TEORIE ZPRACOVÁNÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ

TZN Cvičení č. 8

TEORIE ZPRACOVÁNÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ Cvičení č. 8: Temperace

vstřikovacích forem

Autor cvičení: Ing. Luboš BĚHÁLEK Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie

Podstata temperace forem

TZN Cvičení č. 8

Temperační systém formy Pod pojmem temperace vstřikovacích forem zahrnujeme ochlazování nebo ohřev tvarových částí formy pomocí temperačního média (temperačního prostředku). 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).

Úkoly temperačního systému: 1) ohřev formy na požadovanou teplotu před začátkem výroby a udržení této teploty během vstřikování v požadovaném rozmezí; 2) zajištění maximálně možné rovnoměrnosti rozložení teploty formy po celém povrchu její dutiny 3) odvést teplo z dutiny formy naplněné taveninou tak, aby celý pracovní cyklus měl ekonomickou délku

TZN

Podstata temperace forem

Cvičení č. 8

Temperování forem souvisí s přenosem tepla ve vstřikovací formě. Ten je nutné chápat jako přestup tepla z plastu do vstřikovací formy, přestup tepla z formy do temperačního systému a přestup tepla z formy do okolí a rámu stroje (vedením, prouděním a sáláním).

TEPELNÉ TOKY VE FORMĚ

PŘÍKLAD TEMPERAČNÍCH OKRUHŮ VSTŘIKOVACÍ FORMY PRO VÝROBU NÁRAZNÍKŮ

UKÁZKA NEHOMOGENNÍHO TEPLOTNÍHO POLE VÝSTŘIKU BEZPROSTŘEDNĚ PO VYJMUTÍ Z FORMY

TZN

Temperační prostředky

PŘÍKLAD TEMPERAČNÍCH OKRUHŮ VSTŘIKOVACÍ FORMY PRO VÝROBU BLATNÍKU RENAULT

Cvičení č. 8

PŘÍKLADY TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ TVAROVÝCH ČÁSTÍ FORMY

AKTIVNÍ

PASIVNÍ

Jsou zdrojem temperace přímo ve formě, teplo přivádějí nebo odvádějí podle požadavku na teplotu formy:

Tepelný režim formy ovlivňují svými fyzikálními vlastnostmi:

 kapaliny (voda, olej)  vzduch, kapalné CO2  elektrické tepelné zdroje

 vysoce tepelně vodivé materiály  tepelné trubice

TZN

Cirkulace média v temperačních kanálech

Cvičení č. 8

nejrozšířenější způsob temperování forem (chlazení výstřiku).  TEMPERAČNÍ A ŘÍDÍCÍ JEDNOTKA

PŘEDNOSTI A NEVÝHODY VODY:

 TEMPERAČNÍ KANÁLY

lepší tepelné vlastnosti než olej ekologická nezávadnost

 SPOJOVACÍ PRVKY

ekonomická nenáročnost

 TEPLONOSNÉ MÉDIUM

nehořlavost, nízká viskozita  oproti oleji se nevytváří karbon a tím dosahuje výrazně vyšší specifický výkon

7 1

5

6

2 3

4

3 3

 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

SCHÉMA TEMPERAČNÍ JEDNOTKY 1. chladící nádrž s přívodem vody, 2. zásobárna vody, 3. čerpadlo, 4. topení, 5. regulátor, 6. chladící jednotka, 7. vstřikovací forma

voda, olej, glykol průtoková rychlost 0,5 až 4 m/s otevřený nebo uzavřený oběh trvalý nebo pulzní průtok

1mm vodního kamene snižuje účinnost temperačního systému až o 10%


TZN Cvičení č. 8

REM 93 (fa. Regloplas) Odvápňovací prostředek pro čištění nástrojů, chladících okruhů provozovaných s vodou (organická kyselina s anorganickým aktivátorem) 1 kg REM93 uvolní ca. 0,5 kg vápenných usazenin

SR 80 (fa. Regloplas) Čistící prostředek pro čištění olejových okruhů (optimální účinnost čištění mezi 120 oC až 150 oC). Prostředek uvolňuje zbytky olejových usazenin a znečištění cizími látkami z povrchu kovových dílů tak, aby mohly být vyplaveny s proudem oleje ven z vnitřních dílů okruhu a došlo k jejich usazení ve filtračním sítku.


