JAN SVOBODA s.r.o: Hot nozzles like normal - a new standard or why to apply hot nozzles?

Jedná se nap�íklad o odd�lování studených vtok� a jejich následnou recyklaci. Pro� má tedy smysl se zabývat aplikací horkých trysek i do malých sérií a malých forem? Srovnejme oba zp�soby pln�ní a porovnejme ekonomické p�ínosy.

Základním úkolem horkého systému je p�ivád�t tekoucí plast co nejblí�e ke tvarové dutin� a tím minimalizovat vtokové zbytky po vst�ikování (studené kanály) a tím sou�asn� minimalizovat odpadové hospodá�ství s p�ebyte�ným materiálem. Celý princip systému horkých trysek je postaven na dodávání ztracené tepelné energie do systému. �ídící jednotky umí pouze dotáp�t a proto je jistá minimální ztráta tepla nutná pro jejich správný provoz.

Na rozdíl od studených plnících kanál�, je zde tedy ur�itá spot�eba elektrické energie. Navíc po�ízení systému horkých trysek vy�aduje investovat finan�ní obnos nejen do nákupu trysek samotných, ale také do úpravy formy. Je zde pot�eba kvalitní �ídící jednotky, který umí flexibiln� reagovat na zm�ny teploty a tyto zm�ny eliminovat (minimalizovat) aby nedocházelo ke kolísání teploty taveniny. Toto je nutné dlouhodob� dosa�itelných opakovatelných výsledk�. Logicky tedy bude tento systém vy�adovat jistou míru kvalifikace údr�by.

Zm�na barvy m��e být pro ur�ité typy materiál� obtí�n�jší, ne� je mechanické vy�išt�ní studeného kanálu. Rychlost zm�ny barvy u studených kanál je velkou výhodou tohoto systému. Vyhození celého vtokového kanálu umo��uje okam�itou a bezproblémovou zm�nu barev. Jistou výhodou studených kanál� je také mo�nost aplikovat vst�ikovací otvor do míst, kde horký systém prost� nedosáhne.

Typický p�íklad je banánový vtok. Pokud si podíváme na takto sepsané výhody studených kanál�, je logické, �e mnoho firem dává stále p�ednost výrob� forem se studenými kanály a vyhýbá se horkým tryskám. Ovšem je to ekonomicky opodstatn�né, nebo se jedná o zvykovou zále�itost, kdy si „zvyk obléknul �eleznou košili a odmítá ji svléknout“?

Základní úloha horkých trysek

Jak ji� bylo �e�eno, základní úloha systém� horkých trysek je p�ivád�t roztavený, tedy �ivý materiál co nejblí�e k výlisku. Tímto se výrazn� zkracuje vst�ikovací cyklus, sni�uje spot�eba materiálu a zvedá se kvalitu výst�iku. Díky tomu pak je mo�né dlouhodob� dosahovat lepších ekonomických výsledk� a navzdory (díky) vyšší po�áte�ní investici.

Tolik definice

P�i pou�ití studených kanál� dochází k jejich opakovanému pln�ní. Zde jsou první ekonomické ztráty. Jsou to ztráty na vst�ikovacím tlaku a celkové ztrát� materiálu. Materiál se toti� proud�ním po st�nách studeného kanálu výrazn� ochlazuje, a proto jsou plnící tlaky výrazn� vyšší, ne� u srovnatelného horkého systému. Další ztráta u studených kanál� je ztráta materiálová. Ta souvisí s velikostí, tedy p�esn�ji s pr�m�rem kanál�. Studený kanál, aby plnil dob�e svou funkci, musí být v�tší, ne� je tomu u horkého systému. Lze tedy konstatovat, �e je nutné zplastikovat více materiálu na jednu vst�ikovací dávku.

Dokonce lze konstatovat, �e je v záv�ru jedno, jestli jsou studené kanály v�tší, nebo menší, proto�e v�dycky budou vyhozeny z formy a jdou do odpadového hospodá�ství. Slovensko na tomto míst� pou�ívá velmi trefný výraz a to „ztratný materiál“. Materiál který je nutné do procesu vlo�it se prost� ztrácí pry� a mnohdy nenávratn�. Zde dochází k dalším ekonomickým ztrátám. První z nich je nutnost kupovat, dová�et a skladovat mnohonásobn� více granulátu. Další ztrátou je pot�ebná energie na plastikaci. V�tší dávka plastikovaného materiálu znamená v�tší stroj, vyšší p�íkony atd. A samoz�ejm� je zde ztráta celé v�tve materiálu celé v�tve studeného kanálu.

