Zakres temperatury przetwórstwa tworzyw częściowo krystalicznych jest wąski w odróżnieniu do tworzyw amorficznych. Podczas wtrysku tworzywa częściowo krystalicznego do formy, temperatura czoła płynącego materiału nie może spaść poniżej dopuszczalnego zakresu. Ten wąski zakres przetwórstwa polimerów częściowo krystalicznych powoduje, że musi być ono możliwie szybko wtryskiwane do formy.

Tworzywa amorficzne mają szeroki zakres temperatur przetwórstwa i z tego powodu dopuszczalne są powolne prędkości wtrysku. Należy jednak mieć na uwadze, że front płynącego stopu musi pozostawać powyżej minimalnej temperatury przetwórstwa.

Naprężenia ścinające i szybkość ścinania

Podczas wtryskiwania tworzyw do formy należy uważać, żeby nie przekroczyć dopuszczalnych naprężeń ścinających oraz maksymalnej prędkości ścinania. Obie wartości są specyficzne dla przetwarzanego materiału (Rysunek 2) a ich weryfikację możemy wykonać z pomocą programów do symulacji procesu wtrysku (np. Moldflow) (Rysunek 3, Rysunek 4).

Przy małych średnicach przewężek i dużych prędkościach wtrysku bardzo łatwo będzie osiągnąć maksymalne dopuszczalne wartości naprężeń i szybkości ścinania. Stanowi to ryzyko uszkodzenia łańcuchów polimerowych i utraty własności tworzyw sztucznych.

Warstwa zakrzepnięta

Podczas przepływu tworzywa na powierzchni gniazda formującego tworzy się warstwa zakrzepnięta, która ogranicza pole przekroju przepływu. Wynika to z zastygnięcia przyściennej warstwy tworzywa. Stosowanie niskich prędkości wtryskiwania powoduje nadmierny wzrost ciśnienia w gnieździe i utrudnia jego wypełnienie (Rysunek 5).

Jeżeli do produkcji wykorzystujesz materiał, który ma niską lepkość, to nie używaj nadmiernej prędkości wtrysku. Duża prędkość wtrysku  przy niskiej lepkości tworzywa generuje wysoką szybkość ścinania i tworzywo może osiągnąć temperaturę degradacji.

Profilowanie prędkości wtrysku

Nowoczesne maszyny mają możliwość stosowania nawet 10 stopni do profilowania prędkości. Czy to oznacza, że wszystkie stopnie powinny być wykorzystane?

Odpowiedź na to pytanie jest jedna – ilość wykorzystywanych stopni profilowania powinna być możliwie najmniejsza (Rysunek 6). Zawsze zalecam próbować ustawiać wtrysk z wykorzystaniem stałej prędkości wtrysku i dopiero w razie potrzeby dodawać kolejny profil, np. w celu spowolnienia prędkości pod koniec wypełnienia gniazda formującego. Mała ilość punktów profilowania niesie za sobą kilka korzyści, np. łatwość ustawienia profilu na innej maszynie i osiągnięcie podobnego czasy wtrysku, niskie ryzyko niekontrolowanej zmiany prędkości wynikające z linearyzacji zaworu wtrysku.

Profilowanie jest zalecane dla wyrobów o skomplikowanej konstrukcji w celu osiągnięcia stałej prędkości płynięcia tworzywa w gnieździe.

Wtryskiwanie wolno-szybko-wolno jest zalecane w układach zimno kanałowych oraz układach hybrydowych (gorący kanał + zimny wlewek). Niska prędkość początkowa zmniejsza ryzyko powstania wady „jetting” oraz zmniejsza naprężenia występujące w przewężce. Zwolnienie prędkości na końcu drogi płynięcia zmniejsza ryzyko przypalenia oraz ułatwia dokładne przełączenie na fazę docisku.

Bezpośredni wtrysk z wykorzystaniem gorących kanałów daje możliwość wtrysku z większą prędkością początkową ale koniec wypełnienia powinien być wolny z tego samego powodu co powyżej przedstawiony.