TZN Cvičení č. 8

ROZLOŽENÍ TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ KONSTRUKCE TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ VE VZTAHU K TEPLOTNÍMU POLI NA POVRCHU VÝSTŘIKŮ

Při konstrukci formy by měl mít konstruktér na paměti, že temperační systém je nutno do formy umístit ihned po promyšlení násobnosti formy, zaformování dílu a návrhu vtokové soustavy. Samozřejmostí by mělo být rozdělení temperace na samostatné okruhy a v případě forem s horkými tryskami by měl být samostatný okruh u ústí každé horké trysky.

NEVHODNĚ (vlevo), VHODNĚ (vpravo)


TZN Cvičení č. 8

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 PLOCHOU 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


TZN Cvičení č. 8 SESTAVENÝ MODEL CHLADÍCÍHO OKRUHU

MODEL CHLADÍCÍHO OKRUHU VSTŘIKOVACÍ FORMY - ŘEZ 1- rychlospojka; 2- fontánka; 3- vnitřní zátka; 4- přepážka 5- rychlospojka; 6- spojovací hadice

1- těsnění; 2- spirála; 3- přepážka; 4- šroub; 5- vnější zátka SCHÉMA CHLADÍCÍHO OKRUHU


TZN Cvičení č. 8

SYSTÉM CONTURA  vyvinuto firmou Innova Zug GmbH. – Engineering  možnost řešení nekruhových průřezů

SCHÉMA A PRINCIP CONTURY

Principem je rozdělení, například tvárníku, na vrstvy, v jejichž stykových plochách jsou vyfrézovány temperační kanály, které se přizpůsobují tvaru výstřiku. Jednotlivé části – vrstvy se do kompaktního, těsného a pevného celku – tvárníku spojí pájení natvrdo v podtlaku.

KONFORMNÍ CHLAZENÍ zrcátko prášek

SCHÉMA VÝROBY FORMY S KONFORMNÍM CHLAZENÍM (metoda DMLS)

ROZLOŽENÍ TEPLOTNÍHO POLE V TVAROVÉ DUTINĚ VSTŘIKOVACÍ 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

FORMA S KONFORMNÍM CHLAZENÍM

TZN


Cvičení č. 8

PŘÍKLADY KONFORMNÍHO CHLAZENÍ (zdroj: Fa. Innomia a.s. Jaroměř)

konvenční konformní


TZN Cvičení č. 8

PŘÍKLADY KONFORMNÍHO CHLAZENÍ (zdroj: Innomia a.s. Jaroměř)

Princip DMLS spočívá v postupném tavení kovového prášku ve vrstvách vlivem laserového paprsku v pracovní komoře. Pro většinu materiálů je pracovní komora vyplněná dusíkem, který chrání díl proti oxidaci. Základem pro DMLS jsou 3D CAD data v příslušném zařízení, kde je počítačový model rozřezán na velmi tenké vrstvičky. Dávkovací zařízení nastaví množství prášku pro jednu vrstvu a rameno s keramickým břitem rozprostře na povrch ocelové základové desky kovový prášek podle vrstvy. Následně dochází k tavení prášku pomocí 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.

Vysoce tepelně vodivé slitiny

TEPLOTNÍ POLE VSTŘIKOVACÍ FORMY a) nevhodný návrh temperačních kanálů b) optimalizace úpravou konstrukce temperačních kanálů c) vložkování forem slitinou na bázi mědi

TZN Cvičení č. 8  vhodné pro členité výrobky  vhodné pro zlepšení odvodu tepla z nástroje  aplikace slitin Cu, Be, Co, apod.  použitím dojde k vyrovnání teplot v celém objemu výrobku ve stejném čase  zmenšení rozdílu teplot ve vstřikovací formě  v případě nástřiků - rychlé opotřebení v důsledku nižších mechanických vlastností, než u ocelí

TEPLOTNÍ POLE VSTŘIKOVACÍ FORMY


TZN Cvičení č. 8

ocelové tvarové jádro

TVAROVÉ JÁDRO MECOBOND 1 - ocelový povrch (kalený) 2 - měděné jádro 3 - temperační kanály

tvarové jádro MECOBOND TEPLOTNÍ POLE TVAROVÝCH JADER

TEPLOTNÍ PROFIL V PŘÍČNÉM ŘEZU NÁSTROJE BĚHEM CHLAZENÍ SE ZNÁZORNĚNÍM TEPLOTNÍHO ROZDÍLU PRO OBLAST VEDENÍ TEPLA V ZÁVISLOSTI NA MATERIÁLU FORMY

