TECHNOLOGIE II (tváření kovů a plastů)

TECHNOLOGIE II (tváření kovů a plastů) Přednáška č. 10: Vstřikování

plastů (princip, vstřikovací cyklus, technologické parametry, speciální způsoby vstřikování) Autor přednášky: Ing. Jiří SOBOTKA, Ph.D. Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie

Vstřikování plastů

TKP Přednáška č. 10

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

2



Vstřikovací cyklus - jednotlivé časy během vstřikovací cyklu: ts1, ts2, tv, td, tch, tpl, ts3, tm

Průběh vnitřního tlaku pi v dutině formy během procesu vstřikování 3



Vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu Doba vstřikování tv (doba plnění dutiny formy) - f(rychlost VST) → f(technologických podmínek – zejména teploty taveniny Ttav a vstřikovacího tlaku p) - určité hodnotě VST rychlosti odpovídá určitá hodnota VST tlaku - VST rychlost lze programovat (složité výrobky, ↑ požadavky na kvalitu povrchu,…) - tv by měla být co nejkratší (vliv ↑↑ a ↓↓ td) - proces plnění (volný tok – „jetting“ x laminární tok – postupné plnění)

4



Vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu Doba dotlaku td - 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 tpl - zplastikování dávky plastu, její zhomogenizování a umístění před čelo šneku - posuvem vzad se snižuje účinná délka šneku (zvýšit zpětný tlak)

Doba chlazení tch - největší část cyklu (snaha ↓ na min) - f(tloušťka stěny, druh plastu, Ttav, Tf,…) Strojní doby ts1, ts2, ts3 - zavření (ts1) a otevření (ts3) – rychlost a dráha - rychlost lze regulovat (↓ stroních časů na min) 5



Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 1. 2. 3. 4.

Druh plastu Technologické parametry Volba stroje a konstrukce formy 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

6



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 ↑ Ttav (pnutí x tch) - teplotní homogenita tk Teplota vstřikovací formy - největší vliv na tch (doba x pnutí) Rychlost plnění dutiny formy - co nejvyšší (x degradace hmoty, místo vtoku) Výše a doba trvání dotlaku - rozměry výrobku, smrštění, vnitřní pnutí

7



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

8

TKP


Přednáška č. 10

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

UZAVÍRACÍ JEDNOTKA modulární řešení

ŘÍDÍCÍ A REGULAČNÍ JEDNOTKA

VSTŘIKOVÁNÍ NA DĚLÍCÍ ROVINU a) horizontální uspořádání b) vertikální uspořádání vstřikovací a uzavírací jednotky

Parametry stroje ENGEL Victory 80/25 80 cm3 … vstřikovací kapacita 250 kN … uzavírací síla

VSTŘIKOVÁNÍ DO DĚLÍCÍ ROVINY a) horizontální uspořádání uzavírací jednotky a vertikální uspořádání vstřikovací jednotky b) vertikální uspořádání uzavírací jednotky a horizontální vstřikovací jednotky

9



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

10



Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj – VST jednotka - parametry:

průměr šneku délka šneku vstřikovací kapacita plastikační kapacita max. vstřikovací tlak obj. vstřikovací rychlost

D L Qv Qp p v

[mm] [mm] [cm3] [kg·h-1] [MPa] [cm3 ·s-1]

11



Faktory ovlivňující výsledné vlastnosti výrobku 3. Vstřikovací stroj a konstrukce formy VST stroj – uzavírací jednotka - zajišťuje zavírání a otevírání formy - parametry: přisouvací síla uzavírací síla

Fp Fu

[N] [kN]

12



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,…

13



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

14



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)

15



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)

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



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 (tch), hmotnosti, výrobní náklady,… - nevýhody: drahé nástroje a stroje, obtížné řízení procesu

Přívod plynu: Tryskou

Jehlou

18



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

19



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 (↓tch) - povrch vnitřní stěny - omezená použitelnost

20



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

21



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



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



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

24



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)

25



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) Vstřikování plastů 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)

26



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

27



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 tch (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 28



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) 29



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

30

Děkuji za pozornost.

TECHNOLOGIE II (tváření kovů a plastů)

Recommend Documents