1. Vstřikování plastů
  2. 4.1. Popis a vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu

      4.1.1. Strojní časy
      4.1.2. Doba vstřikování
      4.1.3. Doba dotlaku
      4.1.4. Doba plastikace
      4.1.4. Doba chlazení
    4.2. Faktory ovlivňující vlastnosti a kvalitu výstřiku
    4.3. Vstřikovací stroje
      4.3.1. Vstřikovací jednotka
      4.3.2. Uzavírací jednotka
    4.4. Vstřikovací formy


4. Vstřikování plastů

   Vstřikováním se vyrábějí takové výrobky, které mají buď charakter konečného výrobku a nebo jsou polotovary nebo díly pro další zkompletování samostatného celku. Výrobky zhotovené vstřikováním se vyznačují velmi dobrou rozměrovou i tvarovou přesností a vysokou reprodukovatelností mechanických a fyzikálních vlastností. Technologie vstřikování je nejrozšířenější technologií na zpracování plastů, je to proces diskontinuální, cyklický. Vstřikováním lze zpracovávat téměř všechny druhy termoplastů. V omezené míře se vstřikují i některé reaktoplasty a kaučuky.

  Vstřikování je způsob tváření plastů, při kterém je dávka zpracovávaného materiálu z pomocné tlakové komory vstříknuta velkou rychlostí do uzavřené dutiny kovové formy, kde ztuhne ve finální výrobek. Tlaková komora je  součástí vstřikovacího stroje a zásoba vstřikovaného materiálu se v ní stále doplňuje během cyklu. Výhody vstřikování jsou krátký čas cyklu, schopnost vyrábět složité součásti s dobrými tolerancemi rozměrů a velmi dobrou povrchovou úpravou, ale i konstrukční flexibilita, která umožňuje odstranění konečných úprav povrchu a montážních operací. Hlavní nevýhodou v porovnání s ostatními metodami zpracování plastů jsou vysoké investiční náklady, dlouhé doby nutné pro výrobu forem a potřeba používat strojní zařízení, které je neúměrně velké v porovnání s vyráběným dílem.

  Postup vstřikování je následující: plast v podobě granulí je nasypán do násypky, z níž je odebírán pracovní částí vstřikovacího stroje (šnekem, pístem), která hmotu dopravuje do tavící komory, kde za současného účinku tření a topení plast taje a vzniká tavenina. Tavenina je následně vstřikována do dutiny formy, kterou zcela zaplní a zaujme její tvar. Následuje tlaková fáze pro snížení smrštění a rozměrových změn. Plast předává formě teplo a ochlazováním ztuhne ve finální výrobek. Potom se forma otevře a výrobek je vyhozen a celý cyklus se opakuje.

  Vstřikovací cyklus tvoří sled přesně specifikovaných úkonů. Jedná se o proces neizotermický, během něhož plast prochází teplotním cyklem. Při popisu vstřikovacího cyklu je nutno jednoznačně definovat jeho počátek. Za počátek cyklu lze považovat okamžik odpovídající impulsu k uzavření formy.


Vstřikovací cyklus

  Vstřikovací cyklus však můžeme posuzovat i z hlediska zpracovávaného plastu a s výhodou jej vyjádřit jako závislost tlaku v dutině formy na čase. Tento tlak se nazývá vnitřní tlak a značí se pi. Kromě vnitřního tlaku existuje i vnější tlak, označovaný p, kterým se myslí tlak vztažený na jednotku plochy průřezu šneku.


Průběh vnitřního tlaku pi v dutině formy během procesu vstřikování
sk – pohyb šneku, sn – pohyb nástroje

  Na počátku vstřikovacího cyklu je dutina formy prázdná a forma je otevřená. V nulovém čase dostane stroj impuls k zahájení vstřikovacího cyklu, pohyblivá část formy se přisune k pevné, forma se zavře a uzamkne – strojní časy. Tyto činnosti je nutné odlišit, protože na přisouvání formy se musí vynaložit jen malá přisouvací síla Fp, zatímco na uzamknutí je nutno vynaložit značně vyšší uzavírací sílu Fu (až třikrát vyšší), neboť musí být zaručeno, že se forma vlivem tlaku taveniny při vstřikování neotevře. Následuje pohyb šneku v  tavicí komoře a začíná vlastní vstřikování roztavené hmoty do dutiny vstřikovací formy. V  této fázi šnek vykonává pouze axiální pohyb, neotáčí se a vlastně plní funkci pístu. Po naplnění formy je tavenina v dutině ještě stlačena a tlak dosáhne maximální hodnoty.

