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Jan 22, 2024

Raffreddamento dello stampo a iniezione: un ritorno ai fondamentali

Bill Tobin | Nov 03, 2019 We read and hear a lot about “breakthroughs” in our

Bill Tobin 03 novembre 2019

Leggiamo e sentiamo molto parlare di "rivoluzioni" nel nostro settore: i robot eliminano gli operatori; i sistemi di autoalimentazione non permettono mai che la macchina si asciughi; eleganti processori di segnale e trasduttori monitorano ogni microsecondo del processo di stampaggio. Con tutti questi gadget, tuttavia, stiamo vedendo maggiori profitti e un ritorno sull’investimento per il denaro speso? Non proprio, perché siamo stati abbagliati dalla tecnologia e abbiamo ignorato i fondamenti.

Recentemente ho ricevuto un'e-mail da un ragazzo che aveva appena assunto la posizione di tecnico capo. Si interrogava sull'uso dei refrigeratori e sulle loro spese. Si interrogava anche sulla qualità dei suoi prodotti quando il foglio di installazione utilizzava "l'acqua della torre" come principale fonte di raffreddamento per stampi e macchine.

Il problema con l'acqua della torre

Affrontiamo innanzitutto il problema semplice ma spesso trascurato: l'acqua delle torri. Quando le persone costruiscono per la prima volta un impianto di stampaggio, decidono il numero e le dimensioni delle macchine per lo stampaggio e calcolano i requisiti di alimentazione e raffreddamento. Ciò che tendono a ignorare è ciò che accade quando vengono acquistate macchine aggiuntive, perché ciò rientra nei "margini di sicurezza" dei progetti originali.

Lo scambio termico è necessario perché:

L'olio macchina riscaldato viene raffreddato direttamente dalla torre. Il calore della plastica fusa si dissipa prima nell'acciaio dello stampo, viene trasferito ai circuiti di raffreddamento, poi allo scambiatore di calore dello stampo (chiamato genericamente Thermolater, anche se esistono altri fornitori) e infine ai circuiti di raffreddamento evaporativo della torre.

Il raffreddamento evaporativo dipende dall'evaporazione dell'acqua. Ciò dipende dalla temperatura esterna, dall’umidità relativa e da una miriade di altre variabili. È ovvio che quando cambia l'aria esterna, cambierà anche la temperatura dell'acqua della torre. Man mano che la temperatura dell'acqua della torre cambia, cambierà la temperatura dello stampo e cambieranno le dimensioni e la qualità delle parti.

Un altro motivo per evitare di versare direttamente l'acqua della torre nello stampo è l'accumulo di calcare. Con l'acqua che scorre attraverso uno stampo si ottiene la configurazione perfetta per l'elettrolisi, dove i minerali presenti nell'acqua si depositano sulle linee d'acqua. Solo 0,4 mm (1/64 di pollice) di accumulo di calcare possono ridurre del 60% l'efficienza di trasferimento del calore di una linea di galleggiamento, anche con un flusso adeguato.

Curiosità sulle temperature di distorsione termica

Prima curiosità: la temperatura di espulsione ideale per qualsiasi parte stampata è quando raggiunge l'80% della temperatura di distorsione termica del materiale (HDT). Secondo fatto curioso: se si controlla la letteratura, l'HDT di nessuna resina termoplastica è così basso che il valore dell'80% risulta essere a temperatura ambiente o inferiore. Ci sono alcune eccezioni pratiche: gli elastomeri a parete sottile tendono a capovolgersi durante l'espulsione. Se le dimensioni non vengono sacrificate, se si "raffredda eccessivamente" la parte prima dell'espulsione, questa può essere sufficientemente rigida da poter essere espulsa in modo convenzionale.

Questi fatti divertenti pongono una semplice domanda: se questo è corretto, perché abbiamo bisogno di refrigeratori? Si utilizza un refrigeratore nel tentativo di superare il raffreddamento inadeguato in uno stampo.

La maggior parte degli stampi utilizza un termolatore per mantenere la temperatura dello stampo in modo che la parte possa raggiungere l'80% dell'HDT nel modo più efficiente possibile. Tieni presente che la plastica è un cattivo conduttore di calore. Il calore della plastica si irradia in modo relativamente lento nell'acciaio dello stampo. Le caratteristiche di trasferimento del calore dell'acciaio per stampi e dell'acqua nelle linee di raffreddamento sono molte volte più veloci.

L'anello debole di questo sistema di trasferimento di calore plastica-metallo-acqua è la portata dell'acqua. Quando l'acqua scorre dolcemente come un ruscello, scorre a strati: questo si chiama flusso laminare. Lo strato che è in contatto con qualcosa, le pareti della linea di galleggiamento o il fondo del torrente, scorrerà molto lentamente. L'acqua nella parte superiore del ruscello o al centro della linea di galleggiamento deve solo scivolare oltre se stessa e scorrere più velocemente. Con il flusso laminare, il calore si trasferisce molto lentamente perché deve riscaldare questo strato stazionario prima che gli strati scorrevoli possano raccoglierlo ed uscire dallo stampo.