Tato materiálová ztráta, jak se postupn� výroba orientuje na sofistikovan�jší materiály je nevratná, proto�e mnohé materiály recyklovat nelze. Velmi �asto dochází k situaci, kdy váha studeného kanálu výrazn� p�evyšuje hmotnost výst�iku.

U v�tších forem s v�tšími studenými kanály dokonce dochází k ne a� tak úpln� standardní (a málo kalkulované) ekonomické ztrát� a to vlivem nutnosti p�esunu na stroj s v�tší vst�ikovací jednotkou. Zjednodušen� �e�eno – existují ur�ité doporu�ené velikosti dávky definované pom�rem pr�m�ru plastika�ního šneku a mo�né délky zdvihu, která ovliv�uje velikost dávky vst�ikovaného plastu. Obecn� uznávanou univerzální maximální hodnotu je 4D – tedy zdvih šneku ku pr�m�ru šneku. P�i p�íprav� dávky se toti� m��e šnek posunout nazp�t maximáln� o 4 pr�m�ry šneku (vyjma dekomprese). V�tší stroj v�tšinou znamená vyšší hodinovou sazbu a vyšší spot�ebu energie. Tedy op�t ztráta.

Celkem �astou ekonomickou ztrátou pak je nutnost pou�ít v�tší stroj z d�vodu velikosti uzavírací síly. Horké trysky toti� umo��ují díky rozdílným mo�nostem umíst�ní plnících bod�, sni�ovat zavírací síly pot�ebné k udr�ení formy v zav�eném stavu.

Výraznou a naprosto standardní ztrátou je pak ztráta �asová v dob� chlazení. Díky nutnosti p�edimenzovat studené kanály se prodlu�uje doba chlazení celé formy. Tedy výst�ik, který ji� je mo�né vyhodit z formy, musí �ekat na dochlazení studeného kanálu, který je v protikladu svého jména tak horký, �e jej z formy vyhodit ješt� nelze.

Další velmi podstatnou v�cí, kterou musí systém horkých trysek spl�ovat je minimalizace tlakových ztrát p�i te�ení taveniny p�es horký systém. Jednoduše �e�eno, velikost vrtání je mo�né uzp�sobit minimalizaci tlakových ztrát. Prost� v horkém systému je mo�né pou�ít v�tší kanály bez obav z materiálových ztrát vyhozením nerecyklovatelné v�tv� studeného vtoku. Horký systém toti� nahrazuje rozvody taveniny p�es horké kanály a tím urychluje a zlev�uje výrobu. Jak je vid�t oba zp�soby p�ívodu taveniny mají své opodstatn�ní, ale z d�vod� ryze ekonomických a také ekologických se stále více prosazuje aplikace horkých systém�.

Standardizace - trysky

Aby bylo mo�né dosáhnout vynikající standardizace v oblasti horkých vtok� bylo pot�eba vyvinout n�které prvky horkých trysek tak, aby spl�ovali velmi náro�né ekonomické po�adavky u�ivatel�.

Obr. 1: rovnom�rnost teplotního pole v tryskách typu F, výrobce Thermoplay

První oblast ekonomické standardizace byla v oblasti horkých trysek. Tryskou je zde mín�na ta �ást horkého systému, která vede materiál od rozvád�cí desky sm�rem k dutin�. Jednalo se primárn� o minimalizaci p�íkon� a maximální zjednodušení údr�by a oprav. Firma Thermoplay na tyto po�adavky reagovala zavedením speciálního topení s nabalovacícm efektem. Tento typ topení se nyní vyrábí pro trysky s vn�jším pr�m�rem zástavby (otvor, do kterého se tryska vkládá) 11, 16, 24, 32 a 46 mm. V roce 2015 byla pro b�nou praxi uvoln�na nová generace trysek s vn�jším pr�m�rem 60 mm.

Tyto topení s dilata�ní drá�kou a nabalovacím efektem umo��ují rovnom�rné rozlo�ení teplotního pole p�es celou délku trysky, a to a� do délky 356 mm pomocí jednoho topení. Jedno aplikované topení výrazn� zlev�uje po�ízení trysek a sni�uje celkové instalované p�íkony, nutné pro jejich provoz. Jednozna�nou výhodou patentovaného topení je tedy rovnom�rné rozlo�ení teplot, vysoká tepelná stabilita a co je podstatné a� 60 % sní�ení náklad� na elektrickou energii nutno pro provoz horkých trysek.