  Jakmile tavenina vstoupí do dutiny formy, ihned začne předávat teplo vstřikovací formě a chladne. Chlazení trvá až do otevření formy a vyjmutí výstřiku. V praxi se dělí na dobu chlazení při plném vstřikovacím tlaku a na dobu chlazení při klesajícím tlaku. Doba chlazení je závislá na teplotě formy TF a tloušťce stěny výrobku. Během chladnutí se hmota smršťuje a zmenšuje svůj objem, a aby se na výstřiku netvořily propadliny a staženiny, je nutno zmenšování objemu kompenzovat dodatečným dotlačením taveniny do dutiny formy – dotlak. Dotlak může být po celou dobu stejně vysoký jako maximální tlak nebo se může po několika sekundách snížit a další chladnutí probíhá při sníženém tlaku. Dotlak se proto rozděluje na izobarický a izochorický. Abychom mohli dotlačovat, musí před čelem šneku zůstat určitý objem plastu - polštář, na který bude šnek působit svým čelem. Tento objem nesmí být moc velký (obvykle kolem 10 až 15 %, méně než jednonásobek průměru šneku D), aby nedocházelo k tepelné degradaci hmoty.

  Po dotlaku začíná plastikace nové dávky plastu. Šnek se začne otáčet, pod násypkou nabírá granulovanou hmotu, plastikuje ji a vtlačuje do prostoru před čelem šneku. Současně ustupuje dozadu, přičemž musí překonávat tzv. protitlak neboli zpětný tlak. Výška protitlaku ovlivňuje dobu plastikace a tím i kvalitu prohnětení roztaveného plastu. Příliš vysoký protitlak by však mohl způsobit až degradaci plastu. Ohřev plastu během plastikace se děje jednak převodem tepla ze stěn válce, jednak frikčním teplem, které vzniká třením plastu o stěny komory a o povrch šneku a dále přeměnou hnětací práce šneku v teplo. Jestliže je tavicí komora opatřena samouzavíratelnou tryskou, může plastikace probíhat i při otevřené formě. Dále může a nebo nemusí následovat odsunutí tavicí komory od formy. Během pokračujícího chlazení tlak ve formě dále klesá až na hodnotu zbytkového tlaku pz, což je tlak, pod nímž se hmota nachází ve formě těsně před jejím otevřením. Příliš vysoký zbytkový tlak je příčinou vysokých vnitřních pnutí ve výstřicích, které u křehkých hmot mohou způsobovat až samovolné praskání výstřiku. Zbytkový tlak lze snížit buď zkrácením doby dotlaku anebo programovaným průběhem tlaku během dotlaku. Po dokonalém zchladnutí výstřiku se forma otevře a výstřik se vyhodí z formy.

 

 

4.1. Popis a vliv jednotlivých časů vstřikovacího cyklu

  Jednotlivé úseky vstřikovacího cyklu trvají různě dlouho a jsou mimo jiné ovlivněny např. geometrií výstřiku a technologickými podmínkami vstřikování.

4.1.1. Strojní doby

  Strojní doby na zavření formy ts1 a na otevření formy ts3 závisí na rychlosti pohybující se formy a na dráze, kterou musí forma urazit. Dráha otevření formy je dána rozměrem výstřiku ve směru otevírání formy a musí být tak velká, aby bylo možno výrobek z  formy vyjmout, případně aby bylo dost prostoru pro činnost manipulátoru ve formě. Je snaha zkrátit strojní časy na minimum. Toho se dá dosáhnout zvýšením rychlosti pohybující se formy. U moderních strojů není tato rychlost po celé dráze stejná, nýbrž při zavírání se forma z počátku pohybuje velkou rychlostí, avšak těsně před dosednutím formy se rychlost sníží, aby obě části formy na sebe dosedly měkce a forma se nárazem nepoškodila. Podobně i při otevírání formy je nejprve její rychlost vysoká a před dojezdem formy na doraz se rychlost sníží, aby vyhození výrobku z formy probíhalo pomalu. Celková doba strojních časů ts1, ts2, ts3 nepřesahuje u strojů střední velikosti několik málo sekund. Kromě strojních časů, jež jsou součástí vstřikovacího cyklu, jsou další strojní doby překryty dobou chlazení.

