Technika formowania wtryskowego jest stosowana do produkcji form wtryskowych dla identycznych części, zwanych komponentami formowanymi. Proces ten wymaga wysokiego ciśnienia, a stopione tworzywo sztuczne lub inny materiał jest wtryskiwany do gniazda formy w celu formowania wtryskowego.
Drugi etap odbywa się wewnątrz formy, gdzie tworzywo stygnie i krzepnie, dopasowując się do konturów wgłębienia. Uformowana część jest następnie wyjmowana po otwarciu formy. Procedura jest powtarzana kilkakrotnie, aby uzyskać wiele identycznych elementów.
Ponadto, do produkcji form wtryskowych powszechnie stosuje się niezwykle wytrzymałą stal, zbudowaną tak, aby wytrzymać wysokie ciśnienie i ciepło generowane w procesie formowania wtryskowego. Aby wytwarzać dokładne i powtarzalne części, formy muszą być precyzyjne.
Na jakość gotowego produktu istotny wpływ ma konstrukcja formy, która może być skomplikowana ze względu na takie czynniki, jak rodzaj formowanego materiału, zamierzony kształt gotowego przedmiotu i stosowane procedury produkcyjne.
Części formowane wtryskowo są wykorzystywane w różnorodnych produktach, od prostych artykułów gospodarstwa domowego po skomplikowane części mechaniczne wykorzystywane w takich sektorach jak motoryzacja, elektronika i urządzenia medyczne. Formowanie wtryskowe jest popularną metodą produkcji różnorodnych produktów ze względu na swoją wszechstronność i przystępną cenę.
Produkty formowane wtryskowo: sprzęt i proces
Przemysłowy proces formowania wtryskowego, wykorzystujący specjalistyczne maszyny, pozwala na wytwarzanie elementów formowanych z materiałów termoplastycznych lub termoutwardzalnych. Do produkcji wyrobów formowanych wtryskowo niezbędne są następujące komponenty:
Wyposażenie
W procesie formowania wtryskowego stosuje się następujący sprzęt:
- Wtryskarka: Maszyna składa się z takich elementów, jak lej zasypowy, bęben grzewczy, ślimak posuwisto-zwrotny i zacisk formy, które stanowią zasadniczą część procesu formowania wtryskowego. Granulat tworzywa sztucznego jest topiony przez maszynę i wtryskiwany pod ciśnieniem stałym do formy, tworząc element formowany.
- Gniazdo formy: Narzędzie to, często wykonane ze stali lub aluminium, nadaje tworzywu sztucznemu kształt. Podczas procesu formowania wtryskowego dwie części formy są ze sobą łączone.
- Zasobnik materiału: Zanim granulki plastiku trafią do cylindra grzewczego wtryskarki, są tu przechowywane.
- Beczka grzewcza: Na tym etapie procesu formowania wtryskowego następuje topienie granulatu tworzywa sztucznego, dzięki czemu jest on gotowy do wstrzyknięcia do formy.
- Śruba tłokowa: Ta część wtryskarki podgrzewa tworzywo sztuczne przed skierowaniem go w stronę formy.
- Zacisk formy: System ten wywiera ciśnienie niezbędne do wstrzyknięcia stopionego tworzywa sztucznego do formy, utrzymując ją jednocześnie zamkniętą w trakcie procesu formowania wtryskowego.
- System chłodzenia: Służy do chłodzenia formowanych wtryskowo elementów po ich wytworzeniu. Można to osiągnąć poprzez schłodzenie układu powietrzem, wodą lub kombinacją obu tych czynników.
Są to podstawowe elementy instalacji do formowania wtryskowego. W zależności od konkretnych potrzeb procesu formowania wtryskowego, można również zastosować dodatkowe urządzenia pomocnicze, takie jak granulatory, suszarki do materiałów i jednostki kontroli temperatury.
