Czynniki wpływające na spadek wydajności chłodzenia
Tempo osadzania się osadów pochodzenia mineralnego lub korozji zależy od wielu czynników, takich jak skład chemiczny medium chodzącego czy temperatura pracy. Także to w jaki sposób chłodzenie zostało zaprojektowane może mieć niemały wpływ na spadek wydajności chłodzenia. „Martwe” obszary generujące zerowe przepływy będą miejscami gdzie w naturalny sposób będą osadzały się złogi wytrącone z medium chłodzącego. Ważne jest, aby jeszcze na etapie projektowania chłodzenia formy symulować sposób płynięcia medium, tak aby unikać fundamentalnych błędów zwiększających ryzyko spadku wydajności chłodzenia. Niestety na etapie konstruowania formy temat spadku wydajności chłodzenia w wyniku zakamieniania układu wydaje się tak odległy, że rzadko kiedy brany jest pod uwagę.
Czy kontrolujesz wydajność w Twoich formach wtryskowych?
Zadaniem wydajnego układu chłodzenia formy jest zagwarantowanie równomiernego rozkładu temperatur na poszczególnych gniazdach, co przekłada się na odpowiednie tolerancje wymiarowe i jakość wypraski.
Jakiekolwiek odchyłki temperatury spowodowane zaburzeniami przepływu i/lub niezdolnością kanałów do efektywnego odbioru ciepła będą z czasem przekładały się na jakość produkowanego wyrobu medium chodzące cyrkulujące w układzie chłodzenia formy odbiera z niej ciepło, zapewniając równomierny rozkład temperatur, co z kolei przekłada się na odpowiednią jakość, dotrzymanie tolerancji wymiarowych czy czas cyklu.
Produkty korozji, osady wapienne i inne złogi osadzające się na ściankach kanałów to cichy zabójca wydajności naszego układu chłodzenia. Osady w kanałach obniżają wydolność układu chłodzenia poprzez zmniejszenie średnicy kanału. Co gorsza, ze względu na bardzo niską przewodność cieplną, nawet cienka warstwa kamienia działa jak izolator, utrudniając odbiór ciepła z gniazda formującego. Kamień nigdy nie osadza się równomiernie, co w szybkim czasie może prowadzić do zaburzenia termiki formy i problemy jakościowe. Dlatego tak istotne jest warto aby regularnie monitorować wydajność chłodzenia w naszych formach i działać prewencyjnie.
Należy pamiętać, że kwestia czyszczenia kanałów i utrzymania wysokiej wydajności chłodzenia przez cały okres użytkowania narzędzia dotyczy nie tylko tych wykonanych w technologiach przyrostowych, ale również klasycznych, wierconych kanałów chłodzących. Jedyna różnica polega na tym, że złożoność geometrii kanałów i niewielkie średnice kanałów z chłodzeniem konformalnym sprawiają że czyszczenie jest trudniejsze i wymaga odpowiednich narzędzi i metody. Nie znaczy to jednak, że klasyczne konstrukcje z kanałami wierconymi wolne są od problemów związanych ze spadkiem wydajności chłodzenia lub zapychaniem się. Jest to zjawisko występujące bardzo powszechnie i co najgorsze przebiega niepostrzeżenie.
Rodzaje osadów i typy kamienia
Złoża mineralne pierwotnie składają się z węglanów wapnia i magnezu. Węglany, które są na ogół nierozpuszczalne, wytrącają się przez ogrzewanie wody zawierającej rozpuszczalne wodorowęglany wapnia i magnezu. Wodorowęglany są termicznie niestabilne i rozpadają się, tworząc węglany, a tym samym kamień podczas ogrzewania.
Czynniki wpływające na osadzanie się kamienia:
• Im wyższa (tymczasowa) twardość wody, tym więcej kamienia będzie się wytrącać.
• Im wyższe pH (pH alkaliczne) wody, tym większa tendencja do osadzania się kamienia
• Im wyższa temperatura, do której woda jest podgrzewana, tym więcej kamienia będzie się wytrącać.
Różne typy osadów występujących w kanałach chłodzących
Wytrącanie się i osadzanie kamienia na ścianach kanałów dramatycznie wzrasta, gdy temperatura wody przekracza 60 stopni Celsjusza. Zależy to również od twardości wody, dlatego w niektórych obszarach problemy powodowane przez kamień są większe niż innych. Aby przeciwdziałać problemom z osadzaniem się kamienia, większość wtryskowni stosuje jakąś formę uzdatniania wody, aby zminimalizować ryzyko występowania osadów na bazie minerałów takich jak wapń lub magnez.w
Do usuwania kamienia z osadów wapniowych i magnezowych wskazane jest użycie środka czyszczącego DS2.
