Охлаждение ТПА
При производстве изделий из пластмасс выделяется 3 основных параметра:
- Производительность (изделий в час/смену)
- Себестоимость (рубль за штуку).
- Качество продукции (процент брака, форма изделий и внешний вид, прочность, геометрические размеры). На качество напрямую влияют температура расплава и температура литьевой формы. С первой все ясно – задаем ее на контроллере ТПА изначально и спокойны. С температурой самой формы все сложнее.
За охлаждение ТПА отвечает система охлаждения литьевой формы. Она характеризуется размерами каналов охлаждения, расстоянием между ними, расстоянием от торца канала до поверхности формообразующей и самой геометрией канала. Так или иначе конструктор формы должен решить эту задачу. В готовой форме происходит процесс охлаждения, то есть мы переводим расплав в изделие и охлаждаем его до той температуры, при которой извлекаем изделие без поломок и повреждений.
Требования к системе охлаждения:
- Короткий цикл литья (+ к производительности).
- Температура литьевой формы постоянна (для повышения качества).
- Равномерное охлаждение расплава.
Постоянная и равномерная температура гарантия качества изделия, но при этом температура литьевой формы изначально не является константой и все время меняется.
Во многих ТПА есть различные элементы, ускоряющие цикл литья (турбулизаторы, фонтанирующие трубки и т.д.), но при этом они не задают температуру литьевой формы. При этом, каждый материал имеет свой требуемый диапазон температур. Иначе брак и снижение общего качества неизбежны.
За систему охлаждения литьевой формы отвечают:
1. Собственная система охлаждения формы
2. Периферийное оборудование – охладители и термостаты.
Второй пункт дает нам постоянную температуру формы.
Термостат – емкость с хладагентом. Он имеет в конструкции нагреватель, холодильник и двигатель с насосом. Они подают хладагент в форму и возвращают обратно. В термостате имеются датчик температуры, датчик уровня и контроллер, помогающий в работе производства, показывающий заданную температуру, реальную температуру, и расход теплоносителя (л/мин).
В целом, термостат выполняет целых 4 функции на производстве:
1. Разогрев литьевой формы до рабочей температуры. (Если греть самой формой, то мы просто переводим материал в брак, тратя его на прогревы). Ключевая характеристика – мощность нагрева.
2. Поддерживание заданной температуры в процессе литья. Ключевая характеристика – мощность охлаждения.
3. Регулирует перепад температуры теплоносителя на входе в литьевую форму и выходе из нее. Ключевая характеристика – расход теплоносителя.
4. Дренаж системы охлаждения формы по окончанию работы. (автоматически удаляем загрязнения из формы).
Многие производители, приобретая термостат работают с ним неправильно. Просто подключить его недостаточно, нужно уметь правильно выставить параметры. ТОЛЬКО ПОЛСЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ необходимо подбирать термостат и устанавливать его. Во всех иных случаях это пустая трата денег. Поговорим о том, как правильно работать с термостатом.
Выше было сказано, что термостат выполняет несколько функций, за которые отвечают несколько характеристик. Необходимые показатели этих характеристик нужно высчитать. Это очень просто, подставляем числа в соответствующие места и выбираем термостат.
1. Мощность нагрева, считается по формуле:
P = (m x cр x ΔΤ x s)/(3600 x τ)
Где:
P – мощность нагрева, кВт;
m – масса литьевой формы, кг;
cр = 0,46 кДж/(кг К) – удельная теплоёмкость стали, для других материалов своя теплоемкость;
ΔΤ = (Τ1 – Τо) – разница температур литьевой формы между рабочей (Т1) и начальной (Т0);
S = (1,3-1,4) - коэффициент запаса;
τ - продолжительность разогрева, час;
Пример.
Масса стальной литьевой формы:
m1 = 300 кг m2 = 500 кг
Удельная теплоёмкость стали: ср = 0,46 кДж(кгК)
Температура литьевой формы:
- рабочая: Т1 = 70˚С
- начальная: То = 20˚С
Продолжительность разогрева: τ = 0,5 час.
Коэффициент запаса: s = 1,3
P1 = m1 x Ср x (T1 – To) x s / (3600 x τ) = 5,0 кВт
P2 = m2 x Ср x (T1 – To) x s / (3600 x τ) = 8,3 кВт
Получили мощность нагрева
2. Мощность охлаждения:
Q = (m x cр x ΔΤ x s)/3600
Где:
Q – мощность охлаждения, кВт;
m – расход материала (ТПМ), кг/час = «масса отливки» х «кол-во циклов литья в час»;
Ср =2кДж/(кг К) – удельная теплоёмкость ТПМ;
ΔΤ= (Τл – Τ1) – разность температур между температурой расплава и температурой формы;
S = 1,4 – коэффициент запаса;
Пример.
Возьмем три варианта массы:
m1 = 42 кг/час (0,7 кг/мин.) - расход ТПМ
m2 = 120 кг/час (2 кг/мин.)
m3 = 180 кг/час (3 кг/мин.)
ср = 2 кДж (кг К) - удельная теплоёмкость ТПМ
Τл = 260˚С - температура расплава
Τ1 = 70˚С - температура литьевой формы
S = 1,4 - коэффициент запаса
И получаем по формуле:
Q1 = (m3 x cр x ΔΤ x s)/3600 = 6,2 кВт
Q2 = (m4 x cр x ΔΤ x s)/3600 = 17,8 кВт
Q3 = (m5 x cр x ΔΤ x s)/3600 = 26,6 кВт
Вот вам и мощность охлаждения
3. Расход теплоносителя
По сути, это тот объем воды или масла, которые необходимы для работы термостату для должного функционирования. Объём высчитывается легко и выражается в литрах в минуту (именно такое количество пропускает насос). Формула:
60xQ/Cx p x ΔΤ
Где
Q – мож=щность охлаждения (см. предыдущий пункт)
С – теплоемкость воды
Р – плотность воды
ΔΤ – перепад температур с момента входа теплоносителя до его выхода.
Вставляем все в формулу и получаем третью характеристику – расход теплоносителя. Теперь по полученным трем характеристикам выбираем термостат.
Расход теплоносителя и шланги
Мы получили все нужные характеристики. Но один важный момент. Теплоносителем может выступать вода или масло. То, что мы считали выше – характеристика для воды. Масла же потребуется в ТРИ РАЗА больше полученного показателя. Имейте это ввиду, когда будете смотреть на характеристики термостатов.
Почему используются разные вещества? У воды лучше теплопроводность, но есть минусы: коррозия, накипь, иногда биоотложения, смотря откуда у вас вода, может возникнуть потребность в дополнительной очистке. Это может привести к более быстрому износу. Масло же делает срок эксплуатации гораздо более долгим, но и стоит это удовольствие дороже.
От используемого вида теплоносителя используется определенный вид шланга. До 60 градусов используется ПВХ, выше 60 – каучуки, выше 110 градусов – металлические шланги.
Грамотное охлаждения вашего ТПА - это и есть качество. Зарабатывайте.
__________________________________________________________________________________________
Мы поставляем весь спектр оборудования для полимеров, в том числе термостаты - свяжитесь с нами.