Wtrysk tworzyw sztucznych

Ciężko wyobrazić sobie współczesny świat bez tworzyw sztucznych, bo wysypują one w nim na każdym kroku. Dzięki unikatowym właściwościom i relatywnie małym kosztom przetwarzania są one wszechstronnymi materiałami produkcyjnymi stosowanymi we wszystkich praktycznie dziedzinach przemysłu.

Celem wytwarzania produktów z tworzyw jest uzyskanie możliwie najlepszej jakości przy zachowaniu  relatywnie najniższych kosztów produkcji. Aby osiągnąć ten cel zastosowanie znalazło wiele procesów przetwórstwa. Najpopularniejszą dziś metodą jest proces formowania wtryskowego określany zwykle wtryskiem tworzyw. 

Metoda ta daje wysoką powtarzalność parametrów wyrobów także przy produkcji wielkoseryjnej i pozwala na produkcję skomplikowanych wyrobów o złożonych kształtach.

Proces formowania wtryskowego

Formowanie wtryskowe tworzywa sztucznego to metoda wytwarzania produktów z tworzyw sztucznych termoplastycznych lub termoutwardzalnych w której tworzywa podawane w postaci granulek lub krajanki, po uplastycznieniu, wtryskiwane są do formy, w której stygną, formując się w półprodukt nazywany wypraską. Wypraski różnią się od finalnego produktu obecnością naddatków tworzywa związanych z procesem produkcji i budową formy.  Naddatki te muszą zostać usunięte w osobnej operacji. 

Reaktywne formowanie wtryskowe to odmiana procesu w której stosuje się wtrysk prepolimeru oraz środka który powoduje jego polimeryzację już w formie. 

Rodzaje wtrysku tworzyw

Wtrysk sekwencyjny tworzyw

Tworzywo wprowadza się do formy kilkoma sekwencyjnie otwieranymi kanałami. Najpierw przez jeden (ew. przez kilka kanałów) a w miarę jak forma wtryskowa wypełniana jest tworzywem otwierane są kolejne. Tworzywo stopniowo przesuwa się dalej by doszło do jego kontaktu w połowie drogi między kanałami.  

Wtrysk wielokomponentowy tworzyw sztucznych

Używamy kilku (co najmniej dwu) różnych tworzyw, są one wtryskiwane kolejno i wypełniają tę samą formę. W technice tej możliwe jest także wytwarzanie części będących połączeniem tworzywa i metalowego elementu czyli obtrysk wkładek. Wyrób można tak zaopatrzyć także w inne elementy np etykiety.

Wtrysk tworzyw z doprasowaniem 

Gniazda formy są teleskopowo dociskane w czasie chłodzenia elementu. Ciśnienie docisku jest wywierane przez cały czas ochładzania aby uniknąć naprężeń wewnętrznych i deformacji elementu.

Wtrysk tworzyw z rozdmuchiwaniem 

Po wstępnym wtryśnięciu część stemplowa formy z niezastygniętym tworzywem zostaje przesunięta do innej formy w której w wyniku rozdmuchu gazem uzyskuje ostateczny kształt.  Wytwarza się dzięki niej cienkościenne produkty o rożnym kształcie np butelki, bańki, kanistry. 

Maszyny do wtrysku tworzyw sztucznych

Proces wtrysku wykonuje się na maszynach nazywanych wtryskarkami. Podział wtryskarek ze względu na:  

     Sposób uplastycznienia: tłokowe, ślimakowe, z wstępnym cylindrem uplastyczniającym

     Położenie  układu wtryskowego: pionowe, poziome, skośne

     Napęd: hydrauliczne, elektryczne, hybrydowe

Budowa typowej wtryskarki:

Zespół zamykania - zbudowany ze stołów ruchomego i nieruchomego na których zakłada się części stemplową i matrycową formy. Zespół ten charakteryzuje siła zamykania wtryskarki która musi zrównoważyć ciśnienie wtrysku.

Jednostka plastyfikacji  zwykle układ cylindra z obracającym się w środku specjalnym ślimakiem,  wyposażony w dodatkowe grzałki. Połączenie wysokiego ciśnienia i temperatury powoduje uplastycznienie tworzywa by możliwy był jego wtrysk.

Agregat wtryskowy odpowiada za bezpośredni wtrysk tworzywa do formy i zapewnienie odpowiedniego ciśnienia wtrysku. Zwykle zintegrowany z jednostką plastyfikacji, przepływ tworzywa w wyniku ruchu postępowego bo ślimak działa również jako tłok. Są też modele wtryskarek z rozdzielnymi układami wtrysku i plastyfikacji. 

Przebieg wtrysku tworzyw

Wtrysk tworzyw sztucznych to proces sekwencyjny złożony we wtrysku tradycyjnym z etapów:

Zamknięcie formy

Ruchoma część stemplowa formy, umocowana do przesuwnego stołu wtryskarki jest dociskana do nieruchomej części matrycowej.

Dojazd agregatu wtryskowego do matrycy formy

Dysza wtryskowa przesuwana jest do tulei wtryskowej w części matrycowej formy przy wykorzystaniu specjalnego układu hydraulicznego.

Ogrzewanie i upłynnienie pobranego tworzywa

Tworzywo w postaci granulatu dozowane ze jest ze zbiornika. Pobranie tworzywa najczęściej następuje z leja zasypowego. Tworzywo następnie trafia do cylindra, gdzie jest przesuwane przez obracający się wewnątrz niego ślimak o specjalnej konstrukcji,  który wytwarza wysokie ciśnienie. Cylinder wtryskarki ogrzewany jest dodatkowo za pomocą specjalnych grzałek zwykle elektrycznych.  

W cylindrze wtryskarki tworzywo jest ogrzewane od ścianek i w wyniku tarcia. Gdy osiągnięta zostanie odpowiednia temperatura, przy udziale wysokiego ciśnienia materiał ulega upłynnieniu. Ruch obrotowy ślimaka przesuwa tworzywo w cylindrze i  powoduje jego mieszanie co ułatwia równomierne ogrzanie aż osiągnięta zostaje temperatura wtrysku.

Wtrysk właściwy

Ślimak wtryskarki oprócz ruchu obrotowego działa także jako tłok. W czasie etapu wtrysku ślimak przesuwany jest specjalnymi siłownikami w kierunku formy, wywierając odpowiednie ciśnienie wtrysku, jednocześnie czoło ślimaka przepycha odmierzoną porcję uplastycznionego tworzywa przez dyszę i dalej system kanałów do gniazda formy, zapewniając całkowite jej wypełnienie. Konstrukcja formy dobierana jest tak by czas wtrysku był odpowiedni dla danego tworzywa. Ciśnienie wtrysku i temperatura dobierane są doświadczalnie, na etapie prób przed wdrożeniem produkcji.

Etap stygnięcia

Po napełnieniu formy w zależności od rodzaju tworzywa jest ona chłodzona (dla tworzyw termoplastycznych) lub ogrzewana (dla tworzyw termoutwardzalnych).  Formy chłodzone stosowane są częściej.  W wyniku ochłodzenia kształt zostaje utrwalony w formie dokładnie odwzorowując gniazda formy.

Ważne jest osiągniecie właściwej temperatury gniazda formy wtryskowej. Temperatura formy wpływa na jakość elementu oraz czas trwania całego cyklu wtrysku. Czas chłodzenia formy to często 80% całego czasu wtryskiwania. Formy chłodzone są przeważnie za pomocą wody z dodatkiem środków poprawiających jej właściwości. W każdej formie mamy zwykle kilka stref chłodzonych poprzez osobne kanały chłodzące. 

Opróżnienie formy

Po zakończeniu wtrysku i chłodzeniu aż osiągnięta zostanie pożądana temperatura kształtki, formę otwiera się. Część stemplowa odjeżdża od części matrycowej a wypraski usuwane są z formy. Najczęściej używa się systemu odpowiednich wypychaczy zainstalowanych w formie, lub stosuje się roboty odbierające. 

Po opróżnieniu formy proces może rozpocząć się na nowo, formy wtryskowe są znowu zamykane i cykl powtarza się.

Oczyszczanie produktu

Wypraski mają często naddatki tworzywa, zwykle zastygającego także w kanałach doprowadzających a także na krawędziach styku połówek formy. Należy je usunąć mechanicznie przez odcięcie. By osiągnąć odpowiednią jakość stosowane jest często polerowanie powierzchni w miejscu odcięcia.

Formy wtryskowe 

Forma wtryskowa to narzędzie stosowane w procesie wtrysku, składające się z wielu elementów w którym następuje formowanie tworzywa. Formawyposażona jest w dodatkowe systemy które zapewniają: grzanie i chłodzenie materiału, umożliwiają usunięcie gotowej wypraski, wywierają dodatkowe ciśnienie i inne konieczne operacje. 

Najważniejsze elementy formy to: 

• Gniazdo albo gniazda formujące

• Układ wlewowy materiału

• Układ chłodzenia wypraski i formy

• Układ usuwania wypraski

• Układ wypychania wlewka

• Elementy prowadzące oraz ustalające połówki (segmenty) formy

• Napędy segmentów i poszczególnych płyt

• Obudowa formy

Mamy różne typy form wtryskowych: zimnokanałowe i gorącokanałowe; formy jednogniazdowe i wielogniazdowe; formy z jedną płaszczyzną podziału lub dwoma płaszczyznami podziału. 

Formy wtryskowe są wytwarzane przez wyspecjalizowane zakłady. Przygotowanie formy jest najdroższym etapem przy wdrażaniu nowej produkcji, zwiększa koszt jednostkowy produktu, opłacalne jest tylko dla produkcji seryjnej i masowej. Od prawidłowego projektu i starannego wykonania formy zależy wysoka jakość finalnego wyrobu.

Zalety wtryskiwania tworzyw sztucznych

• Wytwarzanie wyrobów o skomplikowanych kształtach w jednej operacji technologicznej.

• Wyroby wtryskowe nie wymagają stosowania drogich obróbek wykańczających.

• Wtryskiwanie cechuje się jakością i powtarzalnością kształtu jak i wymiaru, dając wyrób gotowy o wysokiej estetyce.

• Łatwa automatyzacja procesu wtrysku, mała pracochłonność przy produkcji masowej.

• Niewielka emisja szkodliwych substancji do otoczenia.

Wady wtryskiwania tworzyw

• Duży koszt wytworzenia formy wtryskowej, a także długi czas produkcji oprzyrządowania dla procesu.

• Duży koszt jednostkowy wyrobu przy małych seriach, niska efektywność ekonomiczna produkcji małoseryjnej.

W systemie MetalTop znajduje się wiele firm wykonujących usługę wtrysku tworzyw sztucznych. Łatwość wyszukiwania odpowiednich parametrów procesu i dogodnej lokalizacji firm pozwoli wybrać te najlepiej spełniające Państwa wymagania. Zapraszamy.