Reglarea temperaturii matriţei.

Materiale Plastice

de Josef Giessauf , Georg Steinbichler , Florian Raschke

Reglarea temperaturii matriţei.

Reducerea duratei ciclulului, minimizarea rebuturilor, creşterea fiabilităţii constituite, de mult timp, factori esenţiali de competitivitate în domeniul injectării materialelor plastice. De aceea, prelucrătorii caută tot mai mult maşini de injectat de înaltă precizie – adesea cu sisteme moderne de monitorizare a procesului. În mod frecvent, însă, se trece cu vederea un factor de influenţă esenţial: reglarea temperaturii matriţei. În urma unui studiu s-a constatat că, în medie, 24% din rebuturi sunt determinate de erori în reglarea temperaturii matriţei. Pentru a realiza o reproductibilitate ridicată şi pe timp îndelungat trebuie menţinuţi constanţi parametrii importanţi pentru procesul de fabricaţie. Este însă surprinzător faptul că datele despre reglarea temperaturii, care are o influenţă mare asupra calităţii produsului, cât şi a productivităţii, sunt puţine. Reglarea tempe­raturii matriţei este supusă unei serii de factori. (figura 1).

Figura 1. Factori de influență

 

Pentru a reduce influenţa acestora este necesar să se măsoare,să se monitorizeze şi, dacă este cazul, să se modifice debitul fiecărui circuit de reglare, temperatura pe turul şi pe returul apei de răcire. Este adevărat că acestea nu se pot obţine cu debitmetrele cu flotor utilizate pe scară largă.

ENGEL AUSTRIA şi-a asumat această provocare şi a conceput şi a adus pe piaţă un distribuitor de apă pentru reglarea temperaturii, cu monitorizare electronică şi integrat în unitatea de comandă a maşinii.

 

Distribuitoarele moderne măresc fiabilitatea procesului

Cu ajutorul echipamentului „Flow Monitoring” de la ENGEL – pe scurt flomo ENGEL (figura 2) există posibilitatea de a combina avantajele circuitelor în paralel cu o fiabilitate ridicată a procesului. Flomo ENGEL este un echipament compact, cu reglare manuală, având senzori integraţi pentru măsurarea debitelor, temperaturilor şi presiunilor. Flomo ENGEL se montează direct pe maşina de injectat – la cerere şi, în măsura în care spaţiul o permite, în imediata apropiere a matriţei. Valorile măsurate sunt transmise la unitatea de comandă a maşinii unde pot fi vizua­lizate, monitorizate şi înregistrate. Integrarea în unitatea de comandă a maşinii asigură şi o operare comodă.

Figura 2: Flomo

 

Distribuitoarele moderne, ca flomo ENGEL, sunt, într-adevăr, mai scumpe decât regulatoarele de debit cu flotor tradiţionale, dar practica a arătat că investiţia se recuperează într-un timp foarte scurt.

 

Debit optim: curgerea turbulentă este necesară

Distribuitoarele moderne oferă posibilitatea de identificare timpurie a defectelor în instalaţia de răcire, pentru a le remedia asfel încât la compartimentul expediere să nu ajungă rebuturi. Totodată, utilizatorul dispune de noi parametri, care pot fi folosiţi pentru optimizarea procesului, de ex. debitul.

 

Departamentul de proiectare tehnologică de la ENGEL AUSTRIA s-a ocupat intens de tema debitului optim în circuitele de reglare a temperaturii şi a efectuat numeroase simulări şi probe. În principiu, se poate afirma că debitul minim necesar este determinat, în principal, de doi factori:

1. Creşterea  temperaturii dintre intrarea şi ieşirea matriţei

2. Numărul Reynolds

Creşterea maxim admisă a temperaturii nu trebuie să fie depăşită. La injectarea standard aceasta se situează între 3 şi 5 K, iar la injectarea de precizie între 1 şi 3 K. Pentru a determina influenţa reală a creşterii temperaturii asupra omogenităţii termice în timpul răcirii unei piese, se recomandă folosirea unor mijloace moderne de simulare.

Figura 3: Temperatura perete-debit

 

Numărul Reynolds, Re, caracterizează turbulenţa curgerii. Aceasta trebuie să fie atât de stabilă, încât variaţiile de debit din cauza instalaţiei să nu aibă o influenţă semnificativă asupra temperaturii peretelui matriţei. Începând cu un număr Reynolds de 10.000 curgerea turbulentă este complet stabilă. Această valoare este o primă aproximare pentru debitul minim necesar. Figura 3 prezintă, ca exemplu, temperatura medie a peretelui matriţei în funcţie de debit. În timp ce modificarea temperaturii are un efect foarte important la debite mici (Re < 10.000), la debite mari se constată o influenţă foarte redusă asupra temperaturii peretelui matriţei. Numere Reynolds Re < 10.000 duc la un proces neeconomic din cauza transferului termic redus. Panta mare a curbei arată că temperatura pe­retelui matriţei este foarte sensibilă la variaţii mici ale debitului. De aceea, se recomandă alegerea unui debit la care să se ajungă la Re > 20.000. Aspectul curbei şi panta ascendentă din exemplul prezentat în figura 3 sunt general valabile pentru toate procesele de injectare.