 

4.1.2. Doba vstřikování

  Doba plnění dutiny formy tv se odvíjí od rychlosti vstřikování, tj. od rychlosti pohybu šneku vpřed, která závisí na technologických podmínkách, zejména na teplotě taveniny Ttav a na vstřikovacím tlaku p. Vliv však má i teplota formy, objem výstřiku a jeho geometrický tvar, dále řešení vtokové soustavy a druh plastu. Je však nutné si uvědomit, že k určité hodnotě vstřikovací rychlosti patří určitá hodnota vstřikovacího tlaku, nebo-li nelze nastavovat velkou vstřikovací rychlost při nízkém tlaku. U složitých výrobků a u výrobků s vysokými požadavky na kvalitu povrchu a přesnost výroby je možné programovat průběh rychlosti vstřikování. Vysoká vstřikovací rychlost má příznivý vliv na orientaci makromolekul, ale je zde i nebezpečí přehřátí a degradace materiálu. Doba plnění se pohybuje od zlomku sekundy do několika málo sekund u výstřiků s velkou hmotností. Doba plnění má být co nejkratší, protože vstřikovaná tavenina se stykem s chlazenou formou ochlazuje a ztrácí tekutost, takže při dlouhé době by nezaplnila celou dutinu a vznikl by nedostříknutý zmetek. Proces plnění se musí řídit tak, aby tavenina nevtékala do formy volným tokem, ale aby materiál vtékal do formy postupně. Při postupném plnění, laminárním toku, se jedná o složitý mechanismus tuhnutí vrstev taveniny. Teplota formy je mnohem nižší, než teplota taveniny (zhruba 3 až 4krát) a tak tavenina při styku se stěnou formy okamžitě ztuhne a vytvoří vrstvu nepohyblivé hmoty a zároveň i vrstvu tepelné izolace.


Plnění volným tokem

Uvnitř je potom plastické jádro s nízkou viskozitou, umožňující další průtok taveniny plastu do dutiny formy, která se potom roztéká směrem ke stěnám až dojde k zaplnění tvarové dutiny formy. Vzhledem ke zvyšování viskozity směrem ke stěně formy dochází k rostoucí rychlosti v plastickém jádru a k zakřivení čela. Pokles tlaku je potom směrem ke stěně formy.


Laminární tok taveniny plastů

4.1.3. Doba dotlaku

  Po naplnění tvarové dutiny formy následuje stlačování hmoty, kdy tlak prudce stoupne a rychlost náhle klesne. Pokud by tlak zůstal na původní hodnotě, došlo by ke vzniku tlakové špičky, ke zvětšení hmotnosti a rozměrů výstřiku a k vysokému namáhání formy, které by mohlo vést k pružnému prohnutí formy, tzv. dýchnutí. Aby se zamezilo těmto jevům je nutné v určité době snížit vstřikovací tlak, tzn. přepnout na dotlak. Je-li přepnutí opožděné stoupne tlak příliš vysoko a dojde k výše popsaným jevům. Při předčasném přepnutí dochází k opačným jevům a je zde až možnost nedostříknutého výrobku. K přepnutí na dotlak může dojít buď podle dráhy šneku, nebo podle vstřikovacího času, nebo podle tlaku ve formě a nebo podle tlaku v hydraulice. Doba dotlaku td závisí hlavně na průřezu vtokového kanálu a zpravidla činí několik sekund až desítky sekund. Účelem je dodávání materiálu do formy a tím tedy kompenzování smrštění během chladnutí, aby nevznikly propadliny a staženiny. U strojů s optimalizací procesu lze průběh dotlaku optimalizovat. V první fázi je dotlak vyšší, aby se využilo vysoké tekutosti taveniny a ke konci se dotlak sníží, aby se omezila orientace v okolí vtoku.

