Требования к формованным изде¬лиям сточки зрения качества их поверхности и точности формы растут с каждым днём.

Это означает потребность в недеформированных и свободных от внутренних напряжений изде¬лиях с бездефектной поверхностью, изготовленных с высокой точностью в отношении формы.

Двигателями инноваций в этой области являются, прежде всего, автомобильная промышленность и производство товаров народного потребления. В частности, очень высокие требования предъявляются к оптическим характеристикам стекол для фар и плоским экранам телевизо¬ров. Нежелательными являются следы от движения потоков расплава и швы. Наряду с качеством поверхности и точностью формы в центре внимания находится также эффективность процесса литья под давлением. 70 % времени цикла приходится только на охлаждение формованного изделия. С учетом этого ускорение процесса охлаждения можно рассматривать как важный фактор непосредственного повышения технико-экономической эффективности производства. Перечисленные требования - безде¬фектная поверхность, уменьшенное время цикла и высокая точность фор¬мы - обуславливают потребность в использовании специальной совершен¬ной технологии охлаждения литьевых форм, например с применением техно¬логии вариотермического темперирования.

Вариотермическое темперирование формы

При вариотермическом принципе регулирования температура литьевой формы не остается постоянной на протяжении всего цикла литья под давлением, а сознательно и целенаправлен, но изменяется. В момент начала впрыска температура формы примерно соответствует температуре распла¬ва. После окончания впрыска темпе¬ратура формы резко снижается с целью обеспечения быстрого отверждения расплава. Это позволяет изготавливать из полимерных материалов изделия с блестящей, не имеющей дефектов поверхностью, без деформации и следов от движения потоков рас¬плава. На рынке предлагается несколько различных способов, позволяющих обеспечить вариотермическое регулирование температуры с применением двух контуров (пар/вода или масло/масло):

• индуктивное нагревание и охлаждение с помощью жидкости;
• нагревание с помощью инфракрасного устройства и  охлаждение с помощью жидкости;
• нагревание с помощью электрических нагревательных элементов и охлаждение с помощью жидкости.

Для быстрого нагревания литьевой формы перед впрыском, быстрого охлаждения до отверждения расплава и уменьшения времени цикла может быть использовано темперирование по принципу СРН-технологии или темперирование с применением двух контуров.

Эти высокодинамичные процессы мо¬гут быть реализованы при условии расположения темперирующих кана¬лов в непосредственной близости от поверхности формы, благодаря чему обеспечивается ее быстрое нагрева¬ние и охлаждение. При этом необходи¬мо также учитывать различия в скоро¬сти отвода тепла от отдельных участков формуемого изделия, обусловленные различной толщиной его стенок. В этом отношении действует следующее правило: чем большее число охлаждающих каналов проходит через литьевую форму и чем ближе расположены охлаждающие каналы к поверхности гнезда формы, тем с большей точностью можно управлять процессом охлаждения и контролировать его протекание. Важ¬но, чтобы в каждом канале можно было регулировать температуру не¬зависимо от других каналов. В зависимости от степени сложности изделия литьевая форма может иметь до 15 темперирующих каналов и даже более. Темперирующие каналы лить¬евых форм, имеющих небольшие раз¬меры вставок, располагаются на рас¬стоянии до 1,5 мм от поверхности гнез¬да формы. Литьевые формы больших размеров могут быть выполнены из нескольких слоев (сегментов), в ка¬ждом из которых выполнены повто¬ряющие его контур системы фрезеро¬ванных каналов.

