Wtryskiwanie
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. | ||
---|---|---|
Wtryskarka | ||
Przykłady wyprasek | ||
Charakterystyka procesu wtryskuZalety procesu wtryskiwania Odmiany wtryskiwania
|
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. |
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. |
Wtryskarka do wtrysku dwukomponentowego. |
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. |
Dysze wtryskarki: a) otwarta, b), c) tłoczkowa otwierana przez nacisk formy, d) igłowa zamykana sprężyną, e) igłowa sterowana siłownikiem |
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. |
Budowa zespołów zamykania: a, b) kolanowo-dzwigniowe 5-punktowe, c) dwustopniowy bezpośredni, d) dwustopniowy z blokadą pośrednią: 1- siłownik hydrauliczny, 2- stół nieruchomy, 3- stół ruchomy, 4- płyta nastawna, 5-kolumny prowadzące, 6- nakrętki regulacyjne, 7- siłownik szybkiego ruchu, 8- siłownik zwierania formy, 9- siłowniki blokujące. |
Układ zamykania o napędzie hydraulicznym wtryskarki o budowie modułowej. |
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;
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. |
---|
Grupa | Rodzaj wtryskarki |
Szkic | Przeznaczenie |
---|---|---|---|
Pojedyncze | liniowa | pozioma |
standardowe wykorzystanie wtryskarki |
pionowa |
wykonane specjalnie do wtryskiwania wyrobów zapraskami lub przewidzianych do ręcznego wyjmowania (często z przesuwanym lub obrotowym stołem) | ||
kątowa | pozioma |
do wtryskiwania dużych płaskich wyprasek; modułowa budowa dużych wtryskarek umożliwia ich ustawienie w układzie L | |
pozioma |
do wtryskiwania wyprasek z zapraskami (często z przesuwanym stołem) | ||
pionowa |
do wtryskiwania w płaszczyznę podziału formy | ||
liniowo-kątowa | ze zmiennym położeniem agregatu wtryskowego |
zwiększona uniwersalność wtryskarki | |
Wielozespołowe | z wieloma agregatami wtryskowymi | do wtryskiwania wielokomponentowego lub wielokolorowego z dwoma agregatami (do 5) wrtyskowymi pracującymi kolejno i stołem obrotowym | |
do wtryskiwania dwukomponentowego równoczesnego | |||
z wieloma zespołami zamykania formy | w układzie obrotowym (wtryskarki karuzelowe) |
do wtryskiwania wyrobów o długim czasie chłodzenia | |
w układzie rzędowym |
|||
w układzie wachlarzowym |
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 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.
Budowa typowej formy wtryskowej:1- tuleja wlewowa, 2- kanał wlewowy, 3- zaczep wlewka, 4- przewężka, 5, 6,7- wstawki formujące matrycy, 8, 9- wstawki formujące stempla, 10- tuleja prowadząca, 11- kołek prowadzący, 12- pierścień centrujący formę, 13- płyta podpierająca, 14- płyta mocująca, 15- tuleje podpierające, 16- zderzak, 17- sprężyna powrotna zderzaka, 18- wypychacze, 19- płyta wypychaczy, 20- płyta podpierająca wypychacze, 21- wypychacz wlewka, 22 - 26- kanały chłodzące. |