Vstřikování. Základní parametry vstřikovacího stroje: Maximální vstřikovaný objem výstřiku ( cm 3 ), popř. v

Transkript

1 Vstřikování

2

3 Vstřikování cyklický tvářecí proces, při kterém se materiál v plastickém stavu vstřikuje vysokou rychlostí do uzavřené, temperované dutiny formy. Provádí se ve vstřikovacím stroji. Základní parametry vstřikovacího stroje: Maximální vstřikovaný objem výstřiku ( cm 3 ), popř. v gramech Plastikační kapacita stroje množství plastu v kg, které je možno převést do taveniny za jednu hodinu Vstřikovací tlak vs. Uzavírací síla

4 Vstřikovací stroj Plastikační jednotka přeměna materiálu v taveninu Vstřikovací jednotka - doprava do tvarové dutiny formy, velká rychlost i tlak Forma udělení tvaru a vznik výrobku Uzavírací jednotka uzavření formy a odolání vstřikovacímu tlaku Vstřikovací tryska průchod taveniny z vstřikovací jednotky do formy

5 Vstřikovací stroj

6 Materiály pro vstřikování Termoplasty Reaktoplasty Kaučuky Podle druhu materiálu se volí režim vstřikování resp. podmínky vstřikování a jim pak odpovídá velikost smrštění výstřiku

7 Vstřikovací cyklus 1) plastikace (šnek se otáčí a posouvá zpět, plastikuje materiál a dopravuje ho k trysce a zároveň uzavírání formy 2) přisunutí vstřikovací jednotky 3) vstřiknutí taveniny do formy 4) dotlak (šnek se posune dopředu jako píst) 5) chladnutí hmoty ve formě a začátek opětovné plastikace 6)odsunutí vstřikovací jednotky d) otevření formy a a vyhození výstřiku, pokračování plastikace

8 Tlak vs. Čas při vstřikování

9 Vliv tlaku na zbytkový tlak ve formě

10 Poměry při plastikaci Závisí na typu plastikační jednotky: Pístová Šneková Vstřikovací jednotka s předplastikací

11 Vstřikovací jednotky

12 Pístová plastikační jednotka Stlačování granulátu pístem, protláčení tavným pásmem, tavení a vstřik do formy. Rychlost dějů je omezena tepelnými vlastnostmi granulátu, proto různé topení (torpéda) a plastikační vložky, které však zvětšují tlakové ztráty Zahřívání pomocí odporového topení Špatný přestup tepla polymerem torpéda a žebra Použití pouze pro malé výstřiky

13 Pístová plastikační jednotka

14 Šneková plastikační jednotka Má vyšší plastikační výkon a lepší kvalitu taveniny; pracuje zcela analogicky jako vytlačovací stroj, ale cyklicky. Při plastikaci šnek ustupuje dozadu a v prostoru před jeho čelem (špicí) se hromadí tavenina Při šnekové plastikaci je lepší využití zdvihu šneku, vyšší rychlost vstřikování ( cm 3 /s) Velikost šneku D Axiální pohyb šneku hydraulicky Pohon šneku elektromotory, hydraulickými motory Vyhřívání topnými pásy Zakončení šneku různé dle polymeru

15 Axiální posun šneku - hydraulicky měnitelná vstřikovací rychlost pomocí programované rychlosti axiálního posunu šneku dotlačovací tlak také nastavitelný Pohon šneku buď elektromotory, jejichž otáčky se mění stupňovitě změnou počtu pólů, nebo výhodněji (především u větších strojů) hydraulickými motory s plynule nastavitelnými otáčkami Vstřikovací válec pro vstřikování termoplastů - vytápění topnými pásy vstřikování reaktoplastů a kaučuků - cirkulující kapalinou Plnicí část - chlazena Při zpracovávání plastů, především plněných skleněnými vlákny či jinými minerálními plnivy - mimořádný oděr plastikační jednotky - válce zevnitř vyložené pláštěm ze speciálních oděruvzdorných slitin (Cr-Co-V) Zakončení šneku - hladké, hmoty s omezenou termickou stabilitou - prodlouženo v hladkou špičku pro (PVC) opatřen spirálou taveniny s nízkou viskozitou (např. polyamidy) - šneky se zpětnou uzávěrou, brání zpětnému tlakovému toku profilem šneku vyvození dostatečného vštřikovacího tlaku popř. dotlaku. Zpětná uzávěra nesmí : omezovat výtlačný tok šneku, obsahovat tzv. mrtvá mista a musí při axiálním posunu vpřed dokonale těsnit.