4.1.4. Doba plastikace

  Doba plastikace tpl   je čas, který je potřebný k tomu, aby došlo k zplastikování dávky plastu a k jejímu rovnoměrnému zhomogenizování a umístění dávky před čelo šneku, tzv. polštáře. Velikost zplastikované dávky musí zabezpečit naplnění tvarové dutiny formy a vtokového systému, ale i kompenzovat změnu objemu, vyvolanou smrštěním. Je však nutné si uvědomit, že se posuvem šneku vzad snižuje účinná délka šneku, a proto musí být zpětný tlak zvyšován. Teplo, potřebné k roztavení jedné dávky, je asi z jedné třetiny dodáváno z elektrického odporového topení a asi ze dvou třetin z tření hmoty při hnětení.


Možné dávkovací dráhy u vstřikovacích strojů

4.1.4. Doba chlazení

  Doba chlazenítch představuje největší část cyklu a pohybuje se od několika sekund u tenkostěnných výstřiků do několika málo minut. Závisí na určující tloušťce stěny výstřiku, na druhu plastu, teplotě taveniny, teplotě formy a na teplotě výstřiku v okamžiku vyjímání z formy. Je snaha ji zkrátit na minimum účinným chlazením formy, zejména těch míst, v nichž hmota chladne nejpomaleji. Chladnutí začíná již během fáze vstřikování a pokračuje během dotlaku a dochází ke značným změnám stavových veličin, tlaku, měrného objemu a teploty. Fáze chladnutí ovlivňuje nejenom strukturu, tj. orientaci, krystalizaci a vnitřní pnutí, ale také kvalitu povrchu, zejména lesk.

 

4.2. Faktory ovlivňující vlastnosti a kvalitu výstřiku

O mechanických a fyzikálních vlastnostech výstřiku, a o jeho kvalitě rozhoduje druh plastu, technologické parametry, konstrukce formy a volba stroje. Jednotlivé parametry nepůsobí samostatně, ale vždy se ovlivňují navzájem. Z hlediska volby druhu plastu má na vlastnosti výstřiku vliv:

  • rychlost plastikace polymeru, která by měla být co nejkratší,
  • tekutost (reologické vlastnosti) plastu, která má být dostatečná a nesmí se měnit s teplotou příliš rychle a která je ovlivňována technologickými parametry,
  • dostatečná tepelná stabilita plastu v rozsahu zpracovatelských teplot, která by měla být co nejširší,
  • uvolňování těkavých látek,
  • velikost vnitřního pnutí, které má být co nejnižší,
  • smrštění plastu (změna rozměrů výrobku oproti rozměrům tvarové dutiny formy) v jednotlivých směrech na výrobku, které je ovlivněno technologickými podmínkami.

technologických parametrů, které se mezi sebou výrazně ovlivňují, má na vlastnosti výstřiku a jednotlivé fáze vstřikování největší vliv:

  • vstřikovací tlak (ovlivňuje rychlost plnění, uzavírací sílu, vnitřní pnutí, smrštění, orientaci – tj. narovnávání makromolekul do směru toku, atd.),
  • teplota taveniny (konkrétní teplota závisí na druhu plastu a ovlivňuje tekutost plastu, vstřikovací tlak, dobu chlazení a tedy dobu cyklu, smrštění, tlakové ztráty, dotlak, atd.)
  • teplota formy (konkrétní teplota závisí na druhu plastu a na charakteru výrobku, ovlivňuje tekutost plastu, rychlost plnění, dobu chlazení, lesk výrobku, povrch výrobku, teplotu taveniny, dotlak, vnitřní pnutí, smrštění, atd. – z technologického hlediska má být co nejvyšší, hlavně u semikrystalických plastů),
  • rychlost plnění dutiny formy má být co nejvyšší, je však nutné kontrolovat teplotu taveniny, aby nedošlo k degradaci hmoty, nevýhodou je i vysoká orientace makromolekul,
  • výše a doba trvání dotlaku (ovlivňuje hlavně rozměry výrobku, smrštění a vnitřní pnutí).