Jednostka wtrysku tworzyw sztucznych
W procesie formowania wtryskowego topienie i wtryskiwanie tworzywa sztucznego do gniazda formy odbywa się za pomocą jednostki wtryskowej. Tworzywo sztuczne jest topione i wtryskiwane do formy za pomocą podgrzewanego cylindra, ślimaka i dyszy.
Następnie tworzywo sztuczne jest wprowadzane do cylindra, gdzie poruszający się ślimak podgrzewa je i miesza. W kolejnym kroku dysza wtryskuje tworzywo sztuczne do gniazda formy, gdy osiągnie ono odpowiednią temperaturę i konsystencję. Tam stygnie i twardnieje, aby uzyskać pożądany rezultat.
Aby utrzymać stałą, wysoką jakość produkcji, jednostka wtrysku tworzyw sztucznych, będąca kluczowym elementem procesu formowania wtryskowego, musi być odpowiednio zarządzana.
Jednostka zaciskowa formy
Obie połówki formy muszą być szczelnie zamknięte i utrzymywane razem podczas procesu wtrysku i chłodzenia za pomocą urządzenia zaciskowego formy w procesie formowania wtryskowego. Siła zacisku niezbędna do utrzymania połówek formy ściśle razem i zapobieżenia wyciekaniu tworzywa sztucznego z gniazda formy jest przykładana i utrzymywana przez urządzenie.
Zespół zacisku formy składa się z płyty nieruchomej i płyty ruchomej, połączonych z układem hydraulicznym lub mechanicznym. Obie płyty są do siebie dociskane po umieszczeniu formy w maszynie, a następnie przykładana jest siła zacisku, aby utrzymać formę zamkniętą.
Wymagana siła zacisku różni się w zależności od rozmiaru, stopnia skomplikowania i rodzaju użytego tworzywa sztucznego oraz formy. Aby zapewnić bezpieczną i efektywną produkcję, jednostka zacisku formy, kluczowy element procesu formowania wtryskowego, musi być ściśle monitorowana.
Procesy: Formowanie wtryskowe polimerów termoplastycznych
Proces formowania wtryskowego polimerów termoplastycznych zazwyczaj obejmuje następujące czynności:
Forma
Formowanie wtryskowe polimerów termoplastycznych w dużej mierze zależy od formy wtryskowej. Jest to urządzenie służące do formowania stopionego tworzywa sztucznego w pożądany, gotowy produkt. Gniazdo i rdzeń, dwa główne elementy formy, są zazwyczaj konstruowane tak, aby do siebie pasowały, tworząc trójwymiarowy kształt.
Po wtryśnięciu do gniazda formy, tworzywo sztuczne stygnie i twardnieje, przyjmując kształt formy. Ostateczny kształt i rozmiar produktu zależą od konstrukcji formy, co czyni ją kluczowym elementem procesu formowania wtryskowego.
Forma musi być starannie zaprojektowana, aby zagwarantować, że tworzywo sztuczne bez trudu dotrze do każdego gniazda, a proces chłodzenia będzie szybki i równomierny. Ponadto forma musi być wykonana z materiałów odpornych na wysokie temperatury i ciśnienia stosowane w procesie formowania wtryskowego.
Ponieważ forma jest wielokrotnego użytku podczas wtrysku, można jej używać do produkcji wielu identycznych części. Aby utrzymać ją w dobrym stanie i umożliwić dalszą produkcję wysokiej jakości części, może być konieczne regularne czyszczenie i konserwacja formy.
Forma dwupłytowa
Forma dwupłytowa to typowy rodzaj formy stosowanej do wtryskiwania polimerów termoplastycznych. Składa się ona z dwóch części zamocowanych na dwóch płytach formownicy: połowy gniazda i połowy rdzenia. Forma dwupłytowa zawdzięcza swoją nazwę dwuczęściowej konstrukcji z linią podziału oddzielającą obie części formy.
