射出成形機に最適なチラーの選び方と組み合わせ方

実際、金型は本質的に熱交換器です。溶融プラスチックから金型へ、そして連続的に循環する冷却媒体（通常は氷水）へと熱が伝達されます。空気中や射出成形機の金型プレートに放出される熱はごくわずかです。実際、プラスチックの固有の特性と高品質な最終製品への要求から、冷却段階はプラスチック成形プロセスにおいて極めて重要な役割を果たします。この段階は、サイクル時間全体の最大80%を占めることもあります。したがって、冷却時間を最小限に抑えることは絶対に必要です。.

例えば、金型の一般的な成形サイクルは約20秒です。冷却塔からの水の代わりにチラーで生成した氷水を使用することで、冷却時間を16秒に短縮できます。チラーの導入には初期費用がかかりますが、生産量を20%増加させることが可能です。長期的には、生産性の向上を通じて大きな利益を得ることができます。.

では、氷水のエネルギーはどのように選択するのでしょうか？前述のとおり、成形材料の比熱容量、プラスチックの融解時の温度、材料の重量、および型からの離型時の温度によって決まります。.

一般的な射出成形金型の冷却では、氷水の圧力は通常0.1～0.2MPaに設定され、これは要求を満たすのに十分です。フル機能のマイクロコンピュータチラーでこの要求を満たすことができます。もちろん、氷水の圧力が0.2MPaを超える場合は、システムの給水要件を満たすことができるウォーターポンプを組み込む必要があります。流量と配管径の関係表：

型を作るのに必要な氷水のエネルギーの計算式は、q = w × c × t × s です。.

式中：

• qは氷水に必要なエネルギーをkcal/h単位で表したものである。.
• wはプラスチック材料の重量（kg/h）を表します。.
• cはプラスチック材料の比熱をkcal/kg℃で表したものである。.
• tは、プラスチックの融点と離型時の温度との差を摂氏で表したものである。.
• sは安全率を表し、一般的には1.35～2.0の範囲で用いられます。単一の機械をマッチングさせる場合は、通常、小さい方の値が選択されます。しかし、1台のチラーを複数の金型にマッチングさせる場合は、大きい方の値が選択されます。例えば、空冷式チラーを選択する場合は、sも比較的大きな値に設定する必要があります。.

例えば、金型を使用してPP製品を製造し、生産速度は約50kg/時であるとします。必要な冷却能力はどれくらいで、どのくらいのサイズのチラーが適しているでしょうか？

式 q = 50 × 0.48 × 200 × 1.35 = 6480 (kcal/h) を使用します。したがって、必要な冷却能力は 6480 kcal/h です。 SIC-3WまたはSIC-3Aチラー この冷却能力を提供するのに適しているだろう。.

チラーの実際の選定プロセスでは、完全なデータを入手することが困難な場合が多い。経験に基づくと、t = 200°C は、多くの一般的に使用されている製品について長年の統計から導き出された平均値である。.

金型にホットランナーシステムが搭載されている場合、冷却能力の計算にはホットランナーシステムのエネルギーも含める必要があります。一般的に、ホットランナーシステムのエネルギーはkW単位で測定されるため、kcal/hに換算する必要があります。1kW = 860kcal/hです。.

工場に十分な量の低温かつ低コストの水が供給できる場合、チラーを使用する必要はないかもしれません。しかし、工場が比較的水温の低い大きな湖の近くに位置していない限り、これは一般的に現実的ではありません。別の選択肢としては、都市部の深井戸から水を取り出して温度と流量の要件を満たす方法がありますが、これは多くの場合、高コストを伴います。この方法は実験的な設備には有効かもしれませんが、ほとんどの工場には実用的ではありません。.

氷水の温度差

プラスチック成形金型内の冷却液（氷水）の温度は、加工材料や製品の形状によって大きく異なります。例えば、ポリスチレン製の薄肉ビーカーの場合、金型には0℃以下の氷水が必要です。その他のほとんどのケースでは、5℃以上の氷水が必要です。高性能なマイクロコンピュータ制御チラーは5℃以上の氷水を供給できますが、低温インテリジェント温度制御チラーは5℃以下、さらには0℃以下の要求にも対応できます。.

プラスチック成形金型の入口と出口における氷水の温度差は、製品の要求仕様に基づいて設定されることが多い。多くの場合、3～5℃の温度差が理想的とされるが、1～2℃の温度差が求められる場合もある。温度差が小さいほど除去される熱量は同じになるため、より多くの氷水の流量が必要となる一方、温度差が大きいほど流量は少なくて済む。例えば、温度差が5℃の場合は60リットルの流量が必要となるが、温度差が2℃の場合は150リットルの流量が必要となる。.

氷水の流量

プラスチック成形に必要な氷水の流量は、必要な熱量に直接関係します。.

氷水品質に関する理論的考察

チラーを使用する際には、水の軟化が重要な考慮事項となります。水のpH値も継続的に監視する必要があり、最適なpH値は7です。pH値が7を超えると、深刻な腐食を引き起こす可能性があります。対処しないと、蒸発器やモールドにスケールが発生し、断熱材として作用します。深刻な場合、エネルギー変換効率が30%低下する可能性があります。硬水の問題に対処することは不可欠です。.

最も効果的な方法は、システムに電子式軟水器を設置することです。このような軟水器はイオン交換の原理に基づいて設計されています。流量に応じて、さまざまな仕様の軟水器を循環水配管に直接設置できます。軟水器の設置費用は一般的に手頃であり、循環システムに定期的にスケール防止剤を添加することも検討できます。.

製氷機の流量と圧力

一般的な射出成形金型の冷却用途では、0.1～0.2MPaの氷水圧で十分です。この圧力要件は、高性能なマイクロコンピュータ制御チラーで満たすことができます。圧力要件が0.2MPaを超える場合は、システムの給水ニーズを満たすために、適切な圧力のウォーターポンプを使用するための追加的な計画が必要です。.

作動油冷却部およびバレル供給部

通常、冷却塔からの冷却水を用いて、作動油とバレル内の供給部を冷却します。この方法は最適であるだけでなく、費用対効果にも優れています。特別な温度要件がない限り、冷却には氷水を使用することも可能です。.

氷水配管には断熱材が必要です。断熱材は冷却能力の大幅な低下を防ぐだけでなく、配管外面への結露の発生も防ぎます。例えば、氷水の温度が10℃、周囲温度が30℃の場合、表面積25m²の25m長の金属管は、最大750kcal/hの熱を放射します。これは、3hpコンプレッサーが生成する冷却能力の約10%、5hpコンプレッサーが生成する冷却能力の約6%に相当します。.

• 射出成形機とチラーの選定と組み合わせ方。射出成形機が通常の周囲温度で稼働している際に、必要な冷却能力を効率的かつ効果的に提供できるチラーを見つける必要があります。お客様の場合、水冷式チラーの場合は冷却水の凝縮温度が35℃以下、空冷式チラーの場合は43℃以下である必要があるとのことでした。
• 1馬力の水冷式チラーは、80トンの型締め力を発揮する射出成形機と組み合わせることで、温度を5～10℃の範囲に維持することができる。.
• 1HP水冷式チラーは、型締め力100トンの射出成形機と組み合わせることで、温度を10～15℃の範囲に効果的に制御できます。また、1HP水冷式チラーは、型締め力120トンの射出成形機と組み合わせることで、温度を15～20℃の範囲に制御できます。（注：空冷式チラーの場合、適合能力は水冷式チラーの0.8倍です。したがって、1HP空冷式チラーは、型締め力64トンの射出成形機と組み合わせることで、温度を5～10℃の範囲に制御できます。）

1. 2つ目の方法：

• 1馬力の水冷式チラーは、10 QZの単発重量を持つ射出成形機と組み合わせることで、温度を5～10℃の範囲に制御できます。注：1 QZは28.5gの材料に相当します。上記の計算式は参考値であり、実際の状況を考慮して適切なチラーを選択してください。.

1. チラーと冷却塔の組み合わせ：

経験上、1HPのチラーが効率的に発生する熱を除去するには、通常1.2冷却トンの冷却塔が必要となる。.