Na ogólną budowę wtryskarki pod względem funkcjonalności składają się następujące zespoły:
zespół uplastyczniania i wtryskiwania (agregat wtryskowy),
zespół zamykania i otwierania formy,
zespół napędu wtryskarki,
zespół regulacji i sterowania,
korpus.
W zależności od rodzaju przetwarzanego tworzywa, sposobu pracy, rodzaju formy wtryskarki są dostosowywane do wymogów poszczególnych wariantów technologii w sposób konstrukcyjny bądź przez zastosowanie specjalnego wyposażenia technologicznego.
Zespół uplastyczniania i wtryskiwania – agregat wtryskowy.
W zespole uplastyczniania i wtryskiwania wykonywane są następujące operacje technologiczne: pobranie granulatu z leja zasypowego, podgrzanie i uplastycznienie surowca, wtryśnięcie stopu do gniazda formy, utrzymanie wtryśniętego stopu pod ciśnieniem docisku.
Zespoły wtryskowe dzielimy na:
Jednostopniowe zespoły tłokowe,
Dwustopniowe zespoły ślimakowo-tłokowe z wstępnym uplastycznieniem ślimakowym i wtryskiwaniem za pomocą tłoka,
Liniowo-zwrotne zespoły ślimakowe ze ślimakiem spełniającym równocześnie rolę tłoka wtryskowego.
Zespół uplastyczniania i wtryskiwania - agregat wtryskowy.
Do podstawowych funkcji zespołu wtryskiwania (agregatu wtryskowego) należą:
Przesuwanie się po łożu maszyny w celu dosunięcia dyszy do tulei wtryskowej w formie (w zespole zamykania) oraz jej ponownego odsunięcia,
Wywieranie ciśnienia dociskającego dyszę do tulei wtryskowej w formie,
Obrót ślimaka podczas fazy dozowania (zasilania),
Ruch liniowy (osiowy) ślimaka podczas fazy wtryskiwania,
Wytworzenie ciśnienia docisku.
W nowoczesnych wtryskarkach oprócz w/w niezbędnych funkcji wprowadzono:
6. Cofanie nie obracającego się ślimaka za pomocą urządzenia hydraulicznego,
7. Jednoczesny osiowy i obrotowy ruch ślimaka dla umożliwienia wtryskiwania z obracającym się ślimakiem,
8. Nastawę różnych dróg, skoków, prędkości, liczby obrotów i wartości ciśnień,
9. Automatyczną wymianą całego zespołu uplastyczniania przy zmianie rodzaju tworzywa (na ogół wykonania specjalne),
10. Koaksjalne przesunięcie agregatu, umożliwiające wtryskiwanie nie w osi maszyny,
11. Ułatwienie montażu lub demontażu ślimaka przez wychylne zamocowanie agregatu, co pozwala na oszczędność czasu przy wymianie ślimaka.
Od rodzaju budowy tego zespołu pochodzą nazwy wtryskarek:
Wtryskarki tłokowe.
Są to wtryskarki starego typu, stosuje się je w małych wtryskarkach laboratoryjnych. Składają się z ogrzewanego grubościennego cylindra, w którym tworzywo jest dozowane i przemieszczane przez prosty tłok napędzany za pomocą siłownika hydraulicznego. Tworzywo przeciskane między grubym cylindrem, a wewnętrznym rozdzielaczem, zwanym torpedą, było ogrzewane i uplastyczniane.
Wadą tego typu wtryskarek były duże straty ciśnienia, brak wymieszania i homogenizacji tworzywa, bardzo niedokładne dozowanie, brak możliwości przetwarzania tworzyw czułych termicznie, trudności z ogrzaniem masy tworzywa większej niż 500 g/cykl – wycofanie maszyn z produkcji przemysłowej.
Wtryskarki ze wstępnym uplastycznianiem.
