TECHNOLOGIE II (tváření kovů a plastů)

Transkript

1 TECHNOLOGIE II (tváření kovů a plastů) : (princip, vstřikovací cyklus, technologické parametry, speciální způsoby vstřikování) Autor přednášky: Ing. Jiří SOBOTKA, Ph.D. Pracoviště: TUL FS, Katedra strojírenské technologie

2 2 Základní charakteristika - jedna z nejdůležitějších technologií zpracování plastů - proces je diskontinuální a cyklický - výrobky jsou velice členité a vyznačují se vysokou rozměrovou přesností - výrobky charakter konečného výrobku, polotovary nebo pro celek - dávka roztaveného plastu je z pomocné komory vstříknuta velkou rychlostí do uzavřené dutiny kovové formy - výrobky: automobilový průmysl, elektronické součásti, spotřební zboží, - téměř všechny termoplasty a některé reaktoplasty - výhody a nevýhody

3 Vstřikovací cyklus - jednotlivé časy během vstřikovací cyklu: t s1, t s2, t v, t d, t ch, t pl, t s3, t m Průběh vnitřního tlaku p i v dutině formy během procesu vstřikování 3

4 4 Vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu Doba vstřikování t v (doba plnění dutiny formy) - f(rychlost VST) f(technologických podmínek zejména teploty taveniny T tav a vstřikovacího tlaku p) - určité hodnotě VST rychlosti odpovídá určitá hodnota VST tlaku - VST rychlost lze programovat (složité výrobky, požadavky na kvalitu povrchu, ) - t v by měla být co nejkratší (vliv a t d ) - proces plnění (volný tok jetting x laminární tok postupné plnění)

5 5 Vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu Doba dotlaku t d - eliminace pružného prohnutí formy (tzv. dýchnutí) snížit VST tlak dotlak - správné seřízení přepnutí na dotlak (předčasné x opožděné) - přepnutí dle dráhy šneku nebo VST času - lze optimalizovat (vyšší dotlak na začátku snížení ke konci) Doba plastikace t pl - zplastikování dávky plastu, její zhomogenizování a umístění před čelo šneku - posuvem vzad se snižuje účinná délka šneku (zvýšit zpětný tlak) Doba chlazení t ch - největší část cyklu (snaha na min) - f(tloušťka stěny, druh plastu, T tav, T f, ) Strojní doby t s1, t s2, t s3 - zavření (t s1 ) a otevření (t s3 ) rychlost a dráha - rychlost lze regulovat ( stroních časů na min)

6 6 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 1. Druh plastu 2. Technologické parametry 3. Volba stroje a konstrukce formy 4. Tvar výrobku 1. Druh plastu - dosažení homogenní taveniny v co nejkratší době (granule tvar) - tekutost (v praxi zabíhavost) - tepelná stabilita (omezení max a min) - bez uvolňování těkavých látek - po ztuhnutí vykazovat minimální vnitřní pnutí - smrštění plastu

7 7 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 2. Technologické parametry - vzájemné ovlivnění - zejména vliv: Vstřikovací tlak (tzv. vnější tlak) p - ovlivňuje rychlost plnění, smrštění, vnitřní pnutí, Teplota taveniny - zejména zabíhavost plastu - obecně se doporučuje T tav (pnutí x t ch ) - teplotní homogenita t k Teplota vstřikovací formy - největší vliv na t ch (doba x pnutí) Rychlost plnění dutiny formy - co nejvyšší (x degradace hmoty, místo vtoku) Výše a doba trvání dotlaku - rozměry výrobku, smrštění, vnitřní pnutí

8 8 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj VST jednotka, uzavírací jednotka a řídící jednotka 1 doraz; 2 tyč vyhazovače; 3, 5 upínací desky; 4 forma; 6 vstřikovací tryska; 7 špice šneku; 8 zpětný uzávěr; 9 šnek; 10 tavící komora ;11 topná tělesa; 12 násypka ;13 granule plastu; 14 deska vyhazovačů; 15 kotevní deska; 16 vyhazovače; 17 výstřik

