Perché è importante il controllo preciso della temperatura nello stampaggio
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Nel-mondo ad alta posta in gioco dello stampaggio a iniezione della plastica, anche un piccolo cambiamento di temperatura può rovinare un intero ciclo di produzione. Un esperto progettista di stampi ha recentemente raccontato una classica storia dell'orrore che spaventa ancora molte persone del settore. Le cavità più vicine al cancello si sono riempite e imballate perfettamente durante un ciclo critico di parti automobilistiche di alta-precisione, ottenendo articoli con finiture superficiali a specchio-e precisione dimensionale entro 0,01 mm. Tuttavia, le cavità più lontane dalla linea di flusso presentavano ancora ostinati segni di risucchio, ovvero quelle fastidiose depressioni superficiali che indicano che l'impaccamento non è stato fatto correttamente, che è rimasta aria intrappolata o che il raffreddamento non è stato uniforme. Il cilindro e il controller della macchina sono stati regolati esattamente sull'intervallo accettabile compreso tra 280 e 300 gradi, la scheda tecnica del materiale è stata seguita alla lettera e il collettore del canale caldo- sembrava bilanciato. Chi è stato? Il calore non si diffonde uniformemente nell'acciaio dello stampo stesso.
Questa non è l'unica volta che è successo. Il riscaldatore a cartuccia nascosto all'interno dello stampo o del collettore è talvolta l'unica cosa che separa gli scarti dal profitto nelle officine di stampaggio a iniezione, nelle linee di confezionamento e nei sistemi-a canali caldi che funzionano a temperature fino a 300 gradi per lunghi periodi di tempo. Anche se possono sembrare uguali all'esterno, il modo in cui è costruito l'interno delle resistenze riscaldanti generiche "off-" influisce sulla diffusione uniforme del calore o sulla causa di gradienti termici non rilevabili che danneggiano le parti prima ancora che fuoriescano.
L'architettura interna del riscaldatore a cartuccia è ciò che lo fa funzionare in modo affidabile. Un'unità di fascia alta-inizia con un filo resistivo in nichel-cromo (NiCr) avvolto con molta attenzione attorno a un nucleo in ceramica. Quindi, la polvere di ossido di magnesio (MgO) ad elevata purezza-viene racchiusa attorno al filo sotto pressioni superiori a 50.000 psi. Il denso MgO agisce sia come isolante elettrico che come conduttore termico, incanalando in modo efficiente ogni watt generato dal filo verso l'esterno verso la guaina in acciaio inossidabile-o Incoloy. I vuoti d'aria emergono quando la compattazione non viene eseguita bene, cosa che accade spesso con i riscaldatori più economici. Questi piccoli spazi rendono il filo più difficile da riscaldare, il che significa che alcune parti del filo diventano più calde mentre altre rimangono più fredde. Il risultato sono aree calde che possono raggiungere temperature superiori a 350 gradi all'interno, il che accelera l'ossidazione del filo e lo fa bruciare troppo presto. Ci sono anche punti freddi che abbassano la temperatura della superficie dello stampo di 15-30 gradi, il che è sufficiente a causare segni di avvallamento o linee di saldatura.
La densità di watt è il prossimo numero importante a cui molti ingegneri non prestano abbastanza attenzione. Misura la forza con cui viene spinto l'elemento del riscaldatore misurando i watt per centimetro quadrato (o per pollice quadrato) della superficie riscaldata. Una densità di watt media di 8–12 W/cm² è solitamente la migliore per l'acciaio per stampi che verrà utilizzato continuamente a 300 gradi. Se si spinge la temperatura oltre i 18 W/cm², la temperatura interna del filo può aumentare di 150–200 gradi sopra la temperatura della guaina, il che può ridurre la durata del filo da mesi a soli giorni. D'altra parte, se la densità è inferiore a 6 W/cm², il riscaldatore deve funzionare quasi a piena tensione solo per mantenere il set point durante la fase di iniezione ad alto-flusso. Ciò causa stress di tensione e infine-guasto del circuito aperto. Il modo migliore per farlo è trovare la lunghezza precisa dell'area riscaldata, dividere i watt totali per la superficie e non superare mai la densità consigliata dal produttore per la temperatura e la tolleranza di adattamento.
