UYGULAMA ALANI

Plastik enjeksiyon

Kalıp ve hidrolik yağ devrelerinin ısı yükü, çevrim süresiyle ilişkisi ve enjeksiyon tesisleri için KPLN model seçimi.

Plastik enjeksiyon — Kalıp ve hidrolik yağ devrelerinin ısı yükü, çevrim süresiyle ilişkisi ve enjeksiyon tesisleri için KPLN model seçimi.
Fotoğraf: RPWORLD / Unsplash

Plastik enjeksiyonda soğutma grubu iki ayrı yükü karşılar: eriyiği katılaştıran kalıp devresi ve makinenin hidrolik yağ soğutucusu. Kalıp suyu tipik olarak 8-20 °C, yağ devresi 25-30 °C ister. Toplam yük Q = m · c · ΔT ile hesaplanır; 210 kg/h PP işleyen altı makinelik bir tesis yaklaşık 74 kW'a, yani KPLN 100.2 modeline denk gelir.

Enjeksiyon presi soğutma açısından tek bir yük değildir

Bir enjeksiyon makinesinin su devresine baktığınızda birbirinden bağımsız iki ısı kaynağı görürsünüz. Birincisi kalıp: 200-280 °C bandında kalıba giren eriyiğin, parçanın itilebileceği sertliğe inene kadar bıraktığı ısının neredeyse tamamı kalıp çeliğine, oradan da kanallardaki suya geçer. İkincisi makinenin hidrolik devresi: pompanın ürettiği gücün faydalı işe dönüşmeyen kısmı yağda ısıya çevrilir ve yağ soğutucusu üzerinden yine suya atılır.

Bu iki yükün büyüklüğü çoğu tesiste birbirine yakındır, ama istedikleri su sıcaklığı aynı değildir. Kalıp devresi çevrimi kısaltmak için soğuk su ister; yağ soğutucusu ise yağı 40-50 °C bandında tutabilmek için 25-30 °C'lik suyla zaten yetinir. Bu farkı görmezden gelip her iki devreyi tek sıcaklıkta beslemek, ya kalıbı yeterince soğutamamak ya da yağı gereğinden fazla soğutup kompresöre boşuna iş yaptırmak demektir.

Yük kalemiIsının kaynağıMertebeİstediği su sıcaklığı
Kalıp devresiEriyiğin soğuma ve katılaşma ısısıİşlenen her 100 kg/h polimer için kabaca 10-15 kW8-20 °C
Hidrolik yağ soğutucusuPompa gücünün ısıya dönen kısmıKurulu pompa motor gücünün kabaca %20-30'u25-30 °C
Huni boğazı ve besleme ağzıKovandan geriye ilerleyen ısıMakine başına birkaç yüz wattKalıp devresiyle aynı

Kalıp yükündeki aralığın alt ucu amorf malzemelerdir: ABS, PS ve PC, eriyikten çıkarma sıcaklığına inerken yaklaşık 350 kJ/kg verir. Üst uç yarı kristalli malzemelerdir; PP, PE ve POM kristalleşme gizli ısısı yüzünden aynı yolda 500 kJ/kg'ın üzerine çıkar. Yani aynı saatlik üretim, malzeme değişince kalıp yükünü yarı yarıya değiştirebilir. Servo pompalı ya da tam elektrikli makinelerde ise yağ kalemi belirgin biçimde küçülür; tesiste her iki tip birden varsa ikisi ayrı ayrı toplanmalıdır.