9 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj VST jednotka, uzavírací jednotka a řídící jednotka VSTŘIKOVACÍ JEDNOTKA modulární řešení TOPNÉ PÁSY Parametry stroje ENGEL Victory 80/25 80 cm 3 vstřikovací kapacita 250 kn uzavírací síla UZAVÍRACÍ JEDNOTKA modulární řešení ŘÍDÍCÍ A REGULAČNÍ JEDNOTKA VSTŘIKOVÁNÍ NA DĚLÍCÍ ROVINU a) horizontální uspořádání b) vertikální uspořádání vstřikovací a uzavírací jednotky VSTŘIKOVÁNÍ DO DĚLÍCÍ ROVINY a) horizontální uspořádání uzavírací jednotky a vertikální uspořádání vstřikovací jednotky b) vertikální uspořádání uzavírací jednotky a horizontální vstřikovací jednotky 9

10 10 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj VST jednotka - zplastikovat a zhomogenizovat granulát plastu - vstříknout tuto taveninu do dutiny formy - pístové (minulost) šnekové (plastikace, homogenizace, přesné dávkování, výměna materiálu, ) - dle kompresního poměru (násypka/tryska) - obyčejný šnek - diferenciální šnek

11 11 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj VST jednotka - parametry: průměr šneku D [mm] délka šneku L [mm] vstřikovací kapacita Q v [cm 3 ] plastikační kapacita Q p [kg h -1 ] max. vstřikovací tlak p [MPa] obj. vstřikovací rychlost v [cm 3 s -1 ]

12 12 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj uzavírací jednotka - zajišťuje zavírání a otevírání formy - parametry: přisouvací síla F p [N] uzavírací síla F u [kn]

13 13 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST forma - poskytovat výrobky přesných rozměrů a umožnit snadné vyjmutí výrobku (rozměry a výrobní tolerance rozhoduje především smrštění mat.) - díly vymezující tvarovou dutinu - vtokový, temperační a vyhazovací systém - jednotlivé části konstrukční části a funkční části - rozdělení - dle násobnosti jednonásobné a vícenásobné - dle konstrukce vstřikovací stroje formy se vstřikem kolmo (x do) na dělící rovinu - dle konstrukce dvoudeskové, třídeskové, etážové,

14 14 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST forma vtokový systém - systém kanálů a ústí vtoku správné naplnění dutiny formy, snadné oddělení a vyhození vtokového zbytku - vícenásobné formy (současné plnění a stejné technologické podmínky) - umístění vtoku (studené spoje, rovnoměrnost krystalizace, ) VST forma temperační systém - rychlé zchladnutí (x reaktoplasty) přestup a prostup tepla z taveniny do formy pomocí soustavy kanálů a dutin - rovnoměrné ochlazování - délka kanálů rozdíl teploty na vstupu / výstupu max. 3 5 C

15 15 Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST forma vyhazování - mechanické (popř. pneumatické nebo hydraulické) - vyh. = f(měrný tlak mezi formou a výrobkem, koef. tření, rozměry výrobku) VST forma odvzdušnění - obecně krátká doba vstřiku odvzdušnění (x zvýšení tlaku, diesel efekt, ) - pomocí netěsností v dělící rovině nebo odvzdušňovací kanálky (x otřepy)

16 16 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování sendvičů - možnost zpracovávat recyklované materiály (jádra vstřikovaných dílů) - laminární proudění ochlazení povrchové vrstvy jádro do materiálu povrchu - spojení plastů (dostatečně plastické, vzájemná mísitelnost, tokové vlastnosti, ) - jádro: recyklát nebo např. vyztužující vlákna - tryska spojuje dvě vstřikovací jednotky a dávkuje taveninu plastu (ovládání jehly)