16 Šneková plastikační jednotka

17 Zakončení šneků

18 Vstřikovací jednotka s předplastikací Zajištění dostatečného plastikačního výkonu a dokonalé homogenizace taveniny vedly k rozdělení vstřikovací jednotky na část plastikační a část vstřikovací. Šneková plastikační a pístová vstřikovací jednotka Zrychlení prac. cyklu Vstřikování reaktoplastů a strukturních pěn

19 Vstřikovací jednotka s předplastikací a) pístová předplastikace b) šneková předplastikace 1-tavící komora, 2-hlava tavící komory, 3-torpédo, 4-plastikační píst, 5-násypka, 6-vstřikovací válec, 7-vstřikovací píst, 8-topení, 9- uzávěr, 10-vstřikovací tryska, 11,12-upínací desky, 13-forma, 14- vyhazovače, 15,16-dorazy vyhazovače, 17-plastikační šnek, 18- pohon plastikačního šneku, 19-výstřik

20 Otevřená tryska Taveniny s velkou viskozitou nebo náchylné k tepelné degradaci Hladné, kónické bez mrtvých míst Plastikace se provádí s tryskou dosednutou na ústí formy Opak uzavíratelná tryska (tlakový bezpečnostní ventil) Mrtvá místa, vhodné pro polymery nepodléhající degradaci teplem

21 Vyhřívaná tryska s vlastním vytápěním

22 Nepřímo vyhřívaná tryska

23 Vyhřívaná tryska s jehlou ovládanou pákou a tlakovým mediem

24 Poměry ve formě Základním úkolem je udržení těsnosti formy po celou dobu plnění a dotlaku Plnění formy probíhá ve třech etapách: Tok materiálu ve vtokovém systému Vlastní plnění formy Doplňování formy při dotlaku Následuje chlazení výstřiku ve formě u termoplastů, síťování u reaktoplastů a kaučuků

25 Výhody hydraulických jednotek jednoduché, masivní a relativně levné provedení stroje rychlé a jednoduché upnutí formy, bez potíží upínání forem o různé výšce snadné nastavení hloubky otevření formy, přičemž vzhledem k tuhosti jednotky lze vstřikovat hluboké výstřiky možnost automatického zpomalení rychlosti uzavírání formy těsně před jejím uzavřením zmenšení opotřebení přidržovací síla přesně známa z tlakových údajů manometru hydraulického okruhu, snadno a přesně nastavitelná s velkou reprodukovatelností snadné jištění uzávěru a formy proti přetížení nadměrnou přidržovací nebo vstřikovací silou jednoduchá kontrola a údržba stroje - převážně výměna manžet a těsnění možnost programové změny přidržovací síly v průběhu plnění umožňující tzv. dýchání formy.

26 Uzavírací jednotka Hydraulická Pro tlaky větší než 6 MN doplněna závorováním Kloubové jednotky ovládané hydraulicky

27 I přední upínací deska (pevná), 2 zadní upínací deska (pohyblivá), 3 dělená vstřikovací forma, 4 nosný sloup, 5 - páka s klínovou plochou, 6 - rám stroje, 7 - hydraulický válec Pákoklínové uzavírací ústrojí

28 elektromagnetické uzavírací ústrojí I - pevná upínací deska, 2 pohyblivá upínací deska, 3 dělená vstřikovací forma, 4 - nosné sloupy, 5 rám stroje, 6 klikový kotouč, 7 - ojnice, 8 - pákový mechaznismus

29

30 Vstřikovací formy Složité, finančně náročné Řešení vtokových kanálků Hladké, dobrý tok taveniny Jednoduše rozevíratelné Temperace opatřené kanálky pro rozvod média Jednoduché, násobné, s více vtoky