Çevrim süresinin soğutmaya bağlılığı

Enjeksiyon çevriminin en uzun kalemi genellikle soğutma süresidir; dolum ve tutma bittikten sonra makine yalnızca parçanın katılaşmasını bekler. Bu bekleme süresinin mertebesi şu bağıntıyla tahmin edilir:

t = (s² / (π² · α)) · ln [ (8 / π²) · (T eriyik − T kalıp) / (T çıkarma − T kalıp) ]

Burada s cidar kalınlığı, α malzemenin ısıl yayınımıdır. 2 mm cidarlı bir PP parçada (α ≈ 0,7·10⁻⁷ m²/s), eriyik 230 °C ve ortalama çıkarma sıcaklığı 80 °C alındığında kalıp yüzeyi 40 °C'de tutulursa soğutma süresi 7,8 s, 30 °C'de tutulursa 6,8 s çıkar. Bir saniyelik fark 32 saniyelik çevrimde yaklaşık %3'tür ve üç vardiyalı bir tesiste günde 40 dakikalık üretime karşılık gelir. Aynı bağıntıda cidar kalınlığı karesiyle girer: 2 mm yerine 3 mm çalışıldığında soğutma süresi 2,25 katına çıkar, o parçada su sıcaklığıyla oynayarak kazanacağınız çok az şey vardır.

Dikkat edilecek nokta şu: yukarıdaki 30 °C ya da 40 °C kalıp yüzey sıcaklığıdır, soğutma grubunun verdiği su sıcaklığı değil. Aradaki fark kanalın yüzeye uzaklığına, kanal çapına ve devredeki debiye bağlıdır. 12 °C su verdiğiniz bir kalıpta yüzey pekâlâ 35 °C olabilir; kanal kirlenmişse 50 °C de olabilir.

Tipik çalışma değerleri

Kalıp devresi sektörde çoğunlukla 8-20 °C arasında bir besleme suyuyla çalışır. İnce cidarlı ambalaj, kapak ve tek kullanımlık üründe alt uç; kalın cidarlı teknik parçada ve görünüm yüzeyi kritik işlerde üst uç tercih edilir. PA, PC ve POM gibi mühendislik plastiklerinde kalıbın kendisi 80-120 °C ister; orada kalıp devresini şartlandırıcı yönetir, soğutma grubuna yalnız hidrolik yağ ve huni boğazı kalır. Kesin değer parçaya, malzemeye ve salon koşullarına göre tesisten tesise değişir.

Kalıp kolektöründe gidiş-dönüş farkı genelde 3-5 K tutulur. Daha büyük bir ΔT gözler arasında sıcaklık farkı yaratır ve çok gözlü kalıplarda ölçü dağılımını bozar. Devre başına debi ise türbülanslı akışa göre belirlenir: 10 mm çapındaki bir kalıp kanalında Reynolds sayısını 10.000 mertebesine çıkarmak için yaklaşık 1,1 m/s hız, yani 5-6 L/dk gerekir. Laminer akışta su kanaldan geçer ama ısıyı almaz; kalıp devrelerinde en sık yapılan hata debiyi değil yalnızca sıcaklığı takip etmektir.

Yağ devresinde hedef, yağ tankını 40-50 °C bandında tutmaktır; bunun için 25-30 °C su ve 5-8 K'lık bir ΔT yeterlidir. KPLN serisinin katalog değerleri 12/7 °C su ve 35 °C ortam koşuluna göre verilir. Tablodaki su debileri 5 K'lık ΔT'ye karşılık gelir: örneğin KPLN 100.2 için 17,0 m³/h, 100,0 kW'lık kapasiteyle tutarlıdır. Su sıcaklığı yükseldikçe grubun kapasitesi artar, ortam sıcaklığı yükseldikçe düşer; bu yüzden seçim kışın değil ağustos öğleden sonrasına göre yapılır. Gamın tamamı ve model karşılaştırması için ürün listesine ve karşılaştırma tablosuna bakabilirsiniz.

Bu sektörde dikkat edilecekler

Kalıbın terlemesi

Kalıp yüzeyi salon havasının çiy noktasının altına inerse üzerinde su damlacıkları oluşur. Sonucu parça yüzeyinde leke ve iz, kalıp çeliğinde nokta pas, sıcak yolluk soketlerinde ve limit şalterlerinde kaçaktır. Çiy noktası salondaki sıcaklığa ve bağıl neme bağlıdır:

Salon sıcaklığıBağıl nemÇiy noktası
25 °C%6016,7 °C
30 °C%5018,4 °C
30 °C%6021,4 °C
30 °C%7023,9 °C
35 °C%5524,6 °C

