Индукционный нагрев

В начале 2010 года компания Gas Injection WorldWide — партнёр компании «Японские литьевые машины» по технологиям литья с газом/водой/паром осуществила первый в мире коммерческий запуск новой технологии — внешнего индукционного нагрева в рамках общей технологии RTC (Rapid Temperature Cycling).

В номере 10-2009 журнала «Пластикс» наша компания опубликовала статью о технологии литья литья под давлением с паром RTC SWC, которая позволяет достичь высокого блеска за счёт нагрева пресс-формы перед моментом впрыска и во время заполнения полости изделия. Такая технология отлично подходит для объёмных или больших плоскостных изделий, придавая им не только блеск без окрашивания, но и устраняя внутренние напряжения и многочисленные дефекты, неизбежные при обычном литье.

Технология RTC IHC — внешнего индукционного нагрева применяется для другой группы изделий — малых изделий максимальными размерами 30 х 30 х 3.0 см (примерно размер 15-ти дюймового монитора), которые обладают небольшой высотой, и условно называются «двухмерными». Главные достоинства технологии внешнего индукционного нагрева:

• Технологию можно использовать с существующими пресс-формами
• Скорость нагрева поверхности пресс-формы примерно в 4 раза быстрее, чем при использовании литья с паром

Технология внешнего индукционного нагрева работает следующим способом:

• Пресс-форма открывается;
• В полость пресс-формы сверху входит робот для съема предыдущего изделия с подвижной стороны пресс-формы, и одновременно снизу в полость пресс-формы входит устройство нагрева, которое примыкает к неподвижной стороне пресс-формы (как правило, лицевая поверхность находится с неподвижной стороны) на расстояние в 3.0–5.0 мм от поверхности пресс-формы;
• Устройство нагрева с медной индукционной катушкой осуществляет нагрев полости пресс-формы до заданной температуры, обычно в течение 3 – 6 секунд, после чего механическое устройство опускается вниз;
• Пресс-форма закрывается и происходит обычный цикл литья под давлением.

При индукционном нагреве, через медную индукционную катушку пропускается переменный ток высокой частоты. С помощью известного электромагнитного феномена, ток в индукционной катушке побуждает вихревой ток (Eddy Current) в первых 200 микронах стали поверхности пресс-формы. Сопротивление течению вихревого тока в стали создаёт очень быстрый нагрев поверхности пресс-формы. Небольшая глубина нагрева (200 микрон) по сравнению с методом литья под давлением с паром (8.0 мм) позволяет осуществлять нагрев со значительно меньшими затратами на электроэнергию.

Если вставить руку между пресс-формы и устройством нагрева, Вы не почувствуете никакого тепла и изменения температуры, но если одеть обручальное кольцо, оно очень быстро станет очень горячим. Поэтому преимуществом технологии индукционного нагрева является и отсутствие рассеивания энергии.

Для реализации данной технологии требуется:

• Контроллер управления RTC IHC
• Медная индукционная катушка
• Подающее механическое устройство нагрева

Панель, изготовлененая из стеклонаполненного поликарбоната

Технология индукционного нагрева позволяет легко устранять линии течения расплава и линии спая, особенно на таких изделиях, как пульт от телевизора или корпус мобильного телефона с кнопками, корпус камеры или монитора, различные видовые панели в автомобиле, когда расплав многократно расходится и сходится. Как и при использовании технология литья с паром, индукционному нагреву присущи помимо блеска изделия (который достигается без окрашивания) и все преимущества технологии RTC SWC:

• Устранение видимых линий холодного спая и потока материала
• Поверхность высокого качества с очень хорошим блеском без окрашивания  даже на стандартном материале
• Великолепная проливаемость структуры поверхности, особенно сложных участков (например, акустических решёток на ТВ-корпусе)
• Ровная поверхность даже при использовании стеклонаполненных материалов
• Устранение «серебрения» на лицевой поверхности
• Улучшение оптических свойств поверхности — меньше искажений / более равномерный индекс преломления
• Возможно уменьшение толщины стенки (уменьшение веса изделия и уменьшение времени цикла) и увеличение длины пути течения расплава, возможно уменьшение времени выдержки и охлаждения
• Уменьшение времени цикла и значительное меньше энергопотребление по сравнению с другими методами RTC

В то же время индукционный нагрев хорошо работает именно на небольших изделиях, и, главное, их форма должна быть «двухмерной», то есть изделие не имеет большой габарит толщины (не более 30мм), и индукционный нагрев используется для лицевой поверхности. Технология не только улучшает внешний вид изделия и позволяет добиться отличного блеска без дорогостоящего окрашивания, но существенно сокращает количество брака.

Ограничение связано с тем, что после начала цикла, нагрев прекращается, и температура пресс-формы падает. Второй раз она поднимается при впрыске материала, а затем снова падает.

Другим методом индукционного нагрева является внутренний индукционный нагрев, когда нагревательные элементы встраиваются в пресс-форму. Это позволяет избежать падения температуры до определённого момента, но возникает конфликт зоны нагрева и зоны охлаждения внутри пресс-формы, снижается эффективность и увеличивается энергопотребление. Кроме того, в отличие от внешнего индукционного нагрева, пресс-форма должна быть модифицирована, а в стоимость отчислений на лицензию и патенты достаточно высока.

Третий метод индукционного нагрева использует вставку нагревательных картриджей в пресс-форму, наподобие горячеканальных элементов, но такая технология обладает недостатками предыдущего метода, а также меньшим эффектом – остаются видимые линии спая, несмотря на блеск изделия, а горячеканальные элементы имеют тенденцию сгорать через несколько недель.

Похож на внешний индукционный нагрев метод внешнего инфракрасного нагрева. Такое же устройство раз в цикл поднимается снизу в полость пресс-формы и производит нагрев, но с помощью инфракрасных элементов. При похожести технологий в практических результатах между ними огромная разница:

• В отличие от индукционного метода, инфракрасный нагрев излучает тепло и в воздух. Это приводит к рассеиванию тепла и потерям энергии;
• Большим недостатком метода инфракрасного нагрева является то, что энергия отражается от полированной поверхности пресс-формы, поэтому скорость нагрева очень медленная, а потребление электроэнергии высокое;

В целом, подводя итоги, инфракрасный метод использует излучаемое тепло, а индукционный метод – электромагнитный эффект. Поэтому индукционный метод обеспечивает нагревание гораздо быстрее, при этом тратится значительно меньше электроэнергии.

Первый в мире заказчик системы внешнего индукционного нагрева производит деталь для автомобильной промышленности, сделанную из ABS / PC, которая затем металлизируется с помощью вакуума. Поскольку негативный эффект от видимых линий спая и путей течения расплава уменьшился в несколько раз, количество брака по сравнению с традиционным литьём под давлением после процесса металлизации уменьшилось в несколько раз. Используя индукционный нагрев от Gas Injection WorldWide, количество брака после металлизации уменьшилось до отметки менее 2%. Стоит отметить, что деталь используется одним из главных немецких производителей автомобилей, но его имя не подлежит публикации.

В офисе нашей компании можно просмотреть видеоролик производства данного изделия с процессом внешнего индукционного нагрева.