 

4.3. Vstřikovací stroje

  Vstřikovací proces probíhá na moderních strojích většinou plně automaticky, takže se dosahuje vysoké produktivity práce. Pořizovací cena strojního zařízení i vstřikovací formy je však značně vysoká. Technologie je proto vhodná pro velkosériovou a hromadnou výrobu.

  Vstřikovací stroj se skládá ze vstřikovací jednotky, uzavírací jednotky a z řízení a regulace. Schéma vstřikovacího stroje se šnekovou plastikací na obrázku. Každý výrobce vstřikovacích strojů je schopen vybavit vstřikovací stroj tak, aby plnil funkci částečně nebo plně automatizovaného pracoviště, tj. dovybavit stroj manipulátory, roboty, temperačním zařízením, dávkovacím a mísícím zařízením, sušárnami, dopravníky pro výrobky a vtoky, mlýny, atd.


Schéma vstřikovacího stroje se šnekovou plastikací
(1 – doraz, 2 – tyč vyhazovače, 3, 5 – upínací desky, 4 – forma, 6 – vstřikovací tryska, 7 – špice šneku, 8 – zpětný uzávěr, 9 – šnek, 10 – tavící komora, 11 – topná tělesa, 12 – násypka, 13 – granule plastu, 14 – deska vyhazovačů, 15 – kotevní deska, 16 – vyhazovače, 17 – výstřik)

4.3.1. Vstřikovací jednotka

  Vstřikovací jednotka plní dva hlavní úkoly: přeměňuje granulát plastu na homogenní taveninu o dané viskozitě, vstřikuje taveninu vysokou rychlostí a velkým tlakem do dutiny formy.


Schéma vstřikovací jednotky

  První vstřikovací jednotky, které byly použity pro vstřikování plastů již na konci minulého století, byly jednotky pístové. Jejich princip byl převzat z lití roztavených kovů pod tlakem. Udržely se až do poloviny 20. století, kdy byly postupně zcela vytlačeny jednotkami šnekovými. Dnes se používají jen výjimečně, a protože význam pístových vstřikovacích jednotek je v současnosti zanedbatelný, bude se další text týkat hlavně vstřikovacích jednotek se šnekem. Rozdíl obou typů strojů je dán konstrukcí tavicí komory. Jejím úkolem je převést do plastického stavu v co nejkratší době co největší množství hmoty a zajistit maximální teplotní homogenitu taveniny. Pohyb plastu v komoře je u pístových strojů zajišťován pístem, u šnekových šnekem. Konstrukcí šnekových vstřikovacích strojů byly s úspěchem vyřešeny všechny hlavní nedostatky pístových strojů.

  Mezi největší přednosti šnekových strojů patří:

  • spolehlivá plastikace a dobrá homogenizace roztaveného plastu,
  • zabránění přehřívání materiálu v tavicí komoře,
  • vysoký plastikační výkon i velký zdvihový objem, takže velikost výstřiku lze teoreticky libovolně zvyšovat,
  • odstranění potíží při čištění komory při výměně materiálu,
  • zaručené přesné dávkování hmoty,
  • nízké ztráty tlaku během pohybu hmoty,
  • vyšší účinnost zásahu do vstřikovacího procesu, např. řízením dotlaku.

  Činnost šnekového stroje je následující: Při plastikaci se šnek otáčí a v hrdle násypky nabírá granulovaný plast, který stlačuje a dopravuje jej do vytápěných částí tavicí komory, kde materiál taje a jako tavenina se hromadí před čelem šneku a šnek během otáčení ustupuje dozadu. Po zplastikování potřebného množství plastu se otáčivý pohyb šneku zastaví a šnek se bez otáčení pohybuje dopředu jako píst a vstřikuje taveninu do dutiny formy. Jelikož plastikace nové dávky plastu může probíhat ještě ve fázi chlazení výstřiku ve formě, je výrobní cyklus kratší oproti pístovým strojům. K dalším přednostem patří jednoduché dávkování, možnost hmotu dodatečně barvit a plnit plnivy nebo přidávat další přísady až při zpracování