Inny rodzaj osadów powstaje podczas procesu korozji. Mogą to być osady stałe, nierozpuszczalne w wodzie (takie jak inkrustacje podczas procesu korozji mikrobiologicznej) lub zgorzelina – warstwa stałych produktów korozji lub twardych tlenków żelaza. Podobnie jak inne osady są niebezpieczne dla kanałów, ograniczają przepływ i zmniejszają sprawność odbioru ciepła.
Zgorzelina w kanałach form chłodzonych wodą będzie zwykle miała wysokie stężenie tlenków żelaza / produktów ubocznych korozji. Dzieje się tak głównie dlatego, że firmy stosują systemy wodociągowe „zamkniętego obiegu”, w których stężenie tlenku żelaza jest nawet siedmiokrotnie wyższe niż w zwykłej wodzie z kranu. Innym powodem powstawania osadów w wyniku procesu korozji może być woda pozostawiona w kanałach po procesie czyszczenia. Tlen rozpuszczony w wodzie reaguje ze stalą powodując korozję.
Do usuwania kamienia o wysokim stężeniu tlenków żelaza wskazane jest użycie środka czyszczącego DS1.
O podłączeniach równoległych słów kilka…
Z tego typu podłączeniami będziemy mieć do czynienia najczęściej w większych formach, które posiadają dużą liczbę kanałów chłodzących. Podłączanie chłodzenia do każdego z kanałów oddzielnie jest niepraktyczne, dlatego są one zazwyczaj spinane w jeden duży kolektor zasilający, którego celem jest doprowadzenie medium chłodzącego do poszczególnych obiegów w formie. Z tego typu podłączeniami będziemy mieć do czynienia najczęściej w większych formach, które posiadają dużą liczbę kanałów chłodzących. Podłączanie chłodzenia do każdego z kanałów oddzielnie jest niepraktyczne, dlatego są one zazwyczaj spinane w jeden duży kolektor zasilający, którego celem jest doprowadzenie medium chłodzącego do poszczególnych obiegów w formie. Tego typu rozwiązanie nie jest oczywiście idealne. Musimy pamiętać, że równoległe łączenie obiegów generujących różne spadki ciśnień (spadki te wynikać mogą z dużej dysproporcji w średnicach, długości, czy też odległości kanałów od siebie, wymuszających łączenie ich z kolektorem wężami o różnej długości) będzie przekładało się na nierównomierne rozprowadzanie cieczy chłodzącej do poszczególnych obiegów, nawet jeśli zastosowany
będzie kolektor o odpowiedniej objętości bilansujący ciśnienie. Takie rozwiązanie należy traktować jako kompromis i starać się podłączać obieg i w taki sposób, aby ryzyko nierównomiernego rozkładu cieczy chłodzącej było jak najmniejsze. W sytuacji kiedy jeden z obiegów jest przykładowo częściowo lub całkowicie zapchany, podłączenie równoległe spowoduje że ciecz czyszcząca nie będzie w stanie nawet dotrzeć do tego kanału, ponieważ popłynie zawsze tam, gdzie opory płynięcia będą najmniejsze.
Należy pamiętać jednak, że proces czyszczenia kanałów nie jest procesem ich chłodzenia. Jest to częsty, błędny skrót myślowy który stosują użytkownicy mostkujący obiegi do czyszczenia, argumentując że forma na produkcji podpięta jest w identyczny sposób. Chcąc efektywnie czyścić obiegi podłączone ze sobą za pomocą kolektora, musimy zastosować pompę podającą o znacznie większym wydatku, będącą w stanie pokonać spadki ciśnień generowane przez układ, zachowując jednocześnie odpowiednią dynamikę, która zagwarantuje skuteczność czyszczenia w jak najkrótszym czasie. Skuteczność urządzeń wyposażonych w pojedyncze pompy o większym wydatku zależy przede wszystkim na ilości litrów przepompowanej cieczy w zadanym czasie, co nigdy nie jest najbardziej efektywnym rozwiązaniem. Dlatego warto szukać rozwiązań wykorzystujących układy hybrydowe, takie jak chociażby opatentowany, dwuetapowy proces czyszczenia chemiczno-mechanicznego w maszynach CoolingCare, w którym zastosowano dwie współpracujące ze sobą pompy dla każdego z obiegów. Takie podejście daje dużo większą elastyczność i w znacznym stopniu skraca czas czyszczenia.