OCELOVÉ TVAROVÉ JÁDRO

TVAROVÉ JÁDRO MECOBOND

A JEHO TEPLOTNÍ POLE

A JEHO TEPLOTNÍ POLE


PŘÍKLADY APLIKACE VYSOCE TEPELNĚ VODIVÝCH SLITIN

TZN Cvičení č. 8

TZN

Tepelné trubice

Cvičení č. 8

3

4

2 5 1

SCHÉMA A PRINCIP TEPELNÉ KAPILÁRNÍ TRUBICE

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

1- kapilární soustava; 2- plášť trubice s víčky; 3- vstup tepla; 4- výstup tepla; LV- výparná část trubice; Lad- adiabatická část trubice; LK- kondenzační část trubice

plášť trubice: Al, Cu, ocel 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

Tepelné trubice – příklad aplikace

TZN Cvičení č. 8

PŘEPÁŽKOVÝ SYSTÉM TEMPERACE

SCHÉMA VSTŘIKOVACÍ FORMY – NÁHRADA PŘEPÁŽKOVÉHO SYSTÉMU TEMPERACE TEPELNOU TRUBICÍ

TEMPERACE TEPELNOU TRUBICÍ

TZN

Technologie Tool-Vac

Cvičení č. 8

STRUKTURA TOOL-VAC OCELI

Technologie Tool-Vac je nový intenzivní způsob temperace vstřikovacích forem vyvinutý německou firmou Foboha Werkzeugbau GmbH. ve spolupráci se švédkou firmou AGA Gas AB. SCHÉMA PŘÍSLUŠENSTVÍ

SCHÉMA CHLAZENÍ VE FORMĚ

Způsob chlazení je založen na odpařování kapalného CO2 přiváděného zpravidla do speciálních mikroporézních ocelových částí vstřikovací formy značky „Toolvac-Stahl“ (např. ocel TVBX 03) nebo popřípadě do „konvenční“ vstřikovací formy, resp. do jejího expanzního prostoru. V obou případech je kapalný oxid uhličitý přiveden v časových impulsech (tak aby bylo dosaženo žádané teploty nástroje) ze zásobníku do formy trubičkami o světlosti (0,30,5) mm, kde proniká póry (v případě opatření tvarové dutiny formy mikroporézní ocelí) a současně expanduje. Vzniklé výparné teplo umožňuje rychlý odvod tepla z chlazeného výstřiku. Při temperování „konvenční“ vstřikovací formy je kapalný CO2 přiváděn taktéž do expanzního prostoru, kde dochází k jeho odpařování. Avšak narozdíl od mikroporézní oceli, nemůže oxid uhličitý být veden stěnou oceli a k přenosu tepla tak slouží jen povrch stěn expanzního prostoru. V obou dvou případech vyžaduje chladící okruh zásobník na CO2 s kompresorem, který bývá umístěn vně vstřikovně. Proces je řízen přístrojem umístěným ve formě. V případě uzavřeného okruhu se vrací plynný CO2 k novému zkapalnění.

Význam temperace ve vztahu ke kvalitě výstřiků

TZN Cvičení č. 8

VYBRANÉ PŘÍKLADY

DEFORMACE VÝSTŘIKU Možný důsledek temperace:  nehomogenního teplotního pole;  dodatečné smrštění výstřiků.

DODATEČNÉ SMRŠTĚNÍ

Možný důsledek temperace:  nízká teplota formy.

Vliv teploty formy na výrobní, dodatečné a celkové smrštění výstřiku (PA6); deska 150x90x3 mm)

TZN


Cvičení č. 8

reziduální napětí MPa

VYBRANÉ PŘÍKLADY

teplota chlazení

oC

VLIV TEPLOTY CHLAZENÍ NA REZIDUÁLNÍ NAPĚTÍ VÝSTŘIKU Z PMMA Vliv teploty temperace formy a následné temperace výstřiku na stupeň krystalizace a jeho hustotu


TZN Cvičení č. 8

VYBRANÉ PŘÍKLADY PORUŠENÍ VÝSTŘIKU Porušení v důsledku vnitřního napětí

Možný důsledek temperace:  nehomogenního teplotního pole, různé smršťování výstřiku, nárůst vnitřního napětí;  nerovnoměrné ochlazování výstřiku po průřezu (na povrchu je ochlazení prudké a smrštění malé, zatímco v jádře je tomu naopak), nárůst vnitřního napětí;  krátká doba chlazení. NÁZNAK KRYSTALIZACE Možný důsledek temperace:  nerovnoměrná teplota formy

PORUŠENÍ VÝSTŘIKU

Možný důsledek temperace:  vkládání studené tvarové vložky do temperované formy  nerovnoměrné chlazení


