Wyroby wtryskowe z tworzyw

Formowanie wtryskowe to jedna z najbardziej wydajnych technologii stosowanych do wytwarzania różnorodnych produktów i elementów z tworzyw sztucznych.

Proces formowania wtryskowego wykorzystuje się w produkcji seryjnej i masowej. Pozwala uzyskać wysoką powtarzalność produkcji przy zachowaniu wysokiej jakości i dokładności wykonania wyprasek jak nazywa się produkty formowania wtryskowego.

Produkcja za pomocą wtrysku charakteryzuje się użyciem kosztownych i nieraz skomplikowanych form wtryskowych dlatego najlepiej sprawdza się w produkcji wielkoseryjnej gdzie konieczne jest wytwarzanie tysięcy sztuk danego produktu o bardzo zbliżonym poziomie jakości.

To technologia, która pozwala na produkcję różnorodnych części – od małych elementów stosowanych w praktyce w każdej dziedzinie życia, po duże elementy jak panele budowlane i elementy karoserii samochodów.

Produkcja wtryskowa - charakterystyka procesu

Na wtrysk tworzyw sztucznych składa się kilka procesów technologicznych. Materiał z pojedynczego tworzywa lub mieszaniny tworzyw sztucznych podawany najczęściej w formie granulatu, pod wpływem temperatury ogrzewanego cylindra wtryskarki i ciśnienia wywieranego przez ślimak uplastycznia się.

Następnie obracający się wewnątrz cylindra ślimak przesuwa tworzywo w kierunku formy. Właściwe formowanie wtryskowe polega na przepychaniu odmierzonej porcji plastycznego tworzywa sztucznego przez dyszę do formy wtryskowej. To przepychanie pod odpowiednim ciśnieniem wykonuje ślimak działający także jako tłok przesuwany specjalnymi siłownikami.

Czoło ślimaka wpycha porcje tworzyw sztucznych przez dyszę, układ wlewowy i kanały rozprowadzające formy do jednego lub kilku gniazd formujących gdzie przyjmuje ona kształt wypraski (formy jednogniazdowe) lub kilku wyprasek (formy wielogniazdowe).

Potem następuje proces chłodzenia elementów, który może przebiegać swobodnie, ale częściej wykorzystuje się odpowiedni układ chłodzenia wbudowany w formę wtryskową.

Po ostygnięciu i uformowaniu wypraski (wyprasek) następuje otwarcie formy przez rozsunięcie powierzchni formujących, a odpowiednie segmenty ruchome (wypychacze) usuwają gotowe wypraski z formy. Następnie forma jest zamykana i etapy kolejno się powtarzają.

Zanim gotowe produkty trafią do klienta wymagają jeszcze zwykle obróbki wyprasek, usunięcia nadmiaru tworzywa (np. uformowanego przez układ wlewowy). Czasem w produkcji konieczne jest zastosowanie jeszcze innych obróbek (malowania, galwanizacji, znakowania, itp.) zanim osiągnięty zostanie efekt końcowy czyli wytworzenie gotowych elementów o wysokiej jakości.

Produkcja form wtryskowych

Produkcją form wtryskowych zwykle zajmują się wyspecjalizowane narzędziownie. Jednak wiele zakładów przetwórstwa wykonujących detale wtryskowe oferuje także wykonanie formy wtryskowej we własnym zakresie bez konieczności angażowania zewnętrznych specjalistycznych narzędziowni.

Produkcja formy wtryskowej to skomplikowany proces, ponieważ składa się ona z wielu elementów. Producent form wtryskowych musi zapewnić odpowiednie podejście do dokładności wykonania. Wieloletnie doświadczenie producenta ma ogromny wpływ na to że wypraski trafiające do klienta będzie cechować wysoka jakość.

Układy funkcjonalne w formie wtryskowej

Formy wtryskowe posiadają następujące układy funkcjonalne:

Gniazdo formujące

Nadaje ono docelowy kształt wypraski. Wyróżnia się kilka w nim elementów formujących: stempel, matrycę czy różne ruchome segmenty. Wyróżniamy formy jednogniazdowe, oraz formy wtryskowe wielogniazdowe. Od ilości gniazd zależy, ile wyprasek forma wtryskowa wytwarza w jednym cyklu produkcyjnym.

Układ wlewowy

Doprowadza uplastycznione tworzywa do gniazd formujących. Układ wlewowy może składać się z wielu kanałów rozprowadzających w zależności od stopnia skomplikowania form wtryskowych.