Questi principi sono supportati dalla risoluzione dei problemi-nel mondo reale. Quando i tecnici vedono per la prima volta segni di avvallamento su cavità distanti, il loro pensiero iniziale è quello di aumentare la temperatura dello stampo o la pressione della baderna. Ma l'aumento della temperatura spesso peggiora i punti caldi attorno al cancello, il che può danneggiare le resine-sensibili al calore come PEEK, PPS o nylon ad alto-flusso. L'imaging termico della superficie dello stampo durante il ciclo-stazionario è il primo passo verso il giusto approccio diagnostico. Se le bande di temperatura sono tutte entro ±3 gradi in tutte le cavità, il set di riscaldamento funziona bene. Se le bande di temperatura sono più di ±8 gradi, è quasi sempre a causa del riscaldatore della cartuccia. La sostituzione di parti discutibili con unità dotate di struttura scanalata-dove il diametro della guaina viene ridotto meccanicamente dopo il riempimento-aumenta ulteriormente il trasferimento di calore eliminando eventuali spazi d'aria persistenti e assicurandosi che il foro dello stampo sia a stretto contatto con l'unità.
Oltre a una maggiore durata e uniformità, la scelta del giusto riscaldatore a cartuccia può farti risparmiare denaro. Un singolo guasto non pianificato del riscaldatore durante un ciclo di produzione automobilistica 24 ore su 24, 7 giorni su 7, può costare da $ 15.000 a $ 40.000 in perdita di produzione, scarti e sostituzione rapida. I riscaldatori di alta-qualità che possono funzionare continuamente a 300 gradi durano dai 18 ai 24 mesi, mentre i modelli generici durano solo dai 4 ai 6 mesi. La necessità di un superamento compensativo nel controller PID diminuisce quando il calore viene trasferito in modo uniforme. Ciò riduce le spese energetiche dell'8-12% nei casi di studio verificati.
La scelta del riscaldatore adeguato implica uno studio completo di come il calore si muove attraverso le cose. I progettisti di stampi devono pensare a qualcosa di più della semplice potenza e densità. Devono inoltre considerare il diametro (solitamente 6–25 mm), la lunghezza, il-tipo di uscita del filo (diritto, gomito a 90 gradi o cavo armato) e il materiale della guaina. Le guaine Incoloy 800 sono migliori del normale acciaio inossidabile 304 in condizioni corrosive o temperature vicine a 300 gradi perché resistono all'ossidazione e mantengono la conduttività termica più a lungo. L'impostazione della tensione-240 V o 120 V-influenza anche la quantità di corrente assorbita e la sicurezza del cablaggio. Ora, i principali produttori offrono servizi di simulazione termica degli elementi finiti. Ciò consente agli ingegneri di prevedere il modo in cui il calore fluisce attraverso forme complicate di stampi prima di tagliare l'acciaio.
In un'epoca in cui le tolleranze stanno diventando sempre più strette e le resine tecniche stanno diventando sempre più esotiche, il riscaldatore a cartuccia non è più un articolo comune ma un componente di precisione-progettato che mantiene stabili i processi. La prossima volta che un ciclo di produzione si interrompe perché "la temperatura è impostata correttamente ma le parti no", non incolpare la macchina o il materiale. Invece, smonta lo stampo, togli i riscaldatori e guarda come sono costruiti e quanti watt hanno. Più calore non è sempre la risposta; il calore migliore e più mirato è. Acquistando riscaldatori a cartuccia realizzati appositamente per un funzionamento a 300 gradi, con MgO densamente imballato, distribuzione uniforme dei watt e struttura robusta, gli stampatori eliminano definitivamente il problema dei "punti caldi". Ciò trasforma i frustranti tempi di inattività in risultati costanti e di alta-qualità che fanno sì che i clienti tornino e mantengano sani i profitti.