Nemli bir yaz gününde 12 °C'lik kalıp suyu, kalıbın soğuk bölgelerini kaçınılmaz olarak çiy noktasının altında bırakır. Pratikte üç yol izlenir: nemin yükseldiği aylarda su sıcaklığını çiy noktasının 2-3 K üstüne çekmek, kalıp devresini iki seviyeye ayırıp yalnız gereken gözleri soğuk suyla beslemek, ya da hortum ve kolektörleri yalıtıp yoğuşmayı kalıptan uzak tutmak. Terleme, çevrim süresini kısaltma isteğinin fiziksel alt sınırıdır; bu sınır sizin salonunuzun nemine göre belirlenir, komşu tesisin uygulamasına göre değil.

Kalıp kanallarında kireç, tortu ve korozyon

Kalıp soğutma kanalları 6-12 mm çapındadır; içlerinde bafıl ve fıskiye gibi kesiti daha da daraltan elemanlar bulunur. Bu dar kesitler tesisin en hassas noktasıdır. Kirecin ısı iletkenliği kalıp çeliğinin onda biriyle yirmide biri arasındadır; 1 mm'lik bir kireç tabakası ısı geçişine 10-20 mm çelik kadar direnç ekler. Kanal gözle bakınca açık kalır, çevrim süresi sessizce uzar.

İkinci sorun oksijendir. Açık tanklı sistemlerde su sürekli hava ile temas eder; kalıp değişiminde devreler hava ile boşaltıldığında geriye ıslak ve oksijene açık bir yüzey kalır, raftaki kalıp içeriden paslanır. Üçüncüsü galvanik çifttir: alüminyum maça, bakır bafıl ve çelik gövde aynı su devresini paylaştığında en aktif metal önce yenir. Bu üçü için işletme tarafında yapılacaklar bellidir. Suyun sertlik, iletkenlik ve pH değerlerini periyodik ölçmek, tankı kapalı tutmak, kolektör önüne hat filtresi koymak, raftan inen kalıbın devrelerini ya tamamen kurutmak ya da su dolu kapatmak.

Salınan yük ve kirlenen kondenser

Enjeksiyon yükü sabit değildir. Kalıp değişimi, vardiya başı ısınma, arıza duruşu ve numune baskısı yüzünden toplam yük gün içinde birkaç kez %30 ile %100 arasında gider gelir. Tek kompresörlü bir grup bu profilde sık devreye girip çıkar; kompresörün saatte 6 çalışma-durma çevrimini geçmemesi genel kabuldür. Bunu sağlayan iki şey vardır: yeterli su hacmi ve kademeli kapasite. KPLN gamında KPLN 55.2 ve üstü iki, 250 kW'tan sonrası dört kompresörle çalışır; kısmi yükte yalnız gereken kompresör devrede kalır.

Kondenser tarafı ise plastik tesislerinde kendine özgü bir konudur. Öğütücü tozu, granül tozu, kalıp ayırıcı sprey aerosolü ve yağ buharı kanatlar arasında keçeleşerek hava geçişini kapatır. Sonuç yoğuşma basıncının yükselmesi, kapasitenin düşmesi ve temmuz sıcağında yüksek basınç presostatının cihazı durdurmasıdır. Grubu öğütücünün ve toz kaynaklarının rüzgâr altına yerleştirmemek ve kanatları düzenli kontrol etmek bu riski büyük ölçüde kapatır.

Örnek: altı makinelik bir tesiste kapasite hesabı

Hidrolik pompalı altı enjeksiyon presi, toplam kurulu pompa motor gücü 180 kW. İşlenen malzeme PP, tesisin toplam saatlik üretimi parça ve yolluk dahil 210 kg/h. Eriyik 230 °C, ortalama çıkarma sıcaklığı 80 °C.

Kalıp yükü. Q = m · c · ΔT bağıntısında PP için kristalleşme ısısını da kapsayan etkin özgül ısı c ≈ 3,4 kJ/kg·K alınır. Kütlesel debi 210 kg/h, yani 0,0583 kg/s; sıcaklık farkı 230 − 80 = 150 K.

Q = 0,0583 × 3,4 × 150 = 29,8 kW

Yağ yükü. 180 kW kurulu pompa gücünün ortalama %25'inin yağda ısıya döndüğü kabul edilirse 180 × 0,25 = 45 kW. Bu katsayı makine yaşına, kalıp hacmine ve çevrim profiline göre %20-30 bandında değişir; kesin değer, makinelerin yağ soğutucusundaki su debisi ile giriş-çıkış sıcaklık farkı ölçülerek bulunur.

Toplam ve pay. 29,8 + 45 = 74,8 kW. Enjeksiyon tesislerinde makineler saatlerce aynı işi yaptığı için eş zamanlılık yüksektir; 0,9 katsayısıyla 67,3 kW. Boru kaybı, eşanjör kirlenme payı ve ileride eklenmesi düşünülen yedinci makine için %10 eklendiğinde ihtiyaç yaklaşık 74 kW çıkar.

Model. KPLN 75.2 nominalde 75,6 kW verir; hesap tam sınıra oturur ve 35 °C'yi aşan bir yaz gününde marj kalmaz. Bir üst model KPLN 100.2 (86.000 kcal/h, 100,0 kW) hem sıcak gün payını bırakır hem de iki kompresörüyle kısmi yükte kademeli çalışır. Seçim KPLN 100.2.

Debi kontrolü. Aynı bağıntı su tarafına uygulanır: m = Q / (c · ΔT) = 74 / (4,18 × 5) = 3,54 kg/s, yani yaklaşık 12,7 m³/h. KPLN 100.2'nin 17,0 m³/h değeri bu debiyi karşılar ve kolektörde bypass payı bırakır. Cihazın 300 L tankı altı makinelik bir kolektör için başlangıç noktasıdır; kalıp değişimi sık ise ek denge tankı değerlendirilir.

Soğutma grubu olmadan üretim nasıl davranır

Kule suyu ya da şehir şebekesiyle çalışan bir tesiste kalıp suyu mevsimle birlikte 12 °C'den 28-30 °C'ye çıkar. Aynı kalıp, aynı reçete ve aynı operatörle ocakta ve temmuzda farklı parça verir. Yukarıdaki PP örneğinde kalıp yüzeyi 30 °C yerine 45 °C'de kalırsa soğutma süresi 6,8 s'den 8,4 s'ye çıkar; yaz aylarında yaklaşık %5'lik bir çevrim kaybı, üstelik siparişin en yoğun olduğu dönemde.

Süre kaybı en görünür sonuç, ama en pahalısı değil. Yarı kristalli malzemelerde kalıp sıcaklığı kristalinite oranını belirler; sıcak kalıptan çıkan parça kasada büzülmeye devam eder ve ölçü birkaç saat sonra tolerans dışına çıkar. Yeterince katılaşmadan itilen parça itici izi alır, çarpılır, montaj hattında elenir. Hidrolik tarafta yağ 60 °C'yi aştığında viskozite düşer, iç kaçaklar artar, enjeksiyon hızı ve tutma basıncı baskıdan baskıya tekrarlanmaz; yağın oksidasyon hızı bu bandın üstünde her 10 K'de kabaca iki katına çıkar, keçe ve hortumlar sertleşir. Sonunda makine kendini korumak için yüksek yağ sıcaklığı alarmıyla durur ve kayıp artık saatlerle ölçülür.

Kurulum ve işletme notları

  • Yerleşim. Grup dışarıda, atış havasının önü açık olacak şekilde konumlandırılır. İki cihaz yan yanaysa birinin sıcak atışı diğerinin emişine girmemelidir; kısa devre yapan hava, yaz gününde kapasiteyi sessizce düşürür.
  • İki sıcaklık seviyesi. Kalıp ve yağ devrelerini ayrı kolektörden beslemek en temiz çözümdür. Tek grup her ikisine bakacaksa yağ hattına karışım ya da kısma vanası konur; yağ soğutucusuna 7 °C su göndermenin hiçbir faydası yoktur.
  • Debi sürekliliği. Makinelerin yağ soğutucusundaki termostatik su vanası yağ soğuduğunda kapanır. Birkaç makinede aynı anda kapanırsa toplam debi aniden düşer ve evaporatörde düşük debi koruması devreye girer. Kolektör üstünde basınç kontrollü bypass hattı ile yeterli tank hacmi bu yüzden zorunludur.
  • Kalıp değişimi. Hızlı kaplinlerle sökülen devreler hava ile boşaltıldığında tank seviyesi düşer; otomatik takviye ve seviye şalteri olmayan sistemde pompa havayla karşılaşır. Değişim sırasında kolektör vanasını kapatmak alışkanlık hâline getirilmelidir.
  • Devre başına ölçüm. Kolektörde her hat için akış göstergesi ve termometre bulunsun. Tıkanmaya başlayan bir gözü, parça ölçüsü bozulmadan önce yalnızca debi düşüşünden fark edersiniz.
  • Kış koşulu. Cihaz ve dış hatlar donma riski altındaysa glikol oranı ya da drenaj planı baştan kararlaştırılır. Glikol kullanıldığında basınç kaybı artar ve kapasite değişir; bu, seçim hesabının parçasıdır, sonradan eklenen bir detay değil.

Kalıbı, makineyi ve suyu aynı masada konuşmak

Kardeş markamız Kaplan Plastik plastik işleme makineleri tarafında çalışıyor. Bu yüzden bir tesise baktığımızda konuşulan tek şey "kaç kW gerekiyor" olmuyor: hangi presin yağ soğutucusunun ne kadar su istediği, kalıp devresinin kolektöre nereden bağlandığı, hangi kalıbın hangi sıcaklıkta çalıştığı da aynı masada oluyor. Soğutma grubunu çevrimin bir parçası olarak seçmek, makineyi tanımadan seçmekten farklı bir iş.

Makine listenizi, işlediğiniz malzemeyi ve saatlik üretim miktarınızı iletirseniz kalıp ve yağ devrelerini ayrı ayrı hesaplayıp uygun KPLN modelini teklif formu üzerinden bildirelim.

Kapasite notu. Karşılaştırma tablolarındaki kW ve kcal/h değerleri 12/7 °C su giriş/çıkış ve 35 °C ortam koşulu içindir. Gidiş suyu sıcaklığı düştükçe ya da ortam sıcaklığı yükseldikçe aynı grubun kapasitesi düşer; glikol katkısı da ısı taşıma kapasitesini azaltır. 7 °C altı su ya da glikollü devre gerektiren proseslerde model, katalog tablosundan değil çalışma noktasına göre hesaplanarak seçilir — değerlerinizi iletin, hesabı birlikte yapalım.

Bu uygulama için önerilen modeller

Üç-beş presli atölyelerde kalıp ve yağ devrelerinin toplamı çoğunlukla 35 kW'ın altında kalır; 200 L tankı kalıp değişimindeki seviye düşüşünü tolere eder.

Beş-altı makinelik bir hattın 60-70 kW mertebesindeki toplam yükünü karşılar, iki kompresörüyle kalıp değişiminde yükün yarıya inmesini kademe düşürerek geçer.

Örnek hesaptaki altı presli tesisin seçimi; 17,0 m³/h debisi çok gözlü kalıpların türbülanslı akış ihtiyacına kolektörde pay bırakır.

On makinenin üzerine çıkan, sıcak yolluklu ve çok gözlü kalıplarla çalışan tesislerde 157,0 kW ve 27,0 m³/h ile ana kolektörü tek gövdeden besler.

Sıkça sorulanlar

TEKLİF

Kapasitenizi biliyorsanız model seçin,
bilmiyorsanız birlikte hesaplayalım.

Debi, hedef su sıcaklığı ve ortam sıcaklığını iletin; uygun modeli ve yaklaşık yatırım aralığını çalışma günü içinde dönelim.