PRZEDMIOT:
Techniki wytwarzania - Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych
TEMAT: Technologia wtryskiwania tworzyw sztucznych
OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA:
- podstawowe elementy budowy wtryskarki,
- rodzaje układów uplastyczniających stosowanych w przetwórstwie tworzyw termoplastycznych,
- budowa formy wtryskowej,
- cykl procesu wtryskiwania,
- parametry procesu wtryskiwania,
- wtryskiwanie tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych.
LITERATURA:
1. A. Smorawiński; Technologia wtrysku, WNT W-wa 1984,
2. R. Sikora; Techniki wytwarzania: Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, PWN W-wa 1982,
3. R. Sikora; Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, Wyd. Edukacyjne ŻAK W-wa 1993,
4. H. Zawistowski; Wtrysk tworzyw termoplastycznych - tworzywa i technologia wtrysku, W-wa 1994,
CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z technologią wtryskiwania oraz przedstawienie praktycznej stronę wybranej metody przetwórstwa. W oparciu o istniejące w ZTS oprzyrządowanie i maszyny (wtryskarki) należy zademonstrować i przybliżyć dodatkowe aspekty odnoszące się do wtryskiwania tworzyw termoutwardzalnych jak i specjalnych metod wtrysku.
PRZEBIEG ĆWICZENIA:
Prowadzący zajęcia wyjaśnia studentom budowę i rodzaj obsługiwanej wtryskarki oraz funkcję jej głównych elementów. Następnie demonstruje jej pracę wykonując tą technologią określony detal.
1. Istota procesu
Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest procesem cyklicznym, podczas którego materiał w postaci granulatu lub proszku zostaje uplastyczniony w cylindrze wtryskarki pod wpływem ciepła, a następnie wtryśnięty przez ślimak lub tłok do gniazd formujących. Tam tworzywo zestala się w obniżonej (termoplasty) lub podwyższonej temperaturze (duroplasty), zachowując kształt gotowego wyrobu - wypraski. Po otwarciu formy następuje wyjęcie wypraski i proces może być prowadzony ponownie.
2. Budowa wtryskarki.
Zadaniem wtryskarki jest uplastycznienie tworzywa oraz wtryśnięcie go pod odpowiednim ciśnieniem do formy, a także jej zamykanie i otwieranie oraz wyrzucanie gotowych wyprasek.W typowej wtryskarce można wyodrębnić zespoły:
- uplastyczniania i wtrysku,
- zamykania formy,
- napędu,
- sterowania.
Schemat wyjaśniający budowę wtryskarki przedstawia rys. 1.
Rys. 1. Schemat wtryskarki ślimakowej: 1- cylinder hydrauliczny napędu stołu, 2- kolumny prowadzące, 3- nakrętki regulacji wysokości formy, 4- stół tylny, 5- zespół zamykania i otwieranie formy, 6- stół ruchomy, 7- zderzak wtryskarki, 8- stół nieruchomy, 9- cylinder, 10- dysza wtryskarki, 11- ślimak, 12- grzejniki, 13- chłodzenie strefy zasypowej cylindra, 14 - lej zasypowy, 15- napęd ruchu obrotowego ślimaka, 16- cylinder hydrauliczny napędu ślimaka, 17- prowadzenie zespołu cylinder-ślimak, 18- zbiornik oleju, 19- cylinder hydrauliczny zespołu cylinder-ślimak, 20- regulator wydatku oleju, 21- regulator ciśnienia oleju.
Zadaniem układu uplastyczniającego jest doprowadzenie tworzywa do stanu plastyczno-płynnego i wytworzenie ciśnienia koniecznego do całkowitego wypełnienia gniazda formy. Układ ten ze względów konstrukcyjnych dzielimy na:
- tłokowy,
- ślimakowy,
- tłokowy ze wstępnym uplastycznianiem ślimakowym.
Składa się on z cylindra wraz ze ślimakiem lub tłokiem zamkniętego dyszą wtryskową oraz grzejników i leja zasypowego. Ślimak zdolny jest do wykonywania ruchu obrotowego oraz posuwisto-zwrotnego. Przekrój poprzeczny kanału ślimaka zmniejsza się stopniowo ku przodowi, co powoduje sprężanie tworzywa.
Układ ten charakteryzują dwa parametry:
a) objętość wtrysku - to objętość tworzywa, które przy całkowitym skoku ślimaka wprowadzane jest w gniazdo formy (cm3),
b) wydajność uplastyczniania - jest to maksymalna masa tworzywa jaką wtryskarka może uplastycznić w jednostce czasu przy maksymalnej wielkości wtrysku (kg/h).
Szczegóły konstrukcji ślimaka oraz układu uplastyczniającego wyjaśnia rys. 2.
Rys. 2.
A - Układ uplastyczniający: 1 - cylinder, 2 - grzałka, 3 - ślimak, 4 - układ chłodzenia w miejscu pobierania tworzywa, 5 - lej zasypowy.
B - Konstrukcja ślimaka: D - nominalna średnica ślimaka, h - głębokość zwoju, j - kąt pochylenia linii śrubowej, d - odległość między powierzchnię zwoju, a wewnętrzną ścianą cylindra, e - szerokość zwoju, t - skok linii śrubowej.
Strefy ślimaka: A - zasilania, B - sprężania, C - dozowania.
Zadaniem układ zamykania formy jest zwarcie połówek formy oraz wytworzenie takiego ciśnienia, które nie dopuści do jej otwarcia podczas wtrysku. Podstawowymi parametrami charakteryzującymi ten układ są:
a) siła zamykania formy, wyrażona zależnością:
Pzam = k ´ Pwew ´ F wp
6
, gdzie:
Pzam - siła zamykania formy,
K - współczynnik 1,1-1,2,
Pwew - maksymalne ciśnienie wewnętrzne (0,25-0,75 Pzew),
Fwp - powierzchnia rzutu wypraski na płaszczyznę otwarcia formy.
b) wymiary geometryczne - skok otwarcia, wysokość formy, itp.
Z kolei układ napędowy ma za zadanie wywołanie obrotowego ruchu ślimaka, a także wytworzenie takiego ciśnienia, które powoduje posuwisty ruch ślimaka lub tłoka do przodu. Najczęściej spotykane są układy z napędem mechanicznym, hydraulicznym i pneumatycznym. Charakteryzujące wielkości to ciśnienie wtrysku i szybkobieżność.
Układ regulacji i sterowania - obecnie realizuje swe czynności poprzez wspomaganie komputerowe (nastawy z samoczynną regulacją porównanie wielkości zadanej z otrzymaną informacje o zakłóceniach procesu i inne).
3. Forma wtryskowa.
Forma wtryskowa składa się z zasady z dwóch zespołów: zespołu mocowanego do ruchomego stołu wtryskarki oraz części nieruchomej, z którą współpracuje ślimak. W każdej formie wtryskowej wyodrębnić można: gniazdo formujące, układ wlewowy, układ regulacji temperatury, układ wypychania wyprasek i wlewka, obudowę oraz elementy ustalające i prowadzące.
- wlewek z wypraską
Układ wlewowy
- kanały wtryskowe
Rys. 3. Forma wtryskowa do tworzyw termoplastycznych.
1 - trzpień wypychający, 2 - płyta mocująca zespołu ruchowego, 3 - płyta i wypychacze układu wypychania wypraski, 4 - stempel, 5 - kanały chłodzące, 6 - matryca, 7 - wypraską, 8 - tuleja wlewka, 9 - wlewek, 10 - płyta zespołu nieruchomego, 11 - słup prowadzący, 12 - dopływ i odpływ wody chłodzącej.
4. Cykl procesu wtryskiwania
Składa się on z następujących faz:
a) zamykanie - ruchoma część formy szczelnie przywiera do nieruchomej części,
b) wtrysk - dosunięcie układu uplastyczniającego do formy, tak aby dysza wtryskowa zetknęła się z tuleją wtryskową formy, a następnie dosuwanie ślimaka lub tłoka w cylindrze do przodu, powodujące wyciśnięcie tworzywa przez dyszę do gniazda formy i jego wypełnienie,
c) docisk - uzupełnienie tworzywa w gnieździe przez nieduże dosunięcie ślimaka lub tłoka wtryskowego w celu wyrównania zmniejszenia się objętości w wyniku skurczu pierwotnego, a także zestalania lub utwardzania tworzywa w formie,
d) uplastycznianie - odsuwanie ślimaka oraz układu uplastyczniającego. Ślimak poprzez ruch obrotowy pobiera tworzywo z zasobnika i transportuje go przez układ uplastyczniający,
e) otwieranie - zmniejszenie siły zamykającej formę, otwieranie formy i wypychanie wypraski z gniazda,
f) przerwa - zabiegi wykonywane przy otwartej formie np. zakładanie rdzeni, czyszczenie formy itp.
5. Parametry procesu wtryskiwania
Do podstawowych parametrów procesu wtrysku należą:
· temperatura,
· ciśnienie,
· czas.
Temperatura wtrysku jest to najwyższa temperatura nagrzania tworzywa podczas cyklu wtryskiwania. Dla poszczególnych rodzajów tworzyw podaje się pewien zakres temperatur wtrysku, ograniczony od dołu temperaturą płynięcia, a od góry temperaturą rozkładu tworzywa. Im zakres ten jest węższy tym trudniej tworzywo wtryskiwać.
Temperatura formy to temperatura panująca w formie w chwili wtryskiwania tworzywa, wpływa na jakość powierzchni, wielkość naprężeń wewnętrznych, skurcz tworzywa i zawartość fazy krystalicznej.
Ciśnienie zewnętrzne to ciśnienie, jakie panuje na czole ślimaka w trakcie wtryskiwania. Dolna granica stosowanych ciśnień określa możliwość całkowitego wypełnienia formy, a górna przywierania wypraski do formy.
Ciśnienie wewnętrzne - panuje w gnieździe formy w czasie wtrysku (stanowi 25 do 75% ciśnienia zewnętrznego)
Czas cyklu jest sumą czasów trwania poszczególnych faz procesu wtryskiwania. Decyduje o wydajności procesu, dlatego dąży się do skrócenia czasów chłodzenia i uplastyczniania.
andrzejbogumil