Горячеканальные системы и компоненты горячеканальных систем (скачать)

 

Технология горячеканального литья пластмасс под давлением начала развиваться с конца пятидесятых годов прошлого века. В настоящее время, в связи с явными конструкторскими, технологическими и экономическими (для серийного производства) преимуществами применения горячеканальных систем (ГКС), пресс-формы с ГКС для переработки термопластов получили широкое распространение в мире.

Экономический эффект применения ГКС складывается из повышения производительности литьевого оборудования за счет сокращения времени цикла литья изделия; сокращения расходов на сырье благодаря безотходности производства; ликвидации расходов на отрезку, сбор, хранение и утилизацию литников и т.д. Использование ГКС расширяет также технологические возможности изготовления пластмассовых деталей.

Так что же такое горячеканальная система пресс-формы?

Система, обеспечивающая транзит расплава полимера от сопла термопластавтомата при поддержании заданной и контролируемой температуре, его распределение (в случае многогнездных пресс-форм) и подвод расплава полимера непосредственно в формообразующую полость пресс-формы, называется горячеканальной системой.

Нагрев и поддержание необходимой температуры расплава полимера внутри формы обеспечивается за счет специальных электрических нагревателей. Для контроля и регулирования температуры нагревателей и соответственно расплава полимера в литниковой системе пресс-формы применяются специальные контроллеры (регуляторы) температур.

ГКС является неотъемлемой частью пресс-формы. Пресс-формы с ГКС могут быть установлены на литьевую машину любого типа.

 

Преимущества применения ГКС

 

Производство пластмассовых деталей с использованием горячеканальных прессформ имеет несколько преимуществ над традиционным литьем пластмасс в холодноканальных пресс-формах:

● Нет необходимости обрезать литники, выбрасывать или перемалывать центральные или разводящие литники;

● Уменьшение периода охлаждения и уменьшение продолжительности времени цикла;

● Повышение рентабельности производства;

● Снижение давления впрыска, давления в форме;

● Изначально сбалансированный поток расплава полимера;

● Стабильный вес изделия;

● Повышение видовых и эксплутационных качеств изделий;

● Снижение остаточных напряжений в отлитом изделии;

● Уменьшение количества и размера утяжек;

● Уменьшение себестоимости изделий

При использовании горячеканальных систем цикл литья для некоторых пластмассовых изделий, в основном тонкостенных, может быть сокращен на 40-60% и более. Сокращение цикла обусловливается отсутствием традиционных литников, охлаждаемых в пресс-форме вместе с изделием.

 

Типы ГКС

 

Все горячеканальные системы можно разделить на два основных типа – горячеканальные системы с внутренним и наружным обогревом. Также, иногда применяют смешанную конструкцию горячеканальных систем.

В системах с внутренним нагреванием - Cool-One, нагреватель размещается непосредственно в литниковом канале, а расплав полимера двигается вокруг него. Это создает кольцевой поток в изолированном слое затвердевшего пластика, при этом нагрев расплава полимера происходит от центра литникового канала.

В системе с наружным нагреванием - Hot-One, наоборот, полимер нагревается извне и Конструкция литниковых каналов при этом практически не имеет ограничений. Коллектор горячеканальной системы при этом, изолируется с целью уменьшения потерь тепла, которое переходит к окружающим плитам.

Среди производителей горячеканальных систем есть разделение по выпуску горячеканальных систем: так, например, системы Hot-One предлагают такие компании, как D-M-E, INCOE, HASCO, HUSKY, Thermoplay и т.д., а системы Cool-One - компании D-M-E, Ewicon, Gunter.

 

Рассмотрим основные различия, достоинства и недостатки обеих типов систем.

 

Система Cool-One (внутренний обогрев) состоит из стандартных, предварительно спроектированных компонентов и представляет собой плиту с разводящими каналами, в которые вмонтированы патронные теплоэнергонагреватели, располагающиеся по центру разводящих литниковых каналов в отверстиях большего диаметра.

Система Hot-One (наружный обогрев) состоит из отдельного стального блока, который называется коллектор, внутри которого находятся литниковые каналы. Система эффективно нагревает расплав снаружи при помощи спиральных или залитых нагревателей в горячеканальных втулках и патронных или трубчатых нагревателей в коллекторе.

При помощи данной системы можно производить изделия с широким диапазоном размеров; особенно эта система подходит для очень чувствительных к сдвигу и наполненных материалов, а также применяется при частой смене цвета материала.

 

Сравнение типов ГКС

Каждый из типов ГКС имеет свои преимущества и недостатки. Но недостатки с одной точки зрения являются преимуществами с другой.

Если сравнить конструкции обоих типов ГКС (см. рис. 2), то в первую очередь видно, что конструкция системы Cool-One более компактная, а, следовательно, более цельная, прочная по сравнению с конструкцией системы Hot-One, которая имеет воздушные зазоры. В свою очередь, благодаря этим воздушным зазорам, которые изолируют коллектор с литниковым каналом от других (холодных) плит, конструкция Hot-One позволяет избежать потери температуры расплава в канале. В этих же целях для крепления коллектора к плитам используется титановые (Ti) распорные кольца, которые имеют низкую теплопроводность.

В Cool-One конструкция системы позволяет иметь естественный изолирующий барьер из затвердевшего пластика, который образуется у наружной стенки проходных разводящих литниковых каналов, что препятствует потере температуры расплава и обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Т.е. мощность нагревателя расходуется в основном на нагрев расплава, в то время как в системе Hot-One нагреватель расходует мощность, как на нагрев расплава, так и на нагрев плиты, в которую он вмонтирован. Система Cool-One позволяет экономить до 75% энергозатрат по сравнению с другими горячеканальными системами. С другой стороны система Hot-One больше подходит для быстрой смены типа и цвета материала, так как в литниковом канале не образуется пристеночного затвердевшего слоя пластика в отличие от литникового канала системы Cool-One. В системе Cool-One смена материала занимает длительное время, т.к. пристеночный слой затвердевшего пластика выводится из литникового канала длительное время. С другой стороны, с целью ускорения процесса очистки литниковых каналов системы Cool-One допускается открутить боковые винты и механическим путем прочистить каналы коллектора.

Поддержание температуры расплава в системе Cool-One идѐт не только в литниковом канале вокруг нагревателя, но и по всей распределительной системе, которая снабжена патронными нагревателями. Это позволяет совершить более быстрый запуск после остановки работы ТПА. Т.е. происходит быстрый нагрев расплава, застывшего в литниковых каналах распределительной системы после остановки ТПА. В случае же Hot-One, чтобы нагреть расплав в коллекторе, сначала трубчатыми нагревателями разогревается сама плита коллектора, от которой в свою очередь нагревается расплав в литниковых каналах. Таким образом, после остановки ТПА, при последующем запуске необходимо продолжительное время прогревать литниковую систему и вместе с ней и плиту коллектора. В противном случае, если пластмасса в литниковом канале не разогрета до вязкотекучего состояния, при начале литья возможна утечка расплава из каналов в зазоры между плитами. В системе Cool-One утечка отсутствует даже при раннем начале работы, когда расплав в каналах ещѐ не может течь, образуя пробку, так как конструкция системы монолитна, не имеет зазоров между плитами, и, т.о., не может позволить произойти утечке расплава. Уплотнительные кольца между коллектором и втулками при этом не устанавливаются, так как система Cool-One является самоуплотняющейся. Если изолирующий слой нарушается, этот участок заполняется порцией свежего пластика, который создает новое уплотнение без вмешательства человека. Поэтому система Cool-One может эксплуатироваться месяцами и даже годами без дополнительной регулировки.

 

Преимущества системы Cool-One:

 

  • Простая монолитная конструкция коллектора
  • Снижение нагрузок нагревателей
  • Уменьшение температуры поверхности формы
  • Хорошая теплоизоляция
  • Отсутствие тепловой деформации
  • Более быстрый запуск
  • Отсутствие вторичных операций
  • 100% отсутствие утечек
  • Экономия энергозатрат
  • Сбалансированный поток в большинстве случаев
  • Использование меньшего количества охлаждающей среды для формы
  • Меньшее количество операций по техническому обслуживанию
  • Использование в формах с одной и многими полостями
  • Меньшая цена по сравнению с системой Hot-One

 

Преимущества системы Hot-One:

 

  • Оптимальная передача тепла
  • Большой ассортимент втулок и наконечников
  • Легко сменяемые нагреватели
  • Однородность температуры расплава
  • Использование в одно- и многополостных формах
  • Легко выполняемые схемы для балансировки потока расплава полимера
  • Отлично подходит для технических и универсальных материалов
  • Более равномерная температура во всей системе
  • Больше подходит для смены цвета, по сравнению с системами Cool-One
  • Больше подходит для быстрораспадаемых (термонестабильных) материалов по сравнению с системами Cool-One
  • Больше подходит для полимеров высокой вязкости с наполнителями, по сравнению с системами Cool-One
  • Меньший уровень сдвига материала, по сравнению с системами Cool-One

 

Помимо остальных преимуществ системы Cool-One, перечисленных выше, еѐ стоимость меньше, чем стоимость системы Hot-One за счѐт того, что Cool-One представляет собой плиту, т.е. практически половину пресс-формы, в то время как Hot-One – это коллектор различной формы, который нужно дополнительно изоляционные плиты крепления и плиты обоймы коллектора. Зато Hot-One больше подходит для смены цвета, для быстро разлагаемых материалов, для полимеров высокой вязкости с наполнителями, и имеет меньший уровень сдвига материала, по сравнению с Cool-One. Общими же преимуществами при применении для этих двух ГКС являются: уменьшение продолжительности цикла, экономия материала, отсутствие вторичных операций, отсутствие формовочного напряжения в изделиях, а также то, что эти системы являются полностью собранными с установленной проводкой и используются в формах как с одной, так и с несколькими полостями.

В качестве основного применения можно условно сказать, что системы Cool-One оптимальнее использовать для переработки обычных материалов, таких как ПЭ, ПП, ПС а системы Hot-One применяют при переработке конструкционных пластмасс, таких как АБС, ПА, ПК, ПОМ, ПБТ, термопластов с различными типами наполнителей и т.д.

Ещё одно из основных отличий системы Hot-One в большом ассортименте втулок и наконечников. Если в системе Cool-One имеется щупы (торпеды) двух конструкции со встроенным внутри нагревателем: одноконтактный – для одной точки впрыска; многоконтактный – для нескольких точек впрыска (от двух до четырѐх), то для системы Hot-One существуют несколько типов втулок со спиральным и залитым нагревателями и разными видами наконечников. При выборе типа втулки с наконечником следует учитывать следующие значения: длина потока, скорость сдвига полимера, толщина стенки, конфигурация формовочного изделия, допустимый след от литника, объём изделия.

Втулки с коническим литником применяются, когда на изделии или в литнике допускается маленький остаток литникового канала. Конический литник рекомендуется для литьевого формования материалов с наполнителями или больших изделий, требующих максимального расхода. Удлинѐнный конический литник позволяет обрабатывать наконечник и контуры изделия.

Втулки с кольцевым литником применяются, когда допускается незначительный остаток кольцевого литника. Никелированный бериллиево-медный наконечник обладает хорошей теплопроводностью и минимизирует остаток следа в месте впуска.

Втулки с точечным литником устраняет след кольцевого литника и улучшает качество поверхности изделия. Они имеют никелированный бериллиево-медный литниковый канал и карбидный наконечник.

Что касается типов нагревателей, то втулки со спиральным нагревателем можно применять для исполь-зования в случае так называемых общих материалов (ПЭ, ПП, ПС т.д.), т.е. при температурах до 250°С. Для переработки технических материалов (ПА, ПК и т.д., в том числе и наполненные), т.е. при температурах выше 250°С, больше подходят втулки с залитым нагревателем, т.к. они более равномерно распределяют температуру по поверхности втулки, соответственно и термопара получает более достоверную информацию по сравнению со спиральными нагревателями.

Открытые спиральные нагреватели не могут быть использованы долгое время при температуре свыше 260°С. При температуре свыше 260°С, спиральные нагреватели теряют контакт с корпусом втулки и это может привести к перегреву отдельных участков в нагревателе (и таким образом нагреватель и/или термопара повреждаются). У спирального нагревателя намотка витков распределена определѐнным образом – более часто по краям втулки и реже посередине. Это обеспечивает более равномерное распределение нагревания втулки, так как по краям втулка соприкасается с соседними холодными плитами, и поэтому в этих областях требуется больше мощность нагрева, следовательно, более частая намотка нагревателя.

Залитый нагреватель устанавливается на корпус втулки способом горячей посадки (около 450°С) и может использоваться долгий срок при температуре переработки до 350°С. Залитые нагреватели используются для достижения максимальной производительности нагревания. Прочная конструкция из литейной латуни защищает нагревательный элемент от механического повреждения. Отличная теплопроводность сплава латуни обеспечивает оптимальную передачу тепла и точность обработанного внутреннего диаметра, а длина нагревательного элемента позволяет без проблем устанавливать его на форсунку. Запаянная конструкция нагревательного элемента защищает от загрязнения, а переходник обеспечивает герметичность при внешних подключениях. Нержавеющая внешняя поверхность защищает латунный корпус нагревательного элемента, и распределѐнная мощность позволяет производить нагрев там, где это необходимо, обеспечивая оптимальное распределение нагревания.

 

Горячеканальные втулки

 

Горячеканальные литниковые втулки относятся к системам Hot-One, т.е. имеют внешний обогрев. Как уже говорилось выше, они позволяют избавиться от центральных литников в пресс- форме и подвести полимерный материал непосредственно в формующую полость пресс-формы.

Помимо этого, горячеканальные втулки могут использоваться в многогнездных пресс-формах, в качестве замены центрального литникового канала. В этом случае мы получаем комбинированную систему, состоящую из горячеканальной втулки и холодноканальной разводящей системы. Также, в этих случаях, надо учитывать длину холодного канала, по которому будет течь расплав после прохождения обогреваемой втулки, таким образом, чтобы расплав, находясь в холодном канале и достигнув формующей полости, был не ниже определѐнной температуры, имел необходимую вязкость для хорошего пролива изделия.

Обширная и разнообразная номенклатура втулок и сопел позволяют конструкторам делать оптимальный выбор для получения тог или иного изделия. Помимо этого, литниковые горячеканальные втулки оставляют практически незаметный след от места впрыска расплава, что, несомненно, повышает видовые характеристики конечного изделия.

 

Преимущества обогреваемых литников:

  • Прямой впрыск исключает необходимость обрезания литниковых каналов и не оставляет никаких следов на формованном изделии.
  • Качество изделия улучшается благодаря более короткому пути впрыска, большему объѐму впрыска, более быстрому наполнению и минимальному оттиску питателя.
  • Уникальный диапазон размеров позволяет работать как с большими, так и с маленькими формовками.
  • Усовершенствованный дизайн спиральных нагревателей с квадратным сечением с термопарами типа „J‟ или мощный залитый нагреватели, управляемые регуляторами температуры D-M-E Smart Series (G тип), позволяют быстрее осуществлять запуск и обеспечивают превосходные температурные показатели.
  • Более эффективное охлаждение уменьшает продолжительность цикла. Легкость в установке и эксплуатации, повышенная производительность и надѐжность основываются на многолетнем опыте компании.

Все новости

25.12.2017

25.09.2017

15.04.2017