Zadaniem formy dwupłytowej jest uformowanie stopionego tworzywa sztucznego w wymagany kształt końcowy. Tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do gniazda formy przez wlew na linii podziału. Gniazdo jest wypełniane tworzywem sztucznym, które następnie pozostawia się do ostygnięcia i zestalenia. Gotowy element jest uwalniany po rozcięciu obu połówek formy.
Ponieważ wymaga tylko dwóch płyt i kilku prostych elementów, forma dwupłytowa jest stosunkowo prostym i niedrogim rodzajem formy. Dobrze sprawdza się w przypadku elementów o prostej geometrii, w tym płaskich lub zaokrąglonych krzywiznach.
Może się jednak nie nadawać do elementów o bardziej skomplikowanej geometrii, ponieważ wypełnienie wnęki tworzywem sztucznym może być w takich okolicznościach trudne. W formowaniu wtryskowym forma dwupłytowa jest wszechstronna i często stosowana, szczególnie w przypadku prostych elementów i niewielkich serii produkcyjnych.
Forma trójpłytowa
Forma trójpłytowa to jedna z form stosowanych we wtrysku polimerów termoplastycznych. W porównaniu z formą dwupłytową, ma więcej funkcji i jest bardziej wszechstronna, ponieważ posiada trzy płyty: dwie ruchome i jedną stabilną.
Forma trójpłytowa ma na celu formowanie wtryskowe elementów z tworzywa sztucznego do wymaganego kształtu końcowego. Tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do połowy gniazda formy przez wlew na linii rozdzielającej.
Gdy stopione tworzywo sztuczne znajdzie się w gnieździe formy, dwie ruchome płyty odłączają się od płyty nieruchomej, umożliwiając wyrzucenie tworzywa sztucznego z formy. Trzecia płyta w formie trójpłytowej, umieszczona pomiędzy gniazdem formy a połówką rdzenia, nazywana jest płytą dopływową lub płytą pomocniczą.
Dzięki zastosowaniu tej płyty można stworzyć unikalny system kanałów, który może kierować przepływ tworzywa sztucznego do różnych gniazd lub miejsc wewnątrz jednego gniazda. W rezultacie proces formowania wtryskowego staje się bardziej elastyczny i efektywny.
Podczas produkcji większych detali, gdzie użycie formy dwupłytowej skutkowałoby większym rozmiarem formy lub wymagałoby instalacji dodatkowych elementów, takich jak podnośniki, często stosuje się formę trójpłytową. Dzięki uwzględnieniu kilku gniazd w konstrukcji formy, forma trójpłytowa może wytwarzać różne części w jednym cyklu.
Forma trójpłytowa to uniwersalny i wydajny typ formy, często stosowany w procesie formowania wtryskowego, zwłaszcza w przypadku większych części i serii produkcyjnych.
Ponowne wykorzystanie kanału wlewowego i kanału dopływowego w formach dwu- i trójpłytowych
Zastosowany materiał, geometria części oraz pożądane właściwości gotowego produktu wpływają na to, ile kanałów wlewowych i dopływowych można ponownie wykorzystać w procesie formowania wtryskowego. Ponowne wykorzystanie kanałów wlewowych i dopływowych jest często stosowane w przemyśle formowania wtryskowego, ponieważ pozwala obniżyć koszty i ilość odpadów.
Dodatkowo, wlew i kanał doprowadzający są zazwyczaj mocowane do formowanego elementu w formie dwupłytowej, a cały zespół jest wypychany z formy. Następnie element można ręcznie odłączyć od wlewu i kanału doprowadzającego, co można wykorzystać w innych cyklach formowania.
Ponowne użycie wlewu i kanału dolotowego może wymagać dalszych procedur przetwarzania, w tym szlifowania lub przetapiania, aby zapewnić materiał w formie nadającej się do ponownego użycia. W formie trójpłytowej procedura wypychania oddziela wlew i kanał dolotowy od formowanego elementu, a kanał wlewowy jest często ponownie wykorzystywany w kolejnych cyklach formowania.
