Tempering injection molds - an important prerequisite for the production of injection molded thermoplastics, part 2

Dodané teplo je z tvarové dutiny odvád�no vedením do formy, resp. upínacích desek vst�ikovacího stroje, vedením a sáláním do okolního prost�edí, �ást tepla je odvedeno ve vyhozeném výst�iku Nejv�tší podíl je odveden tempera�ním systémem formy. Tento systém má dva základní úkoly. Prvním úkolem je vytemperovat formu na pracovní teplotu a druhým úkolem je udr�et teplotu formy na po�adované hodnot�.

Popsaný slo�itý systém je v praxi definován jedinou hodnotou a tou je teplota st�ny formy. Pod pojmem teplota st�ny formy rozumíme teplotu na povrchu tvarové dutiny formy t�sn� p�ed jejím napln�ním polymerní taveninou. Po vst�iku taveniny do formy teplota povrchu tvarové dutiny roste a v d�sledku mechanism� odvodu tepla op�t klesá na p�vodní hodnotu, co� se opakuje ka�dý výrobní cyklus.

Základní nastavení teploty formy ur�uje spodní hranice rozp�tí ur�ené výrobcem zpracovávaného granulátu. Pro zajišt�ní výroby výst�ik� s definovanou jakostí platí, �e spodní hranice teploty formy udávaná výrobcem granulátu je teplota minimální, pod ní� by ji� nem�lo ke zpracování docházet.

Zvyšování teploty st�ny formy:

-  zvyšuje výrobní smršt�ní

-  sni�uje dodate�né smršt�ní

-  je výhodn�jší pro lepší reprodukci povrchu tvarové dutiny formy – lesk, dezén, matová úprava

-  zvyšuje délku zate�ení taveniny v tokovém kanálu – v dutin� formy

-  u amorfních materiál� sni�uje obsah vnit�ního pnutí

-  u �áste�n� krystalických materiál� zvyšuje krystalinitu a má za následek vznik rovnom�rn�jší vnit�ní struktury

-  zmenšuje dokrystalizaci a dosmršt�ní

-  zvyšuje odolnost proti tepelné deformaci

-  zvyšuje tuhost, povrchovou tvrdost, odolnost proti ot�ru

-  zlepšuje kluzné vlastnosti

-  zlepšuje rozm�rovou stabilitu

-  sni�uje obsah vnit�ního pnutí

-  sni�uje orienta�ní jevy

-  sni�uje odpor proti toku taveniny

-  zvyšuje kopírovatelnost povrch� tvarové dutiny

-  prodlu�uje dobu ochlazování (prodlou�ení cca 2 % na 1 °C)

-  zejména u PA sni�uje absorpci vody

D�le�itým faktorem je nejen hodnota teploty st�ny formy, ale i homogenní rozd�lení této teploty po celé ploše povrchu tvarové dutiny a tvarových prvk� formy. Nevhodná konstrukce tempera�ního systému formy (malé pr�m�ry tempera�ních kanál�, jejich vzdálenost od povrchu tvarové dutiny, jejich rozmíst�ní ve form� atp.), špatná údr�ba nezajiš�ující trvalou pr�chodnost tempera�ních kanál�, v�etn� rychlospojek má za následek místní teplotní rozdíly na povrchu tvarové dutiny, co� m��e zp�sobovat místn� r�zné smršt�ní, r�zný obsah vnit�ního pnutí, r�znou krystalinitu a orientaci a tedy deformace výst�iku, v�etn� povrchových vad, jako je nap�. nerovnom�rný lesk nebo nerovnom�rné vykopírování dezénu. P�i práci s formou, její� teplota je ni�ší ne� teplota okolí, je nutné dbát p�i p�erušení výroby na zm�nu rosného bodu na povrchu tvar�, co� vede k jejich orosení a p�ípadné korozi.

P�i správn� navr�eném tempera�ním systému formy by rozdíl teploty tempera�ního média na vstupu a výstupu z formy nem�l být v�tší ne� cca 5 a� 8 °C.

Doba ochlazování a chlazení, teplota vyhazování výst�iku z formy

P�i vst�ikování termoplast� rozeznáváme, jak ji� bylo uvedeno, dv� doby, které se vá�ou na celkovou dobu výrobního cyklu a zárove� mají p�ímý vztah na její optimalizaci, resp. z pohledu ekonomického na její minimalizaci. Jedná se o dobu ochlazování a dobu chlazení.

Doba ochlazování je definována jako sou�et doby dotlaku a doby chlazení (bez tlaku). Doba chlazení je �ást výrobního cyklu od skon�ení doby dotlaku (zamrznutí vtokových ústí) do okam�iku po�átku otevírání formy. U b�ných vst�ikovacích stroj� (bez mo�nosti sdílet n�které fáze výrobního cyklu, tj. stroje s jednou pohonnou skupinou) v dob� chlazení musí prob�hnout doba plastikace.

Obecn� platí, �e doba chlazení má být pouze tak dlouhá, aby zajistila, �e p�i vyhazování výst�iku z formy nedojde k jeho deformaci, prozna�ení vyhazova��, p�etr�ení výst�ik� atp.

Pro výpo�et doby ochlazování (ji� v okam�iku vstupu taveniny do tvarové dutiny formy dochází k jejímu ochlazování, které pokra�uje po celou dobu pln�ní, dobu dotlaku a dobu chlazení bez tlaku) je mo�no pou�ít vzorec, který byl odvozen z teorie nestacionárního vedení tepla pro jednorozm�rný p�ípad:

kde t_och = doba ochlazování [s], s = �ídicí rozm�r – obvykle tlouš�ka st�ny tvarového prvku výst�iku, který má nejhorší podmínky pro chlazení, nebo místo na výst�iku s nejv�tší tlouš�kou st�ny, p�i�em� se nesmí zapomínat na nutnost ochlazení i vtokového rozvodu [mm],

B, C = bezrozm�rné konstanty charakterizující geometrický tvar, tzv. �ídicího místa na výst�iku,  A_ef = efektivní teplotní vodivost vst�ikovaného polymeru [mm².s^-1], D = hodnota ur�ená na základ� technologických teplot – teplota taveniny, teplota formy, teplota vyhazování výst�iku z formy

	pro s < 4 mm
	pro s ≥ 4 mm

T_T je st�ední teplota taveniny [°C]
T_F je st�ední teplota formy [°C]
T_VY je st�ední teplota výst�iku p�i vyhazování z formy [°C]
T_VYS je teplota st�edu st�ny výst�iku p�i vyhazován z formy [°C]

Z uvedených vzorc� je z�ejmé, �e ur�ení doby ochlazování ovliv�uje:

- typ zpracovávaného materiálu
- konstrukce výst�iku – �ídicí tlouš�ka st�ny
- procesní teploty, p�i�em� teplota taveniny má pouze malý vliv

Ze vzorce pro dobu ochlazování je z�ejmá závislost doby ochlazování na tlouš�ce st�ny na druhou (s²), co� znamená nutnost výrazného prodlou�ení doby cyklu u výst�ik� s v�tšími tlouš�kami st�n. Efekt tlouš�ky st�ny výst�iku na druhou je nejvýrazn�jší u amorfních materiál�, u kterých musíme zchladit prakticky celý pr��ez st�ny, aby p�i vyhazování výst�iku z formy nedošlo k místnímu p�etvo�ení (obvykle zb�lení) v míst� okolo vyhazova�� nebo k jejich „zapíchnutí“ do výst�iku.

U �áste�n� krystalických materiál� v d�sledku vzniku krystalické struktury v pr��ezu výst�iku není uvedený efekt tak výrazný. U rychle krystalizujících materiál� bychom mohli výst�ik vyhodit z formy prakticky ji� po skon�ení doby dotlaku, která bývá delší ne� u amorfních materiál�, ale brání nám v tom nutnost plastikace materiálu.

Výpo�et doby ochlazování, krom� výrazné závislosti na tlouš�ce výst�iku s² ukazuje na nutnost optimalizace teploty vyhazování výst�iku z formy. To lze nap�íklad dokumentovat na následujícím p�íkladu:

Výst�ik tvaru desky o tlouš�ce 3 mm vyráb�ný z amorfního ABS a �áste�n� krystalického POM:

Sní�ení teploty vyhazování o 20°C znamená prodlou�ení doby ochlazování o cca 30%.

Sní�ení teploty vyhazování o 20 °C znamená prodlou�ení doby ochlazování o cca 71 %.

V praxi je samoz�ejm� nutno brát ohled na konstrukci výst�ik�, konstrukci formy, zejména jejího tempera�ního systému atd. Dále je nutno si uv�domit, �e (zejména u výst�ik� s tlouš�kou st�ny v�tší ne� 4 mm) sice po vyhození z formy zchladíme povrchové vrstvy, ale st�ed výst�iku nemusí být ješt� ztuhlý. Následným vedením tepla se povrch výst�iku op�t oh�eje a po vyhození z formy m��e dojít k sekundární tepelné deformaci. Proto u t�chto výst�ik� do vzorce pro výpo�et hodnoty D dosazujeme teplotu st�edu st�ny výst�iku p�i jeho vyhazování z formy a ne st�ední teplotu výst�iku jako u díl� s menší tlouš�kou ne� 4 mm.

1. �ást »

3. �ást »

4. �ást »

• Pokra�ovanie �lánku bude uverejnené 11.09.2015