  Vstřikovací jednotka se šnekovou plastikací je charakterizována těmito parametry: průměrem D /mm/ a délkou L /mm/ šneku, vstřikovací kapacitou Qv /cm3/, plastikační kapacitou Qp /kg.h-1/, max. vstřikovacím tlakem pvstř /MPa/, objemovou vstřikovací rychlostí v /cm3.s-1/ a tím, zda je stroj vybaven universálním a nebo speciálním šnekem. Vstřikovací kapacita Qv představuje maximální objem taveniny /cm3/, kterou lze na daném stroji vystříknout z tavicí komory do volného prostoru při jednom pracovním zdvihu šneku nebo pístu. Je to vlastně objem zásobního prostoru v komoře po odsunutí šneku do jeho zadní krajní polohy. Plastikační kapacita stroje Qp /kg.h-1/ udává maximální množství taveniny v kilogramech, kterou je stroj schopen za jednu hodinu přivést do plastického stavu. Představuje to množství hmoty, které bylo zahřáté na teplotu vstřikování a bylo u ní dosaženo požadované teplotní homogenity.


Řez vstřikovací jednotkou (kompresní poměr 1)

  Nejdůležitější částí vstřikovací jednotky je tavicí komora, šnek, tryska a topení včetně dalšího příslušenství.

  Konstrukce šneku je přizpůsobena činnostem, který šnek musí vykonávat, tj. dávkování a doprava materiálu, plastikace, hnětení a vstříknutí do formy. Vývojem vstřikování se dospělo od obyčejného šneku k diferenciálnímu šneku, pro který je typický kompresní poměr, který je definován jako poměr objemu šnekového profilu pro jedno stoupání závitu pod násypkou k objemu profilu v části šneku před tryskou. Kompresní poměr bývá v rozmezí od 1,5 do 4,5. Kompresního poměru lze dosáhnout buď změnou úhlu stoupání závitu, což se však vzhledem k obtížnější výrobě používá málo, nebo změnou průměru jádra šneku, tedy změnou hloubky drážky, zatímco úhel stoupání je konstantní.

  Na šneku je možno rozlišit tři funkční pásma. Pod násypkou je šnekový kanál (nazývaný také drážka šneku) nejhlubší a průměr jádra šneku nejmenší. Hloubka je konstantní. Toto pásmo se nazývá vstupní nebo také dopravní, někdy i dávkovací. Zpracovávaný materiál je v něm hlavně stlačován, čímž se vytěsňuje vzduch z prostoru mezi granulemi, a ohříván a teprve na konci této části může začít i tát. Ve druhém, prostředním pásmu, se průměr jádra šneku směrem k trysce zvětšuje a hloubka šnekového kanálu se zmenšuje.

  Důsledkem toho dochází ke značnému stlačování materiálu, a proto se této části říká pásmo kompresní nebo přechodové. V ní dochází k nejintenzivnějšímu tání granulátu. Vzniklá tavenina je však zatím teplotně nehomogenní. Homogenizace je úkolem posledního pásma šneku u trysky. Toto pásmo se proto jmenuje hnětací neboli homogenizační anebo výstupní. Hloubka šnekového kanálu je po celé délce výstupního pásma opět konstantní, ale je menší, než-li ve vstupním pásmu.


Diferenciální šnek

  Důležitou částí šneku je jeho zakončení, neboť tavenina má při vstřikování snahu téci šnekovým kanálem zpět směrem k násypce. Tato tendence je tím větší, čím má hmota vyšší tekutost. Proto se zakončení šneku konstruuje tak, aby se tomuto jevu zabránilo. Existují různá řešení, jako je tupé zakončení šneku nebo prodloužené zakončení špičky šneku, ale nejspolehlivější je zakončení se zpětným uzávěrem (ventilem).

  Délka šneku se však nevyjadřuje v jednotkách délky, ale jako poměr délky šneku a jeho průměru, tedy L / D. Délka šneku u vstřikovacích strojů na termoplasty bývá obvykle 15 až 20 D. Šneky, ať už obyčejné nebo diferenciální, mohou existovat v různém provedení. Nejpoužívanější jsou šneky s normálně dlouhým kompresním pásmem. jeho délka bývá 3 až 4 násobek průměru šneku D.  Šneky s krátkou kompresní částí, rovnající se jednonásobku průměru šneku, jsou vhodné pro hmoty s úzkým intervalem teploty tání, jako jsou krystalické polymery PE a PA. Šnek s nevýraznou kompresní částí má jádro kónické po celé délce a používá se u hmot se špatnou tekutostí nebo u hmot, u nichž je nebezpečí degradace vlivem přiliž rychlého ohřevu, např. PVC. Teplo potřebné k zahřátí a roztavení dostává zpracovávaný plast jednak z odporových topných pásů, jednak přeměnou mechanické práce šneku, při čemž se ve vstupním pásmu jedná o teplo vzniklé třením a ve výstupním pásmu o teplo z hnětací práce.

  Tavicí komoraje pro účely vytápění obvykle rozdělena do tří zón (topných pásem) samostatně vytápěných a se samostatnou regulací teploty, kdy nejnižší teplota se nastavuje v pásmu u násypky a nejvyšší u trysky. Teplota pásma u násypky, nesmí být příliš vysoká, aby nedošlo k předčasnému natavení a následnému spečení granulí, protože by to mělo za následek vytvoření zátky ve šnekovém profilu a tím by se zamezilo přísunu dalšího materiálu do kompresní části šneku. Proto se část tavicí komory, která přiléhá k násypce, chladí.

  Tavicí komora je zakončena vstřikovací tryskou. Trysky se konstruují buď jako otevřené (vysoce viskózní materiály) s otvorem o průměru 3 až 8 mm, nebo jako uzavíratelné, které se otevřou pouze při dosedu vstřikovací jednotky na formu. Tryska zajišťuje spojení mezi komorou a formou, protože přivádí taveninu do vtokových kanálů ve formě.

 

4.3.2. Uzavírací jednotka

  Úkolem uzavírací jednotky je zavírat a otevírat formu dle procesu vstřikování a zajistit uzavření formy takovou silou, aby se při vstříknutí tlakem taveniny forma neotevřela. Při činnosti formy je nutno rozlišovat sílu přisouvací Fp, a sílu uzavírací Fu. Současné moderní stroje mají programovatelnou rychlost a sílu uzavírání vstřikovací formy.


Schéma uzavírací jednotky

  Uzavírací jednotka se skládá z těchto hlavních částí: opěrné desky pevně spojené s ložem stroje, pohyblivé desky, na kterou je upnuta pohyblivá část formy, upínací desky s otvorem pro trysku stroje, na kterou se připevní nepohyblivá část vstřikovací formy, vedení pro pohyblivou desku, z uzavíracího a přidržovacího mechanismu. Vstřikovací stroje používají v současné době různé uzavírací systémy, které např. mohou být konstruovány jako hydraulické, mechanické, kombinace hydraulického a mechanické způsobu (závorování) a v poslední době se používají i elektrické systémy.

  Vstřikovací a uzavírací jednotky mají vůči sobě určité umístění, polohu. Nejčastější uspořádání u vstřikovacích strojů je horizontální poloha vstřikovací i uzavírací jednotky, tedy vstřikování kolmo na dělící rovinu formy. V některých případech (reologické chování taveniny, zakládání zálisků, dvoukomponentní vstřikování speciální způsoby vstřikování, apod.) však může dojít k jiné vzájemné poloze. Sedm různých poloh mezi vstřikovací a uzavírací jednotkou je ukázáno na obrázku.


Vzájemná poloha mezi vstřikovací a uzavírací jednotkou

4.4. Vstřikovací formy

  Formy pro zpracování musí odolávat vysokým tlakům, musí poskytovat výrobky o přesných rozměrech, musí umožnit snadné vyjmutí výrobku a musí pracovat automaticky po celou dobu své životnosti. Jejich konstrukce a výroba je náročná na odborné znalosti, ale i na finanční náklady. Volba materiálu formy závisí na druhu zpracovávaného plastu, na použité technologii, na velikosti výrobku a jeho složitosti, na velikosti série, na tepelné odolnosti a odolnosti proti opotřebení a korozi, na ceně, apod. Důležitým faktorem životnosti formy je provedené tepelné zpracování na tvarových částech nástroje. Dalším důležitým úkolem při konstrukci forem je stanovení rozměrů a výrobních tolerancí tvarových částí. Pro určení a výpočet těchto rozměrů jsou rozhodující smrštění, tolerance jednotlivých rozměrů výlisku a opotřebení činných částí nástroje. Nejdůležitější je však smrštění zpracovávaného.