Układ zimnokanałowy i gorącokanałowy

Rozróżniamy dwa układy dopływu tworzywa: Układ o zimno-kanałowym dopływie tworzywa “ZK” i układ o gorąco-kanałowym dopływie “GK”. Wybór i projektowanie tych elementów jest niezwykle istotne, ma duży wpływ na produkcję wyprasek, więc konieczne jest doświadczenie i odpowiednie umiejętności.

Produkcja form wtryskowych zimnokanałowych jest tańsza, ale występuje w nich odpad (wlewek), używają więcej tworzywa i energii na jeden cykl produkcyjny. Wykonanie form wtryskowych gorąco-kanałowych jest droższe, niezbędne jest także użycie dla tej formy wtryskowej dodatkowego osprzętu wtryskarki. Gorącokanałowe formy wtryskowe są także bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia.

Układ chłodzenia

Ma za zadanie ochłodzenie wypraski do temperatury, umożliwiającej wyjęcie jej z formy. Świeżo dostarczone tworzywo osiąga wysokie temperatury, czas wtrysku i czas chłodzenia dobierane są przez doświadczenie w czasie prób wtrysku.

Układ wypychania wypraski

Zautomatyzowany układ w jaki wyposażona jest forma wtryskowa mający na celu usunięcie wypraski z formy.

Obudowa

Obudowa zwykle wykonana jest z metalu, pełni funkcję ochronną zabezpieczając wnętrze formy wtryskowej. Umożliwia także jej łatwy montaż do odpowiednich podzespołów wtryskarki.

Materiały do budowy form wtryskowych

Przy produkcji form wtryskowych do tworzyw ważną rolę odgrywa materiał z którego buduje się poszczególne elementy formy wtryskowej. Produkcja form wtryskowych najczęściej odbywa się z wysokiej jakości stali, którą doświadczony producent form wtryskowych dobiera indywidualnie w zależności od projektu. Najczęściej są to stale stopowe lub nierdzewne, o dużej wytrzymałości. Przy doborze stali, należy uwzględnić rodzaj tworzywa sztucznego, jakie przeznaczenie ma dana forma wtryskowa oraz zakładaną liczbę cykli produkcyjnych. o

Koszty produkcji form wtryskowych

Koszt form wtryskowych zależy od produkowanego przy ich pomocy detalu: jego wagi, geometrii i tworzywa, z którego będzie on wykonany. Ponieważ każde tworzywo sztuczne ma inny skurcz przetwórczy, przy produkcji form wtryskowych konieczne jest indywidualne wyliczenie naprężeń i odkształceń materiału. Wynika z tego, że niemożliwa jest produkcja detalu z innego tworzywa niż to dla którego forma została zaprojektowana.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na koszt form wtryskowych jest dostępność oraz cena samego materiału użytego do produkcji formy wtryskowej.

Projektowanie formy jest kolejnym aspektem generującym koszty. Konstruktor - projektant formy musi posiadać odpowiednie wieloletnie doświadczenie i niezbędną wiedzę. Producent form wtryskowych musi dysponować także odpowiednim oprogramowaniem do projektowania i modelowania form.

Sama produkcja i montaż form także wymaga zastosowania kosztownych obrabiarek i technologii (drążenie, frezowanie CNC, piaskowanie, ręczne polerowanie form itp.)

Producent form wtryskowych powinien przeprowadzić także niezbędne próby formy wtryskowej, na wtryskarkach własnych i klienta, oraz konsultować dobór odpowiednich parametrów pracy formy by produkcja wyprasek odbywała się z odpowiednią wydajnością. Produkcja form wtryskowych i potem wytwarzanie produktów w jednym zakładzie pozwala uniknąć kosztów transportu form wtryskowych.

Rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych formowaniu wtryskowym

Duże znaczenie w produkcji wyrobów wtryskowych ma dobór materiału, który pozwala na osiągnięcie odpowiednich własności użytkowych gotowego wyrobu. Proces produkcji za pomocą wtrysku pozwala na stosowanie wielu odmian tworzyw sztucznych. Stosowane są przede wszystkim tworzywa termoplastyczne, oraz niektóre materiały termoutwardzalne oraz elastomery i żywice polimerowe.

Tak rozliczne tworzywa sztuczne pozwalają na szerokie zastosowanie gotowych wyprasek i przygotowanie elementów posiadających wiele specyficznych cech jak: biodegradowalność, plastyczność, wytrzymałość, przewodność elektryczna, przezroczystość i wiele innych.

Podczas wyboru materiałów istotną rolę odgrywają kryteria takie jak: koszt tworzyw sztucznych, ich wytrzymałość, sprężystość, odporność tworzyw sztucznych na chemikalia oraz absorpcja wody.

Przy projektowaniu wytłoczki istotnym parametrem jest skurcz przetwórczy tworzywa sztucznego czyli zmiana objętości lub wymiaru wypraski w stosunku do objętości i wymiarów gniazda formy. Skurcz ten dla każdego z tworzyw sztucznych jest inny, wacha się od 0,2% do nawet 4%.

Najczęściej stosowane w produkcji wtryskowej odmiany tworzyw sztucznych i ich charakterystyki:

• Akrylonitryl-butadien-styren (ABS) – cechuje się gładkością, dużą wytrzymałością i sztywnością, stosowany do produkcji elementów wymagających udarności i stabilności wymiarowej.

• Poliamid (PA) – dostępny w wielu odmianach, odporny na temperatury i środki chemiczne, o wysokiej twardości, wysokim poślizgu i stabilności kształtu.

• Poliwęglan (PC) – należy do tworzyw sztucznych które charakteryzuje niska waga, przy wysokiej wytrzymałości i stabilności kształtu, posiada dobre właściwości elektryczne, szeroki zakres temperatur pracy i charakteryzuje się trudnopalnością.

• Polipropylen (PP) – wykazuje dobrą odpornością zmęczeniową, należy do tworzyw sztucznych neutralnych fizjologiczne, przeznaczonych do kontaktu z żywnością i na wyroby medyczne.

• Polietylen (PE) – rodzaj tworzywa sztucznego o łatwym przetwarzaniu, przeznaczony do kontaktu z żywnością, o wysokiej odporności chemicznej.

• Politereftalan etylenu (PET) – odmiana tworzyw sztucznych pozwalająca na proces produkcji elementów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, sztywności, stabilności wymiarowej

• Polimetakrylan metylu (PMMA) – rodzaj tworzywa sztucznego o posiadającego wysoką twardość, wspaniałe właściwości optyczne (połysk, wysoką przeźroczystość itp.

• Polistyren (PS) – chętnie stosowana odmiana tworzyw sztucznych pozwalająca na osiągnięcie stabilności wymiarowej i dużej sztywności.

Zalety wytwarzania produktów metodą wtrysku tworzyw sztucznych

Wtrysk tworzyw, inaczej określany jako proces formowania wtryskowego, to najpowszechniejsza metoda wytwarzania produktów z tworzyw. Produkcja tym sposobem pozwala na uzyskanie identycznych elementów w każdym cyklu technologicznym, możliwa jest także produkcja detali na skalę masową. Przy produkcji seryjnej wzrasta opłacalność produkcji detali dla klienta.

Dodatkowo dzięki wykorzystaniu wysokiej jakości form wtryskowych możliwa jest produkcja wypraski o skomplikowanym kształcie, których produkcja za pomocą innych metod byłaby niemożliwa. Produkcja za pomocą wtryskiwania tworzyw sztucznych może być w pełni automatyzowana, sterowana i kontrolowana komputerowo. Wtrysk tworzyw sztucznych emituje także mniej substancji szkodliwych dla środowiska.

Wady wytwarzania produktów metodą wtrysku tworzyw sztucznych

Główne wady produkcji detali metodą wtrysku tworzyw:

Projektowanie i produkcja form wtryskowych generuje wysokie koszty i jest czasochłonne.

Ponieważ produkcja form wtryskowych stanowi duży udział w kosztach stałych, wynika stąd niska opłacalność produkcji małoseryjnej, a zlecenia jednostkowe lepiej realizować innymi metodami.

Podsumowując...

Jeśli potrzebujesz zlecenia produkcji detalu metodą wtrysku lub chcesz zamieścić zlecenie produkcji wyprasek, zachęcamy do zapoznania się z ofertą firm widocznych na naszym portalu MetalTop. Firmy oferują wtrysk tworzyw, oraz projektowanie zarówno samych detali jak i form wtryskowych. Formy wtryskowe produkowane są z najwyższej jakości materiałów, co gwarantuje wysoką wytrzymałość i długi czas eksploatacji. Dodatkowo, często producent form wtryskowych jednocześnie wykonuje usługę wtrysku i produkcję wyrobów wtryskowych w ramach jednego zlecenia co pozwala na dostosowanie oferty do indywidualnych potrzeb klienta i obniżenie kosztów.