Регулирование температуры в непосредственной близости от поверхности формы

Вариотермическое регулирование тем¬пературы отчасти находится в противо¬речии с требованием уменьшения вре¬мени цикла, так как целенаправленное изменение температуры, как правило, предполагает увеличение времени ци¬кла. Это противоречие может быть устранено путем использования новых технологий, таких как «сегментирован¬ное темперирование формы » или тех¬нологии Lasercusing (путем послойно¬го селективного лазерного плавления металлического порошка). В этих слу¬чаях темперирующие каналы проходят очень близко к поверхности гнезда формы. Новые технологии позволяют изготавливать системы каналов трех¬мерной конфигурации и, тем самым, обеспечивать оптимальное располо¬жение охлаждающих каналов. Решающее значение для безупречного регулирования температуры в процес¬се литья под давлением имеет величи¬на средней температуры стенки гнезда литьевой формы. Контроль этой темпе¬ратуры может выполняться непосред¬ственно в литьевой форме, вблизи от ее поверхности или путем измерения температуры выходящего из формы охлаждающего вещества. В качестве датчиков температуры при этом ис¬пользуются, как правило, термочув¬ствительные элементы или термоме¬тры сопротивления (например, РТ 100). Эти устройства измеряют факти¬ческую температуру и передают ре¬зультаты измерений на компьютер. Последний управляет регулированием температуры охлаждающего вещества в каждом отдельном канале, т. е. пода¬чей пара для повышения температуры или подачей воды для ее снижения. Та¬кая гибкая система охлаждения не только улучшает качество поверхности изделия, но и способствует существен¬ному уменьшению времени цикла.

Новые клапаны

Только после создания новых магнит¬ных пропорциональных клапанов ста¬ла возможной реализация на практи¬ке системы нескольких, параллельно работающих контуров регулирования температуры. Особенностью пропор¬ционального клапана является исклю-чающее трение расположение магнит¬ного сердечника, достигаемое благодаря использованию формованных пружин особой конструкции. Тем са¬мым предотвращается опасность скач¬кообразного движения. Это проя¬вляется в отличном функционирова¬нии клапана, очень высокой чувстви¬тельности срабатывания (0,1 % от пре¬дельного значения), очень низкой ва¬риации показаний и прекрасном каче¬стве регулирования. Диапазон изме-рения нового пропорционального кла¬пана составляет 1:100. Это позволяет корректировать даже минимальные колебания температуры за счет высо¬кой точности перемещения клапана. Решающее значение для процесса управления имеют такие факторы как температура и количество выходящей из темперирующих каналов воды. Именно температура выходящей воды определяет степень охлаждения изде¬лия: на основе результатов ее измере¬ния осуществляется абсолютно точное и надежное регулирование количество подаваемой охлаждающей воды. «Тем¬пература выходящей воды должна ре-гистрироваться для каждого канала от¬дельно. Это означает, что на каждый канал должен приходиться по меньшей мере один клапан и один датчик темпе¬ратуры» - объясняет инженер-технолог фирмы Buerkert Fluid Control Systems д-р Эгон Хюфнер. Чтобы повысить ди¬намичность и улучшить регулирование температуры необходимо, кроме того, располагать информацией о количе¬стве и температуре поступающей в темперирующие каналы воды. Совре¬менные датчики способны реагиро¬вать на изменение расхода воды в те¬чение 100 - 300 миллисекунд. Регули¬рующие клапаны корректируют вели¬чину расхода в течение 0.3 - 1 с. В этой области лучше всего зарекомен¬довали себя датчики с лопастными ко¬лесиками, благодаря малым размерам и высокой динамичности в работе. На¬чиная с номинального внутреннего диаметра 6 мм, наряду с ними приме-няются также магнитные индуктивные датчики.

Приводные механизмы

Выбор того или иного клапана опреде¬ляется требуемым расходом и загряз¬ненностью используемой для охлажде¬ния воды. При большом расходе и вы¬сокой степени загрязненности воды рекомендуется использовать датчики прямого действия. При температурах до 180 °С наиболее целесообразно применять двухпозиционные датчики с пневмоприводом или работающие по типу регулировочных клапанов. Двухпозиционное регулирование темпера¬туры или импульсное охлаждение во время периода охлаждения цикла литья под давлением применяется в тех случаях, когда продолжительность открывания отверстия клапана изме¬няется в зависимости от количества отводимой тепловой энергии. При малом расходе и очень низкой степени загрязненности воды - на-пример, при наличии центральной станции подготовки воды - а также температурах до 90 °С, оптимальными являются электромагнитные клапаны управления. Несмотря на очень маленькое дросселирующее отверстие, они имеют номинальный внутренний диаметр до 20 мм. Двухпозиционные клапаны последнего поколения во обще не имеют отверстия в мембранг и потому менее чувствительны к наличию посторонних примесей в охлаждающей воде.

