TEMPERACE VSTŘIKOVACÍCH FOREM - kks.zcu.cz · Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000...
Transcript of TEMPERACE VSTŘIKOVACÍCH FOREM - kks.zcu.cz · Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000...
Katedra konstruování stroj
Fakulta strojní
K 5 PLASTOVÉ
TEMPERACE VSTŘIKOVACÍCHFOREM
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem
a státním rozpo tem eské republiky
verze - 1.0
Hledáte kvalitní studium?
Nabízíme vám jej na Kated e konstruování stroj
Katedra konstruování stroj je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západo eské univerzit v
Plzni a pat í na fakult k nejv tším. Fakulta strojní je moderní otev enou vzd lávací institucí
uznávanou i v oblasti v dy a výzkumu uplat ovaného v praxi.
Katedra konstruování stroj disponuje modern vybavenými laborato emi s po íta ovou technikou,
na které jsou nap . student m pro studijní ú ely neomezen k dispozici nové verze p edních CAD
(Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systém . Laborato e katedry jsou ve všední dny
student m pln k dispozici nap . pro práci na semestrálních, bakalá ských i diplomových pracích, i
na dalších projektech v rámci univerzity apod.
Kvalita výuky na kated e je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na
kterém se pr b žn , zejména po absolvování jednotlivých semestr , podílejí všichni studenti.
V sou asné dob probíhá na kated e konstruování stroj významná komplexní inovace výuky, v rámci
které mj. vznikají i nové kvalitní u ební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro
podporu výuky. Jeden z výsledk této snahy máte nyní ve svých rukou.
V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na kated e také do spolupráce s p edními
strojírenskými podniky v plze ském regionu i mimo n j. ada student rovn ž vyjíždí na studijní stáže
a praxe do zahrani í.
Nabídka studia na kated e konstruování stroj :
Bakalá ské studium (3roky, titul Bc.)
Studijní program B2301: strojní inženýrství
(„zam ený univerzitn “)
B2341: strojírenství
(zam ený „profesn “)
Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení
Dopravní a manipula ní technika
Design pr myslové techniky
Diagnostika a servis silni ních vozidel
Servis zdravotnické techniky
Magisterské studium (2roky, titul Ing.)
Studijní program N2301: Strojní inženýrství
Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení
Dopravní a manipula ní technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západo eská univerzita v Plzni, 2013
ISBN
© doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.
Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller
TEMPERACE VSTŘIKOVACÍCH FOREM
POPIS FUNKCE
Temperační systém zajišťuje správnou teplotu formy v jednotlivých časových úsecích vstřikovacího cyklu. Podle druhu vstřikovaného plastu se liší teploty, na které je nutné formu udržovat (vyhřívat nebo chladit). Temperační systém zajišťuje efektivní chladnutí vstřikovaného dílu. Dále musí vhodné umístění temperačních kanálů zajistit rovnoměrné chladnutí plastu, a tak předejít kroucení dílu, případně pohledovým vadám, z důvodu rozdílného smrštění. Způsob chlazení má výrazný vliv na délku vstřikovacího procesu, a tím i na cenu výsledného dílu.
Temperaci lze provádět dvěma způsoby:
• Pasivní temperování • Aktivní temperování
PASIVNÍ TEMPERACE
Při pasivním temperování se využívá kombinace tepelně vodivých a izolačních materiálů.
Temperování tepelně vodivými materiály je vhodné pro jinak špatně dostupná místa (např. tenké tvárníky), která mají malou plochu pro odvádění tepla a musí být vyrobeny z materiálů, které dobře vedou teplo. Používají se například slitiny mědi nebo hliníku. Tepelně vodivé vložky musí vždy být spojeny s aktivním chlazením.
Izolačních materiálů se využívá především pro formy, které je nutné předehřát na požadovanou teplotu. Aby nedocházelo k unikání tepla vedením a sáláním, jsou formy odizolovány (viz Obrázek 1). Odizolování se provádí především izolačními deskami. Ty nemusejí izolovat pouze upínací desky, ale i boky formy na tvárníku a tvárnici. Izolační desky jsou dodávány výrobci standardizovaných dílů (normálií) například firmami Meusburger, Hasco. Izolační desky je vhodné opatřit otvory nad hlavami šroubů pro montáž a demontáž formy.
Obrázek 1 Izolační desky na formě
IZOLAČNÍ DESKY
IZOLAČNÍ DESKA
ŠROUB IZOLAČNÍ DESKY
UPÍNACÍ DESKA
TVÁRNICE Obrázek 2 Upevnění izolační desky
AKTIVNÍ TEMPERACE
Aktivní temperováním se rozumí přímé odvádění nebo dodávání tepla do formy pomocí média nesoucího teplo.
Jako teplonosné médium se používá:
• voda • vzduch • olej • glykoly • pára
Tato média proudí vytvořenými kanály ve formě. Temperují se dle potřeby obě části formy, pohyblivá i nepohyblivá. Temperační kanály se nejčastěji vyrábějí vrtáním, mohou mít však i jiné tvary než kruhové díry. Je možné vyrábět drážky frézováním, které je pak nutno po celé délce těsnit, nebo do připravených otvorů v deskách vložit trubky z dobře tepelně vodivého materiálu.
Rozložení temperančních kanálů by mělo být – zejména u složitějších, technických výlisků - ověřeno pomocí symulace vstřikování. Systém by měl být navržen tak, aby (vypočtený) rozdíl na povrchu dílu při vyhození nebyl větší, než 5°C
Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000 Konstruktionsbeispiele für den Werkzeug- und Formenbau beim Spritzgießen
Obrázek 4 Příklady jednoduchých temperačních kanálů v desce
ZÁSLEPKA
TEMPEROVANÁ DESKA
TEMPERAČNÍ KANÁL
TYČ SE ZÁSLEPKAMI
PŘÍPOJKY TEMPERAČNÍCH KANÁLŮ
PROPOJOVACÍ HADICE
Obrázek 3 Aktivní temperování na vstřikovací formě
Tvary, velikosti a rozmístění temperačních kanálů závisí na celkovém řešení formy, tak aby bylo dosaženo optimálních účinků temperování formy. Vhodné rozmístění kanálů je takové, aby kanály mezi sebou a tvarovým povrchem tvořily rovnostranný trojúhelník (viz Obrázek 5), což je kompromis mezi vyrovnaným teplotním polem a rychlostí chlazení, což vyplývá z praktických zkušeností (Formy Tachov). Je také lepší volit menší průměr a více kanálů než velké průměry kanálů. Pro kanály s průměrem menším než 6 mm by měla být pro chlazení použita upravená voda.
Temperační médium by mělo kanálem protékat tak, aby při ohřívání formy proudilo od nejchladnějšího místa k nejteplejšímu, při chlazení je to naopak. Pro lepší účinnost temperace je výhodnější turbulentní proudění, při kterém se zvyšuje součinitel přestupu tepla. Turbulentního proudění se dosahuje drsností kanálů Ra12 a vyšší.
Temperační okruhy by dále měly být navrženy tak, aby rozdíl teploty media na vstupu a výstupu nebyl větší než cca 3°C. Pokud vychází rozdíl větší, je vhodné rozdělit chlazení na více okruhů.
Počet temperančních okruhů musí být navržen s možnostmi plánované chladící jednotky.
Chlazení víceotiskových forem by mělo být navrženo tak, aby byly všechny otisky temperovány totožně. Ideální je návrh separátního okruhu pro každý (větší) otisk. Pokud nelze použít nezávislé temperování, je vhodné zapojit chlazení jednotlivých otisků paralelně.
Jádra se díky horšímu poměru chlazené plochy k objemu tvárníku více zahřívají. To by mělo být zohledněno v návrhu temperančních okruhů
Otisk 1
Otisk 2
Otisk 1
Otisk 2
Obrázek 5 Rozmístění temperačních kanálů
TEMPERAČNÍ KANÁLY
TVAROVÝ POVRCH
Sériové zapojení Pouze pro jednoduché výlisky bez
zvláštních nároků
Paralelní zapojení
Obrázek 6 Zapojení více otisků v jednom okruhu
Jádro
Vnější plochy
Problematické je chlazení ostrých rohů. Z vnitřních koutů se odvádí teplo obtížně, z vnějších rohů dobře. To vede k nerovnoměrnému smrštění v tloušťce stěny, vnitřním pnutím, a tím k deformaci dílu.
Kruhové temperanční kanály
Temperační kanály lze vyrábět i kruhové, či spirálové. Kanál je vyfrézován do vložky, zasunuté do tvárníku. Vložka musí být od zbytku formy utěsněná.
