Tempering injection molds - an important prerequisite for the production of thermoplastic moldings, Part 3

Vst�ikovací forma

Vst�ikovací forma pro zpracování termoplast� je v podstat� vým�ník tepla s uzav�eným rovnová�ným termodynamickým obvodem, do kterého je teplo p�ivád�no v objemu-dávce vst�ikované taveniny a odvád�no zejména p�es tempera�ní systém formy, ve vyhozeném výst�iku a tepelnými ztrátami-vedením, proud�ním a sáláním do okolí.

Odvod tepla, realizovaný tempera�ním okruhem formy, by m�l být co nejefektivn�jší a tempera�ní systém by tedy m�l být rozd�len na podokruhy. Krom� efektivity v odvodu tepla z formy-udr�ení teploty formy na po�adované pracovní teplot�-má rozd�lení tempera�ního systému formy na jednotlivé okruhy podstatný význam i z pohledu jakosti výst�ik�-mo�nost lokálního ovlivn�ní teploty formy s ohledem na po�adovaná kvalitativní kritéria výst�iku.

Pro ur�ování po�tu tempera�ních podokruh� a jejich konstruk�ního za�len�ní do vst�ikovací formy platí dv� základní zásady:

1. Rozmíst�ní okruh� musí být zvoleno tak, aby docházelo k �asov� rovnom�rnému chlazení všech tvarových partií výst�iku sou�asn�

Z uvedeného konstatování vyplývá, �e st�ny výst�iku s v�tší tlouš�kou by m�ly chladnout se stejným teplotním gradientem, nebo-li stejn� rychle, jako st�ny s menší tlouš�kou. P�i nedodr�ení této zásady, dojde vlivem rozdílného gradientu chlazení-odvodu tepla-z konkrétních míst výst�iku k anizotropii jeho vlastností, zejména k rozdílnému lokálnímu smršt�ní a tím k deformacím, v�etn� zvýšení obsahu vnit�ního pnutí ve výst�iku.

Pro názornost-vst�ikování HDPE, tlouš�ka st�ny výst�iku 1, 6 mm, z výpo�tu vychází, �e jednotkou plochy je nutno odvést 19, 5 cal/cm2, jiné místo výst�iku má tlouš�ku st�ny 4, 5 mm, co� znamená, pro zachování stejné teploty st�ny formy, ji� odvést 42, 5 cal/cm2.

Ze zásady �íslo 1 se odvíjí i ur�ení závislost vzdálenosti povrchu tvarové dutiny formy a osy tempera�ního kanálu A a vzdálenost os tempera�ních kanál� mezi sebou B. Pro uvedené vzdálenosti A a B platí vztah vyjád�ený rovnicí p�ímky A=C1 + C2.B. Rovnice v praxi p�edstavuje nep�ímou úm�ru mezi vzdálenostmi A a B, tj. pro homogenní temperaci platí, �e je-li vzdálenost A mezi povrchem formy a osou kanálu velká, musí být vzdálenost os kanál� malá a naopak. P�i dodr�ení zásad této nep�ímé úm�ry by na povrchu výst�ik� nem�ly vznikat místa bez temperace- špatného odvodu tepla.

2. P�i návrhu tempera�ních okruh� formy, jejich propojování, ur�ování po�adí propojení musí platit, �e vstup tempera�ního média je nutno v�dy sm��ovat do míst s nejv�tším nahromad�ním tepla.

V praxi, p�i konstrukci formy, to znamená, �e chladící voda má být nejd�íve p�ivedena ke vstupu taveniny do tvarové dutiny formy, tj. k ústím vtoku a to jak studeného vtokového rozvodu, tak i k ústí horkých trysek, kde pot�ebujeme teplotu nejvíce regulovat a kde je tavenina nejteplejší a kde jsou i tvarové �ásti formy s nejvyšší teplotou, která ve v�tší vzdálenosti od ústí vtoku klesá a nejni�ší je na konci tokových drah v tvarové dutin� formy.

Jinými slovy vyjád�eno-jak chladne v dutin� formy tavenina, tak by m�la stoupat teplota chladícího média v chladícím okruhu formy.

P�i nedodr�ení této druhé zásady op�t dojde ke stejným problém�m jako u bodu 1.

Jednou z nej�ast�jších chyb p�i konstrukci tempera�ních okruh� z pohledu uvedených zásad je jejich malý po�et-konstrukté�i forem mají snahu vytvo�it co nejmén� chladících okruh�, dá to nejmén� p�emýšlení a je to i lacin�jší, ve vztahu k výrob� formy, ale nikoliv ve vztahu k výrob� výst�ik� s definovanou jakostí.

K uvedené chyb� p�idají další, kterou je sériové propojení jednotlivých chladících okruh�. Pod pojmem sériové propojení rozumíme takový zp�sob chlazení, kdy vstup chladícího média je do jednoho okruhu, z n�ho� médium pokra�uje do dalšího a� k výstupu z formy. Tím dochází k velkému oteplení chladícího média a tedy nutnosti pracovat s výkonn�jšími chladícími za�ízeními, k prodlu�ování doby cyklu-pomalejší odvod tepla ve výstupních oblastech sériov� zapojených chladících okruh� a zejména, z pohledu jakosti výst�ik�, k nerovnom�rnému odvodu tepla z nich, co� má za následek jejich nerovnom�rnou kvalitu.

Odstran�ní uvedeného problému je mo�no provést pomocí paralelního zapojení okruh�, tedy tak, �e chladící voda vstupuje do jednotlivých okruh� ve stejný okam�ik a se stejnou teplotou, respektive je mo�no, v p�ípad� pot�eby okruhy napájet médiem o r�zné teplot�.
K tomu slou�í bu� správn� zkonstruovaný chladící systém ve form�-odd�lené kanály pro p�ívod a odvod chladícího média-nebo r�zn� vybavené - m��ení teploty, pr�toku vody, regula�ní prvky pro regulaci pr�toku ru�n� nebo ve zp�tné vazb�, atd. - rozvad��e, které op�t p�ivád�jí chladící vodu ke vstup�m jednotlivých chladících okruh� a z výstup� ji odvád�jí do vým�ník� tepla-chladících za�ízení s menším p�íkonem ne� je pot�ebný u sériového zapojení, proto�e rozdíl teplot na vstupu a výstupu je menší u samostatn� zapojených okruh� ne� u okruh� v sériovém zapojení.

Teplo v tavenin� p�ivedené do tvarové dutiny vst�ikovací formy se nejd�íve z jejího povrchu-st�ny- transportuje vedením na povrch tempera�ního kanálu. Tento transport neprobíhá ve stejnorodém prost�edí o konstantním sou�initeli tepelné vodivosti, ale z konstruk�ních d�vod� se tak d�je kondukcí- vedením- p�es r�zné konstruk�ní prvky formy, p�es díly o r�zných tlouš�kách a z r�zných materiál� o r�zné tepelné vodivosti - tvarové díly a vlo�ky forem jsou vyrobeny z tepeln� zpracovaných nástrojových ocelí, z r�zných slitin m�di-vysoce tepeln� vodivé materiály, rámy a desky forem z uhlíkových ocelí, atd.

Z povrchu chladících kanál� kam bylo teplo p�ivedeno vedením dochází k jeho p�enosu do chladícího média proud�ním a vedením.

O vedení tepla v r�znorodém prost�edí vypovídají informativn� vybrané hodnoty tepelné vodivosti /W.m -1.K -1/ pro r�zná prost�edí:

Z uvedených hodnot je z�ejmé, �e i mezi plasty jsou pom�rn� výrazné rozdíly ve schopnosti vést teplo-viz PP na jedné stran� ( vede špatn�) a nap�íklad HDPE nebo PPS na stran� druhé (oproti PP cca dvoj a� jedenap�l násobek vyšší schopnost vedení tepla);obdobn� je tomu i u kompozitních materiál� s termoplastickou matricí- talek vede teplo relativn� dob�e a SV jsou tepelný izolant.

Uvedená konstatování by m�la být brána v úvahu jak p�i konstrukci forem, tak i p�i ur�ování doby cyklu, respektive ceny výst�iku.

-Konstruk�ní materiály forem

         - uhlíková ocel       50 p�i obsahu C od 0, 15 do 0, 35 %

         - legovaná ocel       15 a� 52 podle obsahu legujících prvk�, nap�íklad W, Cr, Ni, atd.

         - m��       394

         - hliník       222

         - bronze       48 a� 84 podle slo�ení

         - tepeln� vodivé slitiny       106 a� 360  v závislosti na slo�ení a pevnosti

-Kotelní kámen bohatý na

          - k�emen       0, 093 a� 0, 1740       

          - vápník       0, 430 a� 0, 977

          - sádru       1, 82 a� 2, 442

Z hodnot tepelné vodivosti pro kotelní kámen, který tvo�í izola�ní vrstvu na povrchu tempera�ních kanál� zejména p�i teplotách temperace nad 60 °C, kdy dochází k jeho vysrá�ení nejvíce je z�ejmá nutnost udr�ovat kanály �isté, aby bylo dosa�eno správné a p�edpokládané ú�innosti temperace.

-Tempera�ní médium

          - voda       0, 552 a� 0, 666   v rozmezí 0 a� 200 °C

          - etylenglykol       0, 304 a� 0, 259   v rozmezí 0 a� 60 °C

          - transformátorový olej       0, 123 a� 0, 119   v rozmezí 40 a� 100 °C

-Vzduch       0, 024 a� 0, 045   v rozmezí 0 a� 300 °C

Izola�ních schopností vzduchu se v konstrukci forem vyu�ívá k izolaci rozvodných blok� horkých systém� v pevné �ásti forem.

Naopak a velmi nep�ízniv� se vzduch, respektive sm�s vzduchu a p�ípadných plynných zplodin, vzniklých p�i vst�ikování daného polymerního materiálu, projevuje tehdy, kdy� p�es systém odvzdušn�ní není z tvarové dutiny všechen odveden. Pokud nedojde k Diesel efektu-spálení materiálu v míst� uzav�ení vzduchu-m��e mezi st�nou tvarové dutina formy nebo jejího jádra vzniknout izola�ní mezera, kterou se v dotlakové fázi, nap�íklad v d�sledku malého pr��ezu ústí vtoku, které brzo zamrzne, nepoda�í vytla�it mimo tvar a díky �ádov� ni�ší tepelné vodivosti vzduchu oproti plast�m je zde místo odporu proti vedení tepla a mo�nost vzniku nerovnom�rného chlazení výst�iku a tedy n�které z vad, které nerovnom�rná teplota st�ny formy vyvolává, nap�. vada v lesku, špatn� vykopírovaný desén, atp.

1. �as� »

2. �as� »

4. �ást »