Na velké ceně Estorilu v roce 2006 skončil Valentino na druhém místě, a to o 0,002 sekundy. Tím přišel o titul světového šampióna.
Co má výše uvedené společného se vstřikováním plastů či hliníku? Kratší čas (cyklu výroby) vyhrává. Jednoduše řečeno: Lisovny a nástrojárny přicházejí o zakázky kvůli vysoké ceně, dlouhým lhůtám a dlouhým výrobním cyklům.
Požadované výsledné tvary jsou čím dál složitější. Nároky na kvalitu rostou. Předepisované cyklové časy se zkracují. Formy jsou čím dál komplikovanější a často se v nich nedostává místa pro vložení nutných komponent. Konstruktér je pak z důvodu nedostatku místa nucen dělat kompromisy. A jak všechny lisovny i slévárny velmi dobře vědí, tyto kompromisy pak negativně ovlivňují finální produkt (kvalitu, tvar...) a samozřejmě také periodu údržby, celkovou životnost formy i časy cyklu.
CHLAZENÉ VÁLCE VEGA ŘADA V450
Společnost JAN SVOBODA, s. r. o., si spolu s výrobcem vysoce kvalitních hydraulických válců VEGA velmi dobře uvědomují čím dále obtížnější situaci konstruktérů, nástrojáren, ale také lisoven a sléváren hliníku či magnézia.
Jednoduše řečeno, díky pokroku v materiálech a zpracovatelských podmínkách jsou válce častěji vystavovány vyšším teplotám, než bylo běžné například před pěti či deseti lety.
Vyšší teploty na formách sice (většinou) pozitivně ovlivňují kvalitu dílů, ale negativně působí na těsnění válců a snímače polohy. Nedostatečně odchlazené části forem pak celkově prodlužují cykly.
Nižší teploty na válci znamenají méně údržby, delší životnost aktivních prvků válce a nižší kumulaci teploty v kritických místech formy.
Proto padlo rozhodnutí vyvinout novou řadu hydraulických válců, která poskytne jednoduché řešení stávajících problémů. Vyvinuta a otestována byla dvě řešení.
Chlazení těsnícího pouzdra pro válce (nejen) na squeez
Obecně vzato, je vyšší teplota teplota formy podstatnou částí technologie, která vede ke kvalitnějším výliskům. Čím dál častěji se pak v praxi prosazují také dynamická a variotermní temperace forem.
V dnešní době je tak běžnou praxí, že pro prodloužení životnosti těsnění válců forem s vyššími teplotami využívají konstruktéři delší zdvihy válců, aby těsnicí pouzdro pístnice dostali dále od zdroje tepla. Tím se sice prodlouží životnost válců (potud dobré), ale naroste velikost formy a zvýší se tak finanční požadavky na její pořízení, což už tak dobré není. Proto byl vyvinut válec V450CP v provedení R.
VÁLEC V450CP V PROVEDENÍ R
U tohoto válce je chlazené pouzdro těsnění pístnice tak, že dokáže bez větších problémů snížit teplotu na těsnění dlouhodobě i o 50 °C. Díky integraci chlazeného pouzdra se tak výrazně prodlužuje životnost těsnicích prvků a podstatně se zmenšuje velikost válce, včetně celkové velikosti formy. To se pozitivně promítá do vstupních nákladů na formu a umožňuje použít menší vstřikovací stroj (tedy s nižší cenou na produkci dílu).
Díky odchlazení válce se pak výrazným způsobem zmenšuje tepelný uzel pod pístem. Kumulace tepla je tím snížena a nedochází k nucenému prodlužování cyklu výroby.
Pro prověření technologie byl proveden pokus zdokumentovaný pomocí termokamery. V jeho rámci se válec postupně dostal na provozní teplotu cca 122 °C. Po jejím ustálení byl spuštěn chladicí okruh pro odchlazení pouzdra těsnění. Díky optimalizaci chladicího okruhu okolo pouzdra byla teplota na válci během zhruba 60 sekund snížena na teplotu chladící vody, tedy na cca 12 °C. Výsledky jsou na přiložených termogramech (snímek z termokamery) válce, S a BEZ odchlazení těsnícího pouzdra.
Jak je z termogramů patrné, na obr. č. 1 (bez chlazení) přesahuje teplota na válci 122 °C. Těsnění dlouhodobě vystavené těmto teplotám a (při nedokonalé zátavbě) mechanickému namáhání spolehlivě destruuje těsnicí prvky a výrazně zkracuje životnost válce. Navíc kumulace teploty pak zpětně ovlivňuje formu a znesnadňuje její chlazení. K tomu je nutné připočíst zvýšenou teplotu hnacího média válce, ať již se jedná o olej, nebo směs voda/glykol. Médium pro pohyb válce funguje jako další kumulační uzel tepla a je nutné jej za zvýšených nároků na spotřebu elektrické energie chladit.
Obr. č. 2 zobrazuje aktivní chlazení pouzdra. Díky odchlazení těsnicího prvku (pouzdro s těsněním pístnice) teplota poklesla na hodnotu okolo 12 °C. Tím se výrazně prodloužila životnost těsnicích prvků a zkrátila doba cyklu. Snížení teploty má za následek také sníženou spotřebu energie na chlazení hnacího média a celkově na životnost aktivních prvků okruhu ovládání válce.
Abychom měli představu, o jak velké výkyvy teplot se jedná, je možné se podívat na 3D profil teplot na válci. Celková teplota válce výrazně poklesla a 3D termogram (obr. č. 2 a č. 3) rozložení teplot ukazuje i výrazné rozdíly teplot v chlazené a nechlazené části.
Zatímco barevné rozlišení teplot na obr. č. 3 vypadá relativně dobře, obr. č. 4 ukazuje 3D výškový rozdíl teplot, což je pro lidské oko přijatelnější a výrazně názornější. Absolutní hodnota žluté (tedy nejteplejší) části je sice vysoko, ale rozhodně ne tak, jako bez odchlazení. Díky výraznému snížení teploty v odchlazené části pak došlo ke snížení celkové teploty válce.
Pro úplnost teplotního pole by bylo potřeba podívat se také „dovnitř“ válce. Termogramy totiž ukazují povrchovou teplotu na válci. Díky odchlazení pouzdra těsnění pístnice obšem logicky došlo k výraznému poklesu teplot také uvnitř válce. Díky tomu je pak zajištěna prodloužená životnost i pro těsnění pístu, tedy pro vnitřní těsnění ve válci.
JDE TO I LÉPE – ANEB VERZE VÁLCE V450CP V PROVEDENÍ D
Odchlazení pouzdra pístnice je vynikající řešení, nicméně na celou problematiku jsme se zkusili podívat nejen z hlediska válce, ale také z hlediska celkové teploty formy, a tedy výrobního cyklu. Stávající řešení chlazení čelistí je nákladné, a to jak z hlediska obrábění, tak potřebné velikosti formy. Běžný design prochlazení čelistí je těžkopádný a obsahuje řadu slabých míst, kde může dojít (a také dochází) k poruchám chladicího okruhu. Při umístění čelisti hluboko ve formě nebo při významném propojování chladicích okruhů (což je bohužel běžná praxe lisoven) se potenciál chyby zvyšuje.
Dlouhé chladicí okruhy, zvláště v kombinaci s hluboko umístěnými rychlospojkami, výrazně zvyšují riziko chyby těsnění rychlospojky, ale to není obsahem tohoto článku.
Jak je vidět na následujícím obr. č. 5, propojovací smyčky jsou pohyblivé, proto potřebují hodně místa v druhé polovině formy (viz vybrání v levé části obrázku). Síly, které namáhají spojení hadice a náustku, jsou radiální a navíc úhlově proměnlivé, což zvyšuje riziko úniku chladicího média, a to přímo do dutiny formy.
Jak je vidět na obr. č. 5, typizované zapojení je opravdu těžkopádné a cena za obrobení nutných částí, zapojení, ale hlavně za udržení v chodu, značně narůstá. Jak tedy napojit efektivně chlazení do čelisti tak, aby byl design jednoduchý, obrábění minimum a celkově koncept funkční?
Odpovědí je právě V450CP v provedení R. Přívod chladicího média do čelisti je proveden pístnicí. Chladicí okruh z pístnice pak pokračuje labyrintem v čelisti a vrací se nazpět do pístnice. Systém je jednoduchý, dlouhodobě funkční a srovnáte-li provedení, je evidentně levnější na provedení (minimalizace obrábění, žádná hadice uvnitř formy, minimum slabých míst, jednoduchá údržba).
Mimo jiné je ovšem chlazený i samotný válec, a to právě přes pístnici. Tím se prodlužuje jeho životnost, snižuje se tepelné zatížení aktivních prvků obvodu pohonu válce a nemusí se tolik chladit hnací médium. Shrnuto, jedná se o efektivní systém eliminace tepelných uzlů ve formě i ve válci a preventivně se řeší potenciální problémy, včetně nehomogenity teplotního pole.
Aktuálně jsou válce s průběžným chlazením pístnice vyráběny v průměrem od 40 do 63 mm se zdvihem až 120 mm. Délka chladicí fontánky je na přání taková, aby vyhověla požadavkům konstruktérů na zástavbu.
JAK TO PŘESNĚ PRACUJE
Na schématu válce je funkce jednoduše viditelná. Průběžná pístnice v sobě obsahuje prodlouženou fontánku, podél které vnějším prostorem proudí chladná kapalina do labyrintu v čelisti. Vnitřní část fontánky pak odvádí chladicí médium mimo formu. Fontánka je zakončená upevňovacími rychlospojkami se standardním zakončením a s možností úpravy na míru. Chladicí kapalinou může být jak voda, tak směs vody a glykolu. Průtok je cca 30 l/min a rychlost 3 m/s.
UKÁZANÁ PLATÍ
Jako první otestovali tyto válce v praxi ve firmě Eurostampi. Tato společnost se vždy zaměřovala na vysokou kvalitu dílů i vysoký výkon produkce přes krátké cyklové časy. Po nasazení chlazených válců do několika forem konstatovali, že válce s integrovanou termoregulací výrazně zjednodušily práci jak při návrhu, tak při výrobě forem.
Použitím chlazených válců VEGA se dramaticky snížilo zatížení konstruktéra (jednoduchý návrh), nástrojárny (méně obrábění) i lisovny (méně údržby), tedy celkově práce související s budováním takového okruhu.
Při spojování válce a těla vozíku musíme mít na paměti jen několik věcí; jmenovitě se ujistěme, že je korektně a v ose spojena pístnice s otvorem v čelisti.
Zkrácení času návrh konceptu formy byl v praxi výrazný. Konstruktér, díky tomu že odpadla nutnost hledat místo pro dutiny pro hadice ve formě, zkrátil čas návrhu z původních cca sedmi hodin na zhruba hodinu (v závislosti na formě).
K další významné úspoře došlo v dílně a při nákupu nutných komponent. V průměru lze říci, že se čas zapojování na dané formě zkrátil až o 15–16 hodin.
Forma je celkově menší, a to jak půdorysně, tak i výškově. Tedy bylo možné použít menší lis.
Hodnocení projektu a kalkulace časových úspor je dílem pana Morgana Saginni, který jako projektový manažer dostal za úkol vyhodnotit komplexně reálnou efektivitu aplikace válců V450CP-R.
SOUHRN BENEFITŮ APLIKACE CHLAZENÝCH VÁLCŮ V450CP V PROVEDENÍ R A D
Výhody nasazení dle firmy Eurostampi jsou psána dohromady jak pro nástrojárny, tak pro konstrukci i lisovny:
- jednodušší konstrukce formy,
- zmenšení velikosti formy,
- zkrácení obráběcích časů na formě,
- válec, hydraulický olej i čelist jsou chlazeny,
- nejsou nutné vysokoteplotní hadice,
- podstatné snížení nákladů na formu,
- podstatné snížení nákladů na údržbu,
- lepší účinnost systému jako celku.