31 Forma a její hlavní části

32

33 Vstřikovací formy a vtoky Masívní výstřiky s nutným dlouhým dotlačováním Nevýhoda těžce oddělitelný vtokový zbytek Pro jednonásobné formy, nehospodárný

34 Vtokový systém Nejjednodušší plný (kuželový) vtok S předkomůrkou Živý vtok Tzv. živý vtok Prostříknutí zbytku v předkomůrce hospodárný, zbytek se nemusí vyjímat Krátké cykly cca 15 20s

35 Deštníkový vtok A) vnější, B) vnitřní; 1 - ústi vtoku, 2 - deštníkový vtok Vstřikování kruhových dílů nebo nutnost obtékání jádra Nevzniká studený spoj

36 další typy vtoků a jejich umístění

37 Násobná forma s bočním vtokem

38 Průřezy vtokových kanálků

39 Řešení vtokových systémů

40 Další typy vtokových systémů

41 Odstupňovaný průřez vtoku - stejná rychlost taveniny

42

43 Průběh plnění dutiny formy

44 Odtržení výrobku od vtokového systému U dvoudeskových forem nutno ostraňovat Formy s tunelovým vtokem odtržení samovolně po otevření

45 formy s horkými rozváděcími kanálky v podstatě živý bodový vtok upravený pro násobnou formu Výhody použití: ušetření polymeru z vtokových zbytků není nutné dodatečné odstraňování vtokových zbytků s event. začišťováním nejsou nutné třídeskové formy odpadá nutnost plastikovat materiál i na vtokové zbytky zkrácení vstřikovacího cyklu snadná automatizace procesu Nevýhody: vyšší cena forem vzhledem k poměrné složitosti těchto forem - náročnější opravy možné delší přerušení výroby Uplatnění: u malých výstřiků, kde objem vtokových zbytků by byl stejný nebo větší než objem výstřiku nebo kde vzhledem k malé tloušťce stěny je nutné vstřikování několika vtoky

46 tři základní typy: a) formy s izolovanými rozváděcími kanály, b) formy s vyhřívanými rozváděcími kanály c) formy s modifikovanými izolovanými rozváděcími kanály Formy s izolovanými rozváděcími kanály - třídeskové formy s rozváděcími kanály o větším průměru Na počátku vstřikování tavenina polymeru sice zatuhne na stěnách kanálů, ale zbylé plastické jádro má dostatečný průřez umožňující průtok taveniny v dalších cyklech. Dělící rovina rozváděcích kanálů se otevírá pouze při přerušení výroby. Formy s vyhřívanými rozváděcími kanály - rozváděcí systém taveniny trvale udržován nad teplotou tání taveniny vstřikovaného polymeru: celý obsah kanálů roztavený. - velmi náročné po konstrukční a výrobní stránce, vyplatí se pro výstřiky menších hmotností ve velkých sériích Formy s modifikovanými izolovanými rozváděcími kanály - kompromis mezi oběma předchozími systémy Tavenina v hlavních kanálech je izolována ztuhlým polymerem, ale trysky jsou vyhřívány malými odporovými tělesy přesnější nastavení a ovládání teplot

47 Formy s více částmi

48 0,02 až 0,05 mm Způsoby odvzdušnění

49 Způsoby vyhazování výstřiků Mechanické vyhazování vyhazovací kolíky Stírací deskou Pomocí šikmých kolíků dvoustupňové vyhazování rozdílné časové rozdělení Vzduchové vyhazování tenkostěnné výrobky Hydraulické vyhazování plynulejší ovládání mech. vyhazovačů

50 Mechanické vyhazování pomocí kolíků

51 Umístění vyhazovacích kolíků

52 Vyhazování stírací deskou Pozn. Nutno vyhazovat i vtokový zbytek

53 Chlazení forem

54 Umístění temperačních kanálků

55 Zásady navrhování výlisků

56 Orientace Průvodní jevy při vstřikování Vnitřní pnutí Smrštění Studené spoje

57 Orientace výstřiků Orientace a následná relaxace Anizotropie vlastností Nehomogenita vlastností

58 Vnitřní pnutí Orientační pnutí orientace výstřiků Tepelná pnutí teplotní gradient při chládnutí nerovnoměrné smršťování Expanzní pnutí při přehuštění dutiny formy taveninou Krystalizační pnutí Deformační vnitřní pnutí při vyhazování výstřiku, pokud vzniknou plastické deformace (nedostatečně zchládnutý výstřik, velká přilnavost materiálu k formě, špatný vyhazovací systém)