 

Numărul Reynolds depinde, în principiu, de trei factori:

  • debit,
  • diametrul de curgere şi
  • viscozitate, care, la rândul ei, este puternic influenţată de temperatură.

 

Figura 4: Determinare debit la Re 200000

 

Figura 4 arată cu ce debite se atinge numărul Reynolds Re = 20.000 recomandat. De exemplu, dacă apa curge pe tur la o temperatură de 60°C, printr-o conductă cu diametrul interior de 10 mm, este necesar un debit de 4,5 l/min.

 

Nu subestimaţi importanţa racordurilor hidraulice

Adesea, debitele necesare nu pot fi atinse imediat. Pompele prea slabe sau uzate pot fi cauza pentru aceasta. O posibilitate simplă de a creşte, totuşi, debitul este optimizarea racordurilor hidraulice ale matriţei. Furtunurile lungi, diametrele mici ale furtunurilor şi un număr mare de cuple rapide, care duc la scăderea presiunii, existente la multe fabrici, sunt doar câteva componente care produc pierdere de presiune şi contribuie, astfel, la scăderea debitului.

Figura 5: Delta P

 

Printre cei mai mari „consumatori de presiune“, în afară de canalele de reglare a temperaturii din matriţă, se numără cuplele rapide. Cuplele rapide se deosebesc constructiv - execuţie deschisă, cele cu închidere într-un sens şi cele cu închidere pe ambele sensuri. Figura 5 prezintă curbele de pierdere de presiune pentru 2 diametre nominale. În dreapta se poate constata că execuţia cu închidere pe un sens prezintă o pierdere de presiune de aprox. 2,5 ori mai mare faţă de execuţia deschisă, iar varianta cu închidere pe ambele sensuri – de peste 6 ori mai mare. De aceea, în general, trebuie evitată utilizarea cuplelor rapide în instalaţiile de reglare a temperaturii sau acestea trebuie să fie dimensionate suficient de mari.

 

Optimizarea procesului prin compensarea hidraulică

În ciuda alegerii atente a componentelor, se poate întâmpla ca un circuit de reglare să aibă un debit prea mic. Când rezistenţele hidraulice ale circuitelor sunt foarte diferite, apa alege calea cu rezistenţa cea mai mică. Echilibrarea hidraulică – restricţionarea corespunzătorare a debitului în fiecare circuit de reglare – poate ajuta în acest caz. Distribuitoare ca flomo ENGEL cuprind  supape de reglare a debitului.

Figura 6: Restrict debit

 

Figura 6 prezintă distribuţia debitului la fabricaţia unei piese cu suprafaţă mare, din PP, cu grosimea peretelui de 2 mm. În zona inserţiilor matriţei, diametrele de curgere au un diametru de 6 mm, iar în matriţa de bază de 10 mm. Temperatura apei de răcire este de 20°C. Rezistenţa hidraulică mai ridicată din zona inserţiilor face ca cea mai mare parte a apei să treacă prin matriţa de bază, în timp ce cea mai mare cantitate de căldură trebuie evacuată din inserţii (stânga). Dacă se restricţionează debitul în matriţa de bază, ca în figura 4, rezistenţa hidraulică creşte, iar prin inserţii curge mai multă apă. Ca urmare, debitul creşte de la 4,8 la 7,1 l/min (dreapta), şi este, astfel, peste valoarea recomandată de 5,7 l/min. Cu această măsură simplă, transferul termic dintre matriţă şi fluidul de reglare a tempe­raturii a fost îmbunătăţit, timpul de răcire reducându-se cu 7%. Totodată a fost redusă şi creşterea de temperatură dintre intrarea şi ieşirea matriţei.

 

Concluzie

Optimizarea debitului în matriţă poate contribui esenţial la îmbunătăţirea calităţii şi productivităţii în domeniul injectării. Distribuitoarele de apă moderne, cu senzori de debit şi de temperatură, constituie baza pentru optimizarea procesului şi monitorizarea integrală a parametrilor de proces cărora, până în prezent, nu li s-a acordat multă importanţă. 


M. Sc. Florian Raschke este Şef de proiect, Dep. Tehnologie, Josef Giessauf este Dipl.-Ing., Coord. Dep. Proiectare Tehnologii, ENGEL AUSTRIA GmbH și Georg Steinbichler este  Şef Cercetare-Proiectare, ENGEL şi director al Institutului de Injectare a Polimerilor şi Automatizare a Prelucrării de la Universitatea Johannes Kepler University, Linz, Austria



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord