Wtryskiwanie to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki, podany z pojemnika do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest
wtryskiwany przez dyszę i tuleję wtryskową do gniazd formujących. Tworzywo zestala się w
nich, a następnie jest usuwane z formy w postaci gotowej wypraski, po czym cykl procesu
rozpoczyna się od nowa. Proces ten przeznaczony jest głównie do przetwórstwa tworzyw
termoplastycznych, lecz stosowany również do przetwórstwa tworzyw termo - i chemo -
utwardzalnych. Wtryskiwanie jest podstawowym procesem wytwarzania z tworzyw
sztucznych gotowych wyrobów o masie od 0,01g do 70 kg . Został on wprowadzony po raz
pierwszy na początku XX wieku, do przetwórstwa pierwszych termoplastycznych tworzyw
sztucznych.
Zalety procesu wtryskiwania
- wytwarzanie nawet najbardziej skomplikowanych wyrobów w jednym procesie
technologicznym;
- mały bądź żaden udział obróbek wykańczających;
- wysoka jakość i powtarzalność własności i wymiarów;
- możliwość pełnego zautomatyzowania, komputerowego sterowania i kontroli procesu;
- w porównaniu z obróbką metali, znaczne zmniejszenie liczby operacji technologicznych,
mniejsze zużycie energii bezpośredniej i wody, niewielka pracochłonność, niska emisja
związków szkodliwych dla otoczenia.
Wady procesu wtryskiwania
- wysoki koszt maszyn (wtryskarek) i niejednokrotnie dorównujący mu koszt
oprzyrządowania (form), powodujący wydłużenia czasu amortyzacji i wysokie koszty
uruchamiania produkcji;
- ze względu na powyższe, technologia wtrysku opłacalna tylko przy produkcji wielkoseryjnej
i masowej;
- konieczność wysokich kwalifikacji pracowników nadzoru technicznego, którzy muszą znać
specyfikę przetwórstwa tworzyw sztucznych;
- konieczność zachowania wąskich tolerancji parametrów przetwórstwa;
- długi czas przygotowania produkcji ze względu na pracochłonność wykonawstwa form
wtryskowych.
Ze względu na specyficzne własności tworzyw sztucznych, wtryskiwanie jest bardzo
złożonym procesem technologicznym; w odróżnieniu od pozornie pokrewnego procesu
odlewania ciśnieniowego metali nie jest procesem mechanicznym, lecz mechaniczno-
fizycznym. W procesie wtryskiwania uzyskuje się wypraskę charakteryzującą się nie tylko
określonym kształtem, lecz także specyficzną strukturą, wynikającą ze sposobu płynięcia
uplastycznionego tworzywa w formie oraz przebiegu jego krzepnięcia. Ponieważ procesy te
zachodzą w formie wtryskowej, konstruktor tego narzędzia musi uwzględniać, prócz
zagadnień typowo mechanicznych, również zagadnienia związane z fizycznym charakterem
przemian tworzywa (skurcz). Skonstruowanie racjonalnie pracującej formy wymaga
równocześnie od konstruktora gruntownej znajomości możliwości technicznych wtryskarki,
ponieważ jest to maszyna o wyjątkowo bogatych możliwościach, zapewnionych przy jej
wyposażenie i liczne programy pracy.
www.chomikuj.pl/MarWag987
Fazy procesu wtryskiwania
1. zamykanie formy,
2. dosuwanie układu uplastyczniającego do formy tak aby dysza wtryskowa zetknęła się z
tuleją wtryskową,
3. wtryśnięcie uplastycznionego tworzywa przez dyszę do gniazda formy i jego wypełnienie
(faza wtrysku)
4. uzupełnienie tworzywa w gnieździe poprzez nieduże dociśnięcie ślimaka w celu
wyrównania zmniejszenia objętości wywołanej skurczem zestalającego się tworzywa (faza
docisku),
5. chłodzenie wypraski;
6. odsunięcie układu uplastyczniającego i wprawienie ślimaka w ruch obrotowy, co
powoduje ponowne pobranie tworzywa z leja zasypowego i jego uplastycznienie,
7. otwarcie formy i wyjęcie wypraski,
8. przygotowanie formy do następnego cyklu.