Płyta wlewowa jest zazwyczaj demontowalna, co ułatwia dostęp do systemu wlewowego i ponowne użycie wlewu i wlewu. Należy pamiętać, że ponowne użycie wlewu i wlewu może znacząco wpłynąć na spójność i jakość produktu końcowego.
Jednak materiały ponownie wykorzystane mogą zawierać zanieczyszczenia lub mieć problemy z konsystencją, które wpływają na wytrzymałość lub trwałość tworzywa sztucznego. Aby uzyskać produkty o spójnej i wysokiej jakości, konieczny jest ciągły monitoring procesu formowania i jakości materiału pochodzącego z recyklingu.
Generalnie, branża formowania wtryskowego ponownie wykorzystuje wlewki i kanały dopływowe w formach dwu- i trójpłytowych, co pozwala obniżyć koszty i ilość odpadów. Zapewnienie jakości i właściwości produktu końcowego wymaga rygorystycznego planowania i zarządzania.
Maszyny do formowania wtryskowego
Maszyny używane w procesie formowania zakaźnego obejmują:
Jednostki wtryskowe
Jednostka wtryskowa, która topi i wtryskuje tworzywo sztuczne do formy, jest kluczowym elementem wtryskarki. Typowe elementy to bęben, grzałka, ślimak lub tłok, zasobnik i jednostka wtryskowa.
Przed umieszczeniem w cylindrze, tworzywo sztuczne jest najpierw podawane do leja zasypowego i tam przechowywane. Poruszający się ślimak lub tłok oraz ciepło z grzałki topią i homogenizują tworzywo sztuczne wewnątrz cylindra. W miarę przesuwania się, stopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy przez wlew ślimakowy lub tłok.
Zadaniem jednostki wtryskowej jest precyzyjna regulacja temperatury, ciśnienia i natężenia przepływu tworzywa sztucznego w całym procesie formowania wtryskowego. Gwarantuje to równomierne rozdrobnienie, prawidłowe stopienie i wtrysk do formy.
Możliwa jest również zmiana prędkości, ciśnienia i objętości jednostki wtryskowej, co jest kluczowe podczas formowania przedmiotów o skomplikowanej geometrii lub wymagających tolerancjach. W zależności od konkretnego zastosowania, rodzaj i rozmiar jednostki wtryskowej mogą się różnić – niektóre maszyny są przeznaczone do produkcji wielkoseryjnej, a inne do precyzyjnego lub małoseryjnego formowania.
Jednostka wtryskowa ma kluczowe znaczenie dla wytwarzania wysokiej jakości wyrobów z tworzyw sztucznych i często jest jednym z najważniejszych elementów definiujących wydajność i możliwości wtryskarki.
Maszyna ze śrubą posuwisto-zwrotną
Urządzenie do formowania wtryskowego, maszyna ślimakowa o ruchu posuwisto-zwrotnym, topi i wtryskuje tworzywo sztuczne do formy za pomocą ślimaka o ruchu posuwisto-zwrotnym. Ze względu na swoją wszechstronność, skuteczność i zdolność do wytwarzania wysokiej jakości wyrobów z tworzyw sztucznych, urządzenie to jest często wykorzystywane w sektorze formowania wtryskowego.
W idealnym przypadku formowanie wtryskowe polega na stopieniu i wtrysku materiałów termoplastycznych do formy za pomocą maszyny ślimakowej. Granulat tworzywa sztucznego jest podawany do cylindra maszyny przez ślimak i topiony pod wpływem ciśnienia i ciepła.
Po roztopieniu tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy za pomocą ślimaka pod wysokim ciśnieniem, aby nadać gotowemu produktowi pożądany kształt.
Maszyna ślimakowa do wstępnego plastyfikowania lub maszyna dwuetapowa
Maszyna dwuetapowa jest wtryskarką, w której zastosowano dwie niezależne jednostki wtryskowe: jedną do topienia tworzywa sztucznego i drugą do wtryskiwania go do formy.
