Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowanym procesem produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. W tym procesie czas chłodzenia często zajmuje dużą część cyklu produkcyjnego, nawet do 60-70%. Dlatego bardzo ważne staje się zminimalizowanie czasu chłodzenia, poprawa wydajności produkcji i zminimalizowanie kosztów produkcji. Niniejszy artykuł ma na celu omówienie różnych technologii i metod skracania czasu chłodzenia w formowaniu wtryskowym.

Zrozumienie znaczenia czasu chłodzenia

Podczas procesu formowania wtryskowego tworzywo sztuczne jest topione, a następnie wtryskiwane do formy. Po wtrysku musi przejść proces chłodzenia, aby materiał stwardniał w formie i uformował ostateczny kształt i rozmiar. Czas chłodzenia ma nie tylko wpływ na jakość wytwarzanego produktu, ale także ma bezpośredni wpływ na proces produkcji i część cyklu związaną z wydajnością. W związku z tym skrócenie czasu chłodzenia jest ważnym celem poprawy jakości produktu. Proces formowania wtryskowego.

Proces chłodzenia obejmuje przede wszystkim dwa etapy: proces chłodzenia materiału przez stan ciekły do stanu zeszklenia oraz od stanu zeszklenia do stanu całkowitej krystalizacji. Pierwszy etap zazwyczaj trwa dłużej ze względu na wysoką pojemność cieplną właściwą tworzywa sztucznego w wysokiej temperaturze, co oznacza, że materiał będzie potrzebował więcej czasu na odprowadzenie ciepła. Chociaż drugi etap jest krótszy, znacząco wpływa na stabilność wymiarową produktu i rozkład naprężeń wewnętrznych.

Typowe metody chłodzenia w formowaniu wtryskowym

Chłodzenie wodą

Chłodzenie wodą jest najpopularniejszą metodą chłodzenia stosowaną we wtryskarkach. Zazwyczaj polega ona na cyrkulacji wody przez kanały chłodzące formy lub wtryskarki.

Zalety:

1. Skuteczne chłodzenie: Wynika to z faktu, że woda jest powszechnie znana jako bardzo dobry nośnik ciepła i zapewnia stałe chłodzenie.

2. Kontrolowany proces: Przepływ i temperatura wody mogą być kontrolowane i dlatego ściśle regulują proces chłodzenia.

3. Niski koszt: Woda jest stosunkowo tania, dlatego wybór chłodzenia wodnego jest przyjazny dla kieszeni.

Wady:

1. Rozwój bakterii: Gorąca woda powoduje rozwój bakterii, dlatego przed użyciem należy ją zdezynfekować.

2. Wymaga systemu cyrkulacji: Wprowadzenie systemu cyrkulacji wody jest również dodatkowym kosztem inwestycji w system.

3. Plamy z wody: Woda może być wykorzystywana w procesie, ale plami przedmioty podczas procesu, a tym samym potrzebę ciągłego mycia.

Chłodzenie powietrzem

Chłodzenie powietrzem wykorzystuje wentylatory do wdmuchiwania powietrza chłodzącego bezpośrednio do obszaru formy. formowanie wtryskowe a następnie odprowadza gorące powietrze.

Zalety:

1. Brak konieczności stosowania pomp obiegowych: Oszczędność na pompach obiegowych wody, które są kosztowną inwestycją w system grzewczy.

2. Brak rozwoju bakterii: Bez użycia wody nie ma ryzyka rozwoju bakterii.

3. Chłodzenie na duże odległości: Odległość chłodzenia powietrzem może być dłuższa, co jest odpowiednie dla niektórych urządzeń, które są trudne do chłodzenia wodą.

Wady:

1. Mniejsza efektywność niż w przypadku chłodzenia wodą: Powietrze nie jest tak wydajne jak woda jako medium przenoszące ciepło, ponieważ nie może przenosić tak dużej ilości ciepła tak szybko jak woda.

2. Niekontrolowana temperatura: Temperatura powietrza wentylatora nie może być dokładnie regulowana.

Chłodzenie olejem

Chłodzenie olejowe to specjalistyczna metoda chłodzenia wykorzystująca układ chłodzenia olejowego do odprowadzania ciepła.

Zalety:

1. Skuteczne chłodzenie: Olej ma wysoką przewodność cieplną, zapewniając stabilne chłodzenie.

2. Oszczędność miejsca: Systemy chłodzenia olejem zajmują mniej miejsca w porównaniu z systemami cyrkulacji wody.

3. Kontrolowana temperatura: Temperatura oleju może być kontrolowana, zapewniając dobrze regulowany proces chłodzenia.

Wady:

1. Wysoki koszt: Olej jest cenną substancją chemiczną, co czyni go droższą opcją chłodzenia.

2. Wyzwania związane z konserwacją: Olej wymaga okresowej wymiany i konserwacji, co może być uciążliwe.

Czynniki wpływające na czas chłodzenia

Wybór materiału

1. Przewodność cieplna: Istnieją duże różnice w przewodności cieplnej różnych rodzajów materiałów. Oznacza to, że materiały o wyższej przewodności cieplnej (na przykład tworzywa sztuczne wypełnione metalem) chłodzą się szybciej niż te o niższej przewodności cieplnej (na przykład niektóre tworzywa konstrukcyjne).