При многоканальном темперировании, когда заготовку в зависимости от ее характеристик приходится охлаждать в большей или в меньшей степени явным преимуществом обладают пневматические клапаны как прямого действия, так и с сервоуправлением. Величина их хода может бесступенчато регулироваться в пределах от 0 до100%. Эти высокодинамичные устройства позволяют обеспечить заранее программируемое и оптимизируемое в соответствии с особенностями конкретного изделия регулирование температуры. Беспереходное регулирование температуры уменьшает износ клапана и способствует увеличению срока его службы. Кроме того, для пневматических клапанов номинальный внутренний диаметр не ограничиваете давлением вещества. Он может изменяться в пределах от 4 до 20 и более мм. Для установки определенной величины хода необходимо дополнительное электронное управляющее устройство. В случае магнитных пропорцио¬нальных клапанов это осуществляется с помощью управляющего устройства, работающего с использованием принципа широтно-импульсной модуля¬ции, а в случае традиционных технологических клапанов - с помощью так называемого «механизм позиционирования». Этот механизм, взаимодействуя со встроенным устройством для определения положения поршня клапана, устанавливает требуемую величину хода его поршня.

Децентрализованное регулирование температуры

Обычная система регулирования расхода жидкости состоит из датчика расхода (ультразвукового или с лопастным коле¬сиком), пропорционального клапана и регулятора расхода с каскадируемым изменением температуры, который может использоваться в комбинации со всеми известными типами клапанов. Регулятор играет в этой системе решающую роль. Он должен обеспечивать возможность обработки сигналов, поступающих от датчиков температуры, давле¬ния, расхода, рН, проводимости. В дополнение к этому регулятор должен осуществлять управление работой как пнев-матической, так и электрической исполнительной системы. Разработанный фирмой Buerkert специально для систем охлаждения универсальный регулятор обладает всеми пе-речисленными свойствами. К числу его особенно важных возможностей относятся:

• регулирование температуры;
• регулирование давления;
• регулирование расхода;
• управление двухпозиционными магнитными клапанами, магнитными пропорциональными клапанами, технологиче¬скими регулировочными клапанами и регулировочными клапанами с электроприводами;
• обработка обычных сигналов датчиков (нормальный сигнал 4-20 мА, частота, РТ 100);
• требуемый параметр технологического процесса может вводиться с помощью нормального электрического сигнала или клавиатуры;
• легкая переналадка для каждой конкретной области применения (регулирование расхода, температуры или давления);
• данные обо всех пропорциональных клапанах и датчиках расхода фирмы Buerkert заранее введены в память контроллера.

Система eCONTROL существует также в исполнении для распределительного шкафа с выдвижным ящиком типораз¬мера 1/16 DIN, который может быть смонтирован в имею-щемся распределительном шкафу. Децентрализованное регулирование обеспечивает следующие основные преимущества:

• датчик, клапан и регулятор подобраны в соответствии один с другим;
• центральная система управления машины освобождена от вторичных задач, связанных с регулированием; она может быть в большей степени ориентирована на выполнение основных задач.

С использованием систем децентрализованного регулиро¬вания упрощается модернизация существующих установок: при незначительных затратах время охлаждения может быть существенно уменьшено, а качество продукции замет¬но улучшено.

Заключение

Преимущества вариотермического темперирования литьевой формы:

• устранение соединительных швов;
• изготовление недеформированных изделий, свободных от внутренних напряжений;
• получение блестящих поверхностей при изготовлении изделий из обычных и вспененных полимерных материалов;
• отсутствие на поверхности изделий следов от стеклянных или угольных волокон при переработке армированных волокнами полимерных материалов;
• возможность формования тонкостенных изделий;
• значительное уменьшение времени цикла при изготовлении изделий с большой толщиной стенок;
• повышение прочности и улучшение равномерности изделий.

1 Динамическое темперирование высокоточных литьевых форм с применением CPH-Hochleistungskeramik , информационный материал фирмы GWK, г. Кирспе
2 LaserCUSING: запатентованный фирмой CONCEPT Laser GmbH способ изготовления, г. Лихтенфельс, Германия
 
www.polymery.ru