Podsumowanie

Prędkość wtrysku jest kluczowym parametrem w ustawianiu procesu wtrysku. Jak każdy inny parametr, zależy ona od wielu czynników. Ustawienie jej zbyt wolno jak i zbyt szybko będzie miało wpływ na wyrób. Znajomość wszelkich czynników mających wpływ na jej optymalne ustawienie jest warunkiem koniecznym i wymaga wielu godzin doświadczenia. Przy programowaniu prędkości wtrysku zwracaj uwagę na to z jakim tworzywem masz do czynienia, czy nie ma ryzyka przekroczenia dopuszczalnych naprężeń ścinających i prędkości ścinania, miej świadomość wpływu warstwy zakrzepniętej na przepływ tworzywa oraz świadomie wykorzystuj profilowanie prędkości.

POBIERZ .PDF – Prędkość wtrysku

Artykuł Prędkość wtrysku pochodzi z serwisu ASCONS.

Ważne jest, żeby ustawiacz odróżniał parametry nastawcze w prowadzonym procesie od parametrów wynikowych. Temperatura powierzchni formującej może być zbliżona do temperatury medium chłodzącego, ale niekoniecznie taka sama.

Układ regulacji temperatury formy to jeden z czynników odpowiedzialnych za jakość produkowanych wyprasek. Jego celem jest odprowadzenie ciepła dostarczonego wraz z wtryskiem przy zachowaniu równomiernego rozkładu temperatur na powierzchniach formujących.

Regulując temperaturę formy spotykamy się z przeciwstawnymi wymaganiami i musimy dokonać pewnego kompromisu pomiędzy:

• uzyskaniem optymalnej jakości wypraski, której właściwości kształtują się przy podwyższonej temperaturze formy i równomiernym rozkładzie obioru tego ciepła,
• rentownością prowadzonej produkcji zależnej od rzeczywistego czasu cyklu, na który ma wpływ stosowanie niskich temperatur formy.

Przy produkcji wyrobów powszechnego użytku (np. opakowań itp.) często stosuje się intensywny odbiór ciepła, jeżeli chce się być konkurencyjnym na rynku. Dla wyrobów technicznych istotne są parametry m.in. wytrzymałościowe oraz względy wizualne, które osiągniemy stosując podwyższone temperatury powierzchni formujących.

W polimerach amorficznych (np. PC, ABS) wyższe temperatury formy powodują niższy poziom naprężeń. Dla tworzyw częściowo krystalicznych (np. PA, POM) uzyskanie optymalnej krystalizacji osiąga się poprzez stosowanie wyższych temperatur formy. W ten sposób zapewniamy wolniejszy odbiór ciepła i dajemy czas na wytworzenie się krystalitów, które zapewniają lepsze właściwości mechaniczne i lepszą stabilność wymiarową.

Wymienione korzyści nie są jedynymi w kontekście podwyższonej temperatury formy. Dzięki termostatowaniu narzędzi do optymalnych wartości uzyskujemy również:

• poprawę płynięcia tworzywa w gnieździe formującym,
• lepszą relaksację makrocząsteczek w wyniku zmniejszonej orientacji,
• możliwość efektywniejszego działania procesu docisku.

Szeregowo podłączony układ chłodzenia

W metodzie szeregowego podłączenia układu chłodzenia przez formę prowadzi tylko jeden kanał z wejściem i wyjściem dla medium chłodzącego. Taki sposób podłączenia pozwala na użycie tylko jednego obiegu dostępnego na maszynie lub tylko jednego termostatu, co znacznie upraszcza podłączanie. Wadą takiego rozwiązania jest wzrost temperatury wraz z przebiegiem kanału chłodzącego. W związku z tym różne obszary powierzchni formującej mogą mieć różną temperaturę, co nie zapewnia równomiernego odbioru ciepła i może być przyczyną odkształceń wypraski (Rysunek 1).

Równolegle podłączony układ chłodzenia

W przypadku podłączenia równoległego zasilanie obiegów chłodzących na formie odbywa się przy pomocy rozdzielacza. Dzięki temu jesteśmy w stanie równomiernie odbierać ciepło z powierzchni formujących. W przypadku zablokowania się jednego z kanałów chłodzących istnieje ryzyko braku odbioru ciepła z chłodzonego obszaru. Taka sytuacja w podłączeniu równoległym jest bardzo trudna do wykrycia (Rysunek 1).

