Mo�nosti �spor p�i vst�ikov�n� termoplast� (�as� 2.)

Temperace vst�ikovacích forem

Temperace vst�ikovacích forem je faktor, který významným zp�sobem ovliv�uje dobu výrobního cyklu, v�etn� celé �ady kvalitativních parametr� - rozm�rovou a tvarovou stálost, deformace, jakost povrchu, mechanické vlastnost atd. Temperace, samoz�ejm�, koresponduje s po�adavky na co nejefektivn�jší ekonomiku provozu. Obecn� platí, �e p�i standardním vst�ikování cca 70% výrobního cyklu je doba chlazení výst�iku v tvarové dutin� formy - od konce dotlaku, p�es plastikaci a� po vyhození dílu z formy, cca 5% vst�ikovací fáze, cca 10% dotlaková fáze a cca 15% z doby cyklu p�edstavují nezbytné strojní pohyby.

Chlazení výst�ik� je t�sn� spjato s konstrukcí formy, která vychází z konstrukce výst�iku, ovliv�uje celkovou dobu výroby výst�iku, míru zmetkovitosti - n�která publikovaná �ísla uvád�jí, �e a� 60% vad je, po analýze, mo�no p�i�adit k nesprávné temperaci formy, respektive výst�iku, co� mimo jiné, výrazn� zvyšuje náklady na �innosti spojené s �ízeným dodáváním a odb�rem tepla do a z formy.

Uvedené �innosti se prolínají a mnohdy mohou p�sobit vzájemn� protich�dn�, nap�íklad kratší doby výrobního cyklu sni�ují jednicové náklady, ale mohou i zvýšit riziko výskytu zmetk�. Sofistikovan�jší konstrukce a metody temperance jsou obvykle na vstupu dra�ší, ale zajistí úsporn�jší provoz.

Základním po�adavkem temperace forem je dosa�ení co nejkratší doby cyklu, p�i optimalizaci po�adovaných jakostních kritérií, jinak �e�eno dodr�ení stabilní, povrchov� a místn� homogenní pracovní teploty tvarové dutiny formy a to po celou dobu vst�ikovacího cyklu, v�etn� reprodukovatelnosti cyklus od cyklu. V n�kterých p�ípadech je po�adováno �ízení teploty povrchu formy.

Polo�me si otázku jakými prost�edky je mo�no výše uvedená kritéria, respektive po�adavky na temperaci forem dosáhnout. V první �ad� je to designu výst�iku a zpracovávanému materiálu odpovídající rozlo�ení, umíst�ní a pr�m�ry temperan�ních kanál�, které by m�ly zajistit co nejefektivn�jší odvod tepla, v�etn� jeho rovnom�rného p�enosu z jednotlivých partií výst�iku a zajišt�ní turbulentního proud�ní tempera�ní kapaliny v chladícím systému formy.

K tomu p�istupuje vyu�ití poznatk� z moderních materiálových nabídek, tj.pou�ití, v konstrukci formy, vlo�ek vyrobených z materiál� s vysokou teplotní vodivostí, dvakrát a� �ty�ikrát vyšší ne� mají b�n� pou�ívané nástrojové oceli a p�i jejich osazení do formy nezapomenout na intenzivní odvod tepla z t�chto vlo�ek. P�i konstrukci tvárník� a tvárnic zajistit po�adavek intenzivního odvodu tepla vyu�itím, nap�íklad systému CONTURA. V principu se jedná o rozd�lení tvarového prvku formy na vrstvy, na jejich� sty�ných plochách se vytvo�í tempera�ní kanály, které, díky plošnému frézování, je mo�no p�izp�sobit tvaru výst�iku. Jednotlivé �ásti - vrstvy se, po vytvo�ení soustavy kanál�, spojí do pevného kompaktního tvaru pájením na tvrdo p�i podtlaku, �ím� vznikne ve spojovaných plochách vzduchot�sný spoj.

Ješt� výhodn�jší a výkonn�jší metoda výroby tempera�ních vlo�ek vst�ikovacích forem je metoda DMLS - Direct Metal Laser Sintering.Do formy jsou vkládány vlo�ky vyrobené laserovým spékáním kovového prášku ve vrstvách o tlouštce 0,02 a� 0,04 mm. Na rozdíl od b�-ných postup� výroby tempera�ních kanál� - vrtáním - je touto technikou mo�no vyrobit prakticky libovolné, prostorov� uspo�ádané a výst�iku p�izp�sobené kanály a tím optimalizovat odvod tepla z konkrétních míst výst�iku. To, samoz�ejm�, vede ke zkrácení výrobního cyklu a ke zvýšení jakosti díl�, nap�íklad mo�ností minimalizovat studené spoje apod. Do tempera�ních systém� forem je nutno p�ivád�t a odvád�t tempera�ní kapalinu, nej�ast�ji vodu. K tomu slou�í tempera�ní p�ístroje vybavené p�íslušným �erpadlem - musí zajistit schopnost p�ístroje p�ekonat všechny hydraulické odpory a to jak ve spojovacích systémech, tak v kanálech formy - a systémy pro oh�ev a chlazení vody a to bu� v otev�eném nebo uzav�eném okruhu, v beztlakovém (do 95°C) nebo p�etlakovém (a� do 200°C) provedení.

Dob�e dimenzovaný tempera�ní p�ístroj by, krom� oh�evu a odvodu tepla, m�l zajistit v tempera�ních kanálech formy turbulentní proud�ní, které napomáhá k intenzivnímu odvodu tepla ze st�ny tvarové dutiny formy, na rozdíl od laminárního proud�ní. V poslední dob� firmy vyráb�jící tempera�ní p�ístroje dodávají i rozvád�cí bloky s r�zným stupn�m regulace pr�toku vody v jednotlivých regulovaných okruzích temperace formy. V podstat� jde o to,zajistit soub�né - paralelní pln�ní jednotlivých tempera�ních okruh�, v�etn� regulace pr�toku a teploty. Soub�ným pr�tokem se, na rozdíl od sériového zapojení, kdy se jednotlivé okruhy plní vodou postupn�, zajistí rovnom�rn�jší chlazení - do všech okruh� vstupuje voda o stejné teplot� a ve stejném okam�iku.

Krom� metody pr�b�ného chlazení, kdy tempera�ním systémem po celou dobu provozu formy protéká tempera�ní médium, a které je nej�ast�ji pou�ívaným systémem temperace, je mo�no vyu�ít i další systémy pro zintenzivn�ní mo�nosti odvodu tepla a tím zkrácení výrobního cyklu, obvykle i p�i zvýšení dalších parametr�, jako nap�íklad jakostních.

Jednou z nepr�b�ných metod odvodu tepla je pulzní chlazení. Jeho podstatou je dynamické �ízení chlazení v pr�b�hu vst�ikovacího cyklu, tj. po dobu pohyb� formy, vyhazování výst�ik� a vst�ikovací fáze není do formy dopravována tempera�ní voda. K intenzivnímu chlazení p�ívodem vody dochází a� na po�átku dotlakové fáze. P�i tomto zp�-sobu temperace dochází k lepšímu zate�ení polymerní taveniny - vst�ikujeme do teplejší formy a následn�, oproti pr�b�nému zp�sobu, intenzivn�ji tavenina, respektive výst�ik chladne. Výsledkem je bu� zkrácení doby cyklu p�i udr�ení kvalitativních parametr� výst�ik� nebo zlepšení po�adované kvality p�i udr�ení doby cyklu.Vylepšenou variantou pulzního chlazení je systém ATS. Alternativní temperan�ní systém (ATS)vyu�ívá speciálního tempera�ního p�ístroje, vybaveného dv�ma samostatnými vodními okruhy, pracujícími s rozdílnou teplotou vody - studená, teplá, tj. je mo�no, alternativn�, formu jak oh�ívat, tak i chladit a to cyklicky v ka�dém výrobním zdvihu.

Sou�ástí p�ístroje je i systém procesních ventil�, které regulují a p�epínají pr�tok média a tím regulují povrchovou teplotu tvarových dutin formy - p�i vst�ikovací fázi formu oh�ívají, ve fázi chlazení zajistí intenzivní odvod tepla. ATS systém je nejlépe vyu�itelný pro hromadnou výrobu díl� s vysokými po�adavky na lesk - obdobn� jako u temperace ostrou p�eh�átou párou, p�i sou�asné minimalizaci studených spoj�. Metoda je náro�ná jak energeticky, tak i z hlediska konstrukce formy a její �ivotnosti.Mezi mén� pou�ívané zp�soby intenzivního odvodu tepla z formy je mo�no za�adit zp�-sob chlazení zalo�ený na odpa�ování oxidu uhli�itého, p�ivád�ného bu� do ocelových �ástí formy vyrobených z mikroporézní oceli Toolvac - Stahl nebo do kondenza�ních kanál� formy.

Systém pracuje na principu výparného tepla, kdy kapalný oxid uhli�itý, v po�adovaném okam�iku výrobního cyklu - pulzní chlazení, je dopraven do formy, kde expanduje a vzniklé výparné teplo rychle odvádí teplo z dutiny formy, respektive z míst, kde je u výst�iku nap�íklad hromad�ní materiálu apod. Tímto zp�sobem je mo�no zkrátit doby cyklu a� o 40%.

Dalším mén� pou�ívaným zp�sobem je vyu�ití tepelných trubic, které také pracují na principu výparného tepla. Do formy jsou vkládány válcové - pr�m�r 3 a� 16 mm, délka 50 a� 300mm, ku�elové nebo deskové trubice, jejich� pláš� je z hliníku (Al), m�di (Cu) nebo je ocelový. Trubice jsou pln�ny �pavkem, freonem, metylalkoholem, vodou. Jejich kapalná fáze je po obvodu trubice p�i-vád�na k místu s vým�nou tepla, kde se kapalina odpa�í a z daného místa odvede teplo a ve form� páry postupuje trubicí zp�t do kondenza�ní �ásti,kde se disipací tepla zbaví a pára zkondenzuje a op�t je hnána do míst kde dojde k p�íjmu tepla.Pro úplnost je mo�no uvést i nestandardní zp�sob temperace forem pomocí vírových trubic, v nich� je vyu�íván stla�ený vzduch ve dvou proudech - horkém a studeném.S efektivitou chlazení p�ímo souvisí �istota tempera�ních systém�, která je samoz�ejmým po�adavkem pro vše co souvisí s temperací s cirkulujícím médiem, v našem p�ípad� nej�ast�ji s vodou.

Voda má �adu výhod - má lepší tepelné vlastnosti ne� olej, je ekologicky nezávadná, ekonomicky nenáro�ná, neho�lavá a má nízkou viskozitu. Nevýhodou vody je, �e p�i teplot� nad cca 60°C dochází ke ztrát� chemicky �isté vody, která se odpa�uje a veškeré ne�istoty z�stávají v temperan�ním systému, �ím� výrazn� sni�ují jeho ú�innost - 1 mm vodního kamene sni�uje ú�innost tempera�ního systému p�ibli�n� o 10%.

P�i �išt�ní tempera�ních systém� forem nesmíme zapomenout i na rozvodné systémy vst�ikovny, na tepelné vým�níky – chladi�e hydraulických okruh� vst�ikovacích stroj�, p�ípadn� elektrických servomotor�, vstupních prostor pro granulát na plastika�ních jednotkách vst�ikovacích stroj�.

Téma úspor je v oboru vst�ikování plast� velmi aktuální a velmi široké. V tomto �lánku jsem zmínil pouze n�kolik mo�ností.V p�edešlých  Sv�tech plast�jsem psal o formách z Dálného východu, stejn� tak je mo�no uva�ovat i o vst�ikovacích strojích a periferních za�ízeních ze stejného regionu, o automatizaci výrobního �et�zce atp.Nesmí se zapomenout na údr�bu forem, stroj� a dalších za�ízení vst�ikovny a zejména na nejd�le�it�jší zále�itost, která je na po�átku celého procesu výroby výst�ik� z plast� a tou je vývojová fáze. Ve vývojové fázi je toti� fixováno a� 70% celkových náklad� na výrobu výst�ik�,p�i�em� vlastní vývojová fáze obvykle vá�e pouze p�ibli�n� 5% z celkových výrobních náklad�.S �ástkou odpovídající 5% náklad� m��eme ušet�it desítky procent z celkových výrobních náklad�. Obecn� platí, �e co se nepodchytí p�i vývoji, je velmi obtí�n� a obvykle i draze ovlivnitelné p�i vlastní výrob�.

Mo�nosti úspor p�i vst�ikování termoplast� (�as� 1.)