59 Smrštění Výrobní smrštění ovlivněno: druhem plastu (krystalické polymery vs. amorfní) tvar výrobku a tloušťka stěny umístění vtoku na výrobku směr toku taveniny a směr kolmý technologické podmínky vstřikovací tlak a dotlak čím větší a delší, tím menší výrobní smrštění Dodatečné smrštění

60 Studené spoje Rozdílné s druhem materiálu u PE či PP zanedbatelné, u PS snížení pevnosti až o 30% Tokové čáry sledují tok materiálu v dutině sledují tok materiálu v dutině nesprávně navržený a dimenzovaný vtokový systém

61 Příklad výpočtu tvárnice a tvárníku formy pro výstřik:

62 Vady výstřiků Vady tvaru neúplný výstřik, přetoky, propadliny, zborcení a deformace Vady povrchu změna barvy, nedostatečný lesk, zakalení, stříbření, rýhování, trhlinky, žloutnutí Skryté vady vnitřní pnutí, vakuové bubliny Další vliv mají závady vstřikovacího procesu špatná teplota, tlak, dotlak, vyhazování atd.

63

64

65

66 Zvláštní způsoby vstřikování Vstřikování vyztužených termoplastů Vstřikování s dolisováním (Rolinx proces) Autotermní vstřikování (Intrusion) Vstřikování termoplastů s nadouvadly Vstřikování dvoubarevných výstřiků Vstřikování sendvičů (proces ICI) Vstřikování s injektáží plynu (GIC) Vícesložkové vstřikování

67 Vstřikování vyztužených termoplastů Plnivo krátká skleněná vlákna Horší tekutost taveniny vysoké vstřikovací tlaky, popř.vyšší teploty Oděr pracovních částí Jinak navrženy výstřiky i vtokový systém co největší průřez a nejmenší délka Ne bodové vtoky

68 Vstřikování termoplastů s nadouvadly Strukturní pěny Kompaktní povrch a napěněné jádro 0,5 až 3 % nadouvadla Nízkotlaké a vysokotlaké Nízkotlaké: MPa, pak klesne na 1-2 MPa, Vysokotlaké zaplnění 60-80% objemu, malá uzavírací síla a méně náročné formy ale dostatečně velké odvzdušňovací kanály krátké vtokové kanály nebezpečí rozkladu nutné samouzavírací trysky dlouhá doba chládnutí karusely Vysokotlaké: : hladký povrch, ale zvláštní konstrukce formy s pohyblivým tvárníkem, náročná

69 vícepolohový vstřikovací stroj (karusel):

70 Vícesložkové vstřikování Dvě samostatné vstřikovací jednotky Nejprve hmota pro povrchovou vrstvu, dokud je v tavenině, rychle hmota pro jádro Jádro často napěněné Nutné uzavření povrchu výstřiku v místě ústí vtoku první hmotou Rychlý sled operací Možnost kombinace dvou druhů plastů

71 Vícesložkové vstřikování

72 Vstřikování s dolisováním Tenkostěnné výrobky s velkou plochou, tedy vysoký poměr délka/tloušťka Programové uzavírání formy různě velkou silou Autotermní vstřikování Také intruze, tokové vstřikování Mimořádně tlustá stěna výstřiku Mezistupeň mezi vstřikováním a vytlačováním Hmota nejprve vtlačena plynulým vtékáním pomocí šneku a pak dotlačena

73 Vzorek pro hodnocení materiálu pro vstřikování PP + piliny Vstřikovaná spirála Délka toku = 20 cm PP Délka toku Délka toku = 33 cm

74 Výroba krytky z PP vstřikováním

75 Konečný výstřik

76 Výstřik s vtokovým systémem

77 Složená forma

78 temperační kanálky

79 Rozložená forma s detailem dutiny

80 Detaily spojovacích prvků

81 Detail kanálku a dutiny výstřiku

82 Bodový vtok a vyhazovací kolíky

83 REAKTIVNÍ VSTŘIKOVÁNÍ Teoretické výhody - NÍZKÁ VISKOZITA HMOTY - velké objemy při nízkých tlacích, levné formy, nízké investice - NÁSTŘIK HMOTY V MONOMERNÍM STAVU - deformace polymerních řetězců, smrštění, deformace výrobků - NÁSTŘIK HMOTY DO FORMY O VYŠŠÍ TEPLOTĚ NEŽ JE TEPLOTA FORMY - viskozitní profil ve formě, velikost nástřiku, subtilnost zařízení a forem RIM materiály používané ve firmě RIM-Tech a.s. - NYRIM - blokový kopolymer NYLON-6 a polyeter (KL-6+prepolymer+katalyzátor) - PU-RIM - tvrdé a houževnaté typy (Poly+ISO) - DCPD-RIM - dicyklopentadien (DCPD-A+DCPD-B)

84 Chemické reakce v RIM technologii To Tm dt t (odf) /C/ /C/ /C/ /MIN/ O 1. PU RIM -NCO + HO- -NH CO Polymoč. O -NCO + H2N- -NHCNH PA RIM (CH2)5 NH +X (PPO)X CO -/(CH2)5 NH-CO-/n (PPO)m /(CH2)5 NH-CO-/p aniontová polymerace 1. DCPD ( Et)2Al Cl W(Cl)6 + mod. kauč. n

85 REAKTIVNÍ VSTŘIKOVÁNÍ Obecné výhody technologie RIM - velmi dobré vlastnosti materiálů na úrovni kvalitních konstrukčních plastů - díly bez vnitřního pnutí možnost rozdílných tlouštěk stěn u jednoho dílu - snadná úprava vlastností materiálu - vlastnosti na míru - snadné modifikace tvaru dílů - velká volnost při navrhování dílů - krátká doba náběhu výroby - minimální propady v místě žeber a nálitků - nízký tok za studena - minimální dodatečná tvarová deformace dílů - ekonomicky výhodná výroba velkých dílů - ekonomicky výhodná výroba forem - relativně nízké náklady na dopravu Materiály s uplatněním pro mimořádně namáhané aplikace NYRIM - extrémně houževnatý - vysoká odolnost k obrušování - dobrá chemická odolnost - odolnost k nízkým i vysokým teplotám - možnost zpracování RRIM technologií (plnění vláknitými plnivy) - možnost výroby tlustostěnných dílů nebo dílů s rozdílnou tloušťkou stěn - recyklace odpadu DCPD-RIM - vysoce houževnatý - výborná chemická odolnost - vysoký modul bez použití plniv - dobrá odolnost k vysokým teplotám - možnost výroby extrémně velkých dílů

86 RIM materiály sledované ve firmě RIM-Tech a.s. Vlastnosti materiálů NYRIM - blokový kopolymer NYLON-6 a polyeter (KL-6 + prepolymer + katalyzátor) - extrémně houževnatý - vysoká odolnost k obrušování - dobrá chemická odolnost - odolnost proti nízkým i vysokým teplotám - možnost zpracování RRIM technologií - možnost výroby tlustostěnných dílů nebo dílů s rozdílnou tloušťkou stěn - recyklace odpadu PU-RIM - PU-RIM - tvrdé a houževnaté typy (Poly+ISO) - výborná chemická odolnost - vysoká odolnost k obrušování - možnost zpracování RRIM technologií - rozměrová stálost - velká variabilnost vlastností - relativně nízká cena materiálu Telene - Telene - dicyklopentadien (DCPD-A+DCPD-B) - vysoce houževnatý - výborná chemická odolnost - vysoký modul bez použití plniv - dobrá odolnost proti vysokým teplotám - možnost výroby extrémně velkých dílů Bayflex 180/ 190 (tenkostěnný RRIM) - Bayflex 180/ polymočovinový RIM (blízký PU-RIM systémům) - tloušťka stěny až 1,5 mm - výborná rázová odolnost za nízkých teplot - výborná vysokoteplotní odolnost - velmi krátký výrobní cyklus - pod 2 minuty - on-line lakovatelné díly - relativně vysoké série výrobků - výborná rozměrová stálost