SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D`AIR
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SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D`AIR
SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR Les machines de soufflage de corps creux extrudent les résines plastiques au travers de la tête (1) et déposent la matière plastique fondue qui forme la paraison (3) entre les deux demi-moules. La paraison est ensuite coupée en morceaux convenables dans une cavité (2), à l'intérieur d'un tel moule où l'air comprimé est introduit dans la préforme à travers l'épingle de soufflage(4) ou la canne de soufflage. La pression augmente à l'intérieur de la ARRIÉR-PLAN La distribution de l'épaisseur de la paroi n'est jamais égale sur la surface des pièces moulées par soufflage. Le refroidissement du moule n'est pas égal à la surface du moule non plus. Le transfert de la chaleur des parties épaisses du produit moulé par soufflage (comme le cou et les coins du fond de la bouteille dans l'illustration suivante) à travers une surface limitée du moule, n'est pas égale à celle des parties à parois fines à travers de larges surfaces. De fait, ceci cause plus de (tensions) aux matières et la déformation des produits moulés par soufflage. Le tension des matériaux mène à une qualité inférieure, et le produit pour échouer au tests de fuite de chargement ou d'abaissement. Les mouleurs par soufflage préforme en l'étirant sur les parois de la cavité. L'air ambiant entre la préforme et le moule s'échappe à travers des évents(5) conçus dans le moule. L'eau fraîche passe continuellement à travers les conduits de refroidissement(6) autour de la cavité qui se trouve à l'intérieur du moule(7) refroidissant le moule jusqu'à une bonne température. La grande différence entre la température de la préforme chaude et la surface froide de la cavité, conduit une forte évacuation de la chaleur de la pièce plastique formé. Le produit formé (8) se solidifie dû au refroidissement et garde la forme de la cavité (E) ensuite les produits sont transférés à une station de coupage où les parties excessives sont taillées. La surface intérieure de la pièce moulée par soufflage (creuse) reste à une température beaucoup plus élevée durant le processus de refroidissement du moule. La différence majeure entre la température extérieure et intérieure cause des tensions matières. 1 of 6 sont souvent forcés à augmenter l'épaisseur de la paroi par jusqu'à 10 % pour passer les tests. L'augmentation du poids est liée à un coût plus élevé des matières et une durée de cycle plus longue. La durée de refroidissement, qui est la partie la plus longue du temps total du cycle du processus du moulage par soufflage, est souvent prolongé pour enlever la chaleur à travers la paroi du moule, mais une différence de température est toujours attendue. Le prolongement de la durée de refroidissement retarde la production et diminue les profits. La diminution de la température de l'eau fraîche dans le moule mène à une amélioration limitée. L'utilisation d'eau pure fraîche avec une température entre 6 et 8°C a été suggérée. Les fréquences de circulation d'eau fraîche doivent être les plus élevées que possible pour créer une turbulence d'eau dans les conduits de refroidissement de la moule. Ceci aide à l'extraction de plus de chaleur. L'addition d'un anti-gel à l'eau fraîche afin d'appliquer des températures plus basses a ses avantages. Les agents antigels ont normalement une baisse conductivité qui abaisse l'enlèvement du produit dans le moule et la majorité d'entre eux ont une haute viscosité qui diminue le fonctionnement de la pompe d'eau et diminue les fréquences de circulation d'eau. La diminution de la température de l'air ambiant sous le point de rosée permet à la condensation d'avoir lieu sur les surfaces du moule, ceci ajoute un problème en plus au processus (Voir la Protection de la zone de moulage). Post cooling with internal air exchange adds one step in the process and requires more space and equipment. Some of the stress could have taken place during the mould cooling process or in the transition between the mould and the post cooling station. www.farragtech.com SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR Un système qui injecte du Nitrogène liquide ou du Dioxide de Carbone liquide à l'intérieur du produit a prouvé être tres coûteux pour être appliqué, et n'est pas idéal pour le refroidissement intérieur. Il est difficile de conduire la brume aux endroits désirés dans le produit et la précision de la quantité de liquide injecté varie d'un cycle à l'autre. Le système est aussi hazardeux et compliqué. La dépendence sur un approvisionnement en liquide et l'augmentation des prix des liquides sont aussi des facteurs à considérer. ARRIÉR-PLAN L'illustration suivante montre l'influence de la canne de soufflage et le plan (design) de la vanne de soufflage sur la distribution de l'air à l'intérieur des produits moulés par soufflage. L'exemple (A) montre peu ou aucun échange d'air. (B) et (C) montrent une distribution inégale. L'illustration (D) montre un échange d'air parfait et une parfaite distribution d'air. Rainer Farrag et Herbert Maier ont passé plusieurs années en Europe pour développer le système idéal pour le refroidissement intérieur d'air. Le procédé de soufflage de moule le plus avantageux est celui qui s'applique au système de refroidissement intérieur d'air avec une circulation d'air acceptable, une température acceptable (pas plus que 5°C mais pas moins que -40°C), est un bon échange d'air turbulent. Un rafraichisseur à air comprimé, avec des circuits intégrés de refroidissement, est le coeur du système. L'échange d'air frais à l'intérieur du produit durant la période de refroidissement pour enlever la chaleur des surfaces intérieures réduit considérablement la tension des matières et le temps de refroidissement. La bonne distribution d'air à l'intérieur du produit est très importante pour obtenir l'amélioration voulue. Les aiguilles de soufflage et les cannes de soufflage doivent être conçues individuellement pour chaque produit, pour conduire l'air aux zones avec des parois plus épaisses et les zones qui ne sont pas bien refroidies par le moule. Il est très important de créer une circulation d'air à l'intérieur du produit. Les vannes de soufflage doivent être conçues pour former un produit avec la plus grande pression d'air disponible pour le procédé et ensuite réduire la pression d'air pendant que l'air frais est échangé à l'intérieur du produit. Une pression suffisante doit être préservée à l'intérieur du produit durant tout le temps du refroidissement pour maintenir le contact entre le produit et le moule. 2 of 6 L'échange d'air commence après le soufflage initial avec de l'air stagnant. Le temps initial de soufflage est fixé de façon à être assez long pour former la partie et ventiler les cavités du moule. Les vannes (B) et (C) sont ouvertes et les vannes (A) et (B) sont fermées dans le procédé initial de soufflage. L'air comprimé (P) circule aux cannes de soufflage à travers le connecteur de la machine (M) et le distributeur de l'air (L). Une simple canne de soufflage dans la configuration coaxiale est illustrée agrandie montrant l'air circulant dans tous les deux conduits vers le produit. La pression indiquée par le manomètre (G) montre la pression d'air maximum. Le produit formé et la cavité sont complètement ventilés. www.farragtech.com SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR L'échange d'air suit le soufflement initial. Les vannes (B) et (D) sont ouvertes pendant que (A) et (C) sont fermées. L'air circule maintenant vers le conduit extérieur de la canne de soufflage à travers le distributeur (L), rince la bouteille en enlevant la chaleur des surfaces intérieures et retourne à travers le conduit intérieur de la canne de soufflage à travers les connecteurs des machines (M) envers la vanne papillon (E) et ensuite, finalement déchargée. Le manomètre montre une moindre pression. La vanne papillon est fixée manuellement pour contrôler la pression arrière à l'intérieur du produit et les fréquences de la circulation d'air devant le procédé de refroidissement. Le produit est profondément ventilé avant d'ouvrir le moule pour enlever le produit. Les vannes (A) et (D) sont ouvertes et les vannes (B) et (C) sont fermées. Maintenant, la quantité totale d'air à l'intérieur du produit est déchargée à travers les deux conduits dans la canne de soufflage et tous les deux la machine connectrice (M) et le distributeur (L). Le manomètre ne montre aucune pression et le moule est ensuite ouvert pour transférer le produit à la station d'ébarbage. Le procédé le plus simple de refroidissement intérieur d'air avec une simple canne de soufflage coaxiale et une simple configuration de blocage est illustré. La canne de soufflage peu contenir des conduits multiples dans d'autres plans et le blocage de la vanne de soufflage peut-être différent dans d'autres applications. 3 of 6 ARRIÉR-PLAN Le soufflage à aiguille nécessite au moins deux aiguilles placées aussi loin que possible dans le produit. Toutes les deux aiguilles seront utilisées pour fournir de l'air comprimé pour le soufflage initial de la préforme. Durant le temps de refroidissement, toutes les deux aiguilles s'alternent; une aiguille souffle de l'air à l'intérieur du produit et l'autre décharge l'air chaud vers l'extérieur du produit (et en quelque sorte autour). Toutes les aiguilles dégageront l'air en dehors du produit avant l'ouverture du moule. Il est évident qu'un blocage différent de la soupape de soufflage sera utilisé en soufflant à travers les aiguilles. FarragTech a developpé un plan (design) d'aiguille coaxiale unique. Le plan est opéré aussi simplement qu'une aiguille de soufflage. L'augmentation de la circulation de l'air améliore les résultats, mais les relations entre la circulation d'air et le temps de refroidissement ne sont pas linéaires. L'échange d'air à l'intérieur d'un produit 5 fois pourrait mener a une augmentation dans la production par 10%, mais une augmentation de la production de 15% pourrait résulter quand l'air est échangé 10 fois durant le temps de refroidissement. Les facteurs limitants comme une limite de l'épingle de soufflage ou les cannes de soufflage ne pourraient pas permettre une fréquence élevée d'échanges d'air. Aussi, il faut tenir compte du coût de l'air comprimé. C'est un fait que de meilleurs résultats de refroidissement sont achevé avec des températures plus basses d'air rafraîchi. Toutefois, la relation entre la température de l'air et le temps de refroidissement n'est pas linéaire non plus. La diminution de la température de 25°C à 5°C pourrait mener à une augmentation de la production de 20%, mais une augmentation de 15% pourrait aboutir quand la température de l'air est abaissée encore jusqu'à – 10°C. Les températures d'air en dessous de -40°C ont prouvé être inutiles. Les rafraîchisseurs d'air avec des circuits de refroidissements intégrés sont sans danger et simples. Les composants de la ligne d'air comprimé jusqu'à 16 bars de pression et une température aussi basse que – 40°C, y compris le matériel d'isolation, tuyaux flexibles et les bobines des vannes sont des composants standards. Un signal de soufflage par la machine est nécessaire pour commencer le procédé de soufflage par les vanness de soufflage fournies avec chaque système de refroidissement intérieur d'air. Le signal est toujours disponible dans chaque machine de moulage à soufflage, comme il est nécessaire d'opérer les vannes standards de soufflage pour le procédé de soufflage conventionnel. Un signal additionnel de contrôle est nécessaire pour que la machine de moulage par soufflage change du soufflage initial (avec une pression maximum) à l'échange d'air avec une basse pression quand le système de refroidissement intérieur d'air est appliqué. Les comandes de certaines machines de moulage plus anciennes ne sont pas capables de transmetter ce signal au système de refroidissement intérieur d'air. Dans de pareils cas une boîte extérieure de contrôle est nécessaire pour créer les signaux requis. www.farragtech.com SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR La plupart des systèmes de contrôle des machines à moulage ne sont pas conçus pour contrôler la vanne de soufflage pour les applications de soufflage avec un soufflage alternatif. Une boîte de contrôle extérieur est aussi requise dans de tels cas. La boîte de contrôle illustrée est le centre nerveux du système de refroidissement intérieur. Elle est capable de contrôler deux systèmes de soufflage dans deux machines de moulage à soufflage avec Farrag Intelligent Terminal (FIT – Terminal Intelligent de Farrag) ou autres contrôleurs. Quatre entrées pour signaux de soufflage des machines à moulage sont permises en 20 – 280 V, AC/DC. Huit 24 V en sorties DC (Courant Continu) sont disponibles pour opérer quatre séries de vannes pour systèmes de refroidissement intérieur. Le logiciel conçu par FarragTech pour applications différentes peut être chargé à l'intérieur de la boîte de contrôle, qui est installée normalement ou proche de la machine de age à soufflage. Une boîte de contrôle plus simple est aussi disponible, elle comprend un minuteur LOGO de Siemens pour contrôler deux séries de vannes. Le système intérieur de refroidissement comprend un ou deux rafraîchisseurs d'air. Le Blow Molding Booster (BMB – renforceur de soufflage de moulage) avec une température d'air à 1 – 5°C et le Blow Air Chiller (BAC-rafraîchisseur d'air de soufflage) avec un procédé de température d'air aussi basse que -35°C sont disponibles avec une série complète de blocs de vannes de soufflage convenables et des aiguilles ou cannes de soufflage conçues individuellement. Le Blow Molding Booster (BMB) est un rafraîchisseur d'air comprimé , conçu par Rainer Farrag pour les application de moulage par soufflage. La température de sortie d'air est conçue pour être au-dessus de 0°C pour éviter la congélation de l'humidité de l'air comprimé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur (évaporateur) de l'unité. Le rafraîchisseur de dimensions appropriées pour l'application de moulage par soufflage est capable de maintenir un approvisionnement d'air comprimé à une température de moins de 5°C pour le processus de moulage par soufflage. 