17 17 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování sendvičů - možnost zpracovávat recyklované materiály (jádra vstřikovaných dílů) - laminární proudění ochlazení povrchové vrstvy jádro do materiálu povrchu - spojení plastů (dostatečně plastické, vzájemná mísitelnost, tokové vlastnosti, ) - jádro: recyklát nebo např. vyztužující vlákna - tryska spojuje dvě vstřikovací jednotky a dávkuje taveninu plastu (ovládání jehly)

18 18 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování s podporovou plynu (GIT) - možnost vyrábět díly s uzavřenými dutinami přivede se plyn (většinou dusík) - výhody: - uzavíracích sil, smrštění, délky cyklu (t ch ), hmotnosti, výrobní náklady, - nevýhody: drahé nástroje a stroje, obtížné řízení procesu Přívod plynu: Tryskou Jehlou

19 19 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování s podporovou plynu (GIT) - tlak plynu má funkci dotlaku - žebra a rozdílné tloušťky stěn slouží k vedení plynu - krátký vstřik (dofukovací způsob) a dlouhý vstřik (vyfukovací způsob) - rozhoduje objem dávky taveniny plastu; tloušťka stěny s dráhou plynu - přívod plynu v přesně daném okamžiku (nejprve nižší tlak) - doba prodlevy vstřikování přívod plynu tloušťka stěny výrobku Krátký vstřik Dlouhý vstřik

20 20 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování s podporovou vody (WIT) - obdoba GIT (čelo vody působí na plastické jádro jako píst) - odstranění vody (vytlačení vzduchem, odsátí zpět, vylévání mimo formu) - vyšší chladící účinek než plyn ( t ch ) - povrch vnitřní stěny - omezená použitelnost

21 21 Přednáška č. 9 Speciální způsoby vstřikování Vícekomponentní nebo vícebarevné vstřikování - na 1 výrobku lze kombinovat 2 nebo více materiálů (resp. barev) - lze i nemísitelné materiály (nízká adheze úprava geometrie) - ke vstřikovací formě jsou připojeny dvě (2-komponentní), tři (3-komponentní) nebo čtyři vstřikovací jednotky - transport (překládání) výlisků Dvoukomponentní vstřikování

22 Speciální způsoby vstřikování Vícekomponentní nebo vícebarevné vstřikování - na 1 výrobku lze kombinovat 2 nebo více materiálů (resp. barev) - lze i nemísitelné materiály (nízká adheze úprava geometrie) - ke vstřikovací formě jsou připojeny dvě (2-komponentní), tři (3-komponentní) nebo čtyři vstřikovací jednotky - transport (překládání) výlisků Tříkomponentní vstřikování - úhel pootočení počet pracovních pozic vstřikovací formy (180, 120, 90 ) 22

23 Speciální způsoby vstřikování Vícekomponentní nebo vícebarevné vstřikování - na 1 výrobku lze kombinovat 2 nebo více materiálů (resp. barev) - lze i nemísitelné materiály (nízká adheze úprava geometrie) - ke vstřikovací formě jsou připojeny dvě (2-komponentní), tři (3-komponentní) nebo čtyři vstřikovací jednotky - transport (překládání) výlisků Čtyřkomponentní vstřikování - úhel pootočení počet pracovních pozic vstřikovací formy (180, 120, 90 ) 23

24 24 Speciální způsoby vstřikování Intervalové vstřikování - zvláštní případ vícebarevného vstřikování (bez jasných hranic mezi odstíny) - míchání dvou barevných odstínů před vstřikem do dutiny stroje - vstřikovací jednotky ústí do míchací trysky míchání dle sekvenčního cyklu

25 25 Speciální způsoby vstřikování Mramorové vstřikování - nehomogenní mísení polymerů (většinou více barev jednoho polymeru) - plastikace materiálu bez intenzivního promíchání - speciální hnětací člen (část pístu, část šneku)

