WTRYSKIWANIE - jest to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki, podany z pojemnika do ogrzanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę i tuleję wlewka do gniazd formującego. Tworzywo zestala się w nich, a następnie usuwane z formy w postaci gotowej wypraski, po czym cykl procesu rozpoczyna się od nowa.

WTRYSKARKA - współczesne wtryskarki są skomplikowanymi, wielofunkcyjnymi maszynami do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Ogólna budowa wszystkich ich typów jest podobna, ponieważ składają się one z pełniących tę samą rolę zespołów funkcjonalnych. 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 technologicznego.

WTRYSKIWANIE WSPOMAGANE GAZEM OBOJĘTNYM - polega na tym, że do niewielkiej porcji tworzywa doprowadzonego do formy zostaje wprowadzony sprężony azot, który ją rozdmuchuje. Ten rodzaj wtryskiwania jest stosowany przy produkcji wyrobów grubościennych lub o bardzo zróżnicowanych grubościach ścianek.

WTRYSKIWANIE Z DOPRASOWANIEM - polega na tym, że gniazda formy zamykają się teleskopowo; tworzywo jest ściskane przez cały czas ochładzania.

WTRYSKIWANIE Z DOCISKIEM - polega na tym, że w momencie wtrysku tworzywa następuje niewielkie rozchylenie formy w płaszczyźnie przekroju lub ugięcie tych płaszczyzn w przypadku form o dużych płaszczyznach sprężystych. Zjawiska te zanikają po zakończeniu wtrysku. Ponowne domknięcie formy lub zanik powstałych odkształceń sprężystych umożliwia wydatne zmniejszenie skurczu wypraski i tym samym znaczne ograniczenie naprężenia skurczowego.

WTRYSKIWANIE Z OPÓŹNIONYM DOMKNIĘCIEM FORMY - forma w momencie wtrysku pozostaje niedomknięta, a zatem wypełnienie jej nie wymaga zbyt wysokich ciśnień. Ostateczne uformowanie wypraski następuje w momencie domykania formy, co pociąga za sobą konieczność ponownego przetłaczania tworzywa z wolnej szczeliny w głąb formy. Warunki przepływu tworzywa przy niedomkniętej formie zapewniają dobre wypraski, bez niedolewów czy pęcherzy, a także znaczne zmniejszenie naprężeń własnych, co w efekcie daje wypraski o lepszych własnościach mechanicznych.

WTRYSKIWANIE Z ROZDMUCHIWANIEM - polega na tym, że zaraz po wtryśnięciu część stemplowa formy z niezastygniętym tworzywem zostaje przesunięta do innej formy o kształcie np. butelki, fiolki lub słoika. W wyniku rozdmuchania i ochłodzenia kształt zostaje utrwalony.

WTRYSKIWANIE TWORZYW TERMOUTWARDZALNYCH I GUMY - tworzywo jest transportowane i dozowane przez ślimak. Cylinder wtryskowy jest ogrzewany wodą do temperatury 60 - 90oC. Usieciowanie tworzywa i gumy następuje dopiero w gorącej formie wtryskowej o temperaturze ok. 180oC.

WTRYSKIWANIE ŻYWIC I KAUCZUKÓW UTWARDZALNYCH - dwa komponenty żywicy lub np. kauczuku silikonowego doprowadzane są przez małe pompy i urządzenia mieszające do cylindra wtryskowego. Przyspieszone sieciowanie odbywa się w gorącej formie wtryskowej.
CIŚNIENIE WTRYSKIWANIA - zależne jest od lepkości tworzywa i długości drogi płynięcia. Największe straty ciśnienia na drodze płynięcia występują w otworze dyszy wtryskarki i przewężce układu wlewowego. Wysokość p ustala się zależnie od p, czyli od charakterystycznego dla danych warunków płynięcia minimalnego ciśnienia pozwalającego na całkowite wypełnienie gniazda formy.

TEMPERATURA TWORZYWA - w otworze dyszy i w przewężce gwałtownie wzrasta temperatura tworzywa oraz prędkość płynięcia; następuje wtedy korzystne obniżenie lepkości ułatwiające wypełnienie gniazda. W skrajnym przypadku, w tych miejscach może wystąpić nawet przegrzanie i degradacja termiczna tworzywa.

SZYBKOŚĆ WTRYSKIWANIA - ustawiana jest tak, aby zachować stałą szybkość płynięcia czoła strumienia tworzywa w gnieździe. Programowany profil zmian szybkości jest proporcjonalny do kolejnych przekrojów wypraski na drodze płynięcia. Przy dużej szybkości wtryskiwania może nastąpić gwałtowny wzrost ciepła tarcia w przewężce kanału wlewowego.

PUNKT PRZEŁĄCZANIA - jego właściwe ustawienie pozwala na usunięcie efektu gwałtownego skoku ciśnienia wtryskiwania p, który następuje w chwili zapełniania gniazda formy. Obniżenie tego ciśnienia zapobiega wypływek i zwiększa żywotność formy. Punkt przełączania ustawia się doświadczalnie.

CZAS WTRYSKIWANIA - związany jest z szybkością wtryskiwania. Zależy przede wszystkim od wydajności układu uplastyczniającego wtryskarki, konstrukcji i rozmiarów wypraski oraz rodzaju tworzywa. W zależności od tych czynników czas wtrysku może wynosić od kilku sekund do kilku minut. Ze względu na wydajność wtryskarki (czynnik ekonomiczny) dąży się do tego, aby czas cyklu był jak najkrótszy.

CIŚNIENIE DOCISKU - ma na celu ciągłe uzupełnianie strat kurczącego się tworzywa. Przebiega według ustalonego profilu. W przypadku tworzyw amorficznych ustawiane jest jako wartość malejąca w celu zmniejszenia udziału zamrożonych naprężeń własnych; w przypadku tworzyw częściowo krystalicznych, przy których ze względu na parokrotnie większy skurcz objętościowy nie występuje możliwość powstania naprężeń tego typu, ustawiane jest jako wartość stała.

CZAS DOCISKU - powinien trwać do momentu zastygnięcia kanałów doprowadzających ( przewężki ). Zbyt krótki, podobnie jak zbyt niskie ciśnienie docisku, jest przyczyną jam i zapadnięć. Coraz częściej poprawność ustawiania tego czasu kontroluje się metodą wagową. Brak przyrostu ciężaru wypraski oznacza, że nastąpiło zakrzepnięcie przewężki i dalsze przedłużanie czasu docisku jest zbyteczne. Czas i ciśnienie docisku wpływają na wielkość skurczu, a więc na dokładność wymiarową wyprasek.

DROGA DOCISKU - droga przesuwu ślimaka w czasie docisku.

TEMPERATURA FORMY - temperatura obiegów termostatu lub wody z obiegu przemysłowego. Wypraski techniczne wymagają powolnego chłodzenia, a więc wysokiej temperatury formy. Wypraski masowe, np. opakowania, wymagają ze względów ekonomicznych szybszego schładzania. We wszystkich przypadkach utrzymanie stałej regulowanej temperatury formy jest podstawową zasadą produkcji o ustalonej jakości. Forma nie może rozpocząć pracy, zanim nie osiągnie określonej temperatury pracy.

TEMPERATURA USUWANIA - jest to określana doświadczalnie temperatura wypraski, przy której możne być ona usunięta z formy, bez deformacji.

CZAS CHŁODZENIA - po jago upływie następuje otwarcie formy i usunięcie wypraski.

CIŚNIENIE UPLASTYCZNIANIA - ustawienie dławienia oleju wypływającego z siłownika powoduje wytwarzanie poduszki olejowej, przeciwdziałającej ciśnieniu tworzywa przed czołem ślimaka i zbyt szybkiemu wycofaniu ślimaka. Za niska wartość spowoduje opóźnione i niecałkowite uplastycznienie (granulki w masie tworzywa), za wysoka może być przyczyną zbyt szybkiego uplastycznienia i przegrzania materiału.

OBROTY ŚLIMAKA - wzrost obrotów przyspiesza uplastycznienie tworzywa, występują większe naprężenia ścinające powodujące wzrost temperatury tworzywa.

CZAS UPLASTYCZNIENIA - wartość wynikowa.
CZAS PRZERWY - jest to czas na usunięcie wypraski z formy oraz czynności pomocnicze, jak np. zakładanie zaprasek.

CZAS CYKLU - powtarzalność czasu cyklu decyduje o stabilności termicznej parametrów procesu; wstępne określenie tego czasu wykorzystuje się do ustalania założeń techniczno-ekonomicznych i projektu procesowego. W przypadku produkcji automatycznej można założyć, że czas przerwy przy zastosowaniu przyspieszonego usuwania wyprasek przez robot, zostaje ograniczony do ułamka sekundy.
SIŁA ZAMYKANIA - siła wywierana przez zespół zamykania na formę po jej zamknięciu.
SIŁA ZWIERANIA - siła wywierana na zespół zamykania podczas wtryskiwania tworzywa do formy.
CZAS RUCHU JAŁOWEGO (czas biegu na sucho) - jest to czas konieczny do wykonania jednego cyklu bez przetwarzania tworzywa. Składają się nań czasy zamykania i otwierania formy, czasy odsuwania i dosuwania cylindra i czasy przełączeń.

FORMY WTRYSKOWE - są narzędziami o największym stopniu skomplikowania. W odróżnieniu od narzędzi do obróbki metali, służą one nie tylko do uzyskania wyrobu o określonej postaci zewnętrznej, lecz także o określonej budowie wewnętrznej decydującej o trwałości i własnościach użytecznych wyrobów. Każda forma wtryskowa składa się z następujących podzespołów - układów: układów technologicznych (elementy formujące, układ wlewowy, układ regulacji temperatury), układów mechanicznych (układ uwalniania i wypychania wypraski, układ prowadzenia i ustalania, obudowa).