Velmi podstatnou sou�ástí aplikace nového typu topení s podélnou dilata�ní drá�kou pak následn� byl vývoj zcela nového typu špi�ky. Bylo nutné zajistit minimální ztráty tepla p�estupem v míst� dotyku t�snícího krou�ku a sedla špi�ky. Zárove� bylo pot�eba umo�nit jednoduchou demontá� a op�tovné nasazení �idla, nebo topení v p�ípad� havárie.

Vynikající mechanickou a chemickou odolnost zajistil titanový t�snící krou�ek špi�ky trysky. Jednoduchou demontá� a následné nasazení �idla, nebo topení pak umo��ují designové zm�ny vícehranu pro montá� špi�ky. Aby byl zajišt�n optimální dotek tepelného �idla, bylo nutné p�idat segrovku, která dotla�uje �idlo do snímací pozice a zárove� zajiš�uje na míst� topení proti samovolnému posunu.

Stále ovšem platí, �e v p�ípad� nutnosti demontá�e špi�ky trysky je mo�né pou�ít standardní UNI/ISO vícehranné klí�e. Údr�b� se díky pou�ití b�n� dostupných nástroj� výrazn� zjednodušuje vybavení ná�adím.

Obr. 2: ulo�ení �idla umo��uje p�esn�jší snímání teplot taveniny

Výhody takto koncipovaného systému jsou z�ejmé a praxí ov��ené. Díky umíst�ní �idla v zón� hrotu, šikmo do kanálu s taveninou je mo�né p�esn�ji regulovat teplotu vst�ikovaného materiálu. T�snící prvky hrotu pak eliminují riziko úniku materiálu. Speciální hroty trysek s vysokou odolností v��i abrazi jsou standardem dodávek. Jako opci je mo�né vlo�it speciální odolné krou�ky pro zm�nu barvy a zlepšení izolace špi�ky horké trysky.

Ve standardu dodávané velké vnit�ní pr�m�ry trysek pak minimalizují tlakové ztráty a zv�tšují technologické okno pro lisovny. Jedná se o pr�m�ry do 5 mm pro trysky 16. Další vnit�ní pr�m�r je 6 mm pro trysky 24. Tryska s pr�m�rem 32 má ji� vnit�ní pr�m�r 10 mm a tryska 46 nabízí úctyhodných 15 mm vnit�ního pr�m�ru pro pr�tok taveniny. U trysky se zástavbovým pr�m�rem 60 mm se pak bavíme o ohromujících 25 mm vnit�ního kanálu. Tyto pr�m�ry umo�nili vyvinout komplexní zp�sob podpory klient� tak, aby se na aplikace dostala tryská vhodná nejen z hlediska objemového pln�ní, ale (a to hlavn�) aby klient dostal trysku, která zkrátí cyklový �as a sní�í výskyt zmetk�.


Standardizace - rozvád�cí desky

Stejn� intenzivn� pak probíhal vývoj u rozvád�cích desek. Hledal se zp�sob, jak desku dostate�n� dimenzovat pro zkrácení cyklu. Bylo nutné vy�ešit problematiku tepelného a smykového namáhání taveniny. Velmi pot�ebné pro dlouhodobou bezproblémovou funkci pak je rovnom�rné rozlo�ení tepelného pole rozvád�cí desky a uniformní p�edávání tepla na všechny hlavi�ky trysek.

Z tohoto vývoje mimo jiné vzešli dva rozdílné zp�soby vkládání topení do rozvád�cí desky a jeho uchycení. Kvalitní materiály a záruka sm�ru orientace vláken rozvád�cích ocelových desek, díky zlepšení technologie d�lení a obráb�ní, umo�nily sní�it typizovanou výšku rozvád�cí desky na 32 mm. Asymetrický tvar rozvád�cí desky s jinak koncipovaným výstup topení pak homogenizoval teplotní pole na rozvád�cí desce a dále sní�il spot�ebu elektrické energie.

Generátor horkých sestav pak automaticky nabízí optimální variantu vlo�ení topení do rozvád�cí desky, v�etn� verze s krytem topení, nebo (je-li to mo�né) bez krytu topení.


Standardizace – horké systémy

Je to zvláštní, ale pravidlo, �e historie má tendenci se opakovat bylo p�i vývoji standardních horkých sestav potvrzeno. Kdy� firma Svoboda p�ed mnoha lety za�ínala na tehdy ješt� �eskoslovenském trhu, tak se mnoho klient� divilo, pro� by m�li kupovat typizované rámy forem. V�dy� si p�ece vyrobí na míru, p�esn� to, co pot�ebují. Nebo si to nechají vyrobit. Pro� standardizace? Pravda, n�kolik pam�tník� tehdy vzpomínalo na systém RaFo, ale nej�ast�jší námitka proti po�ízení normalizovaných díl� forem byla ta, �e se všechno d�lá na míru a je to tak správn�. P�ece se konstruktér nebude p�izp�sobovat definovaným rozm�r�m �ehokoliv.

V roce 2007 – tedy p�ed deseti lety, kdy� za�ala práce na standardizaci a automatizaci horkých sestav se tyto námitky objevili op�t. Tím se kruh uzav�el a zase znovu je nutné vést diskuze o tom, jestli má standardizace obecn� a v oblasti horkých systém� zvlášt� své místo na trhu. Dnes, v roce 2017 je mo�né �íci, �e systém standardizace horkých sestav si své místo na trhu vydobyl a stal se oblíbenou sou�ástí mnoha forem vyráb�ných v �eské a Slovenské republice.

I proto poslední verze generátoru horkých vst�ikovacích systém� Thermoplay, dostala letos jako dárek k 10tému výro�í výrazné rozší�ení mo�ností.

V tuto chvíli je mo�né generovat nejen symetrické i asymetrické sestavy dvoj, �ty�, šesti a osminásobných horkých systému – viz následující obrázek.

Obr. 3: mo�nosti ELS line standardizovaných horkých systém�

Jak je vid�t, je mo�né generovat sestavy od vyosené singl trysky a� po 8mi násobné sestavy. U �ty�náosbných a osmi násobných sestav je z hlediska te�ení aplikovaný optimální rozvod v�tvení vnit�ního kanálu ve tvaru X. U základní ELS line pro �ty�násobný systém v �ad� se jedná o ekonomickou verzi natural balance systém pro maximální zrovnom�rn�ní pln�ní dutin. �ada ELS line je definovaná symetrickým rozlo�ením vst�ikovacích bod� (X), �ím� se výrazn� zjednodušilo zadávání.

Dále je zde �ada VS line, která dává konstruktérovi mo�nost vyhnout se absolutní symetrii a povoluje generovat obecn�jší rozte�e vst�ikovacích bod� ve tvaru obdélníku, tedy asymetrické rozte�e ve tvaru X, Y, nebo H. Preferovaná forma vnit�ního v�tvení kanálu je stále X, ale v od�vodn�ných p�ípadech je mo�né uhnout a vygenerovat horký systém s rozvodnými kanály v bloku ve tvaru H.

Jak je vid�t na následujícím obrázku, došlo v �ad� VS k navýšení po�tu vst�ikovacích bod� a to a� na 16. Co je pak pro konstrukci formy a celkov� pro formu d�le�ité je fakt, �e 16cti násobné systémy jsou vyráb�ny z jednoho bloku oceli, s minimální výškou zástavby a optimalizovaným tepelným polem. Jeden rozvodný blok minimalizuje místa potenciálního úniku a optimalizace homogenity teplotního pole má pozitivní vliv na spot�ebu elektrické energie nutné pro provoz.

Velmi podstatný je v p�ípad� standardizace horkých systém� dostate�ný po�et špi�ek u horkých trysek.

Rozší�ení se dotklo celkem výrazn� i typ� trysek. V tuto chvíli je k dispozici 21 trysek s jedním vst�ikovacím bodem p�ímým. Další dv� trysky jsou vícenásobné s mo�ností p�ímého vst�ikování – zde lze vybrat od jednoho do osmi vst�ikovacích bod�, nebo bo�ního vst�ikování. U bo�ního vst�ikování jsou na výb�r varianty od jednoho do šesti vst�ikovacích bod�. Všechny zde uvád�ná trysky mají patentované topení firmy Thermoplay s dileta�ní drá�kou pro lepší p�enos tepla. Je mo�né zde m�nit libovoln� �idla a topení bez demontá�e špi�ky trysky. Tím se výrazn� zjednodušuje údr�ba a opravy v p�ípad� nehody.

Obecná nabídka je samoz�ejm� širší, tento vý�et je zam��en pouze na standardizované sestavy.

Jak je vid�t, do standardních sestav se dostali také trysky za�ehlované. U za�ehlovaných trysek se dosud traduje pov�ra, �e jejich cena je p�íliš vysoká pro standardní nasazení. Jeden z cíl� konfigurátoru standardizovaných sestav je tuto pov�ru vyvrátit. Jedním z nedoce�ovaných následk� aplikace za�ehlovaných systém� je toti� zlepšení pln�ní tvarové dutiny a sní�ení po�tu zmetk�.

