Teplonosné médium z t�chto p�ístroj� se p�ivádí do jednotlivých tempera�ních okruh� formy. Správná konstrukce a p�ipojení tempera�ních okruh� formy by m�la zajiš�ovat paralelní – soub�ný pr�tok vody jednotlivými tempera�ními okruhy. K zajišt�ní paralelních pr�tok� jsou nabízeny r�zné typy rozvad���, které mohou i regulovat mno�ství protékající vody.

P�i paralelním pr�toku je zajišt�no,�e tempera�ní voda vstupuje do jednotlivých tempera�ních sekcí ve stejném okam�iku a tedy i o stejné teplot� a je tedy zajišt�no rovnom�rné ochlazování výst�iku. Uvedený zp�sob temperance by m�l mít v�dy p�ednost p�ed, dnes b�n� pou�ívaným sériovým – za sebou – zp�sobem zapojení tempera�ních okruh�, kdy voda postupn� protéká jednotlivými okruhy systému, postupn� se oh�ívá, na vstupu do další tempera�ní sekce má vyšší teplotu a chlazení je tedy nerovnom�rné. Teplotní spád na vstupu tempera�ní vody do prvního okruhu a na jejím výstupu z posledního by pro amorfní materiály nem�l být v�tší ne� cca 2 a� 4°C, pro �áste�n� krystalické materiály cca 4 a� 8°C.

Krom� pr�b�ného zp�sobu temperace, kdy formou trvale protéká teplosm�nné médium,výrobci tempera�ních za�ízení nabízejí i systémy s pulzním chlazením. Jeho podstatou je dynamické �ízení chlazení v pr�b�hu vst�ikovacího cyklu, kdy po dobu pohyb� formy – zavírání, otevírání – vyhazování výst�ik�, v�etn� plnící fáze, kdy se plní tvarová dutina polymerní taveninou není do tempera�ního systému formy dodávána voda. K intenzivnímu chlazení dochází a� v dotlakové fázi a ve fázi chlazení. Pulzní zp�sob temperace má výhodu v lepším zatékání taveniny – vst�ikování do teplejší formy a ve zkrácení doby chlazení.

Výkonn�jší variantou pulzního chlazení je systém ATS. Systém ATS – Alternativní Temperan�ní Systém – pou�ívá tempera�ní p�ístroj se dv�ma samostatnými okruhy, ve kterých je voda o r�zné teplot� – studená, teplá, tj. je mo�no, alternativn�, formu jak oh�ívat, tak i chladit a to cyklicky v ka�dém výrobním cyklu. Mezi mén� b�né systémy temperace vst�ikovacích forem je mo�no za�adit systémy pracující na principu výparného tepla – systém Toolvac vhání do formy kapalný oxid uhli�itý, který v systému expanduje a vzniklé výparné teplo umo�ní rychlý odvod tepla z tvarové dutiny formy nebo systémy pracující s tepelnými nebo vírovými trubicemi.

Aby systémy temperace vyu�ívající jako teplonosné médium vodu byly dostate�n� ú�inné, je nutno zajistit dobrou pr�chodnost a �istotu všech kanál� jimi� voda proudí. Usazeniny, které vznikají na vnit�ních površích, zejména p�i temperaci nad 60°C výrazn� sni�ují ú�innost temperace – kotelní kámen má, podle svého slo�ení, sou�initel tepelné vodivosti od 0,093 do 2,443 W/m/K.

Pokra�ování �lánku ZDE »