4 of 6 ARRIÉR-PLAN L'unité refroidie par eau avec un contrôle constant de température est très compacte et installée normalement au-dessus de la machine de moulage par soufflage, ainsi économisant l'espace au sol. Il est conçu pour faire face à n'importe quelle qualité d'air comprimé. La pression d'air recommandée doit être entre 6 et 12 bar. L'eau filtrée de refroidissement à une température maximale de 20°C de l'usine est nécessaire pour refroidir le circuit de réfrigération. Une augmentation de production entre 15% et 35% est attendue avec BMB et des bons composants du système de refroidissement intérieur d'air. Le Blow Air Chiller (BAC – le refroidisseur d'air de soufflage) sophistiqué a été conçu par Rainer Farrag pour rafraîchir l'air comprimé pour les systèmes de refroidissement intérieur d'air jusqu'à une température aussi basse que -35°C. L'air comprimé est sèché jusqu'à un point de rosée le plus bas que – 40 °C avant d'être rafraîchi dans l'échangeur de chaleur (évaporateur) de l'unité de rafraîchissement intégré. Les Unités de BAC nécessitent un approvisionnement de bonne qualité d'air comprimé à un point de rosée de pression inférieur ou égal à 8 °C et un qantité d'huile inférieure à 0.01 g/m3. Ceci est une qualité d'air standard et disponible dans plusieurs usines de moulage. Les Unités BAC sont des rafraîchisseurs d'air comprimé et nécessitent de petites quantités d'eau de refroidissement, filtrées à une température pas plus que 15°C. Finalement, aucune maintenance est nécessaire quand une bonne qualité d'air et d'eau (Standard industriel) est approvisionée aux unités. Les filtres d'air sont fournies avec chaque unité seulement pour sécurité supplémentaire. BAC est équipé avec un Farrag Intelligent Terminal (FIT – Terminal Intelligent Farrag). Un micro-ordinateur avec écran graphique pour un contrôle plus précis et la visualisation des données. Les unités BAC compactes sont www.farragtech.com SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR normalement posées sur le sol et peuvent être installées sur les plateformes boudineuses des machines de moulage par soufflage industriels de grandes dimensions. Une augmentation de production de 25 % à 50 % avec l'application de BAC en complément d'un système de refroidissement intérieur d'air peut être attendue en la comparant à un procédé conventionnel d'air stagnant. Quelques cas, dans le moulage par soufflage industriel, on démontré une augmentation de plus de 100 % dans la production. L'isolation par mousse sur toutes les lignes d'air frais est très importante pour garder l'air soufflé à une basse température tout le trajet entre l'unité et les outils de soufflage. Les expérimentations en moulage par soufflage avec les systèmes de refroidissement d'air intérieurs ont prouvé que l’évacuation, de la température à travers la paroi d'un réservoir est plus homogène et la température d'ensemble du produit est plus basse quand le système de refroidissement intérieur est appliqué efficacement. La qualité du produit s'améliore et la production de la ligne de production augmente. L'illustration suivante montre la différence avec un exemple pratique. Une petite bouteille est produite dans une machine de moulage par soufflage. La température de l'eau utilisée pour refroidir le moule a été mesurée à 10 °C. La durée du cycle dans un procédé conventionnel de soufflage d'air stagnant était de 11 secondes avec un temps de refroidissement de 8 secondes (partie gauche de l'illustration). Un certain point spécifique a été choisi pour mesurer la différence et le profil de température a été mesuré à travers la paroi du produit à ce point. Une différence dramatique de température, entre les surfaces intérieures et extérieures a été détectée. Le système de soufflage a été ensuite changé par un système de refroidissement d'air intérieur avec de l'air frais fournit à une température de 3°C. La température d'air frais est restée inchangée avec le même temps de cycle de 11 secondes et un temps de refroidissement de 8 secondes (milieu de l'illustration). La température d'ensemble a été beaucoup plus basse que celle qui a été mesurée dans un processus de soufflage conventionnel et les deux surfaces intérieure et extérieure ont démontré une température beaucoup plus basse avec un pic au centre de la paroi. 