2. Krystaliczność: Polimery półkrystaliczne (np. polietylen, polipropylen) wymagają więcej czasu na schłodzenie niż polimery amorficzne (np. polistyren, poliwęglan) ze względu na czas tworzenia struktur krystalicznych.

3. Pojemność cieplna właściwa: Materiały o wyższej pojemności cieplnej właściwej wymagają więcej energii do schłodzenia do tej samej temperatury, co skutkuje dłuższym czasem chłodzenia.

Aspekt formy

1. Konstrukcja układu chłodzenia: Ważne jest, aby mieć dobrze zaprojektowany system chłodzenia w celu zminimalizowania czasu potrzebnego na schłodzenie komponentu. Wśród nich, układ, średnica i długość kanałów chłodzących mają bezpośredni wpływ na zdolność chłodzenia cieczy.

2. Materiał formy: Przewodność cieplna materiału formy wpływa na czas chłodzenia. Formy ze stopów miedzi są również dobrymi przewodnikami ciepła, a zatem wymagają mniej czasu na schłodzenie w porównaniu do form stalowych.

3. Obróbka powierzchni formy: Czas chłodzenia jest również związany z charakterystyką powierzchni formy. Chropowata powierzchnia i grubsza powłoka spowolnią prędkość chłodzenia, podczas gdy gładka powierzchnia i powłoka przewodząca ciepło mogą poprawić wydajność chłodzenia.

4. Układ kanałów wodnych formy: W procesie forma wtryskowa W tym celu konieczne jest przeanalizowanie wszystkich czynników, które mogą powodować problemy w strukturze produktu. W tym celu konieczne może być zaproponowanie różnych projektów kanałów wody obiegowej. Kanały wodne formy powinny w miarę możliwości wybierać proste kanały wodne, minimalizować projekty zawierające wiele studzienek chłodzących i narożników oraz minimalizować martwą wodę. Na etapie projektowania formy można rozsądnie rozplanować układ kanałów wody chłodzącej, aby zapewnić efekt chłodzenia.

5. Temperatura formy: Jest to ustalane przez obliczenie rzeczywistej temperatury punktów wlotu i wylotu wody w gnieździe formy. Jeśli zmienność termiczna między kilkoma regionami i zmienność termiczna z ustawioną temperaturą może być regulowana w zakresie ± 5 ℃, nadal oznacza to, że podstawowe chłodzenie jest zadowalające.

6. Codzienna konserwacja form wtryskowych: Jeśli na powierzchni formy znajduje się olej lub brud, wydajność chłodzenia będzie ogólnie zmniejszona. Konieczne jest regularne czyszczenie powierzchni wnęki i używanie maszyny czyszczącej do czyszczenia kanału wodnego formy. Podczas normalnej pracy, zwłaszcza podczas codziennych inspekcji lokalnych rozruchów, konieczne jest zwrócenie większej uwagi na monitorowanie przepływu wody chłodzącej, a różne nieprawidłowości wymagają szybkiej obsługi.

Parametry przetwarzania

1. Temperatura formy: Im wyższa temperatura formy, tym dłuższy czas chłodzenia. Obniżenie temperatury formy może skrócić czas chłodzenia.

2. Temperatura i ciśnienie wtrysku: Ciepło wewnątrz formy wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury wtrysku i ciśnienia, co wydłuży czas chłodzenia. Dostosowanie tych parametrów może zmniejszyć gromadzenie się ciepła.

3. Prędkość wtrysku: Im wyższa prędkość wtrysku, tym więcej ciepła ścinającego będzie generowane, więc czas chłodzenia będzie dłuższy. Jednym ze środków, które operatorzy mogą podjąć w celu skrócenia czasu chłodzenia, jest zmniejszenie prędkości wtrysku.

Czynniki środowiskowe

1. Temperatura i wilgotność otoczenia: Na proces chłodzenia ma wpływ temperatura i poziom wilgotności w obszarze produkcyjnym. Wysokie temperatury i wilgotność wydłużają czas chłodzenia, podczas gdy niskie temperatury i wilgotność skracają go.

2. Temperatura i natężenie przepływu czynnika chłodzącego: Szybkość temperatury i przepływu również wpływa na chłodzenie w systemie. Możliwe jest również zwiększenie prędkości chłodzenia poprzez obniżenie temperatury czynnika chłodzącego i zwiększenie natężenia przepływu.

Metody skracania czasu chłodzenia

Optymalizacja doboru materiałów

Należy wybierać materiały o wyższym współczynniku przewodności cieplnej, mogą to być tworzywa sztuczne z dodatkowymi dodatkami. Zalecane są następujące środki w celu zwiększenia przewodności cieplnej formuły wynikowej: Włączenie do składu dodatków przewodzących ciepło, na przykład dodatków na bazie proszku aluminiowego lub proszku miedzi sproszkowanych plastyfikatorów.

Ulepszony projekt formy

1. Optymalizacja konstrukcji kanału chłodzącego: Prawidłowo zaprojektowane kanały chłodzące zapewniają równomierne chłodzenie powierzchni formy. Inną metodą jest zastosowanie spiralnych kanałów chłodzących lub wieloobwodowych systemów chłodzenia.

2. Używaj wysokowydajnych mediów chłodzących: Chłodzenie może być wykonywane za pomocą innych mediów, które mają większą zdolność do powodowania chłodzenia, takich jak olej i schłodzone gazy inne niż woda.

3. Wybór materiałów formy: Wykorzystuj materiały, które mają wyższą przewodność cieplną niż stal, mogą to być miedź i stopy, w tym aluminium.

4. Obróbka powierzchni formy: Należy zastosować powłokę przewodzącą ciepło lub poszycie na powierzchni formy, aby poprawić przewodność cieplną.

5. Zrównoważona konstrukcja chłodzenia: Zoptymalizuj projekt formy, aby zapewnić równomierne chłodzenie wszystkich części produktu z tworzywa sztucznego, zapobiegając wewnętrznym naprężeniom i odkształceniom.

Dostosowanie parametrów przetwarzania

1. Niższa temperatura formy: Można również użyć urządzeń chłodzących do obniżenia temperatury formy, takich jak system wody chłodzącej, system zimnego powietrza lub rozpylacze chłodzące.

2. Optymalizacja temperatury i ciśnienia wtrysku: Zoptymalizuj temperaturę i ciśnienie wtrysku, aby kontrolować gromadzenie się ciepła bez wpływu na jakość produktu.

3. Kontrola prędkości wtrysku: Dostosuj prędkość wtrysku, aby zapobiec nadmiernemu nagrzewaniu ścinającemu, skracając w ten sposób czas chłodzenia.

4. Wydłużenie czasu wstrzymania: Dłuższy czas utrzymywania pod ciśnieniem może wzmocnić efekt chłodzenia.

Korzystanie z dodatkowych technologii chłodzenia

1. Technologia chłodzenia impulsowego: Ponieważ szybkość chłodzenia medium chłodzącego może mieć również wpływ na wydajność procesu, zaleca się okresową zmianę szybkości przepływu chłodzenia i temperatury medium.

2. Technologia chłodzenia o zmiennej częstotliwości: Przeanalizuj niezbędne korekty natężenia przepływu i temperatury czynnika chłodzącego w zależności od zmian temperatury formy.

3. Obróbka powierzchni formy: Można użyć powłoki termoprzewodzącej, warstwy poszycia termoprzewodzącego, aby zoptymalizować przewodzenie ciepła formy.

Wykorzystanie technologii symulacji komputerowej

1. Symulacja obliczeniowej dynamiki płynów (CFD): Korzystając z oprogramowania symulacyjnego, wypróbowano różne układy wody chłodzącej i zbadano konwekcję płynu w kanałach chłodzących formy, aby uzyskać optymalny projekt.

2. Analiza pola temperatury formy: Analizuj zmiany temperatury występujące podczas formowania, aby sprawdzić, które obszary wymagają dłuższego chłodzenia i odpowiednio je dostosuj.

3. Symulacja procesu wtrysku: Aby znaleźć inny parametr, który skróci czas chłodzenia formowania wtryskowego, należy użyć oprogramowania symulacyjnego do opracowania procesu wtrysku.

Wnioski

Czas chłodzenia jest jednym z najważniejszych parametrów formowania wtryskowego, ponieważ decyduje o jakości produktu końcowego, wymaganym czasie cyklu i wydajności procesu. Aby skrócić czas chłodzenia w formowaniu wtryskowym, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak grubość ścianki, utrzymanie odpowiedniego czasu chłodzenia, odpowiednia temperatura chłodzenia, zapewnienie odpowiedniego czasu chłodzenia i wdrożenie skutecznych technik chłodzenia formy, ponieważ niewystarczający czas chłodzenia może negatywnie wpłynąć na ogólną jakość produktu. formowanie wtryskowe czas cyklu. Dlatego też, aby skrócić czas chłodzenia, można zastosować kilka podejść, takich jak wybór materiału, projekt formy, parametry procesu i zastosowanie pomocniczych technologii chłodzenia. Nowe technologie i materiały, które zostaną opracowane z czasem, stworzą większe szanse na dalsze skrócenie czasu cięcia w przyszłości.