Odmiany wtryskiwania
1. Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych- w czasie nagrzewania których zachodzą dwa
przeciwdziałające sobie zjawiska: uplastycznianie i następnie stapianie oraz polimeryzacja,
której skutkiem jest utwardzanie tworzywa. Tworzywo w układzie uplastyczniającym ulega
niecałkowitemu uplastycznieniu. Utwardzanie tworzywa zachodzi w gnieździe formy, która
jest ogrzewana.
2. Wtryskiwanie wielokomponentowe - może być prowadzone w różnych wariantach.
Wypraska może składać się z różnych tworzyw lub z tych samych tworzyw o różnych
kolorach (wtryskiwanie wielokolorowe).
3. Wtryskiwanie wyprasek porowatych - uzyskuje się przede wszystkim dzięki wprowadzeniu
do tworzywa wejściowego poroforu rozkładającego się w procesie przetwórstwa. Wypraska
porowata ma litą warstwę zewnętrzną - naskórek różnej grubości, a rdzeń porowaty.
4. Wtryskiwanie niskociśnieniowe - zwane też odlewaniem wtryskowym charakteryzuje się
tym, że wypełnianie gniazda formy wtryskowej odbywa się przy obracającym się ślimaku o
stożkowym i uzwojonym zakończeniu, utrzymywanym w poprzednim położeniu
bezpośrednio przy dyszy wtryskowej, co powoduje szybkie doprowadzanie tworzywa do
żądanej temperatury i ułatwiania wypełniania gniazda formującego. Wtryskiwanie
niskociśnieniowe stosuje się do wytwarzania przedmiotów grubościennych o dużych
wymaganiach co do wymiarów, kształtu i położenia.
5. Wtryskiwanie wspomagane gazem obojętnym - po wprowadzeniu do formy niewielkiej
porcji tworzywa zostaje wprowadzony sprężony azot (ok. 30 MPa), który je rozdmuchuje.
Stosowane przy produkcji wyrobów o przekroju zamkniętym, czego nie można uzyskać w
innych procesach. Stosowane również dla uzyskania dużej sztywności przekroju przy
zachowaniu cienkościenności wypraski.
6. Wtryskiwanie z doprasowaniem - gniazda formy zamykają się teleskopowo; tworzywo jest
ściskane przez cały czas ochładzania;
www.chomikuj.pl/MarWag987
7. Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem - po wtryśnięciu część stemplowa formy z
niezastygniętym tworzywem zostaje przesunięte do innej formy o kształcie np.; butelki. W
wyniku rozdmuchu i ochłodzenia kształt zostaje utrwalony.
8. Wtryskiwanie termoutwardzalnych elastomerów - usieciowanie tworzywa lub gumy
następuje dopiero w gorącej formie wtryskowej o temperaturze ok. 180°C.
9. Wtryskiwanie żywic i kauczuków dwuskładnikowych - dwa komponenty żywicy lub np.
kauczuku silikonowego doprowadzane są przez małe pompy i urządzenia mieszające do
cylindra wtryskowego. Przyśpieszone sieciowanie odbywa się w gorącej formie wtryskowej.
Współczesne wtryskarki są skomplikowanymi, wielofunkcyjnymi maszynami do
przetwórstwa tworzyw sztucznych. Ogólna budowa wszystkich ich typów (rys.1) jest
podobna, ponieważ składają się one z pełniących tę sama rolę zespołów funkcyjnych (rys. 2).
W zależności od rodzaju przetwarzanego tworzywa, sposobu pracy, rodzaju formy itp., są
dostosowywane do wymogów poszczególnych wariantów technologii w sposób
konstrukcyjny bądź przez zastosowanie specjalnego wyposażenia technicznego. Wielkość
wtryskarki, jej możliwości wytwórcze charakteryzuje siła zamykania, objętość wtrysku i
wymiary przestrzeni, w której mocowana jest forma wtryskowa
Zespoły funkcyjne wtryskarki
Zespół uplastyczniania i wtryskiwania. W zależności od potrzeb produkcyjnych jest on
wymienny; zwany jest agregatem wtryskowym. Rodzaj budowy tego zespołu określa również
nazwę całej wtryskarki.
Schemat konstrukcyjny wtryskarki ślimakowej z podstawowymi zespołami:
1- siłownik napędu stołu, 2- kolumny prowadzące stół, 3- nakrętki do nastawiania wysokości
formy, 4- stół tylny nieruchomy przestawny, 5- zespół kolumnowo- dźwigniowy, 6- stół
ruchomy, 7- zderzak wtryskarki, 8- stół przedni nieruchomy, 9- cylinder wtryskowy, 10- dysza
wtryskarki, 11- ślimak, 12- grzejnik, 13- chłodzenie strefy zasypowej cylindra, 14- lej
zasypowy, 15- silnik napędu ruchu obrotowego ślimaka, 16- siłownik przesuwu ślimaka, 17-
prowadnice agregatu wtryskowego, 18- zbiornik oleju układu hydraulicznego, 19- siłownik
przesuwu cylindra, 20- dławik, 21- regulator ciśnienia oleju układu hydraulicznego.
www.chomikuj.pl/MarWag987
Zespoły zamykania i otwierania formy
Forma wtryskowa mocowana jest do płyt mocujących wtryskarki. Jedna z tych płyt,
nieruchoma jest przymocowana do korpusu wtryskarki, druga zaś, ruchoma, przesuwana jest
po kolumnach prowadzących lub - we wtryskarkach bezkolumnowych - po prowadnicach
umieszczonych na korpusie. Funkcje ruchu i wywarcia niezbędnej siły zamykania realizowane
są przez następujące systemy napędowe:
Napęd kolumnowo - dźwigniowy, w przypadku którego stół ruchomy jest przesuwany przez system.
Kolanowo - dźwigniowy, najczęściej 5-punktowy (przegubowy), uruchamiany pojedynczym
siłownikiem hydraulicznym. System ten charakteryzuje duża szybkość ruchu oraz niewielki
wydatek oleju (energii). Jednakże do wywarcia pełnej siły zamykania konieczne jest pełne
rozprostowanie dzwigni z jednoczesnym pełnym zamknięciem formy.
Napęd bezpośrednio hydrauliczny, w przypadku którego płyta ruchoma jest przesuwana
przez wielostopniowy zespół siłowników hydraulicznych. Do realizacji szybkiego przesuwu
służą siłowniki o małej średnicy tłoczyska i długim skoku, natomiast duże siły zamykania
uzyskuje się za pomocą siłowników o dużej średnicy. W bardzo dużych wtryskarkach o sile
zamykania powyżej 10 000 kN stosuje się blokadę pośrednią, a cylinder siłownika drugiego
stopnia wykonany jest w stole wtryskarki.
Napęd hybrydowy wykorzystujący elementy obu systemów: - do realizacji szybkiego
przesuwu płyty ruchomej stosuje się zespół kolumnowo-dźwigniowy lub śrubę napędową,
- bezpieczną silę zamknięcia uzyskuje się przez zastosowanie jednego centralnego lub
czterech - po jednym na każdą kolumnę - siłowników o krótkim skoku, zwanych poduszkami
hydraulicznymi.
Napęd przez śrubę pociągową przesuwaną przez obrót nakrętki kulkowej obracanej
elektrycznym silnikiem sposób bezpośredni lub pośredni przez pas zębaty.
www.chomikuj.pl/MarWag987