Obrázek 7 Nezávislé zapojení - umožňuje různé nastavení pro každý otisk např. pro „family formy“
SOUČÁSTI TEMPERAČNÍHO SYSTÉMU
Médium, které je zvoleno pro temperování formy, je nutné do formy přivést, ve formě udržet, aby neunikalo do okolí, řídit jeho průtok a pak dopravit zpět do temperační jednotky. Aby bylo možné tyto funkce zajistit, je nutné vybavit formu řadou příslušenství. Toto příslušenství nabízí mnoho firem jako standardizované díly (normálie).
K přívodu média se používají hadice. Použití typu hadice a materiálu hadice závisí na provozním tlaku a teplotě temperačního média.
Příklady hadic:
• hadice z PVC (prac. tlak max. 12 bar, teplota max. 60°C) • hadice z pryže EPDM (prac. tlak max. 20 bar, teplota max. 140°C) • hadice z pryže NBR (olejivzdorná, teplota max. 100°C) • hadice s kovovým opletem (prac. tlak max. 30 bar)
Zdroje: http://www.rehau.com, http://www.zorotools.com (20. 11. 2013)
Obrázek 8 Hadice s kovovým opletem
Obrázek 9 Hadice PVC
Místo s velkou koncentrací tepla
Řešení 1) Vysunutí koutového kanálku blíž dutině
Řešení 2) Použití tepelně vodivé vložky (ne pro pohledové plochy)
Vstup média do temperačních kanálů ve formě
Hadice jsou k formě napojené pomocí rychlospojek, nátrubků a přípojek. Ty mohou být dle potřeby upraveny, například prodloužením zahnutím pod určitým úhlem atd. Také mohou být vybaveny zpětným ventilem.
Zdroje: http://www.directindustry.com (20. 11. 2013)
Spojení hadice a těchto koncovek je provedeno pomocí hadicových spon.
Zdroje: http://www.hcl-clamping.com (20. 11. 2013)
Po vstupu do temperačních kanálů formy musí být proud média usměrňován, aby zatékal do všech míst temperačního okruhu. Při návrhu kanálů je dobré postupovat tak, aby nevznikala slepá místa, kam medium zateče a zůstává v něm. V těchto místech dochází k usazování nečistot, proto jsou slepá místa náchylnější ke korozi.
Aby médium neunikalo z průchozích kanálů do okolí, používají se různé druhy záslepek a uzavíracích šroubů.
Zdroje: www.wixroyd.com, us.misumi-ec.com, www.prweb.com (21.11.2013)
Obrázek 62 Rychlospojka Obrázek 10 Nátrubek 90° Obrázek 11 Nátrubek
Obrázek 74 Hadicová spona Obrázek 83 Hadicová spona
ŠPATNĚ SPRÁVNĚ Obrázek 95 Temperační kanály v desce
Obrázek 106 Záslepka s narážecí kuličkou
Obrázek 117 Záslepka s rozpěrným kroužkem Obrázek 128 zavírací šroub
Další důležité prvky, které usměrňují proud média, jsou přepážky, fontánky a spirálová jádra. Těch se využívá v případě, že je nutné temperovat slepé kanály. Průřez kanálu a průřez poloviny slepého kanálu by měl být stejný, aby nedocházelo ke škrcení a zpomalování toku média.
Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000 Konstruktionsbeispiele für den Werkzeug- und Formenbau beim Spritzgießen
Zdroj: http://www.brw.ch (21.11.2013)
NÁTRUBEK
ZÁTKA S ROZPĚRNÝM KROUŽKEM
ZÁTKA SE ZÁVITEM
ZÁTKA S KULIČKOU UZAVÍRACÍ
ŠROUB
Obrázek 139 Možnosti umístění zátek, uzavíracích šroubů a nátrubků
Obrázek 20 Přepážky v tvárníku TĚSNĚNÍ
PŘEPÁŽKA
TVÁRNÍK
TEMPERAČNÍ SLEPÝ KANÁL
VSTŘIKOVANÝ DÍL
Obrázek 21 Přepážka rovná se závitem
Obrázek 152 Přepážka spirálová se závitem
Obrázek 143 Plastová překlenovací přepážka s O kroužkem
Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000 Konstruktionsbeispiele für den Werkzeug- und Formenbau beim Spritzgießen
Zdroj: http://www.dau-at.com (21.11.2013)
PLASTOVÁ PŘEPÁŽKA
TĚSNĚNÍ TEMPERAČNÍ KANÁL
Obrázek 164 Umístění plastové překlenovací přepážky s O kroužkem
TVÁRNÍK
Obrázek 27 Sériová fontánka
Obrázek 186 Paralelní fontánka
VSTŘIKOVANÝ DÍL
TVÁRNÍK
PARALELNÍ FONTÁNKA
TEMPERAČNÍ KANÁL
TĚSNĚNÍ Obrázek 175 Funkce paralelní fontánky
ZÁTKA
Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000 Konstruktionsbeispiele für den Werkzeug- und Formenbau beim Spritzgießen
Při použití seriové fontánky protéká medium nejdříve první a pak postupně dalšími fontánkami. Pro lepší účinost temperace je vhodnější použití paralelních fontánek, do kterých je medium přiváděno současně. Paralelní fontánky mají však vyší zástavbové nároky.
Podobnou funkci jako přepážky nebo fontánky mají spirálová jádra. Mohou být jednochodá nebo dvouchodá. Pokud je spirálové jádro jednochodé musí být zároveň duté a médium proudí i jeho vnitřkem.
Zdroj: H. Krahn, D. Eh a H. Vogel, 1000 Konstruktionsbeispiele für den Werkzeug- und Formenbau beim Spritzgießen
SÉRIOVÁ FONTÁNKA
TĚSNĚNÍ
TEMPERAČNÍ KANÁL
Obrázek 198 Funkce sériové fontánky
TĚSNĚNÍ
VSTŘIKOVANÝ DÍL
SPIRÁLA
TEMPERAČNÍ KANÁL
Obrázek 30 Funkce dvouchodého spirálového jádra
Obrázek 209 Funkce jednochodého spirálového jádra
SPIRÁLA
TĚSNĚNÍ
JÁDRO
VSTŘIKOVANÝ DÍL
Zdroj: www.hasco.com (22.11.2013)
KONFORMNÍ TEMPERACE
Konformní temperace jsou speciální tvarové vložky s kanály, které kopírují tvar dutiny. Kanály mohou být malých půměrů (až ∅3), a velice blízko ke stěně dutiny (až 3mm). Vyráběné jsou buď frézováním destiček, tvrdým spájením spojených do bloku, nebo laserovým spékáním kovových prášků.
Takto vytvořené chlazení výrazně zvašuje efektivitu chlazení (chladící cyklus kratší až o 40%), a jeho rovnoměrnost (eliminace deformací kvůli chlazení).
Nevýhodou je vysoká cena, a omezené možnosti dodatečných úprav tvarových vložek (např. dojiskření žeber apod.)
Zdroj: http://www.plasticportal.cz/cs/chlazeniacute-forem-aplikaciacute-konformniacuteho-chlazeniacute/c/260
TEMPERACE POMOCÍ TOPNÝCH ELEKTRICKÝCH ČLÁNKŮ
Patří mezi aktivní temperační prostředky. Využívají se v případech, kdy je nutné vyhřívat formu na vyšší teplotu (např. při větších ztrátách tepla do okolí). Dalším použitím může být vyhřívání formy v lokální oblasti blízko tvarové dutiny, aby zde nedocházelo například ke studeným spojům.
Topná tělesa pracují obdobně jako odporový drát. Mohou mít různé tvary dle umístění ve formě. Při umisťování topných těles do formy je důležité, aby se topná plocha tělesa všude dotýkala povrchu formy, dochází zde k výměně tepla vedením, jinak by mohlo docházet k přehřívání a poškození topného tělesa. V některých případech je vhodné zalití topného tělesa přímo do formy a to dobře tavitelným a teplo vodivým materiálem (hliník). Pokud je na formě použito elektrických topných těles, je nutné ji uzemnit.
Obrázek 31 Jednochodé spirálové jádro Obrázek 212 Dvouchodé spirálové jádro
Klasický vrtaný okruh Konformní chlazení
Zdroj: http://www.backer-elektro.cz (22.11.2013)
Obrázek 223 Topná tělesa
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu
č. CZ.1.07/2.2.00/ .0 „
“.
doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller
Ing. Eduard Müller