26 26 Speciální způsoby vstřikování Vstřikování reaktoplastů - výhody oproti lisování reaktoplastů (proces pouze v jedné jednotce) - místo doby chlazení je zde doba vytvrzování (forma se ohřívá) doba cyklu - šnek má potlačenou kompresní část - důležité odvzdušnění formy (odvzdušňovací kanálky, redukce uzavírací síly) s prášky (PIM) - prášky na bázi kovů, skla nebo např. keramiky přesné díly, velmi kvalitní povrch - polymer slouží jako nosné pojivo pro vstřikování (30 35%) míchání prášku s pojivem granulace vstřikování (tzv. zelený výrobek) odstranění plastu (tzv. hnědý výrobek) spékání a korekce povrchu - odstranění plastu vypálení polymeru v peci (cca 450 C) - spékání prášku v peci (cca 2000 C)

27 27 Speciální způsoby vstřikování Reakční vstřikování (RIM) - vstřikuje se monomer polyreakce probíhá v dutině formy - velmi odlišné od klasického vstřikování - výhody: stačí nízké tlaky (nízká viskozita hmoty), min. vnitřní pnutí, bez smrštění a deformací, lze i velké díly, nízké uzavírací síly (lehčí a levnější formy) - nevýhody: dlouhé doby cyklů, občas problémy s kvalitou povrchu Vstřikování s dolisováním (CIM) - tavenina vstřikována do pootevřené formy dotvarování pomocí uzavírací síly - funkci dotlaku přebírá uzavírací jednotka - nízké hodnoty smrštění, deformací a vnitřních pnutí (tlak působí přímo na materiál a to v celém objemu najednou) - vysoká přesnost vyráběných dílů

28 28 Speciální způsoby vstřikování Tandemové vstřikování - dvě protilehlé dutiny ve vstřikovací formě mají samostatné vstřikovací jednotky - v jedné dutině probíhá proces otevření, zavření, vyhození výrobku, plnění a dotlaku - v druhé dutině pak probíhá proces chlazení Vstřikování strukturních pěn - kompaktní povrch a napěněné jádro (přídavek nadouvadel) - dle objemu nadouvadel lehký nebo těžký výstřik - obdoba krátkého vstřiku (80-90%) zbytek expanze plynu - dlouhé t ch (špatný přenos tepla) - nízkotlaký a vysokotlaký proces PS - fyzikální nadouvadlo (pentan) - předpěnění horkou párou nebo plné vypěnění v dutině formy - použití dusíku ( Mucell ) rovnoměrné rozložení a velikost dutin

29 29 Speciální způsoby vstřikování Střídavé (cyklické) vstřikování (MLFM) - materiály plněné vyztužujícím (lze i nevyztužujícím) plnivem - kontrolované tečení taveniny v dutině formy během pnění a dotlaku - rozdělení taveniny plastů do dvou proudů promíchávání taveniny v dutině formy Vstřikování, dotlak 2 x dotlak Nízkotlaké vstřikování - nízký tlak na straně vstřiku i uzavírací jednotky velikost stroje, napětí, vnitřní pnutí, cenu nástroje - často vícepolohové stroje (otáčejí se k jednotlivým pozicím)

30 30 Speciální způsoby vstřikování Technologie zastříkávání (hybridní technologie) In-mould technologie - tavenina plastu je nastříknuta na jiný materiál (kov, textilie, ) spojení obou materiálů a vzniku jednoho výrobku 1) Zastříknutí založené fólie (filmu, textilie,..) taveninou plastu - polymer nesmí odplavit vlákna mimo původní umístění a) vlákna v kapalném pojivu zastříknutí taveninou plastu b) vstříknutí plastu přímo na souvislou tkaninu 2) Lisování s možností ostřihnutí 3) Vícekomponentní vstřikování

31 Děkuji za pozornost.