3. temperační systém

TECHNOLOGIE FORMY–
VSTŘIKOVACÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
3. temperační systém
Temperační systém formy
Dutina formy je během vstřikování plněna taveninou plastu, která
je ve formě ochlazována na teplotu vhodnou k vyjmutí výstřiku.
Temperační systém ovlivňuje plnění tvarové dutiny formy, kvalitu
výstřiku a zajišťuje optimální tuhnutí a chladnutí plastu (odvodem
tepla z tvarových částí formy).
Úkol temperace:
 ohřev formy na požadovanou teplotu a její
stálost během procesu vstřikování
 zajistit rovnoměrné rozložení teploty formy
po celém povrchu její dutiny
kvalitní výstřik
 odvést teplo z dutiny formy naplněné
taveninou tak, aby celý pracovní cyklus měl
ekonomickou délku
TECHNOLOGIE FORMY–
VSTŘIKOVACÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
3. temperační systém
Příklady temperace formy:
- Několik temperačních okruhů -
Důvod ?
Zdroj: ZOELLNER, O.: Optimised Mould Temperature Control. ATI 1104d,e,1997; Podklady fy. Ampco
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– kanály s cirkulujícím médiem
= nejrozšířenější způsob temperování forem (chlazení výstřiku). V poslední době jsou však k
intenzifikaci chlazení aplikovány i jiné temperační prostředky, jež si své postavení teprve hledají.
 TEMPERAČNÍ A ŘÍDÍCÍ JEDNOTKA
 TEMPERAČNÍ KANÁLY
 SPOJOVACÍ PRVKY
 TEPLONOSNÉ MÉDIUM
7
1
5
6
2
3
4
3
3
PŘEDNOSTI A NEVÝHODY VODY:
 lepší tepelné vlastnosti než olej
 ekologická nezávadnost
 ekonomická nenáročnost
 nehořlavost, nízká viskozita
 oproti oleji se nevytváří karbon a tím dosahuje
výrazně vyšší specifický výkon
 nad 60oC dochází ke ztrátě chemicky čisté vody
(odpařování) v podobě vodní páry. Veškeré nečistoty
zůstávají v systému  usazeniny, snížená účinnost
systému
 ve srovnání s olejem nevykazuje vždy jednotné
složení. Jakost je závislá na geologických
podmínkách. Látky jako Ca a Mg jsou příčinou
vodního kamene, rozpuštěné plyny O2, N2, CO2
způsobují korozi temperačních kanálů.
TEMPERAČNÍ PROSTŘEDEK
 voda, olej, glykol
 průtoková rychlost 0,5 až 4 m/s
 otevřený nebo uzavřený oběh
 trvalý nebo pulzní průtok
SCHÉMA TEMPERAČNÍ JEDNOTKY
1. chladící nádrž s přívodem vody, 2. zásobárna vody, 3. čerpadlo,
4. topení, 5. regulátor, 6. chladící jednotka, 7. vstřikovací forma
1mm vodního kamene
snižuje účinnost
temperačního systému až o
10%
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– kanály s cirkulujícím médiem
výrazně nerovnoměrný odvod tepla
snížení nerovnoměrnosti odvodu tepla
VLIV UMÍSTĚNÍ TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ
VZDÁLENOST UMÍSTĚNÍ TEMPERAČNÍCH
KANÁLŮ
Umístění chladících kanálů a minimální vzdálenosti
temperačních kanálů od tvarové dutiny a mezi sebou (při
zadaném tlaku v tvarové dutině formy 100 MPa)
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– kanály s cirkulujícím médiem
POŽADAVKY NA KONSTRUKCI:
 konstruovat tak, aby médium bylo přiváděno do
nejtlustšího místa (ústí vtoku), a aby se teplotní
rozdíl ve směru toku zmenšoval,
 umisťovat je co nejblíže k tvarové dutině formy tak,
aby nedošlo k porušení stěny formy,
 velikost průtočného průřezu nesmí narušit pevnost
součásti,
 vzdálenost kanálu od líce formy je až na výjimky
stejná a je omezena velikostí tlaku v dutině formy a
přípustným kolísáním teploty,
 rozmístit je tak, aby bylo dosaženo rovnoměrného
chlazení výstřiku,
 po cestě temperačního média se nesmí vytvářet
mrtvé kouty, v nich se usazují nečistoty a jsou
počátkem koroze.
ROZLOŽENÍ TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ
NEVHODNĚ (vlevo), VHODNĚ (vpravo)
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– kanály s cirkulujícím médiem
Chladící efekt a s tím i odvod tepla na jedné straně dutiny či jádra, by mohl být
rozdílný než na straně opačné, což je nevýhodné pro výsledný napěťový stav
konečného výstřiku.
TEMPERAČNÍ KANÁL S
PŘEPÁŽKOU
TEMPERAČNÍ KANÁL SE SPIRÁLOVOU
PŘEPÁŽKOU
TEMPEROVÁNÍ FONTÁNKOVÉ
(TRUBIČKOVÉ)
U tohoto řešení je plochá přepážka
nahrazena tenkou trubičkou zakončenou
osazením. Teplonosné medium proudí do
vrcholu dutiny uvnitř této trubičky a zpět
do hlavního temperačního kanálu se
vrací mezi vnější stěnou trubičky a
vnitřní stěnou dutiny uvnitř jádra.
Obtékaní vrcholu připomíná jakoby
„fontánku“.
Použití spirálové přepážky řeší
problém dopravy temperačního
media do vrcholu vrtaného kanálu
v jádře a zpět, což je někdy malým
problémem u předchozího řešení
(plochých
přepážek).
Výhodou
tohoto typu chlazení jader je
vytvoření
vysoce
homogenního
teplotního pole okolo dutiny jádra.
Nejobvyklejší
provedení
těchto
spirálových přepážek je dvojí –
s jednou spirálou a s dvěma
spirálami.
TEMPEROVÁNÍ JADER O PRŮMĚRU
NAD 40 MM
TECHNOLOGIE FORMY–
VSTŘIKOVACÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
3. temperační systém
Příklad vlivu podmínek temperace formy na kvalitu výstřiku
Nedostříknutý výstřik
Vliv teploty formy na tahové vlastnosti
plastového výrobku (PP)
Vliv teploty formy na vnitřní strukturu
plastového výrobku (PA)
Vliv rozdílné teploty
tvarových částí formy
(tvárníku a tvárnice)
Vznik krystalické struktury závisí na:
1) struktuře a tvaru makromolekul
2) velikosti mezimolekulárních sil
3) kinetických podmínkách – teplotě a času
Zdroj: Kunststoff-Verarbeitung im Gespraech – Spritzgiessen, BASF 1984; ZOELLNER, O.: Optimised Mould Temperature Control. ATI 1104d,e,1997
Sférolit
TECHNOLOGIE FORMY–
VSTŘIKOVACÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
3. temperační systém
Příklad vlivu podmínek temperace formy na kvalitu výstřiku
Vliv nerovnoměrného chlazení výstřiku na výslednou
tvarovou deformaci
Vliv teploty temperace formy a následné
temperace výstřiku na stupeň krystalizace a jeho
hustotu
TECHNOLOGIE FORMY–
VSTŘIKOVACÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
3. temperační systém
Příklad vlivu podmínek temperace formy na kvalitu výstřiku
skleněná
vlákna na
povrchu
dílce
Vliv teploty formy na povrchové
vlastnosti výstřiku (PA6 – GF30)
Vliv teploty formy na smrštění výstřiku (PA6)
Vliv teploty formy na povrchové vlastnosti výstřiku (ABS)
Zdroj: ZOELLNER, O.: Optimised Mould Temperature Control. ATI 1104d,e,1997
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– stanovení doby chlazení
stupeň ochlazení
stř. teplota výstřiku při odformování
stř. teplota formy
teplota po naplnění dutiny formy
aeff = efektivní teplotní vodivost
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– doba chlazení
Doba chlazení v závislosti na
tloušťce stěny
Vlivy podstatně určující dobu chlazení
(dobu od počátku dotlaku až po vyjmutí
z formy) jsou tloušťka stěny a
teplota formy. Vliv teploty taveniny na
dobu chlazení je menší. Mezi další
faktory ovlivňujíc dobu chlazení patří
také typ polymerního materiálu.
Doba chlazení dle
požadované teploty
odformování
Doba chlazení v závislosti
na tloušťce stěny
a teplotě tvarových částí
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– sytém Contura, Konformní chlazení
 vyvinuto firmou Innova Zug GmbH. – Engineering
 možnost řešení nekruhových průřezů
 Contura - vznik homogenní vrstvy pájením
natvrdo v podtlaku
 snížení doby pracovního cyklu až 30%
 vysoké náklady výroby formy
SCHÉMA A PRINCIP CONTURY
zrcátko
prášek
ROZLOŽENÍ TEPLOTNÍHO POLE V TVAROVÉ DUTINĚ VSTŘIKOVACÍ FORMY
SCHÉMA VÝROBY FORMY
a) uspořádání vrtaných temperačních kanálů kolem tvarové dutiny bez optimalizace
b) počítačem optimalizované uspořádání temperačních kanálů kolem tvarové dutiny
c) optimalizované uspořádání temperačních kanálů chladícího systému CONTURA
S KONFORMNÍM CHLAZENÍM
 Konformní chlazení :
Forma s konformním chlazením
/zdroj: Innomia a.s., Jaroměř/
VSTŘIKOVACÍ FORMA – TEMPERAČNÍ SYSTÉM
Konformní chlazení – princip DMLS
Příklad
vložek s
konformním
chlazením
konvenční
konformní
Postup technologie DMLS
Princip DMLS spočívá v postupném tavení kovového prášku ve vrstvách vlivem laserového paprsku v pracovní komoře. Pro
většinu materiálů je pracovní komora vyplněná dus íkem, který chrání díl proti oxidaci. Základem pro DMLS jsou 3D CAD data
v příslušném zařízení, kde je počítačový model rozřezán na velmi tenké vrstvičky. Dávkovac í zařízení nastaví množství
prášku pro jednu vrstvu a rameno s keramickým břitem rozprostře na povrch ocelové základové desky kovový prášek podle
vrstvy. Následně docház í k tavení prášku pomoc í laseru a to v konturách řezu. Takto pokračuje postupné spojování
kovového prášku do vrstev, včetně protavení k podkladové vrstvě až do finálního celku dílu. Tloušťka vytvářených vrstev :
0,02 až 0,04 mm. Výrobek dosáhne požadované tvrdosti následným tepelným zpracováním.
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– vysoce tepelně vodivé materiály
 vhodné pro členité výrobky
 vhodné pro zlepšení odvodu tepla z nástroje
 slitiny Cu, Be, Co, apod.
 použitím dojde k vyrovnání teplot v celém objemu
výrobku ve stejném čase
 zmenšení rozdílu teplot ve vstřikovací formě
 lepší zatečení taveniny v zadních místech výstřiku
 rychlé opotřebení nástřiku v důsledku nižších
mechanických vlastností než u nástrojových ocelí
 ovlivňují strukturu výlisku
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– vysoce tepelně vodivé materiály
Příklad aplikace vysoce tepelně vodivých materiálů
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– vysoce tepelně vodivé materiály
Ocelová vložka
Díl části palubní desky
z PP – LGF20
Vložka bronz 612
=70 W/mK
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– vysoce tepelně vodivé materiály
Vložka Moldmax LH
=130 W/mK
Vložka Ampco 940
=207 W/mK
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– tepelné trubice
3
4
2
5
1
SCHÉMA A PRINCIP TEPELNÉ TRUBICE
 plášť trubice: Al, Cu, ocel
1 – přívod tepla do výparné sekce
2 – vypařování
3 – tok odpařeného media tepelně izolovanou částí
4 – kondenzace media, disipace tepla do okolí, či jiné
látky
5 – návrat kapalného media
 teplonosné médium: čpavek, freon, metylalkohol, voda
 tvarové řešení: válcové ( 3 až 16mm, délka 50 až 300mm), kuželové, deskové, …
 typy: GRAVITAČNÍ, ROTAČNÍ, KAPILÁRNÍ nebo VÝKONOVÉ, STABILIZAČNÍ
 pracovní rozsah: -200oC až 2000oC
 pro plasty: Al plášť + freonová, čpavková náplň … -50oC až 80oC
Cu plášť + voda … 50oC až 150oC
ocelový plášť + difenylová náplň … 150oC až 350oC
TECHNOLOGIESYSTÉM
TEMPERAČNÍ
VSTŘIKOVÁNÍ
– tepelné trubice
Příklad aplikace tepelné trubice
Přepážkový systém
temperace
Temperace
tepelnou
trubicí
Schéma vstřikovací
formy experimentálního
výzkumu