Podstawowe wady wtryskarek tłokowych zostały usunięte przez zastosowanie -
Wstępne uplastycznianie następuje poprzez ślimak umieszczony w dodatkowym cylindrze połączonym z cylindrem wtryskowym. Wtryskarki tego typu stosuje się, gdy wymagane są bardzo wysokie ciśnienia oraz szybkość wtryskiwania. Wadą tych wtryskarek jest znacznie wyższa cena niż standardowych.
Wtryskarki ślimakowe.
We współczesnym przemyśle dominują układy z przesuwanym ślimakiem.
W czasie obracania się ślimaka odbywa się uplastycznienie tworzywa.
Ślimak obracając się gromadzi tworzywo przed swoim czołem, a równocześnie pod wpływem ciśnienia tego tworzywa przesuwa się do tyłu.
Osiągniecie określonego miejsca drogi wycofania oznacza, że została uplastyczniona odpowiednia porcja tworzywa (4D, D – średnica ślimaka).
Następuje wyłączenie obrotów ślimaka.
W czasie wtrysku przesuwający się ślimak pełni rolę tłoka.
Dla tw. termoplastycznych: ślimaki trójstrefowe o długości L = 20-25D i stopniu sprężania H = 2:1 do 3:1 – dla cz. krystalicznych – krótka strefa sprężania i dolny zakres wartości H.
PVC i PA z włóknem szklanym – pokrycia za specjalnych stopów ( w normalnym wykonaniu są utwardzone powierzchniowo przez azotowanie plazmowe.
Wyposażenie zespołu uplastyczniania i wtryskiwania:
Lej zasypowy ze stali nierdzewnej z zamknięciem wejścia do cylindra, wziernikiem, pokrywą, odpowietrzaniem, urządzeniem opróżniającym,
Napęd ruchu obrotowego ślimaka,
Tłok wtryskowy uruchamiany hydraulicznie (pneumatycznie mniejsze maszyny),
Sterowane urządzenie przesuwu zespołu wtryskiwania,
Kompletny zespół uplastyczniania (cylinder, głowica, grzejniki, dysza otwarta, ślimak, zawór zwrotny),
Instalacja chłodnicza ślimaka, z umieszczonym z boku lub na końcu wlotem i wylotem chłodziwa,
Zabezpieczenie ślimaka przed pęknięciem (ukręceniem),
Blokada obrotów ślimaka w przeciwnym kierunku,
Urządzenie cofające ślimak przed dozowaniem i/lub po dozowaniu,
Urządzenie do regulacji temp. cylindra w strefie zasilania z miernikiem kontroli przepływu,
Wskaźnik położenia ślimaka umożliwiający kontrolę optyczną,
Możliwość pracy w systemie intruzji.
Osłony zabezpieczające zgodne z przepisami bezpieczeństwa pracy.
Zależnie od lepkości i odporności tworzyw na ścieranie stosowane są różnego typu dysze wkręcane w końcówkę cylindra:
Dysze otwarte zapewniające najlepszy przepływ, lecz równocześnie nie zabezpieczające przed niekontrolowanym wyciekiem 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 spowodować wypadek,
Dysze zamykane igłą sterowaną siłownikiem hydraulicznym, niezbędne przy wtryskiwaniu np.: tworzyw spienianych.
Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych mechanizmu przesuwu dużych agregatów wtryskowych:
Prowadnice sprzężone z siłownikami dwustronnego działania,
Prowadnice z oddzielnymi siłownikami dwustronnego działania,
Prowadnice na korpusie wtryskarki z oddzielnymi siłownikami dwustronnego działania.
Muszą zapewniać:
Koncentryczność zespołu wtryskiwania i tulei wlewowej (leżącej w osi maszyny,
Wykonywanie ruchów bezudarowo i z dużą prędkością,
Przy przyśpieszaniu i hamowaniu brak skręcania lub innego odchylenia od osi środkowej,
Programowanie płynnego przebiegu prędkości – bez gwałtownych przyśpieszeń,
Odpowiedni nacisk dyszy, w celu zapobieżenia wypływaniu stopu w płaszczyźnie przylegania dyszy do tulei wlewowej.