TZN Cvičení č. 8

VYBRANÉ PŘÍKLADY NEÚPLNÝ VÝSTŘIK Možný důsledek temperace:  nízká teplota formy  nerovnoměrné chlazení (temperace) formy

DEFORMACE VÝSTŘIKU Možný důsledek temperace:  nerovnoměrné chlazení tvárníku a tvárnice

Vliv teploty stěny dutiny formy na deformaci výstřiku (kloubový čep surfařského prkna z POM)

Význam temperace ve vztahu ke kvalitě výstřiků VYBRANÉ PŘÍKLADY

KVALITA POVRCHU Možný důsledek temperace:  teplota formy

skleněná vlákna na povrchu dílce

KVALITA POVRCHU – VIDITELNOST PLNIVA Možný důsledek temperace:  nízká teplota formy

TZN Cvičení č. 8


TZN Cvičení č. 8

VYBRANÉ PŘÍKLADY

ROZDÍLY VE STRUKTUŘE VÝSTŘIKU A ZMĚNA VLASTNOSTÍ Možný důsledek temperace:  teplota formy

Vliv teploty formy na vlastnosti PP výstřiků


TZN Cvičení č. 8

Vliv zvyšující se teploty stěny dutiny formy na vlastnosti výstřiku a zpracovatelské parametry

výrobní smrštění

dosažitelná délka toku taveniny

dodatečné smrštění

viditelnost studených spojů

rozměry výstřiku

otisk dezénu

orientace molekul a plniva

doba dotlaku

krystalinita

doba chlazení

vnitřní napětí

Stanovení doby chlazení výstřiků

efektivní teplotní vodivost aeff

stupeň ochlazení střední teplota výstřiku při odformování střední teplota formy teplota po naplnění dutiny formy

střední teplota formy w

TZN Cvičení č. 8

TZN

Doba chlazení výstřiků

Cvičení č. 8

Doba chlazení dle požadované teploty odformování doba chlazení

doba chlazení

Doba chlazení v závislosti na tloušťce stěny

teplota odformování

tloušťka stěny výstřiku

Doba chlazení v závislosti na tloušťce stěny a teplotě tvarových částí doba chlazení

Faktory 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 ovlivňující dobu chlazení patří také typ polymerního materiálu.

oC

teplota tvarových částí formy

oC

TZN Cvičení č. 8

Reference [1] BĚHÁLEK, Luboš. Speciální temperační prostředky. SOVA, Miloš et al. Termoplasty v praxi. Praha: Dashöfer, 1999-2004, s. 11. ISBN 80-86229-15-7. [2] Studie teplotního pole formy blatníku vozu Renault. Praha. Odborná zpráva. Ancora Praha s.r.o. [3] www.southstreet.freeserve.co.uk/rhvtmatl

[4] Regloplas (firemní materiály) [5] www.dsm.com [6] HASALA, Lukáš. Výroba výukového modelu chladících systémů vstřikovací ch forem. Zlín, 2010. Bakalářská práce. UTB ve Zlíně. [7] Innomia a.s. (firemní materiály) [8] ZÖLLNER, Olaf. Optimierte Werkzeugtemperierung (Anwendungstechnische Information KU 21 104-9901 d,e/5056841). Leverkusen: Bayer AG., 1999, 64 s.

[9] BĚHÁLEK, Luboš a Aleš AUSPERGER. Thermal conditions of injection mould and quality of plastic parts by use of nonconventional cooling methods. In: International conference on military technologies. Brno, 2011, s. 8. ISBN 978-80-7231-787-5. [10] WÜBKEN, Gottfried. Methods of calculating and assessing injection mould temperature control systems. Injection moulds. Düsseldorf: VDI, 1980, s. 25. ISBN 3-18-404060-7. [11] MECOBOND - Der Quantensprung in der Kühlung und Temperierung von Dauerformen für Kunststoffspritzguß und MetallDruckguß. MECOBOND Dr.Betz GmbH. [online]. [cit. 2013-09-22]. Dostupné z: www.mecobond.de [12] BOBEK, Jiří. Aplikace tepelné trubice ve fázi chlazení procesu vstřikování polypropylenu. Liberec, 2007. Diplomová práce. TU v Liberci. [13] Moldflow prezentace [14] BĚHÁLEK, Luboš. Vstřikovací formy. Liberec. Výukový materiál CŽV. TU v Liberci

[15] NEUHÄUSL Emil. Vady výstřiků. MM Průmyslové spektrum.

TEORIE ZPRACOVÁNÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ

Recommend Documents