ELEMENTY FORMUJĄCE - tzn. gniazda formy. Stopień ich skomplikowania i budowa są określone konstrukcją wyrobu. Natomiast konstrukcja wyrobu musi uwzględniać warunki wypełniania gniazda, chłodzenia i sposobu usuwania wypraski z formy. Budowa gniazda wpływa więc nie tylko na własności użytkowe i jakość wyrobu, ale również na ekonomiczność produkcji. Liczba gniazd w formie zależy od budowy wyrobów, potrzeb i możliwości technicznych maszyny.

UKLAD WLEWOWY - determinuje on miejsce i sposób doprowadzania tworzywa, tak aby - w przypadku form wielogniazdowych - w każdym gnieździe panowały takie same warunki wypełniania, tzn. takie samo ciśnienie i szybkość płynięcia.

UKŁAD REGULACJI TEMPERATURY - zwany jest czasem układem chłodzenia. Jego budowa musi zapewnić równomierny odbiór ciepła z obu stron powierzchni wyprasek. Zależnie od rodzaju produkcji i typu tworzywa odbywa się to z różną szybkością, a więc formy (a nawet poszczególne ich strefy) muszą mieć różna temperaturę.

UKŁAD UWALNIANIA I WYPYCHANIA WYPRASKI - na ogół zakłada się, że forma powinna być dostosowana do pracy całkowicie automatycznej. Przed wypchnięciem wypraska musi być uwolniona. Przy prostych kształtach zapewnia to najczęściej otwarcie formy, lecz często trzeba z wypraski wysunąć lub wykręcić elementy metalowe (rdzenie) kształtujące otwory lub podcięcia boczne. Wypychanie mechaniczne może być wspomagane i przyspieszane sprężonym powietrzem. Fakt wypadania wyprasek powinien być kontrolowany.
UKŁAD PROWADZENIA I USTALANIA - ma na celu zapewnienie precyzyjnego naprowadzenia i złożenia połówek formy przy zamykaniu.
OBUDOWA - wiąże wszystkie układy w jedną, funkcjonalną całość. Jej konstrukcja określa sposób ustalania i mocowania formy na wtryskarce oraz sposób połączeń medium chłodzącego lub ogrzewającego, sprężonego powietrza, zasilania prądem, styczników kontrolnych, czujników temperatury i - coraz częściej - czujników ciśnienia tworzywa.

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.

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;

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.

Parametry procesu wtrysku W prowadzeniu procesu dużą rolę odgrywa doświadczenie zarówno technologa ustalającego proces, jak i wtryskiwacza przestrzegającego ustaleń założonych w warunkach produkcyjnych. Do najważniejszych parametrów procesu wtryskiwania zalicza się: temperaturę, ciśnienie i czas wtrysku. Dobór tych parametrów zależy od:

- kształtu i wielkości wypraski
- rodzaju i własności użytego tworzywa
- sprawności pracy wtryskarki
- konstrukcji formy.

Dodatkowo temperatura wtrysku zależy jeszcze od: temperatury formy, ciśnienia tłoka wtryskowego i szybkości wtrysku. Natomiast czas wtrysku zależy jeszcze od: wydajności uplastyczniania, ciśnienia i temperatury wtrysku, oraz szybkości wtrysku. Parametry te decydują o wydajności procesu, jakości wyprasek, własności mechanicznych wyrobu i jego zastosowania.

Przebieg procesu wtrysku określają następujące parametry:
- Ciśnienie wtrysku P_w - największe ciśnienie tworzywa panujące w cylindrze wtryskowym na czole ślimaka lub tłoka podczas wypełniania formy.
- Ciśnienie docisku P_d - ciśnienie tworzywa na czole ślimaka lub tłoka wtryskowego podczas uzupełniania ubytków skurczowych tworzywa w formie.
- Ciśnienie spiętrzenia (przeciwciśnienie) P_s - ciśnienie tworzywa w przedniej części cylindra podczas pobierania surowca przez obracający się ślimak.
- Temperatura wtrysku T_w - temperatura cylindra niezbędna do właściwego uplastyczniania tworzywa, podawana dla ostatniej (przedniej) strefy cylindra.
- Temperatura stref formy T_f1, T_f2
- Temperatura formy T_f - średnia temperatura na powierzchni gniazda formy.
- Czas cyklu t_c
- Czas wtrysku t_w - czas wypełniania formy tworzywem, wynikający z prędkości wtrysku.
- Czas docisku t_d - czas trwania ciśnienia docisku.
- Czas chłodzenia t_ch - czas zamknięcia formy do momentu zakończenia wtrysku.
- Czas przerwy t_p - czas obejmujący otwieranie formy, usuwanie wypraski i inne manipulacje, zamykanie formy
- Poszczególne czasy otwierania i zamykania formy, oraz dosuwania i odsuwania cylindra t_m
- Objętość wtryskiwania V_w
- Objętość docisku V_d
- Objętość dekompresji V_dk
- Prędkość wtryskiwania v_w
- Prędkość zamykania formy v_z
- Prędkość otwierania formy v_o
- Prędkość wypychania wypraski v_u
- Prędkość dosuwania i odsuwania cylindra v_cyl
- Siła zamykania formy F_z
- Siła otwierania formy F_o
- Siła wypychania wypraski F_u
- Siła docisku dyszy F_cyl

Na ogół należy ustalić takie warunki procesu wtryskiwania, aby uzyskać wypraski o odpowiedniej jakości przy jak największej wydajności. Dla sprawniejszego wypychania wyprasek z gniazd formy wtryskowej stosuje się powłoki środków przeciwprzyczepnych, którymi powleka się powierzchnie gniazda.

