Katedra konstruování strojƽ Fakulta strojní
KϬ5ͲPLASTOVÉ1>z
VSTŘIKOVACÍ LISY
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv
verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpoētem eské republiky
Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na KatedƎe konstruování strojƽ Katedra konstruování strojƽ je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západoēeské univerzitĢ v Plzni a patƎí na fakultĢ k nejvĢtším. Fakulta strojní je moderní otevƎenou vzdĢlávací institucí uznávanou i v oblasti vĢdy a výzkumu uplatŸovaného v praxi. Katedra konstruování strojƽ disponuje modernĢ vybavenými laboratoƎemi s poēítaēovou technikou, na které jsou napƎ. studentƽm pro studijní úēely neomezenĢ k dispozici nové verze pƎedních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémƽ. LaboratoƎe katedry jsou ve všední dny studentƽm plnĢ k dispozici napƎ. pro práci na semestrálních, bakaláƎských ēi diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na katedƎe je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se prƽbĢžnĢ, zejména po absolvování jednotlivých semestrƽ, podílejí všichni studenti. V souēasné dobĢ probíhá na katedƎe konstruování strojƽ významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní uēební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledkƽ této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedƎe také do spolupráce s pƎedními strojírenskými podniky v plzeŸském regionu i mimo nĢj. \ada studentƽ rovnĢž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahraniēí. Nabídka studia na katedƎe konstruování strojƽ: BakaláƎské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program
B2301: strojní inženýrství („zamĢƎený univerzitnĢ“)
B2341: strojírenství (zamĢƎený „profesnĢ“)
ZamĢƎení
Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Design prƽmyslové techniky Diagnostika a servis silniēních vozidel Servis zdravotnické techniky
Magisterské studium (2roky, titul Ing.) Studijní program ZamĢƎení
N2301: Strojní inženýrství Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západoþeská univerzita v Plzni, 2013
ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller
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. Šnek Upínací deska Upínací deska Komora Topení Plastový granulát Násypka Vodící tyč lisu pohyblivá pevná
Zadní deska
Hydraulický válec
Uzavírací jednotka
Forma
Tavenina
Zpětný ventil
Řídící jednotka
Obrázek 1 Základní popis vstřikovacího lisu
Zdroj:http://www.rutlandplastics.co.uk/images/moulding%20machine%20lg.jpg
Uzavírací jednotka
Řídící a regulační jednotka
Vstřikovací jednotka
Obrázek 2 Základní rozdělení vstřikovacího
Zdroj:http://www.engelglobal.com/engel_web/ena/en/media/e-cap_full.jpg
Vstřikovací válec
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
Tryska
Zpětný ventil
Motor a převodovka pro rotaci šneku Obrázek 3 Dopravení taveniny - Šnekové
Násypka
Násypka
Roztavený plast
Topení
Šnek Uzavírací ventil
Tryska
Fáze 1 Tryska
Fáze 2 Píst
Torpédo
Topení
Obrázek 4 Dopravení taveniny - Pístem
Píst
Roztavený plast
Obrázek 5 Dopravení taveniny - Kombinované
Zdroj:http://www.sinotech.com/images/injectionMolded3.gif http://www.sinotech.com/images/injectionMolded7.gif Stroje se dělí na – Horizontální – Vertikální
Obrázek 7 Horizontální vstřikovací lis Obrázek 6 Vertikální vstřikovací lis
Zdroj: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/vertical-hydraulic-injection-molding-machines-rotary-table20405-3059527.jpg http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-electric-injection-molding-machines-20405-2845649.jpg
•
Dle polohy vstřikovací jednotky
•
Dle počtu šneků – Jednošnekové – Dvoušnekové – více šnekové
•
Vyjmutí výrobku z lisu – Manuálně – Automaticky – Gravitací – Robotem Výrobci – Arburg, Engel, Husky, Sumitomo (SHI) Demag, Niigata atd.
•
– se vstřikováním kolmo na dělící rovinu (nejčastější) - se vstřikováním do dělící roviny
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: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-hydraulic-injection-molding-machines-72582677847.jpg 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
Obrázek 9 Vstřikovací lis - Elektrický
Zdroj: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-electric-injection-molding-machines-7258-2677187.jpg 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: http://www.arburg.com/fileadmin/redaktion/Presse/2009/26599-01-570H_2000_800.jpg
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: https://www.youtube.com/watch?v=mjjZ4BKLobY&list=TLkPoe020qW7RPhVqbEVDX2UmTqYZZY_-n https://www.youtube.com/watch?v=5cc2NWThTBI&list=TLFu_AkDnKgz583ZJTGgW6HFEqaH_GV3j2 • 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: http://www.magcentrum.cz/tl_files/magcentrum/DATA/produkty/lisovani/vstrikovaci/5.JPG http://www.magcentrum.cz/tl_files/magcentrum/DATA/produkty/lisovani/vstrikovaci/4.JPG
• Mechanické bajonetové – Vhodné pro rychlou výměnu forem
Obrázek 14 Upnutí pomocí bajonetu
Zdroj: http://dmeeu.com/en/news/d/detail/bakra
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: http://www.arburg.com/en/solutions/technology/energy-efficiency/aes-energy-saving-system/
Zadní rameno
Zadní deska
Příčné rameno
Přední rameno
Vodící tyč
Příčník
Upínací deska pevná
Hydraulický válec
Pístní tyč hydraulického válce
Upínací deska pohyblivá
Forma
Obrázek 16 Mechanicko-hydraulické uzavírání lisu
Zdroj: http://www.beejaymolding.com/Clamping-unit.html 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
Forma
Dutina
Tryska
Topení
Násypka
Šnek
Obrázek 17 Popis vstřikovací jednotky
Zdroj: http://www.injectionmoldingchiller.com/injectionmold.jpg
Jednotka pro ovládání pohybu šneku
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: http://www.esinte.eu
doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller
Ing. Eduard Müller͕
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/Ϯϴ.0Ϭϱϲ „hŬĄnjŬŽǀĠǀljǀŽũŽǀĠƉƌŽũĞŬƚLJnjƉƌĂdžĞ ƉƌŽƉŽƐşůĞŶşƉƌĂŬƚŝĐŬljĐŚnjŶĂůŽƐƚşďƵĚŽƵкЌƐƚƌŽũŶşĐŚŝŶǎĞŶljƌƽ“.
