Temat ćwiczenia: Wtryskarka ślimakowa, skurcz przetwórczy.

1. Wprowadzenie.

Stopione tłoczywa termoplastyczne mają zbyt wielką lepkość, aby można z nich odlewać przedmioty, podobnie jak ze stopionych metali. Ze względu na ten fakt opracowano metodę formowania wtryskowego, polegającą na wprowadzeniu uplastycznionego tworzywa pod dużym ciśnieniem do zamkniętej formy, zestaleniu tworzywa przez ochłodzenie i wyjęciu gotowego elementu. Proces ten prowadzi się za pomocą wtryskarek. Przetwórstwo tą metodą umożliwia otrzymywanie elementów jednostkowych o wielkości od główki szpilki do ważących kilkanaście kilogramów.

Podstawową zaletą formowania wtryskowego jest możliwość produkowania wyrobów z dużą wydajnością, w sposób bardzo ekonomiczny. Odpowiednio skonstruowane urządzenia wtryskowe pozwalają na całkowitą automatyzację procesu, a prawidłowo wykonane formy wtryskowe dają możliwości otrzymywania wyrobów nie wymagających kłopotliwej obróbki wykończeniowej. Czynności wykończeniowe polegają jedynie na odcięciu wyrobu od wlewka wtryskowego. Odpady produkcyjne w postaci wlewek i braków mogą być ponownie zawracane do produkcji, gdyż dodanie odpadów w ilości 10 - 20 % do świeżego materiału pogarsza tylko nieznacznie jakości wyrobów wtryskowych.

Pierwszymi wtryskarkami były wtryskarki tłokowe. Obecnie stosuje się wtryskarki tłokowe z wstępnym uplastycznieniem przez ślimak i wtryskarki ślimakowe, w których ślimak spełnia rolę tłoka.

2. Uplastycznianie ślimakowe.

Typowy układ uplastyczniający ślimakowy w procesie wytłaczania i wtryskiwania składa się z zespołu mechanicznego, który tworzą cylinder z końcówką i obracający się ślimak umieszczony w cylindrze, zespół nagrzewająco - ochładzający, które tworzą grzejniki lub nagrzewnice, urządzenia sterująco - regulujące. Tworzywo przetwarzane wprowadza się do układu ślimakowego z zasobnika, a odprowadza się z niego do narzędzia; w przypadku wtryskiwania w stanie ciekłym do formy wtryskowej.

Podczas przemieszczania się przez układ ślimakowy - od zasobnika do narzędzia - tworzywo w wyniku nagrzania i sprężania, przy jednoczesnym mieszaniu, zmienia stany fizyczne.

Wzajemne usytuowanie typowego ślimakowego układu uplastyczniającego i urządzeń towarzyszących

1 2 3 4 5 6

1 - układ napędowy ślimaka

2 - zasobnik tworzywa

3 - grzejniki

4 - układ uplastyczniający

5 - układ narzędziowy

6 - ruch finalny tworzywa przetwarzanego

Ślimak wtryskarki ślimakowej wykonuje w cylindrze dwa ruchy: obrotowy i posuwisty. Ruch obrotowy pozwala na bardzo dobre uplastycznienie tworzywa i ujednorodnienie uplastycznionej masy. Dopiero po uplastycznieniu ślimak wykonuje ruch do przodu, spełniając rolę tłoka. Ruch posuwisty ślimaka wytwarza ciśnienie zewnętrzne wtrysku, pod wpływem którego tworzywo zostaje wtryśnięte do formy. Uplastyczniające działanie ślimaka polega na tym, że obracający się ślimak, napierając ustawionymi pod pewnym kątem do osi zwojami na tłoczywo, ściska je, miesza i przesuwa do przodu.

3. Parametry procesu wtryskiwania.

Temperatura wtrysku jest to temperatura, w której masa tłoczywa uzyskuje taki stopień uplastycznienia, że bez trudności można ją przetłoczyć z cylindra ogrzewającego do formy. Temperatura ta zależy od rodzaju tworzywa, wymiarów i kształtu wypraski, ciśnienia, temperatury formy oraz szybkości wtrysku. Właściwy zakres temperatury wtrysku ustala się doświadczalnie dla każdego gatunku tworzywa, rodzaju wyrobu i typu urządzenia wtryskowego.

Ciśnienie wtrysku jest to ciśnienie wytwarzane przez ślimak w cylindrze ogrzewającym, pod wpływem którego uplastycznione tworzywo zostaje przepchnięte z cylindra do formy.

4. Cykliczność procesu.

Formowanie wtryskowe jest procesem cyklicznym, tzn. poszczególne fazy tego procesu przebiegają w pewnych określonych, powtarzalnych okresach. Cyklem wtrysku nazywamy okres od rozpoczęcia do ukończenia procesu formowania kształtki wtryskowej.

Cykl wtrysku ustala się doświadczalnie. Podstawą do określenia optymalnych warunków cyklu wtrysku jest ocena jakościowa otrzymanych wyrobów, w zależności od czasów trwania poszczególnych faz cyklu.

Cykl procesu wtryskiwania składa się w istocie z następujących faz:

1. zamykanie formy wtryskowej poprzez ruch zespołu formy - faza zwana „zamykanie”

2. dosuwanie układu uplastyczniającego do formy tak, aby dysza wtryskowa zetknęła się z tuleją wtryskową formy - faza zwana „wtrysk”

3. uzupełnienie tworzywa w gnieździe, poprzez nieduże dosunięcie ślimaka lub tłoka wtryskowego w celu wyrównania zmniejszenia się objętości w wyniku skurczy pierwotnego zestalenia lub utwardzania - faza zwana „docisk”

4. dosuwanie ślimaka lub tłoka wtryskowego i odsuwanie układu uplastyczniającego - faza zwana „uplastycznienie”

5. zmniejszenie siły zamykającej formę, otwieranie formy i wypchanie wypraski z gniazda - faza zwana „otwieranie”

6. zabiegi przy otwartej formie - faza zwana „przerwa”

5. Zalety wtryskarek ślimakowych w porównaniu z wtryskarkami tłokowymi:

• dwukrotnie większy jednorazowy wtrysk

• dwukrotnie większa zdolność cylindra do uplastycznienia tworzywa wtryskowego i duża równomierność uplastycznienia masy

• możliwość uzyskania wyrobów o większych powierzchniach

• prosty sposób dozowania tworzywa

• produkcja wyrobów wtryskowych o lepszych właściwościach wytrzymałościowych oraz lepszej powtarzalności wymiarów i masy dzięki dobremu wymieszaniu w cylindrze uplastycznionego tworzywa

• możliwość uplastyczniania cieplnego i wtrysku tworzyw termoplastycznych, które w typowych wtryskarkach tłokowych nie mogą być przerabiane

W formie wtryskowej następuje ostatecznie ukształtowanie wyrobu wtryskowego. Od konstrukcji i wykonania formy w dużym stopniu zależy prawidłowa produkcja wyrobów, tj. ich zewnętrzny, wewnętrzny struktura, końcowe wymiary, wytrzymałości, itp.

6. Wielkości charakterystyczne wtryskarki.

Średnica ślimaka	40 mm
Ciśnienie wtrysku	112,21 * 10^6 N/m^2
Max pojemność skokowa wtryskiwania	225 cm^3
Siła wtryskiwania	140 kN
Skok ślimaka	175 mm
Ilość obrotów ślimaka	0,83 - 4,5 obr/s
Wydajność uplastycznienia dla polistyrenu	45 kg/h
Siła zwarcia	784,5 kN
Droga otwarcia formy	300 mm
Max wysokość formy	270 mm
Min wysokość formy	150 mm
Moc napędu głównego	11 kW
Ilość obrotów silnika	25 s^-1
Napięcie zasilania	380 / 220 V

7. Przebieg ćwiczenia.

Podczas otwarcia formy przegub znajduje się pod kątem ostrym.

Podczas zamykania formy przegub znajduje się pod kątem półprostym

Materiałem wtryskiwany był polipropylen. Może być przerabiany na folie, płyty, rury, profile konstrukcyjne, całkowite elementy maszyn i urządzeń. Duże znaczenie ma stosowanie PP jako tworzywa antykorozyjnego np. do wyrobu rurociągów do gorącej wody, kwasów i chemikaliów, przewodów wentylacyjnych.

Nastawione są cztery temperatury:

1. 230 ^oC zamykanie formy

2. 220 ^oC wtrysk i docisk

3. 220 ^oC uplastycznienie

4. 230 ^oC otwarcie formy

Nastawia się też trzy czasy:

1. Czas docisku 10 s

2. Czas utrwardzenia 18 s

3. Czas przerwy (tylko przy pracy automatycznej)

8. Wnioski i spostrzeżenia.

Ćwiczenie pozwoliło nam zapoznać się z przebiegiem procesu wtryskiwania, doborem parametrów wtryskiwania (czasu oraz temperatury), dla danego materiału wtryskiwanego. Przebieg wtryskiwania przebiega bardzo szybko i sprawnie, pod warunkiem że materiał jest nagrzany do odpowiedniej temperatury.

Laboratorium przetwórstwa tworzyw sztucznych

Wtryskarka ślimakowa oraz proces wtryskiwania

1

4

---