Budowa wtryskarki 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.
hydraulicznego.
Zespoły funkcyjne wtryskarki. Typy wtryskarek ze względu na układ uplastycznienia:
a) Wtryskarki tłokowe Tworzywo w wtryskarkach tłokowych jest przeciskane między grubym cylindrem a wewnętrznym rozdzielaczem, zwanym torpedą, było ogrzewane i uplastyczniane. Powodowało to duże straty ciśnienia, brak wymieszania, a tym samym i homogenizacji tworzywa, bardzo niedokładne dozowanie, brak możliwości przetwarzania tworzyw czułych termicznie, trudności z ogrzewaniem masy tworzywa większej niż 500 g/cykl, dlatego maszyny te zostały wycofane z produkcji przemysłowej. Rozwiązanie to jest nadal stosowane tylko w małych wtryskarkach laboratoryjnych.

b) Wtryskarki ze wstępnym uplastycznieniem W przypadku tych wtryskarek stosuje się wstępne uplastycznienie przez ślimak umieszczony w dodatkowym cylindrze połączonym z cylindrem wtryskowym. Przed czołem tłoka znajduje się tworzywo już uplastycznione. Wtryskarki tego typu stosuje się gdy konieczne jest bardzo wysokie ciśnienie i szybkość wtryskiwania. Są one jednak znacznie droższe od standardowych wtryskarek obecnie produkowanych.

c) Wtryskarki ślimakowe Obecnie przy pojemności wtryskiwania powyżej 20 cm3 stosowane są wyłącznie zespoły ślimakowe, w których obracający się ślimak uplastycznia tworzywo, a wtryskiwanie odbywa się pod wpływem jego przesuwu powodowanego przez siłownik hydrauliczny. Przebieg uplastyczniania tworzywa jest podobny do występującego przy wytłaczaniu, z tą różnicą, że ślimak obracając się gromadzi tworzywo przed swoim czołem, a równocześnie pod wpływem ciśnienia tego tworzywa przesuwa się do tyłu. Osiągnięcie określonego miejsca drogi wycofania oznacza, że została uplastyczniona odpowiednia porcja tworzywa i następuje wyłączenie obrotów ślimaka. Dopuszczalna droga wycofania ślimaka wynosi 4D (D- średnica ślimaka). W zależności od potrzeb stosuje się ślimaki uplastyczniające o różnej geometrii wykonana z różnych materiałów. Większość ślimaków zakończona jest końcówką tworzącą zawór zwrotny zabezpieczający przed cofaniem tworzywa wzdłuż zwojów w czasie fazy wtryskiwania i docisku. Tworzywa o niskiej odporności termicznej jak np. PVC, nie powinny zalegać w przedniej części cylindra - w tych przypadkach stosuje się końcówki stożkowe pasujące do stożka, którym zakończony jest otwór cylindra wtryskowego.

Dysze wtryskowe
Zależnie od lepkości i odporności tworzywa na ścieranie stosowane są różnego rodzaju dysze wkręcane w końcówkę cylindra.
- dysze otwarte zapewniające najlepszy przepływ, lecz równocześnie nie zabezpieczające przed niekontrolowanym wyciskiem tworzywa,
- dysze zamykane tłoczkowe zabezpieczające przed wyciekami tworzywa z cylindra, lecz powodujące zaleganie tworzywa i duże straty ciśnienia,
- dysze zamykane igłą działającą na zasadzie zaworu bezpieczeństwa; szczególnie zalecane do wtryskiwania tworzyw, takich jak PA,POM, w przypadku których gazy powstające przy rozkładzie źle przetwarzanego tworzywa mogą nawet spowodować wypadek,
- dysze zamykane igłą sterowaną siłownikiem hydraulicznym, niezbędne przy wtryskiwaniu np. tworzyw spienianych.

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.

Zespół napędu i sterowania wtryskarki Zespół napędu
Konwencjonalny zespół napędu składa się z tylu podzespołów, ile jest siłowników i silników hydraulicznych. Każdy podzespół składa się z rozdzielacza, regulatora ciśnienia, regulatora przepływu, zaworów zwrotnych i zaworów bezpieczeństwa. Wszystkie podzespoły zasilane są najczęściej przez układ dwóch pomp: jednej o dużym wydatku i niskim ciśnieniu oraz drugiej o małym wydatku i wysokim ciśnieniu oleju ( na ogół ok. 160 bar ). Wszystkie nowoczesne wtryskarki charakteryzuje zastosowanie pomp i zaworów proporcjonalnych. Dzięki temu możliwe jest niezależne sterowanie ciśnieniem i wydatkiem oleju napędowego. Napęd pneumatyczny sprężonym powietrzem ( 0,6-1,2 MPa ) jest stosowany tylko w bardzo małych wtryskarkach. W ostatnich latach coraz częściej stosowany jest napęd bezpośrednio elektryczny. W tym przypadku wykluczony jest olej jako bezpośredni nośnik energii. Jest to bardzo oszczędny sposób napędu, oszczędności energii mogą dochodzić do 25%. Jednak silniki do takich wtryskarek są drogie.

Zespół regulacji i sterowania
Produkuje się wyłącznie wtryskarki o elektronicznym sterowaniu bezkontaktowym, co umożliwia:
- zastosowanie numerycznych nastaw wszystkich parametrów procesu;
- zapis parametrów w pamięci komputera wtryskarki lub w terminalu wydziałowym;
- sterowanie wszystkimi funkcjami maszyny, kontrolę tych funkcji oraz uzyskiwanie informacji o przyczynie awarii;
- podłączenie sterowania wyposażenia preferencyjnego ( termoregulatorów, urządzeń zasilania, transportu, segregacji i kontroli );
- łączenie gniazd w ogólny Elastyczny System Produkcyjny ( ESP ) wydziału;
- dokonywanie obróbki elastycznej w systemie SPC ( Statistical Process Control );
- śledzenie na ekranie wykresów zmian ciśnień i szybkości w funkcjach czasu i drogi;
- rejestracje i wydruk wszystkich danych rzeczywistych pracy maszyny;
- stałe poszerzanie pakietu programów dodatkowych;
- stosowanie optymalizacji procesu przez samoczynne dostosowanie się maszyn do zmiennych warunków zewnętrznych przy ustalonych kryteriach sterowania jakością wyprasek;

Korpus Zależnie od potrzeb, wzajemne położenie i liczba dwóch pierwszych zespołów determinuje wielkość i kształt korpusu. Wyróżnia się wtryskarki o liniowym poziomym i pionowym ułożeniu zespołów zamykania i agregatu wtryskowego. Wtryskiwanie jest wówczas realizowane przez stół nieruchomy wtryskarki. Natomiast przy ułożeniu kątowym, również poziomym lub pionowym, wtryskiwanie jest dokonywane bezpośrednio w płaszczyznę podziału formy.

Do wtryskiwania wielokomponentowego lub wielokolorowrgo stosowane są wtryskarki z wieloma agregatami wtryskowymi. Do już wykonanego fragmentu wypraski dotryskiwany jest następny jej fragment, potrzebne jest w tym przypadku przemieszczenie wypraski do kolejnej formy przez obrót stołu ruchomego. Do produkcji bardzo grubych wyrobów stosuje się agregat wtryskowy, ale wiele obrotowych lub przesuwnych zespołów zamykania.

Forma wtryskowa Forma wtryskowa składa się przeważnie z dwóch podzespołów: podzespołu mocowanego do ruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem ruchomym, i podzespołu mocowanego do nieruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem nieruchomym. Podzespoły formy tworzą następujące części: gniazdo lub gniazda formujące, układ przepływowy (wlewowy), układ chłodzenia lub grzania, układ wypychania wypraski (lub wyprasek), a także wlewka, obudowa i elementy ustalające oraz prowadzące, jak również układy uzupełniające.

Formy dzielimy na:
- Jednogniazdowe - jednokrotne
- Wielogniazdowe - wielokrotne

Kanały wtryskowe układu przepływowego formy wtryskowej składają się z:
- kanału przepływowego centralnego, stożkowego, współosiowego z dyszą wtryskarki
- kanału doprowadzającego łączącego kanał przepływowy z gniazdem formy,
- przewężki, stanowiącej ujście kanału doprowadzającego do gniazda formy.

Narzędzia do wtryskiwania
Formy wtryskowe.

Forma wtryskowa jest złożonym narzędziem, które musi równocześnie podołać wielu różnym wymaganiom występującym w procesie wtryskiwania tworzyw. Podstawową funkcją formy wtryskowej jest umożliwienie wypełnienia płynnym tworzywem gniazd formujących i uformowanie wyrobu, który odzwierciedla kształt gniazd formujących. Drugą podstawową funkcją formy wtryskowej jest efektywne i równomierne odprowadzanie ciepła od gorącego płynnego tworzywa. Trzecią podstawową funkcją formy wtryskowej jest umożliwienie usuwania wyprasek w szybki i powtarzalny sposób.

Forma posiada następujące układy funkcjonalne:
- gniazdo formujące,
- układ wlewowy,
- układ chłodzenia,
- układ wypychania wypraski,
- układ usuwania wlewka,
- elementy prowadzące i ustalające połówki formy,
- napędy płyt i segmentów,
- obudowę,

I Formy zimnokanałowe
Wszystkie formy z zimnokanałowym systemem doprowadzenia tworzywa charakteryzują się następującymi cechami:

• koszt form zimnokanałowych jest zazwyczaj niższy niż koszt odpowiadającym im formom gorącokanałowym - wynikający głównie z braku dodatkowych części składających się na system gorącokanałowy i jego osprzętu,

• większa objętość wtrysku potrzebna do wypełnienia formy w porównaniu do formy gorąco kanałowej o tej samej ilości gniazd,

• powstawanie odpadu - układ wlewowy - w formie zimnokanałowej zawsze powstaje odpad w postaci wlewka. Wlewek może zostać zmielony, a otrzymany regranulat może być dodany do granulatu jednak w ograniczonych ilościach, tak aby zapewnić wymaganą jakość produktu. W wielu przypadkach niedozwolone jest dodawanie regranulatu,

• większa ilość pracowników - będą potrzebni ze względu na konieczność wykonania pracy związanej z pobraniem wlewków, ich zmieleniem i dodaniem w odpowiedniej ilości do granulatu,

• większe zużycie energii elektrycznej - ze względu na większą ilość tworzywa potrzebnego w procesie, potrzeba więcej energii aby je uplastycznić, dla małych części masa układu wlewowego może przekroczyć 80% całkowitej masy wtrysku.

Formy zimnokanałowe zasadniczo dzieli się na:

• formy wtryskowe z jedną płaszczyzną podziału,

• formy wtryskowe z dwiema płaszczyznami podziału (też formy wtryskowe z płytą pływającą).

Czynnikiem decydującym o tym, czy forma będzie z jedną płaszczyzną podziału, czy z dwiema jest przeprowadzenie kanałów wlewowych. Jeśli kanały wlewowe będą poprowadzone w płaszczyźnie podziału i będą usuwane wraz z usuwaniem wyprasek, wtedy forma wtryskowa jest formą z jedną płaszczyzną podziału. Konstrukcja tej formy jest prostsza, niż konstrukcja formy z dwiema płaszczyznami podziału i jest wybierana jeśli tylko możliwe jest zastosowanie którejkolwiek z przewężek krawędziowych. W zależności od rodzaju zastosowanej przewężki wypraska może być oddzielona od wlewka lub nie.

W przypadku form z dwiema płaszczyznami podziału kanały doprowadzające tworzywo prowadzone są w dodatkowej płaszczyźnie podziału (potrzebna jest dodatkowa płyta) i forma ta jest nazywana również trójpłytową. W tym przypadku wlewek usuwany jest oddzielnie. Formy trójpłytowe stosowane są w przypadku gdy wymagane jest doprowadzenie tworzywa do gniazd formujących poza ich krawędzią w płaszczyźnie podziału, a także jeśli nie chcemy się decydować na formę gorącokanałową. W przypadku formy trójpłytowej zawsze w wyniku usuwania wypraski z formy następuje oddzielenie wyprasek od wlewka.

II Formy gorącokanałowe (formy GK) Wszystkie formy gorącokanałowe charakteryzują się następującymi cechami:

• koszt form wtryskowych z systemem gorącokanałowym o tej samej liczbie gniazd formujących dla tego samego produktu jest zwykle znacząco wyższy w porównaniu do formy zimnokanałowej, dla małej liczby gniazd nie jest tak znacząco wyższy w porównaniu do formy zimnokanałowej trójpłytowej,

• objętość wtrysku dostarczana przez układ wtryskowy jest lepiej wykorzystana ze względu na to, że z całej objętości wtrysku są otrzymywane wypraski,

• nie ma potrzeby wykonywania przemiału z wlewków ze względu na ich brak, stąd zostaje zaoszczędzony materiał, czas i środki,

• większa wrażliwość na zanieczyszczenia, formy gorącokanałowe są bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia niż formy zimnokanałowe, wymagają więc większego zwracania uwagi na zanieczyszczenie granulatu i regranulatu jeśli jest dodawany. Ze względu na wysoki koszt budowy systemy GK, również koszt jego naprawy jest wysoki,

• forma GK musi zapewniać łatwą i szybko zmianę koloru tworzywa, celem jest zmiana koloru po 10-15 cyklach od momentu podawania przez układ uplastyczniający właściwej barwy tworzywa,

• czas uruchomienia produkcji od włączenia systemu GK powinien wynosić 15 do 30 minut.

Podział systemów GK podobnie jak w formach zimnokanałowych według sposobu doprowadzenia tworzywa na:

• z wlewem bezpośrednim,

• z wlewem pośrednim przez układ kanałów w rozdzielaczu.

Wlew bezpośredni czołowy

Jest to najprostsze wydanie zastosowania systemu GK. Jest to forma wtryskowa, w której tuleję wtryskową zastępuje się ogrzewaną dyszą, zwaną również grzaną tuleją wtryskową. W tym przypadku zamiast wlewka prętowego wymagającego odcięcia usuwanego w kierunku cylindra wtryskowego otrzymujemy wyrób bez wlewka z niewielkim śladem w miejscu wtryskiwania. Rozwiązanie to jest stosowane, gdy forma jest jednokrotna, lub w przypadku, gdy główny wlewek stanowiłby dużą część objętości wtrysku, co ma miejsce w przypadku dużych form, gdy dysza cylindra wtryskowego znajduje się w dużej odległości od gniazda formującego. W celu wyeliminowania tego zbędnego odpadu stosuje się grzaną tuleję.

Wlew przez rozdzielacz (pośredni) czołowy wielopunktowy

Stosowany w przypadku dużych wyrobów oraz w przypadku, gdy stosunek drogi płynięcia do grubości ścianki osiąga dużą wartość. Zastosowanie systemu GK zastępuje formę z dwiema płaszczyznami podziału, a także umożliwia wyeliminowanie odpadu w postaci wlewka.

Typowy budowa systemu GK składa się z następujących elementów:

• gorąca tuleja wtryskowa - jest odpowiednikiem tulei wtryskowej w formie zimnokanałowej, podaje tworzywo do rozdzielacza GK, jest podgrzewana, posiada czujnik temperatury, jest podłączona do sterownika GK,

• rozdzielacz - element budowy systemu GK, uczestniczy w doprowadzeniu tworzywa do dysz GK, podgrzewany, z czujnikami temperatury, podłączony do sterownika GK,

• dysze GK - elementy budowy systemu GK, ostatnie w łańcuchu systemu GK, są odpowiedzialne za doprowadzenie tworzywa do gniazd formujących, podgrzewane, podłączone do sterownika GK.

Wszystkie elementy systemu GK są podłączone do urządzenia sterującego - sterownika systemu GK - urządzenie to posiada pulpit, przy pomocy którego można nastawić parametry pracy systemu GK.

III Chłodzenie wypraski

Na formę wtryskową należy patrzeć jak na wymiennik ciepła. Większość energii (ciepła) które zostało dostarczone do tworzywa w wyniku uplastyczniania musi zostać odebrana. Wypraski muszą być doprowadzone do odpowiedniej sztywności aby możliwe było ich usunięcie. Dla każdego tworzywa określona jest maksymalna temperatura przy której tworzywo może być usuwane z formy. Przykłady rozwiązań wykonania obiegów chłodzących zostały przedstawione na rysunku poniżej.

Rozwiązanie A,B, F i I wykorzystuje do zamknięcia obiegu elastyczne węże, które znajdują się na zewnątrz formy wtryskowej, zostają one podobnie jak węże doprowadzające i odprowadzające ciecz przyłączone za pomocą króćcy. W pozostałych przypadkach w całości obieg zamknięty jest w płytach formy wtryskowej, do zamknięcia obiegu są wykorzystywane korki zaślepiające na końcach kanałów i korki do zamknięcia przepływu w wybranym kanale.

IV Układ wlewowy Typowy układ wlewowy formy zimnokanałowej składa się z następujących elementów:

• główny kanał wlewowy - występuje w każdej formie zimno kanałowej, jest to otwór stożkowy wykonany w tulei wtryskowej,

• kanały wlewowe - zasadniczo występują w formach wtryskowych o liczbie gniazd większej od 1, ich zadaniem jest doprowadzenie płynnego tworzywa do gniazd formujących, przy jak najniższym spadku ciśnienia i temperatury tworzywa, oraz przy zachowaniu możliwie małych wymiarów przekroju poprzecznego,

• przewężka - jest zakończeniem kanałów wlewowych, przez nią tworzywo dostaje sie do gniazd formujących.

• Generalnie jeśli doprowadzamy tworzywo do gniazd formujących zależy nam na tym aby było ono doprowadzone z jak najmniejszym spadkiem ciśnienia i temperatury, w równym czasie do wszystkich gniazd i przy jak najmniejszej objętości kanałów wlewowych. Spełnienie tych wymagań ma na celu w pierwszej kolejności uzyskanie tych samych warunków wypełniania gniazda co dalej przekłada się na uzyskiwanie z każdego gniazda wyrobów o bardzo podobnych właściwościach. W wielu przypadkach spełnienie wszystkich tych wymagań nie jest możliwe, lub trudne w realizacji. W wielu przypadkach również rezygnuje się ze spełnienia tych postulatów ze względu na niskie wymagania jakościowe wyrobu. W zależności od sposobu doprowadzenia tworzywa do gniazd formujących wyróżniamy dwa podstawowe sposoby. Doprowadzenie szeregowe (rys. 6.a) i doprowadzenie równoległe (rys. 6.b). Oba rozwiązania mają swoje zalety i wady. Zaletą układu szeregowego jest mniejsza objętość kanałów w porównaniu do układu równoległego. Wadą natomiast różny czas wypełniania gniazd formujących, natomiast w przedstawionym układzie równoległym równoczesne doprowadzenie tworzywa do gniazd jest zrealizowane dla ośmiu najbardziej zewnętrznych gniazd - jest to tzw. układ częściowo zbalansowany. Pozostałe cztery gniazda zostaną wypełnione nieco wcześniej. Zbalansowanie kanałów odnosi się do takiego zaprojektowania kanałów wlewowych, które umożliwi wypełnianie gniazd formujących w jednakowym czasie. Praktycznie balansowanie kanałów polega na odpowiednim doborze wielkości przekrojów poprzecznych kanałów wlewowych w każdej z gałęzi kanałów wlewowych.

Oprócz sposobu poprowadzenia kanałów, ważny jest również ich przekrój poprzeczny. Wybór przekroju poprzecznego kanału ma zasadniczy w wpływ na wykorzystanie tego przekroju przez płynące tworzywo, a tym samym na spadki temperatury i ciśnienia. Najlepszym przekrojem dla płynącego tworzywa jest przekrój kołowy i w dalszej kolejności paraboliczny (trapezowy z zaokrąglonymi krawędziami), nieco gorszym ale stosowanym trapezowy i dalej przekroje niezalecane - półokrągły i trapezowy spłaszczony (rys. 7).

W przypadku formy jednokrotnej tworzywo jest doprowadzone bezpośrednio z tulei wlewowej do gniazda lub również przez niewielkiej długości kanał doprowadzający i przewężkę. Sposób doprowadzenia tworzywa do gniazda formy jednokrotnej bezpośrednio z tulei wlewowej został przedstawiony na rysunkach poniżej. Na rysunku 10 został przedstawiony wlewek powstający w formie z dodatkową płaszczyzną podziału (forma trzypłytowa).

Ostatnim elementem układu wlewowego jest przewężka. Przewężka jest zakończeniem kanału wlewowego o przekroju poprzecznym dużo mniejszym od przekroju poprzecznego kanału wlewowego i o odpowiedniej długości. Przewężka spełnia kilka funkcji:

• zatrzymanie nadmiernie ochłodzonego tworzywa,

• lokalne podgrzanie tworzywa przez zwiększenie jego prędkości przepływu,

• ułatwienie oddzielenia układu wlewowego od wyrobu, Odpowiedni dobór przewężki kształtuje przepływ tworzywa i sposób wypełniania gniazda formującego.

W miejscu w którym tworzywo jest doprowadzane do gniazda formującego jest nazwane punktem wtrysku. W zależności od wymagań gniazdo formujące może mieć jeden lub więcej punktów wtrysku. Generalnie występuje jeden punkt wtrysku. W przypadku dużego wyrobu lub w przypadku gdy zależy nam na skróceniu czasu wtrysku stosuje się więcej punktów wtrysku. Stosowanie wielu punków wtrysku oprócz zalet ma jedną podstawową wadę, jest nią powstawanie linii łączenia płynących strug tworzywa. Wpływa to bezpośrednio na pogorszenie właściwości wytrzymałościowych wyprasek.

Do przewężek krawędziowych które zostają oddzielone od wyprasek podczas usuwania z formy należą przewężki tunelowe i tunelowe zakrzywione (zwane też bananowymi). Przewężki tego typu mogą być stosowane dla tworzyw wystarczająco sprężystych, tak aby możliwe było ich wyciąganie bez niebezpieczeństwa pękania (np.: dla PE i PP). Na rysunku 13 przedstawiono kolejne etapy usuwania układu wlewowego z przewężką tunelową i odkształcanie się samej przewężki.
V Usuwanie wyprasek Usuwanie wyprasek z formy jest możliwe do zrealizowania na szereg różnych sposobów. Ogólnie usuwanie wyprasek dzielimy na sposoby mechaniczne i inne. Do mechanicznych sposobów usuwania wypraski zaliczamy usuwanie za pomocą:

• wypychaczy,

• listwy spychającej,

• płyty spychającej.

Do innych sposobów usuwania wypraski zaliczamy usuwanie przy pomocy sprężonego powietrza, metody łączone, usuwanie dwu i wieloetapowe.

VI Normalia w budowie form wtryskowych

Coraz większy udział technologii wtryskiwania w produkcji wszelkiego rodzaju elementów z tworzyw, a co za tym idzie wytwarzania coraz większej liczby narzędzi - form wtryskowych spowodował wprowadzeniem do ich budowy - normaliów. Normalia są to skatalogowane w ustalonym szeregu wymiarowym części wykorzystywane w budowie form wtryskowych. Znajdują się tam m.in.: kompletne obudowy form wtryskowych, czyli komplet płyt wraz z elementami prowadzącymi i łączącymi, elementy układu wypychania wyprasek - różnego rodzaju wypychacze, elementu układu chłodzenia, jak: różnego rodzaju króćce, korki zaślepiające, przegrody i rurki do zrealizowania chłodzenia długich stempli, pierścienie centrujące i kompletne systemy GK. Stosowanie elementów znormalizowanych przyśpiesza wykonanie formy ze względu na to że powtarzające się elementy budowy formy nie trzeba wykonywać, ale można kupić gotowe. Poniżej zamieszczono przykładowe firmy sprzedające normalia wraz z linkami: