Розрахунок розміру охолоджувача та TCU для лиття під тиском

Вступ до систем охолодження форм

Правильний розрахунок розміру охолоджувача та TCU є ключовим для успіху лиття під тиском. Система охолодження видаляє тепло з форми для послідовного затвердіння пластмасової деталі, безпосередньо впливаючи на час циклу, якість деталі та розмірну стабільність. Недостатнє охолодження призводить до довших циклів та деформацій; системи з надлишковим розміром витрачають енергію та капітал.

Цей вичерпний посібник містить точні технічні формули для розрахунку вимог до охолодження на основі ентальпії матеріалу, часу циклу та конструкції форми. Ми обговорюємо як розрахунок розміру охолоджувача для загального охолодження, так і вибір одиниці контролю температури (TCU) для точного контролю температури форми, з практичними прикладами та рекомендаціями щодо інтеграції Tederic.

Основи теплового навантаження

Розрахунки охолодження форм починаються з розуміння тепла, яке потрібно видалити. Під час лиття під тиском тепло надходить до системи через три основних джерела тепла:

• Чутливе тепло з розплаву: Тепловий вміст розплавленого пластмасового матеріалу при вході до форми
• Тепло тертя: Тепло, що генерується в'язким зсувом під час потоку
• Екзотермічне тепло: Тепло, що виділяється під час кристалізації (напівкристалічні пластмаси)

Домінуючим фактором зазвичай є чутливе тепло з пластмасового розплаву. Коли матеріал охолоджується від температури переробки до температури виштовхування, це тепло має бути поглинено охолоджувальною водою, що циркулює через форму.

Основна формула теплового навантаження

Основний розрахунок теплового навантаження використовує фундаментальне термодинамічне рівняння:

Q = m × Cp × ΔT

Де:

• Q = Теплове навантаження (BTU/год або кВт)
• m = Маса потоку пластмасового матеріалу (lb/год або кг/год)
• Cp = Питома теплоємність пластмаси (BTU/lb·°F або кДж/кг·°C)
• ΔT = Зміна температури (темп. переробки - темп. виштовхування)

Ця формула дає нам теоретичне тепло, яке потрібно видалити. На практиці ми додаємо фактори для неефективності системи, запаси безпеки та додаткові джерела тепла.

Повна технічна формула

Комплексний розрахунок потужності охолодження включає додаткові фактори:

Загальне теплове навантаження = (Вага ін'єкції × Cp × ΔT × Цикл/год) + Тепло тертя + Екзотерма + Втрати системи

Для більшості застосувань спрощена формула із запасом безпеки 20-30% покриває 80% вимог до розміру.

Ентальпія матеріалів та питома теплоємність

Питома теплоємність (Cp) значно варіюється залежно від матеріалу. Використовуйте цю довідкову таблицю для точних розрахунків:

Матеріал	Питома теплоємність (BTU/lb·°F)	Питома теплоємність (кДж/кг·°C)	Типова температура переробки (°F)	Типова температура виштовхування (°F)	ΔT (°F)
Поліпропілен (PP)	0.48	2.01	400-450	140-160	240-310
Поліетилен (HDPE)	0.55	2.30	400-500	140-160	240-360
Полікарбонат (PC)	0.30	1.26	550-600	200-220	330-400
ABS	0.35	1.47	450-500	160-180	270-340
Поліамід (Nylon 6)	0.40	1.68	500-550	160-180	320-390
PBT	0.35	1.47	480-520	160-180	300-360
Полістирен (PS)	0.32	1.34	400-450	140-160	240-310

Примітка: Значення питомої теплоємності є середніми та можуть варіюватися залежно від типу та вмісту наповнювача. Зверніться до інформаційних листів матеріалів для точних значень.

Розрахунок ваги ін'єкції за годину

Для розрахунку погодинного потоку пластмасового матеріалу нам потрібна вага ін'єкції та час циклу:

Швидкість потоку пластмаси = Вага ін'єкції (lb) × (3600 секунд/год ÷ Час циклу)

Приклад: Якщо ви працюєте з ін'єкціями 8 унцій (0.5 lb) з 25-секундним циклом:

Швидкість потоку пластмаси = 0.5 lb × (3600 ÷ 25) = 0.5 × 144 = 72 lb/год

Ця швидкість потоку представляє масу пластмаси, яку потрібно охолоджувати щогодини.

Міркування щодо множинних порожнин

Для форм із множинними порожнинами помножте вагу ін'єкції окремої порожнини на кількість порожнин:

Загальна вага ін'єкції = Вага окремої порожнини × Кількість порожнин

Не забудьте врахувати вагу розподільчого каналу та литникового каналу в сімейних формах.

Перетворення в потужність охолоджувача (тони)

Після того, як у нас є теплове навантаження в BTU/год, ми перетворюємо його в тони охолодження:

Тони охолодження = BTU/год ÷ 12,000

Галузевий стандарт стверджує, що 1 тонна потужності охолодження видаляє 12,000 BTU/год (288,000 BTU/день).

Перетворення кВт в тони

Якщо ви працюєте в метричних одиницях:

Тони охолодження = кВт × 0.284

Або точніше:

1 Тона = 3.516 кВт

Вимоги до швидкості потоку та турбулентної течії

Правильна швидкість потоку води є не менш важливою, ніж контроль температури. Число Рейнольдса визначає, чи є потік ламінарним (неефективним) чи турбулентним (ефективний теплообмін):

Re = (Швидкість × Діаметр × Щільність) ÷ В'язкість

Для ефективного охолодження націлюйтеся на турбулентний потік із Re > 4,000.

Розрахунок швидкості потоку

GPM = (Теплове навантаження (BTU/год) ÷ (500 × ΔT)) × 1.1

Де:

• 500 = Теплова ємність води (BTU/галон·°F)
• ΔT = Підвищення температури води (зазвичай 2-3°F)
• 1.1 = Фактор безпеки

Для оптимального теплообміну обмежте підвищення температури води до 2-3°F через форму. Вищий ΔT вказує на недостатній потік.

TCU проти охолоджувача: Посібник із застосування

Виберіть правильну систему охолодження залежно від ваших вимог до точності:

Коли використовувати охолоджувач

• Контроль температури в межах ±2-3°C
• Великі теплові навантаження (>5 тонн)
• Загальне охолодження форми
• Ефективний з точки зору вартості для базових застосувань

Коли використовувати TCU

• Контроль температури в межах ±0.5°C
• Малі-середні теплові навантаження (<5 тонн)
• Точний контроль температури форми
• Можливість нагрівання гарячою олією
• Процеси Variotherm

TCU перевершують у підтримці стабільних температур форми для розмірної послідовності, тоді як охолоджувачі забезпечують грубу потужність охолодження.

Приклад розрахунку розміру крок за кроком

Розрахуємо вимоги до охолодження для форми ємності з поліпропілену.

Параметри процесу

• Матеріал: Поліпропілен
• Вага ін'єкції: 2.5 lb (включно з литником)
• Час циклу: 35 секунд
• Температура переробки: 425°F
• Температура виштовхування: 150°F
• Кількість порожнин: 4

Крок 1: Розрахуйте погодинну пропускну здатність

Загальна вага ін'єкції = 2.5 lb × 4 порожнини = 10 lb

Циклів за годину = 3600 ÷ 35 = 102.9 циклів/год

Погодинний потік пластмаси = 10 lb × 102.9 = 1,029 lb/год

Крок 2: Розрахуйте різницю температур

ΔT = 425°F - 150°F = 275°F

Крок 3: Розрахуйте теплове навантаження

Cp (PP) = 0.48 BTU/lb·°F

Q = 1,029 lb/год × 0.48 BTU/lb·°F × 275°F = 134,916 BTU/год

Крок 4: Додайте фактори безпеки

Загальне теплове навантаження із 25% фактором безпеки = 134,916 × 1.25 = 168,645 BTU/год

Крок 5: Перетворіть в тони охолодження

Необхідна потужність охолодження = 168,645 ÷ 12,000 = 14.05 тонн

Крок 6: Розрахуйте швидкість потоку

GPM = (168,645 BTU/год ÷ (500 × 3°F)) × 1.1 = (168,645 ÷ 1,500) × 1.1 = 112.4 × 1.1 = 123.7 GPM

Рекомендація: 15-тонний охолоджувач із потужністю 125 GPM

Інтеграція допоміжного обладнання Tederic

Машини для лиття під тиском Tederic мають інтегровані інтерфейси допоміжного обладнання для безперешкодного підключення охолоджувача та TCU. Ключові точки інтеграції включають:

• Комунікація OPC UA для моніторингу температури в режимі реального часу
• Інтеграція тривог із системою керування машиною
• Автоматичні послідовності запуску/зупинки
• Запис даних для оптимізації процесу

При виборі допоміжного обладнання Tederic переконайтеся, що потужність охолодження відповідає вашим розрахованим вимогам. Інтегрована система керування дозволяє точний контроль температури та автоматичне виявлення помилок.

Рекомендовані рішення для охолодження Tederic

• Малі застосування (1-5 тонн): Серія TCU Tederic із точністю ±0.5°C
• Середні застосування (5-20 тонн): Серія охолоджувачів Tederic із компресорами змінної швидкості
• Великі застосування (20+ тонн): Центральні системи охолодження Tederic із резервними насосами

Резюме та найкращі практики

Правильний розрахунок розміру охолоджувача та TCU вимагає ретельного розрахунку ентальпії матеріалу, швидкостей циклу та вимог системи. Ключові формули:

• Q = m × Cp × ΔT (теплове навантаження)
• Тони охолодження = BTU/год ÷ 12,000 (потужність)
• GPM = (BTU/год ÷ (500 × ΔT)) × 1.1 (швидкість потоку)

Завжди враховуйте запаси безпеки 20-30% для варіацій процесу та майбутніх вимог до потужності. Розгляньте TCU для застосувань високої точності та охолоджувачі для загального охолодження з високою потужністю. Інтегровані системи допоміжного обладнання Tederic забезпечують безперешкодне підключення та можливості моніторингу.

Не забувайте: Розмір системи охолодження впливає на час циклу, якість деталі та енергетичну ефективність. Правильні розрахунки запобігають дорогому пере- або недостатньому розміру систем.