Topienie i przygotowanie tworzywa sztucznego do wtrysku nazywane jest pierwszym etapem, czyli „uplastycznianiem”. Na tym etapie ślimak posuwisto-zwrotny wytwarza ciepło i ciśnienie, które topią tworzywo sztuczne podawane do głównej jednostki wtryskowej maszyny.
Stopione tworzywo sztuczne jest pompowane do formy w drugim etapie, zwanym również etapem „dozowania”. Etap ten polega na przemieszczeniu stopionego tworzywa sztucznego z pierwotnej jednostki wtryskowej do wtórnej jednostki wtryskowej, gdzie jest ono wtryskiwane pod ciśnieniem stałym do formy.
Duże i skomplikowane elementy są często produkowane przy użyciu maszyn dwuetapowych, ponieważ zapewniają one lepszą kontrolę procesu formowania i pozwalają na dokładniejsze wtryskiwanie tworzywa sztucznego do formy.
Elementów zaciskowych
Do produkcji części formowanych wtryskowo stosuje się następujące jednostki zaciskowe:
Przełącz zaciski
Aby utrzymać obie części formy razem podczas procesu wtrysku, w formowaniu wtryskowym stosuje się zaciski kolankowe. Zaciski te są zaprojektowane tak, aby generować dużą siłę zacisku, zapewniając, że forma pozostanie zamknięta i prawidłowo zorientowana przez cały czas wtryskiwania stopionego tworzywa sztucznego.
Zaciski szybkomocujące zwiększają siłę zacisku dostarczaną do formy za pomocą układu cięgien. Układ cięgien zapewnia przewagę mechaniczną po zaciśnięciu zacisku, zwiększając siłę przykładaną do formy. W rezultacie zaciski mogą wywierać dużą siłę przy niewielkiej sile wejściowej.
Ponadto, zaciski kolankowe są preferowane w formowaniu wtryskowym, ponieważ zapewniają solidną i niezawodną siłę chwytu, którą można regulować w celu dostosowania do indywidualnych potrzeb procesu formowania. Ponadto, można je szybko zatrzasnąć i roztrzaskać oraz są proste w obsłudze, co przyczynia się do skrócenia całkowitego czasu cyklu formowania.
Zaciski hydrauliczne
Zaciski hydrauliczne są często stosowane w formowaniu wtryskowym do utrzymywania dwóch połówek formy razem podczas procesu wtrysku. Aby zapewnić dużą siłę zacisku formy i utrzymać ją bezpiecznie zamkniętą i wyrównaną podczas wtryskiwania stopionego tworzywa sztucznego, zaciski hydrauliczne wykorzystują ciśnienie hydrauliczne.
Pompa hydrauliczna, zawory sterujące i cylindry tworzą konwencjonalny układ hydrauliczny stosowany w mechanizmie zaciskowym. Cylindry przesuwają płytę zaciskową lub płytę mocującą formę po uruchomieniu układu hydraulicznego, wywierając w ten sposób ciśnienie na formę.
Zaciski hydromechaniczne
Aby utrzymać dwie części formy razem w trakcie procesu formowania wtryskowego, w procesie formowania wtryskowego stosuje się zaciski hydromechaniczne, zwane również zaciskami wspomaganymi przełącznikiem.
Łącząc układ hydrauliczny rozpoczynający proces zaciskania z mechanicznym mechanizmem przełączającym zwiększającym i utrzymującym siłę zacisku, zaciski hydromechaniczne łączą w sobie zalety hydraulicznych i mechanicznych metod zaciskania.
Siłownik hydrauliczny, który przesuwa płytę dociskową w kierunku płyty nieruchomej, generuje siłę zacisku. Po osiągnięciu określonej siły zacisku siłownik hydrauliczny blokuje się, a mechaniczny mechanizm przełączający przejmuje kontrolę, aby kontynuować docisk.