Weryfikacja temperatury formy wtryskowej

Weryfikacja temperatury formy powinna się odbyć po kilkunastu minutach produkcji w cyklu automatycznym. W ten sposób forma wtryskowa stabilizuje swoją temperaturę, która zależy m.in. od temperatury wtryskiwanego stopu, temperatury medium chłodzącego, konstrukcji układu chłodzącego w formie, sposobu podłączenia tj. czy szeregowo czy równolegle, czasu cyklu itp.

Urządzeniem kontrolnym może być np. termopara powierzchniowa (Rysunek 2), dzięki której odczytamy rzeczywistą temperaturę w badanym obszarze. Pomiar stykowy jest dobrym sposobem weryfikacji czy nie dochodzi do przegrzania konkretnego obszaru, w którym np. wypacza się wypraska.

Kolejną metodą służącą ocenie skutecznego odbioru ciepła jest pomiar różnicy temperatury na wyjściu z termostatu oraz na jego powrocie po odbiorze ciepła z formy wtryskowej. W tym celu można zastosować termometr przepływowy lub wykonać zdjęcie kamerą termowizyjną w celu określenia temperatury. Przykład takiej kontroli obrazuje Rysunek 3 oraz Rysunek 4.  Termogramy przedstawiają przewody zasilające układ chłodzenia formy wtryskowej oraz przewody powrotne. Różnica temperatury pomiędzy zasilaniem i powrotem nie powinna być większa niż 3°C. Jeżeli jest wyższa to istnieje ryzyko nierównomiernego odbioru ciepła z wypraski i tym samym jej wypaczania.

Podsumowanie

Zapewnienie skutecznego i równomiernego odbioru ciepła z formy wtryskowej to jeden z najważniejszych aspektów w procesie wtryskiwania. Jakość wyprasek i koszt ich wytworzenia w dużym stopniu uzależnione są od prawidłowego działania systemu chłodzenia. Temperatura formy w procesie wtrysku to już drugi artykuł, który został umieszczony w czasopiśmie branżowym PlastNews. Poniżej załączam dla Was wersję w .pdf.

POBIERZ .PDF – Temperatura formy wtryskowej w procesie wtrysku

Artykuł Temperatura formy w procesie wtrysku pochodzi z serwisu ASCONS.

Należy pamiętać, że zalecana temperatura przetwórstwa, to temperatura rzeczywista uplastycznionego stopu. Nastawcze temperatury układu plastyfikacji nie są miarodajne i nie powinny być uznawane za temperaturę stopu. W trakcie pracy wtryskarki temperatura będzie ulegać zmianie. Ciepło tarcia podczas fazy uplastyczniania, ustawiony profil temperaturowy, stopień wykorzystania pojemności dozowania, to kilka czynników wpływających na zmianę temperatury.

Procedura weryfikacji temperatury stopu

Do wykonania pomiaru temperatury stopu niezbędny będzie czujnik temperatury z termoparą zanurzeniową. Czujnik na podczerwień oraz kamera termowizyjna nie są odpowiednimi urządzeniami do pomiaru temperatury stopu. Tworzywo w kontakcie z temperaturą otoczenia szybko się wychładza i ten efekt zaburza dokładny pomiar.

Przykładowa procedura pomiaru:

• Pozwól maszynie pracować w cyklu automatycznym przez około 15-20 minut w celu stabilizacji temperatury.
• Podgrzej wstępnie termoparę by wykonać dokładny pomiar (możesz to zrobić np. poprzez umieszczenie jej w pobliżu wykonanego wcześniej przetrysku tworzywa).
• Odjedź agregatem i wykonaj przetrysk tworzywa.
• Zanurz termoparę w stopie i zataczaj ósemki. Brak ruchu termoparą nie pozwoli odczytać rzeczywistej wartości temperatury z powodu szybkiego wychładzania termopary i odbioru ciepła ze stopu (Rysunek 2).
• Zarejestruj maksymalną wartość temperatury.

Zarejestrowana temperatura podczas pomiaru powinna mieścić się w zalecanym zakresie przetwórstwa tworzywa, podanym w karcie technicznej materiału.

Bardzo ważnym aspektem podczas ustawiania temperatur przetwórstwa jest zapoznanie się z wcześniej wspomnianą kartą techniczną. Wynika to z faktu, że w jednej grupie materiałowej np. PP, możemy mieć różne zalecane zakresy temperatur przetwarzania.

