VSTŘIKOVACÍ LISY K 5 PLASTOVÉ. doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv. verze - 1.0

Transkript

1 Katedra konstruování stroj Fakulta strojní K 5 PLASTOVÉ VSTŘIKOVACÍ LISY doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv verze Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpo tem eské republiky

2 Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na Kated e konstruování stroj Katedra konstruování stroj je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západo eské univerzit v Plzni a pat í na fakult k nejv tším. Fakulta strojní je moderní otev enou vzd lávací institucí uznávanou i v oblasti v dy a výzkumu uplat ovaného v praxi. Katedra konstruování stroj disponuje modern vybavenými laborato emi s po íta ovou technikou, na které jsou nap. student m pro studijní ú ely neomezen k dispozici nové verze p edních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systém. Laborato e katedry jsou ve všední dny student m pln k dispozici nap. pro práci na semestrálních, bakalá ských i diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na kated e je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se pr b žn, zejména po absolvování jednotlivých semestr, podílejí všichni studenti. V sou asné dob probíhá na kated e konstruování stroj významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní u ební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledk této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na kated e také do spolupráce s p edními strojírenskými podniky v plze ském regionu i mimo n j. ada student rovn ž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahrani í. Nabídka studia na kated e konstruování stroj : Bakalá ské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program Zam ení B2301: strojní inženýrství ( zam ený univerzitn ) Stavba výrobních stroj a za ízení Dopravní a manipula ní technika B2341: strojírenství (zam ený profesn ) Design pr myslové techniky Diagnostika a servis silni ních vozidel Servis zdravotnické techniky Studijní program Zam ení Magisterské studium (2roky, titul Ing.) N2301: Strojní inženýrství Stavba výrobních stroj a za ízení Dopravní a manipula ní technika Více informací naleznete na webech a Západo eská univerzita v Plzni, 2013 ISBN doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller

3 VSTŘIKOVACÍ LISY ZÁKLADNÍ POPIS Jedná se o tvářící mechanický stroj, který se používá pro výrobu plastových výrobků. Polymer je v průběhu procesu roztaven a dopraven do dutiny formy. Popis procesu výroby: Polymer je ve formě surového granulátu nasypán do násypky. Odtud gravitací padá do prostoru šnekového dopravníku. Pomocí topení a teplem vznikajícím vnitřním třením v materiálu, je surový granulát podél osy dopravníku zahříván na tavící teplotu a rotačním pohybem šnekového dopravníku je tlačen až do ústí trysky. Tento proces se nazývá plastifikací. Během plastifikace dochází k roztavení materiálu a promísení materiálu s případnými aditivy. V tomto okamžiku je forma uvnitř lisu uzavřená. Přes ústí trysky je roztavený polymer dopředným pohybem vstřikovacího válce vstřikován do vtokové soustavy formy a dopraven až do dutiny formy. Po ukončení vstřikovacího procesu je doprava taveniny zastavena. Nastane zpětný pohyb válce. Tím dojde k poklesu tlaku a zastavení dopravy taveniny do formy. Poté následuje proces chladnutí. Následně je forma otevřena a výrobek je vyhozen nebo vyjmut z dutiny formy. Forma je poté uzavřena a celý cyklus se opakuje. Vodící tyč lisu Upínací deska pohyblivá Upínací deska pevná Komora Topení Plastový granulát Násypka Šnek Zadní deska Hydraulický válec Uzavírací jednotka Forma Tavenina Zpětný ventil Řídící jednotka Obrázek 1 Základní popis vstřikovacího lisu Zdroj: Vstřikovací válec Uzavírací jednotka Řídící a regulační jednotka Vstřikovací jednotka Obrázek 2 Základní rozdělení vstřikovacího Zdroj:

4 Rozdělení lisů dle pohonu Hydraulické: Ovládání lisu je zajištěno hydraulickým hospodářstvím Mechanické: Pohyblivé části, jsou řízené pomocí mechanických převodů Elektrické: Pohon lisu provádí regulovatelné elektromotory Hybridní: kombinace elektrického a hydraulického pohonu Způsob dopravení taveniny Pístové Šnekové Kombinované Hydraulický válec pro lineární pohyb šneku Zásobník Topení Šnek Zpětný ventil Tryska Motor a převodovka pro rotaci šneku Obrázek 3 Dopravení taveniny - Šnekové Násypka Roztavený plast Násypka Topení Šnek Uzavírací ventil Tryska Fáze 1 Fáze 2 Tryska Píst Torpédo Topení Obrázek 4 Dopravení taveniny - Pístem Píst Roztavený plast Stroje se dělí na Horizontální Vertikální Obrázek 5 Dopravení taveniny - Kombinované Zdroj: Obrázek 7 Horizontální vstřikovací lis Obrázek 6 Vertikální vstřikovací lis Zdroj: jpg

5 Dle polohy vstřikovací jednotky se vstřikováním kolmo na dělící rovinu (nejčastější) - se vstřikováním do dělící roviny Dle počtu šneků Jednošnekové Dvoušnekové více šnekové Vyjmutí výrobku z lisu Manuálně Automaticky Gravitací Robotem Výrobci Arburg, Engel, Husky, Sumitomo (SHI) Demag, Niigata atd. HYDRAULICKÝ POHON Základem je hydraulický obvod s regulací tlaku a objemovým průtokem (tzv. čerpadla s p-q regulací). Tím je zaručené plynulé ovládání vstřikovacího procesu. Nastavení polohy šneku oboustranným pístem, umožní zvýšení přesnosti vstřikovacího procesu v rámci ovládání rychlosti posuvu šneku. Rozpětí uzavírací síly lisu je závislé na výrobci pohybuje se v rozmezí 125 až 6000 KN Hydraulický systém je závislý na účelu použití. Na základě toho jsou dostupné jednookruhové čerpadla pro sériové sekvence nebo dvouokruhové pro souběžné pojezdové pohyby. Obrázek 8 Vstřikovací lis - Hydraulický Zdroj: ELEKTRICKÝ POHON Odpadá problém s hydraulickým hospodářstvím a nižší ekologické zatížení Snížení hlučnosti Zvýšení rychlosti upínací pohyblivé desky oproti hydraulickému pohonu Efektivnější využití energie - Využívání rekuperace energie při brždění Rotační pohyb motoru je využit na otáčení rotačních částí (šnek) a lineární pohyb pohyblivé upínací desky je vykonáván kuličkovým šroubem Porovnání s hydraulickými stroji: Výhody Energetická úsporo okolo 20 30% Zvýšená přesnost u výrobků s krátkými pracovními cykly Elektrické pohony pracují nezávisle a jejich činnost je provedena během pohybu stroje Nevýhody Vyšší spotřeba elektrické energie, zvýšení provozních nákladů Horší aplikace pro tlustostěnné výrobky a více násobné formy Vyšší nároky na údržbu a servis. Zvýšené nároky na kuličkové šrouby

6 Obrázek 9 Vstřikovací lis - Elektrický Zdroj: KOMBINOVANÉ POHONY Tyto stroje se používají pro kvalitnější výrobu termoplastů Spojením elektrického pohonu se zvyšuje rychlost a přesnost celého vstřikovacího procesu. Hydraulický pohon přináší výší uzavírací síly a zlepšenou dynamiku vstřikovacího procesu Především nastává kombinace výhod elektrického a hydraulického zařízení a celkově se tak zvedá účinnost výrobní technologie Obrázek 10 Vstřikovací lis - Hybridní Zdroj:

7 ZPŮSOBY UCHYCENÍ FORMY DO LISU Systémy upínání do lisu: Mechanické - Formu je možné upnout na desku lisu pomocí šroubů nebo pomocí upínek Obrázek 12 Upnutí šroubem Obrázek 11 Upnutí upínkou Zdroj: Magnetického stolu Rychlá výměna forem Potřeba přídavného zařízení na vytváření elektromagnetického pole Obrázek 13 Upnutí na magnetickou desku od firmy TECNOMAGNETE SpA + MAG Centrum, s.r.o. Zdroj:

8 Mechanické bajonetové Vhodné pro rychlou výměnu forem Obrázek 14 Upnutí pomocí bajonetu Zdroj: UZAVÍRACÍ JEDNOTKA Zařízení slouží pro otevírání a zavírání formy. Pohyb upínací pohyblivé desky je lineární a vratný. U výrobního procesu je rozdíl mezi uzavírací a otevírací rychlostí. Jednotka je složená z: Pevné a pohyblivé upínací desky, hydraulického válce, vodících tyčí lisu, lineární vedení Pevná deska je opatřená otvorem pro vstřikovací jednotku Pohyblivá deska je opatřená otvorem pro vyhazovací jednotku Pevná a pohyblivá deska obsahují vývrty pro uchycení rámu formy. Síla a rychlost upínací pohyblivé desky se mění v čase a závisí na poloze pohyblivé desky vůči nepohyblivým komponentům. Z toho důvodu je nutné celý proces programově řídit. Způsoby ovládání uzavíracích jednotek: Hydraulické, mechanické, elektrické a kombinace. Obrázek 15 Hydraulické uzavírání stroje Zdroj:

9 Zadní deska Zadní rameno Příčné rameno Přední rameno Příčník Vodící tyč Upínací deska pevná Hydraulický válec Pístní tyč hydraulického válce Upínací deska pohyblivá Forma Obrázek 16 Mechanicko-hydraulické uzavírání lisu Zdroj: VSTŘIKOVACÍ JEDNOTKA Hlavním účelem vstřikovací jednotky je zajištění dávkování taveniny v přesných cyklech a zajištění správné plastifikace (tj. roztavení materiálu, promísení s aditivy, homogenizace materiálu), včetně dopravení taveniny do dutiny formy s potřebným dotlakem. Rozdělení na Plastikační jednotu Pohon jednotky Osa šneku je kolmá na rovinu pevné upínací desky Plastikační jednotka: násypka, šnek (nebo píst), tryska, topení s teplenou regulací Pohonná jednotka: Zajištuje rotaci a posuv šneku. Posuvem regulujeme dotlak ve formě Vyhazovací paket Dutina Tryska Topení Násypka Forma Šnek Obrázek 17 Popis vstřikovací jednotky Zdroj: Jednotka pro ovládání pohybu šneku

10 Popis geometrie šneku Nejpoužívanější šneky pro zpracování termoplastů mají tři oblasti Vstupní (50% 60%) z délky šneku Kompresní (20% 25%) z délky šneku Dávkovací (20% 25%) z délky šneku Délka šneku se pohybuje v rozmení 18 až 22 násobku průměru šněku. Kompresní poměr je poměrem mezi objemem šneku pod násypkou při délce jedné rozteči závitu vůči koncovou částí šneku před tryskou. Kompresní poměr 1,5 až 4 Materiál šneku je navržen z hlediska odolnosti vůči otěru a namáhání na krut (nitridační ocel RM= 1000MPa, chromované a leštěné) Dávkovací oblast Kompresní oblast Vstupní oblast Délka šneku Stopka Celková délka šneku Obrázek 18 Oblasti šneku Velikost a geometrie šneku se volí dle velikosti výlisku a vstřikovaného materiálu. Vliv materiálu na volbu šneku je daný rozdílnými hodnotami maximálních přípustných otáček šneku, abrazí (např, vstřikování plněných materiálů), a chemickými vlastnostmi materiálu (vznik koroze apod.). Konec šneku je opatřen zpětným ventilem, který zaručuje, že se materiál během vstřiku nemůže vracet zpět do šneku. Pro různé aplikace a materiály se používají rozdílné druhy zpětných ventilů. Obrázek 19 Zpětný ventil Zdroj:

11 doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller Ing. Eduard Müller Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/.0.