5 of 6 ARRIÉR-PLAN Le troisième essai (la partie droite de l'illustration) a été exécuté avec la même température d'eau fraîche dans le moule et la même température d'air comprimé mais le temps de refroidissement a été réduite à 5.2 secondes. La durée totale du cycle a baissé en conséquence à 8.2 secondes. Le niveau de température d'ensemble a été juste en dessous des valeurs mesurées dans un procédé conventionnel et la température des deux surfaces intérieure et extérieure a été identique et juste un peu plus élevée dans le deuxième essai mais plus basse qu’avec un soufflage conventionnel comme dans le premier essai. La répartition de la température à travers la paroi a démontré un sommet dans le milieu de la paroi. La production dans le premier cas avec de l'air stagnant a été de 327 bouteilles/heure, mais dans le dernier cas avec le refroidissement d'air intérieur, le débit de production a augmentéde 33 % pour obtenir jusqu'à 440 bouteilles/heure. Des échantillons ont été rassemblés dans tous les essais et les dimensions de la bouteille ont été soumises à une comparaison qui a clairement démontré une meilleure stabilité de dimensions durant le deuxième essai suivi par les échantillons du troisième essai. Les échantillons ramassés durant le premier essai www.farragtech.com SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT INTÉRIER D’AIR avec de l'air stagnant ont été très loin en arrière. Les essais de chute en charge ont été exécuté et les résultats étaient semblables à ceux des essais de dimension. Le produit testé (741,590 grammes) est une pièce pour l’automobile. Dû à son emplacement à l'intérieur de la voiture (refroidisseur d'huile) il a une forme complexe. En conséquence, le piece en polypropylène a des zones d'étiremement différentes, une épaisseur de paroi variable (1.35 à 3.80 mm) et une large diversité de besoins en évacuation de températures rendant la pièce plutôt difficile à souffler. Pour des raisons de sécurité dans l'industrie automobile, le refroidisseur d'huile doit être solide et sans tensions, ce qui a été très difficile d'obtenir avec un procédé de soufflage stagnant conventionnel. Une comparaison entre le procédé habituel et le procédé de refroidissement d'air intérieur a été faite pour justifier l'investissement et obtenir une approbation du producteur des voitures pour appliquer le système de refroidissement d'air intérieur. ARRIÉR-PLAN Table : Données pour la comparaison Température de la préforme en °C Température d'arrivée de l'eau fraîche en °C Température de retour de l'eau fraîche en °C Température de l'air comprimé en °C Température de l'air d'échappement en °C Pression de l'air du soufflage en bar Consommation moyenne d'air en Litre/sec Consommation de l'air en Litre/heure Température de refroidissement en secondes Température totale du cycle en secondes Débit de production par heure Augmentation de la production en % Procédé avec air stagnant 195 11.9 12.7 20 8.5 44 61 59 Refroidissement d'air intérieur 199 11.4 12.5 -29 56 7.5 18 38,000 24 41 87.8 48.8 CALCULATION FINANCIÈRE Stagnant air cess Encore une fois, des échantillons ont été rassemblés de la production normale avec un soufflage d'air stagnant et après le changement vers le système de refroidissement d'air intérieur. 6 of 6 Coût de la machine à l'heure Coût du personnel Heures de production journalière Poids du produit en grammes Coût de la résine par kg Coût de la résine par produit Courant supplémentaire pour refroidissement intérieur en kW Additional energy cost for internal cooling/h Coût de l'énergie supplémentaire pour le refroidissement intérieur/hr Coût de l'air comprimé/hr Coût de fabrication/hr Coût de fabrication journalière Nombre journalier de produits Coût de fabrication par produit Profit journalier lié au refroidissement intérieur Investissement dans le système de refroidissement d'air intérieur Amortissemont en jours 117.8 51.8 24 590 1.85 1.09 Internal air cooling 117.8 51.8 24 540 1.85 1.00 7 0.18 234.02 5,617.00 1,416.00 3.97 64.91 1.95 260.75 6,258.00 2,107 2.97 2,107.00 70,000.00 33.22 AMORTISSEMENT: 33 jours seulement pour rembourser. www.farragtech.com