Obr. 4: mo�nosti VS line - asymetrické systémy

K dispozici jsou t�i typy za�ehlovacích ventil�. První z nich je vyšší, ale umo��uje minimální zástavbové rozte�e cca 30 mm. Tento typ ventilu je pouze pro hydraulické ovládání. Druhý z typ� je ur�ený primárn� pro �isté prostory, proto�e je ur�en �ist� pro vzduchové ovládání. Svou zástavbou mezi rozvád�cí desku a desku zavírací výrazn� sni�uje výšku formy, tak�e je vhodný i tam, kde se standardní za�ehlovací ventily pro svou výšku nedají aplikovat. Výška zástavby je mén� ne� jedna t�etina standardních za�ehlovacích ventil�. I proto jsou tyto ventily velmi oblíbené. Velkou výhodou vzduchového za�ehlování, které se vkládá mezi rozvád�cí desku a desku zavírací je extrémn� jednoduchá zástavba. Sta�í do zavírací (upínací) desky vyvrtat otvory p�ívodu vzduchu a to je vše, co se po nástrojárn� po�aduje.

Obr. 5: špi�ky standardizovaných systém� v�etn� optimalizace

Standardní ventil – t�etí verze za�ehlovacího ventilu, je robustní varianta, která je uzp�sobena jak pro provoz s hydraulikou, tak i pro pohyb pomocí vzduchu. Nej�ast�ji se tato varianta pou�ívá v automotive sektoru. Generátor standardizovaných sestav doznal b�hem vývoje velkých zm�n i co se týká rozte�í. Nejen�e p�ibyli asymetrické rozte�e, tak�e je mo�né generovat optimalizované varianty. Generátor standardizovaných horkých systém� toti� umo��uje kalkulovat korektní teplotní dilataci pro r�zné materiály tak, aby bylo dosa�eno perfektní t�snosti mezi hlavi�kou trysky a rozvád�cí deskou. Celkov� je generátor velmi p�izp�sobivý po�adavk�m konstruktéra. Pr�m�ry kanálu v rozvád�cí desce, velikosti vst�ikovacích pouzder a pr�m�r� pak umo��ují navrhnout ze standardních element� systém, který je optimalizovaný pro daný vst�ikovaný materiál.

Obr. 6: za�ehlovací ventily dostupné z konfigurátoru

Velkou výhodou je automatizace celého procesu, který výrazn� šet�í �as nejen p�i konstrukci formy, ale zkracuje dodací termíny. Tato úspora vynikne zvlášt� p�i srovnání standardního workflow dodání horkého systému (viz obrázek 7) a optimalizované variant� pomocí generátoru standardizovaných horkých sestav (viz obrázek 8).

Obr. 7: standardní worklflow dodání horkého systému

Obr. 8: zkrácené workflow díky generátoru horkých sestav

Záv�r

Celkov� lze �íci, �e standardizované horké systémy nastavili novou úrove� kvality a rychlosti dodávek. Stejn� jako tomu bylo p�i standardizaci v oblasti rám� forem. P�i malém p�izp�sobení z hlediska konstrukce (rozte�e, nato�ení a vstupy) lze dosáhnout výrazných úspor a celkov� zjednodušit konstrukci formy.

S jistotou lze �íci, �e stále existují a existovat budou i aplikace, které si vy�adují speciální �ešení. Ale první krok ka�dého konstruktéra by m�l být nejd�íve zkontrolovat mo�nosti „horkých normálií“ a pak, a� ji� není jiné cesty a pouze z d�vodu absolutní nezbytnosti jít cestou systému speciálního na míru.

Nejen z hlediska budoucnosti, ale i z pohledu sou�asného okam�iku je tedy standardizace v oblasti horkých trysek cesta, kterou se tato oblast �ástí forem ubírá. Konstruktér, který horké systémy jako normálie nasazuje, získává pro svého zam�stnavatele nezanedbatelné cenové a termínové výhody. Podstatnou v�cí (mo�ná tou nejpodstatn�jší) je toti� kvalita a optimalizace horkého systému. Sou�asn� s optimálním �ešením horkého rozvodu hraje roli rychlost dodávky celého systému. Ovšem vzhledem k tomu, �e cena „je a� na prvním míst�“, tak je nutné konstatovat, �e ceny „horkých“ normálií od firmy Thermoplay nabízí výrazné ekonomické úspory proti tradi�ním systém�m vyráb�ným na míru.

Firma JAN SVOBODA s.r.o. je ráda, �e m��e svým klient�m nabídnout tuto výraznou technickou a ekonomickou výhodu v oblasti horkých trysek a t�ší se na další spolupráci.