Zespół zamykania i otwierania formy.
Formę mocuje się w zespole zamykania.
Działanie tego zespołu polega na zamykaniu, zwieraniu (utrzymywaniu w stanie zamkniętym) i otwieraniu formy oraz wytwarzaniu siły niezbędnej do zwierania i otwierania. Jego głównymi elementami są kolumny prowadzące, stała i ruchoma płyta mocująca oraz mechanizmy zamykania, otwierania i zwierania formy.
Rozróżnia się trzy typy konstrukcji zespołu zamykania zależne od sposobu utrzymywania formy w stanie zamkniętym (zwierania):
Zwieranie mechaniczne (blokada kształtowa za pomocą mechanizmu kolanowo-dźwigniowego napędzanego przez przekładnie śrubową lub siłownik hydrauliczny),
Zwieranie hydrauliczne (blokada siłowa wytwarzana przez siłownik hydrauliczny),
Zwieranie mechaniczno-hydrauliczne (blokada siłowa wytwarzana przez siłownik hydrauliczny, ruchy napędzane mechanicznie).
Zwieranie – utrzymanie formy w stanie zamkniętym podczas wtryskiwania i docisku.
Rozróżnia się trzy typy konstrukcji zespołu zamykania zależne od niżej podanych systemów napędowych:
Napęd kolanowo-dźwigniowy - stół ruchomy jest przesuwany przez układ, zwykle 5-punktowy (przegubowy), uruchamiany pojedynczym siłownikiem hydraulicznym.
System ten charakteryzuje się dużą szybkością ruchu oraz niewielkim wydatkiem oleju (energii).
Do wywarcia pełnej siły zamykania konieczne jest pełne rozprostowanie dźwigni z jednoczesnym pełnym zamknięciem formy - suma wymiarów długości dźwigni i wysokości formy musi być wielkością stałą.
Konieczna jest zawsze regulacja położenia punktu podparcia systemu dźwigniowego przez odpowiednie przesunięcie nakrętek kolumn prowadzących – różne wysokości form.
Zespół zamykania i otwierania formy:
Napęd bezpośrednio hydrauliczny – płyta ruchoma jest przesuwana przez wielostopniowy zespół siłowników hydraulicznych. Do realizacji szybkiego przesuwu służą:
siłowniki o małej średnicy tłoczyska i długim skoku,
duże siły zamykania uzyskuje się za pomocą siłowników o dużej średnicy. Zmiana wysokości formy odbija się tylko na skróceniu lub wydłużeniu ruchu tłoka siłownika – nie występuje – niebezpieczeństwo przeciążenia i zniszczenia kolumn, ponieważ wzrost siły zamykania spowoduje zadziałanie zaworu bezp.
Nie występuje niebezpieczeństwo przeciążenia i zniszczenia kolumn.
Niezbędny wydatek oleju jest zawsze większy, co rzutuje na szybkość ruchów.
Napęd hybrydowy wykorzystuje elementy obu systemów:
do realizacji szybkiego przesuwu płyty ruchomej stosuje się zespół kolanowo-dźwigniowy lub śrubę napędową.
bezpieczną siłę zamykania uzyskuje się przez zastosowanie jednego centralnego lub czterech – po jednym na każdą kolumnę - siłowników o krótkim skoku, zwanych poduszkami hydraulicznymi.
Do głównych funkcji układu zamykania zalicza się:
Mocowanie formy,
Otwieranie i zamykanie formy,
Dosuwanie do siebie części (połówek) formy,
Przejmowanie siły zamykania,
Wywieranie siły zwierania.
Ponadto ważne są następujące uwarunkowania dodatkowe:
Łatwość dostępu do obszaru formy,
Zużycie energii,
Zapotrzebowanie miejsca,
Elastyczność użytkowania.
Wyposażenie standardowe zapewnia:
Ustawianie z powolnym przebiegiem ruchów,
Zmienną prędkość niezależnych od siebie procesów zamykania i otwierania,
Nastawianie prędkości (sterowanie prędkością) z uwzgl. zabezp. formy,
Możliwość oddzielnego ustalania położenia ruchomej płyty mocującej na całej długości drogi przy sile zamykania od 5000 kN (nastawianie wysokości formy)
Nastawianie siły zamykania od wartości zerowej do maksymalnej, z odczytem wartości w rzeczywistych jednostkach fizycznych,
Zabezpieczenie formy przez niskie ciśnienie,
Impulsowy ruch wypychacza (wielokrotny),
Zabezpieczenie za pomocą zamkniętej z trzech stron osłony ochronnej, zgodnie z przepisami bezpieczeństwa pracy,
Zabezpieczenie elektryczne i hydrauliczne przy osłonie,
Odciążenie ruchu obsługiwanych przez personel drzwi ochronnych w maszynach o sile zamykania od 5000 kN,
Łatwość demontowania co najmniej jednej kolumny w 4-kolumnowych zespołach zamykania w celu umożliwienia montażu formy o wymiarach większych niż prześwit między kolumnami.
Ponadto zawiera:
Urządzenie zabezpieczające (hydrauliczne i elektryczne) przed niekontrolowanym zamknięciem,
Wypychacz centralny, mechaniczny lub hydrauliczny,
Smarowanie centralne z możliwością konrtoli,
Osłonę ochronną (drzwi ochronne również po stronie tylnej) z szybą.
Zespół napędu wtryskarki:
Napęd hydrauliczny – stosowany niemal wyłącznie. 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. Podzespoły zasilane są przez układ dwóch pomp: jednej o dużym wydatku i niskim ciśnieniu oraz drugiej o małym wydatku i wysokim ciśnieniu oleju (ok. 160 bar). Znaczne zmniejszenie ilości oleju w obiegu oraz skrócenie drogi przepływu.
Napęd pneumatyczny – sprężonym powietrzem (0,6-1,2MPa) jest stosowany tylko w bardzo małych wtryskarkach.
Napęd bezpośrednio elektryczny – oszczędności energii (do 25%) z powodu wyeliminowania pośredniego nośnika energii – oleju. Zaletą jest wykluczenie mgły olejowej w tzw. „czystych pomieszczeniach” przy produkcji specjalnej, np. soczewek, wyprasek wysoce precyzyjnych, medycznych. Wada – cena silników serwo podwyższa cenę wtryskarki o ok. 35%.
Zespół napędu wtryskarki:
Napęd elektrohydrauliczny (hydrauliczny): do przetwarzania energii elektrycznej w mechaniczną stosuje się pompy hydrauliczne:
Łopatkowe, tłokowe (promieniowe i osiowe), różne wyporowe i z uzębieniem wewnętrznym.
Silniki hydrauliczne przetwarzają energię ciśnienia na ruch obrotowy.
Silniki hydrauliczne liniowe – zwane siłownikami hydraulicznymi – przetwarzają energię ciśnienia w pracę na drodze liniowej (suwy) lub np. za pośrednictwem dźwigni kolanowej przetwarzają energię kinetycznie w ruch liniowy,
Silniki hydrauliczne obrotowe – służą do napędu ruchu obrotowego ślimaków.
Zespół napędu wtryskarki:
2. Napęd elektromechaniczny (bezpośrednio elektryczny):
Ruch obrotowy serwosilnika elektrycznego przekształcany jest w ruch liniowy – osiowy przez śrubę z nakrętką kulkową (np. za pomocą pasów typu V).
Układy zamykania np. dwudźwigniowe z czterema przegubami napędzane przez przekładnię z mechanizmem zębatkowym