• Za wysoka temperatura stopu może doprowadzić do degradacji stopu i dodatków powodując wady na wypraskach np. srebrzenia lub miejscowe odbarwienia.
• Za niska temperatura utrudni homogenizację tworzywa, wymusi stosowanie wyższych ciśnień na maszynie lub w skrajnym przypadku doprowadzi do jej uszkodzenia.

Profilowanie temperatury układu plastyfikacji

Ustawienia temperatur jednostki plastyfikacji w celu osiągnięcia właściwych parametrów przetwórstwa są różne dla tworzyw amorficznych i częściowo krystalicznych. Jednostka dozowania jest przeważnie wyposażona w co najmniej trzy strefy grzewcze, a każda z tych stref może zostać ustawiona na inną wartość temperatury. Dzięki temu uzyskujemy możliwość stosowania profilu temperatury. Zanim rozpoczniemy profilowanie temperatury musimy być świadomi, że w standardowej budowie ślimaka możemy wyróżnić trzy podstawowe strefy:

1. Strefa zasilania, gdzie granulat trafia zaraz z podajnika. W tej strefie nie możemy dopuścić do wczesnego uplastycznienia ponieważ zablokujemy ujście dla powietrza i możemy doprowadzić do zaczopowania gardzieli podajnika. W tej strefie ustawiamy temperaturę w jej dolnym zalecanym zakresie.
2. Strefa sprężania, gdzie następuje uplastycznienie materiału i wypchnięcie powietrza.
3. Strefa dozowania, gdzie następuje ujednorodnienie stopu pod kątem temperatury i przekazanie materiału przed czoło ślimaka.

Polimery częściowo krystaliczne wymagają do uplastycznienia większej energii niż tworzywa amorficzne, co wymusza stosowanie dla nich większych temperatur w obszarze zasilania. Tworzywa częściowo krystaliczne mogą być wrażliwe na podwyższone temperatury lub nie wytrzymywać długich czasów przebywania w wyższych temperaturach, co będzie skutkowało koniecznością jej obniżenia w kolejnych strefach. Będzie to prowadziło do powstaniem profilu z widocznym garbem. Dla tworzyw amorficznych taki profil nie będzie wymagany, ponieważ nie potrzebują tak dużej energii do uplastycznienia. Przykładowe profile przedstawia Rysunek 3.

Profil z garbem może być stosowany w przypadku materiałów, które są zbrojone włóknem szklanym. Dzięki zastosowaniu wyższej temperatury w początkowej fazie zmniejszamy wpływ erozyjny włókna szklanego na ślimak, co zwiększy żywotność układu plastyfikacji i tym samym zmniejszy koszty eksploatacji.

Czynniki wpływające na zmianę temperatury

Stabilność termiczna stopu to podstawa przy produkcji wyprasek o wysokiej jakości. Aby temu sprostać, maszyna musi być serwisowana przez wykwalifikowany personel. Wszelkie czynniki mające wpływ na zaburzenie tej stabilności powinny być niezwłocznie usuwane. Takimi czynnikami mogą być:

• Zmiana miejsca grzałek na cylindrze.
• Wysunięcie lub uszkodzenia termopary np. w wyniku zalania tworzywem.
• Zastosowanie odmiennej termopary np. „K” zamiast „J” bez wprowadzenia korekcji w sterowniku maszyny.
• Zmiana geometrii ślimaka np. w wyniku zużycia układu plastyfikacji.
• Brak okresowej kalibracji tj. tzw. „nauki grzania”.

Powyższy artykuł ukazał się w czasopiśmie branżowym PlasNews 12/2021. Poniżej możecie pobrać artykuł w formacie .pdf.

POBIERZ .PDF – Dobór temperatury układu plastyfikacji. ascons.pl.

Artykuł Temperatury układu plastyfikacji pochodzi z serwisu ASCONS.

Aby móc zrozumieć istotę tematu musimy poświęcić chwilę na zaznajomienie się z podstawowymi właściwościami fizycznymi płynu jakim jest olej. Na potrzeby tego tematu skupimy się na jednej z tych wartości czyli lepkości.

Na poniższym wykresie widzimy jak maleje lepkość oleju wraz ze wzrostem temperatury. Należy zwrócić uwagę na nieliniowość skali na osi „Y”. Przyjmijmy ,że zakres temperatur z jakimi możemy spotkać się w praktyce wynosi 0 – 70°C . Dlaczego od zera? Często zdarza się, że zbiorniki z olejem przechowywane są „pod chmurką”, zatem w praktyce pojawiają się sytuacje, że w zbiorniku wtryskarki znajduje się olej o temperaturze kilku stopni. O konsekwencjach tego będzie w dalszej części tekstu.

Z wykresu możemy odczytać, że dla oleju klasy ISO46: przy T1=0°C lepkość wynosi około 500mm2/s a dla T2=70°C jest to 12mm2/s, czyli 41,6 raza mniej!

T1=0°C u1=500mm2/s

T2=70°C u2=12mm2/s

u1/u2=42

Lepkość oleju przekłada się bezpośrednio na opory i straty energii , jakie towarzyszą jego przemieszczaniu się wewnątrz układu hydraulicznego maszyny , głównie przez filtry, węże, rury, bloki, zawory. W celu ułatwienia przepływu naturalne wydaje się dążenie do podnoszenia temperatury pracy oleju do wysokich wartości. Napotykamy tutaj na barierę związaną z trwałością oleju, degradację. Maleją również jego właściwości smarne. Dlatego też produceńci wtryskarek do niedawna ustalali temperaturę pracy oleju na poziomie 40-45°C bez możliwości jej zmiany przez uzytkownika. Dzięki temu zapewniali optymalny stosunek trwałości do wydajności.

W praktyce okazuje się że temperatura 40-45°C bywa trudna do utrzymania. Dzieje się tak przede wszystkim w dwóch przypadkach.

• Długie czasy chłodzenia wypraski w formie.

  Mamy tutaj doczynienia z niedogrzewaniem oleju przez maszynę ze względu na niewystarczjącą ilość tarcia występującą podczas przemieszcznia oleju pod ciśnieniem.

• Krótkie czasy cyklu.

  W tym przypadku mamy sytuację odwrotną, generowane jest tyle ciepła podczas pracy maszyny, że układ chłodzenia nie jest w stanie odprowadzić go na zewnątrz.

O ile wzrost temperatury pracy powyzej zalecanych 45°C powoduje nadmierne zużywanie się oleju i wtryskarki, to obniżenie jej do poziomu 30-35°C dla długich czasów cyklu nie ma negatywnego wpływu na pracę maszyny. Rozwój technologi napędów, sterowania i pomp w ostatnich lat spowodował znaczne ograniczenie strat energii w układach hydraulicznych. Mamy zatem coraz mniej energii, która samoistnie podgrzewała nam olej do zadanej temperatury. Aby zapobiec konieczności celowego podgrzewania oleju w czasie cyklu produkcyjnego, producenci zaczęli wprowadzać możliwość ustalania temperatry pracy oleju przez użytkownika. Dzięki temu użytkownik ma możliwość optymalizacji temperatury pracy do danego procesu produkcyjnego.

Czy zmiany temperatury pracy w trakcie trwania produkcji przekladają się na stabilność procesu? Aby odpowiedzieć na to pytanie musimy powrócić do wykresu lepkości w funkcji temperatury. Przyjmijmy, że rozpoczynamy produkcję przy 20°C (bez wstępnego podgrzewania oleju do temperatury pracy), a w trakcie jej trwania temperatura stabilizuje się na poziomie 45°C

T1 = 20°C u1=150mm/s

T2 = 45°C u2= 30mm/s

u1/u2=5

Widać z tego, że przy założonej różnicy temperatur olej staje się pięciokrotnie rzadszy. Przekłada się to bezpośrednio na pracę poszczególnych elementów wykonawczych maszyny: zawory szybciej reagują na sygnały sterujące, szczególnie zawory proporcjonalne, filtry stawiają znacznie mniejsze opory, zarówno te systemowe jak i te znajdujące się w zaworach, pompy szybciej „wchodzą” na ciśnienie, występują mniejsze opory tłoczenia. Wszystko to powoduje, że maszyna przyśpiesza, co w przypadku maszyny wyeksploatowanej różnice czasu cyklu mogą sięgać poj. sekund. Efekt ten jest mniej widoczny dla maszyn pracujących w pętli zamkniętej sprzężenia zwrotnego, do niemal pomijalnego w przypadku maszyn nowych lub też utrzymanych w bardzo dobrym stanie technicznym.

Skupmy się zatem na przypadku, w którym cykl przyśpiesza. Podczas rozruchu z niezmienionymi parametrami wtrysku, po zakończeniu wcześniejszej produkcji, możemy spodziewać się niedolewów, które będziemy usuwali podnoszeniem prędości wtrysku. Wraz ze wzrostem temperatury maszyna zacznie samoczynnie przyśpieszać, czas wtrysku zacznie maleć, temperatura formy rosnąć, aż w końcu pojawią się wypływki na detalach, co będzie generowało kolejne wybrakowane detale oraz wymagało ponownej ingerencji w parametry wtryskarki.

Trwałość maszyny wtryskowej uzależniona jest także od lepkości oleju. Uruchamiając pompę na maszynie, w której zborniku znajduje się olej o temperaturze kilku stopni, możemy doprowadzić do uszkodzenia pomp, ponieważ ich konstrukcja nie jest przystosowana do pracy z tak „gęstym” medium. W takim przypadku należy poczekać , aż temperatura oleju w zbiorniku maszyny osiągnie conajmniej 15°C. W przeciwnym razie możemy doprowadzić do uszkodzenia elementów maszyny. Wzrost temeperatury oleju przekłada się na wzrost temperatury wszystkich elementów, przez które przepływa, podnosząc temp. całej maszyny. Wraz ze wzrostem temperatury uwidaczniają się wszystkie nieszczelności układu hydraulicznego. Jeśli temperatura pracy przekroczy 70°C, uszkodzeniu na skutek degradacji ulegają wszystkie uszczelnienia maszyny. W przypadku maszyn wyposażonych w zawory proporcjonalne ze zintegrowanymi elektronicznymi układami sterowania, należy się spodziewać pogorszenia jakości ich pracy lub awarii. Dotyczy to szczególnie zaworów znajdujących się bezpośrednio na pompach hydraulicznych, których temperatura pracy wynosi do 65°C.

Koszty eksploatacji maszyny w omawianym przez nas aspekcie wiążą sie z jej awaryjnością oraz zużyciem energii.

• Nadmierne zużycie energii bierze się z:

  • bezpośrednich strat energii w maszynie

  Posłużymy się tutaj pomiarami wykonanymi na maszynie Wittmann Battenfeld MacroPower450 ServoPower. podczas produkcji w trybie automatycznym. W tabeli poniżej znajdują się uśrednione w czasie wartości prądu silnika napędowego pomp.

T[oC]	Iśr[A]
35	22,1	100,00%
40	21,31	96,40%
50	20,8	94,11%

Zwróćmy uwagę na różnice temperatur i odpowiadające im procentowe różnice prądu. Szczególną uwagę należy zwrócić na nieliniowość spadku mocy która to jest największa dla niskich temperatur i maleje wraz ze wzrostem temperatury pracy oleju. Wyraźnie widać że praca z wysokimi temperaturami oleju nie przynosi dalszych oszczędności energii, zwiększając jednocześnie ryzyko wystąpienia awarii.

• • • energi potrzebnej do obniżenia / podgrzania temperatury oleju do zadanej

Posłużmy się przykladem i wzorem:

Q = m c_w Δt

gdzie:

Q – ciepło oddawane przez ciało podczas oziębiania/ogrzewania – wyrażone w dżulach J

m – masa substancji – wyrażone w kilogramach

c_w – ciepło właściwe substancji – układzie SI wyrażone w J/Kg∙K

Δt = t_pocz – t_końc – wyrażone w kelwinach K

Dane oleju do obliczeń:

m=500kg cw=1965J/kg Δt =10K

Q = 500*1965*10=9825000 [J]

Q = 2,73 [kWh]

Otrzymujemy zatem Q=2,73[kWh] dodatkowej energi, jaką musimy dostarczyć, aby zniwelować różnicę 10 stopni.

• awaryjność:
  • uszkodzenia pomp spowodowane pracą na zimnym oleju o temperaturze poniżej 15°C
  • uszkodzenia proporcjonalnych zaworów elektronicznych przy wysokich temperaturach
  • uszkodzenia, przegrzania uszczelnień
  • wycieki oleju
  • przedwczesne starzenie się oleju

Klasa oleju określa parametry fizycne oleju między innymi lepkość. Wróćmy na chwilę do wykresu 1. i porównajmy wartości lepkości olejów klasy ISO46 oraz ISO32 w temperaturze 30°C i 40°C. Z wykresu wynika że zastosowanie oleju klasy ISO32 obniża temperaturę pracy o 10°C przy zachowaniu takiej samej lepkości. Pozwala to na ograniczenie strat energii podczas pracy przy niższych temperaturach. Obecnie oleje klasy ISO32 stosuje się do energo oszczędnych maszyn z nępędami serwo lub hybrydowych (łączących w sobie napędy serwo i hydrauliczne).

Zawsze należy przestrzegać zaleceń producenta co do klasy urzywanego oleju, a w szczególnych przypadkach jej ewentualne zmiany koniecznie należy konsultować z działem serwisu, ponieważ pochopne zmiany klasy oleju mogą mieć poważne konsekwencje dla pracy maszyny.

Typowe źródła wahań temperatury to:

• uszkodzony zawór wody chłodzącejCiągły przepływ czynnika chłodzącego lub jego brak.
• zakamieniona chłodnica olejuOgraniczony lub brak przepływu czynnika chłodzącego.
• niesprawna pompa obiegowa olejuBrak przepływu oleju przez chłodnicę.
• nieszczelności na tłoczyskach siłownikówPowstaje zjawisko „dyszy”, olej podgrzewa się przeciskając się przez małe szczeliny.

Podsumowanie

Tempertura oraz klasa oleju ma istotny wpływ na pracę maszyny, jej stabilność, awaryjność oraz ekonomię produkji. Zachowanie temperatury na stałym wcześniej założonym poziomie minimalizuje wahania procesu technologicznego, a dobór właściwej temperatury wartości zadanej umożliwia odpymalizację wydajności energetycznej całego procesu. W przypadu maszyn gdzie istnieje możliwość zmiany wartości zadanej temperatury oleju należy dokonywać zmian z rozwagą i uwzględniać specyfikę procesu dla danego detalu.

Artykuł Wpływ temperatury oleju wtryskarki na proces wtrysku oraz jej eksploatację. pochodzi z serwisu ASCONS.

Jeżeli wtryśniemy tworzywo do gniazda formującego, rozpocznie ono oddawanie energii, która została dostarczona w czasie uplastyczniania. Okres ten jest nazywany czasem chłodzenia.

Optymalne ustawienie tego parametru jest bardzo ważnym elementem, ponieważ stanowi znaczną część czasu cyklu, na którym opiera się obliczanie kosztów wytwarzania elementów metodą wtryskiwania. Przy tej okazji zachęcam również do zapoznania się z wpisem dotyczącym czasu cyklu.

Czas chłodzenia

Czas chłodzenia wypraski mierzymy od momentu wypełnienia gniazda formy (po zakończonym etapie wtrysku), aż do osiągnięcia przez wypraskę temperatury wyformowania (otwarcie formy).
Przy ustawianiu procesu wpisujemy w maszynie tzw. czas nastawny chłodzenia, który jest określany od momentu zakończenia czasu docisku. Zobaczycie to na Rysunek 1.

Rzeczywisty czas chłodzenia jest więc sumą czasu docisku i czasu nastawionego chłodzenia.

Jak myślicie od czego zależy czas cyklu? Odpowiadając od razu na zadane pytanie:

• kwadratu największej grubości ścianki wypraski – parametr ten ma największe znaczenie przy skracaniu czasu chłodzenia, stąd też jeszcze w fazie konstruowania wyrobu powinniśmy dążyć do pocienienia ścianek i eliminacji zgrubień,
• własności tworzywa (przewodności cieplnej, budowy),
• zalecanej temperatury formy,
• średniej temperatury wtrysku, od której zależy ilość ciepła, jaką musimy odprowadzić do obiegów układu chłodzenia,
• zalecanej temperatury wyformowania wypraski,
• stosowanego chłodziwa, sposobu jego chłodzenia, wydatku cieczy,
• czystości kanałów obiegu – regularnego ich czyszczenia,
• budowy obiegów chłodzących (np. czy są to obiegi nawiercane, standardowe czy może konformalne).

Forma wtryskowa to hermetyczny system termodynamiczny, do którego wnętrza dostarczamy ciepło przez wtryskiwane tworzywo. Dostarczone ciepło odprowadzamy na zewnątrz przez układ chłodzenia i w skutek strat cieplnych. Kolejność odprowadzania ciepła z tworzywa wypełniającego gniazdo przeczytacie w poniższych punktach i zobaczycie na Rysunek 2:

1. ciepło rozpoczyna swoją podróż poprzez przepływ ze środka wypraski do zewnętrznych ścianek,
2. następny krok to obieg ciepła ze ścian wypraski na powierzchnię gniazda formy bezpośrednio lub pośrednio przez szczelinę powstałą w wyniku skurczu tworzywa między wypraską a matrycą,
3. kolejny etap to przepływ ciepła w głąb formy,
4. następnie ciepło przepływa z formy do ośrodka chłodzącego i równocześnie przepływa do powierzchni zewnętrznych formy,
5. ostatnim etapem jest odprowadzenie ciepła z ośrodkiem chłodzącym na zewnątrz.

Tworzywa amorficzne vs. częściowo-krystaliczne.

W przypadku tworzyw częściowo-krystalicznych wypraska szybko uzyskuje dostateczną wytrzymałość i potrzebuje jedynie niewielkiego spadku temperatury w celu usunięcia jej z formy. Z tego powodu czas chłodzenia tych materiałów jest krótszy niż materiałów bezpostaciowych (przy założeniu tej samej grubości ścianki).
Do tworzyw częściowo-krystalicznych możemy dodać składniki nukleacyjne w celu przyspieszenie krystalizacji co jeszcze bardziej skraca czas chłodzenia.
Dla materiałów amorficznych nie możemy zastosować powyższych składników ze względu na brak krystalitów.

Ja widzicie czas chłodzenia ma kluczowe znaczenie w naszych procesach.

Jeżeli będzie on za krótki to:

• mogą występować wciągi, jamy, deformacje produktu,
• doprowadzimy do większej dysproporcji skurczu,
• mogą wystąpić defekty mechaniczne przy wyformowaniu wypraski
• w przypadku wyprasek grubościennych istnieje ryzyko, że doprowadzimy do wtórnego topnienia już schłodzonej warstwy wypraski na jej powierzchni w związku z jeszcze znaczną pojemnością ciepła plastycznej masy.

Jeżeli czas chłodzenia będzie zbyt długi to:

• wydłużymy czasu cyklu i obciążenie termiczne tworzywa w cylindrze,
• otrzymamy mniejszą wydajność produkcji,
• może wystąpić opór podczas wyformowania (utrudnienie przy wypychaniu).

Nie ma ścisłych zasad dokładnego określania czasu chłodzenia, ponieważ zależy on od zbyt dużej liczby wzajemnie uzależnionych czynników technologicznych i konstrukcyjnych.
Jeżeli chcesz określić przybliżony czas chłodzenia, to możesz posłużyć się wzorem matematycznym dla wypraski płaskiej Rysunek 3.

Powyższy wzór może służyć jako określenie wyjściowego czasu chłodzenia, po którym powinieneś dokonać próby jego optymalizacji.
W celu oszacowania czasu będziesz potrzebował kilku informacji na temat właściwości termicznych obliczanego materiału. Możesz posłużyć się danymi, które znajdziesz na Rysunek 4 lub odczytać je z karty technicznej tworzywa. Tymi właściwościami są:

• przewodnictwo cieplne czyli zdolność do przewodzenia ciepła,
• ciepło właściwe czyli współczynnik określający skłonność ciała do łatwiejszej lub trudniejszej zmiany temperatury pod wpływem dostarczonej energii cieplnej.

Kalkulator czasu chłodzenia

Mam nadzieję, że poniższy kalkulator posłuży Wam jako ułatwienie oszacowania czasu chłodzenia. Zapraszam do korzystania

Uwaga:

• kalkulator służy do wstępnego ustalenia czasu cyklu i w takim celu został stworzony,
• za wszelkie propozycje jego udoskonalenia będę wdzięczny :).

Artykuł Czas chłodzenia kalkulator pochodzi z serwisu ASCONS.