  Vstřikovací formy jsou konstrukčně velmi rozmanité a lze je rozdělit do následujících skupin:

  • podle násobnosti na jednonásobné a vícenásobné,
  • podle způsobu zaformování a konstrukčního řešení na dvoudeskové, třídeskové, etážové, čelisťové, vytáčecí, apod.,
  • podle konstrukce vstřikovacího stroje na formy se vstřikem kolmo na dělící rovinu a na formy se vstřikem do dělící roviny.

  Vstřikovací forma se skládá z dílů, vymezujících tvarovou dutinu formy, z chladicího (temperačního) systému, z vtokového systému, z vyhazovacího systému a z upínacích a vodicích elementů. Jednotlivé části vstřikovacích forem lze rozdělit do dvou skupin na části konstrukční a na části funkční. Konstrukční části zabezpečují správnou činnost nástroje a funkční části se stýkají s tvářeným materiálem a udělují mu požadovaný tvar. Pro představu o tvarové a konstrukční složitosti vstřikovacích forem je na obrázku ukázka konstrukce vstřikovací formy.


Ukázka konstrukce vstřikovací formy

  Kvalitu a jakost výstřiku spolu s produktivitou výroby nejvíce ovlivňuje vtokový systém, což je systém kanálů a ústí vtoku, který musí zajišťovat správné naplnění dutiny formy, snadné odtržení nebo oddělení od výstřiku a snadné vyhození vtokového zbytku. Vtoková soustava je navrhována podle počtu tvarových dutin, podle jejich rozmístění a podle toho, zda bude konstruována jako studený nebo horký rozvod. Konstrukční řešení vtokového systému závisí na konkrétním tvaru výstřiku a na násobnosti formy. Při vstřikování termoplastů má druh a umístění vtoku podstatný vliv na proudění taveniny ve formě, vytváření tzv. studených spojů, orientaci makromolekul a plniva, rovnoměrnost krystalizace, anizotropii vlastností a rozměrů, povrchový vzhled, apod. Vtok má být zásadně řešen tak, aby tavenina naplnila formu nejkratší cestou bez velkých teplotních a tlakových ztrát, co nejrychleji a pokud možno všude ve stejném čase. U vícenásobných vstřikovacích forem je nejdůležitějším požadavkem, aby všechny tvarové dutiny byly plněny současně a při stejných technologických podmínkách, což znamená při stejné teplotě taveniny a při stejném vnitřním tlaku. Při vstřikování termoplastů má typ a umístění vtoku podstatný vliv na proudění taveniny ve formě vytváření tzv. studených spojů, orientaci makromolekul a plniva, rovnoměrnost krystalizace, anizotropii vlastností a rozměrů, povrchový vzhled apod.

  Pokud bude vstřikovací forma vícenásobná, tak umístění tvarových dutin je možné buď do hvězdy, nebo v řadě. Z hlediska plnění tvarových dutin je lepší uspořádání do hvězdy, protože k zaplnění dochází ve stejném čase a při stejném tlaku, kdežto u uspořádání v řadě se musí provést korekce ústí vtoku, tzn. změnit rozměry rozváděcích kanálů směrem ke vzdálenějším dutinám.

  Pro zajištění opakovatelnosti výroby musí hmota v dutině formy zchladnout z technologického a ekonomického hlediska co nejrychleji a proto vstřikovací formy obsahují temperační systém. Temperačním systémem se rozumí systém kanálů a dutin, umožňujících přestup a prostup tepla z taveniny do formy a temperovací kapaliny. Teplota formy se udržuje na požadované výši pomocí chladicího média, které protéká soustavou chladicích kanálů. S ohledem na vlastnosti výrobku by bylo žádoucí, aby se hmota ochlazovala ve všech místech stejnou rychlostí. Důsledky nerovnoměrného ochlazování se projevují např. tím, že výrobek obsahuje vnitřní pnutí nebo se deformuje a nebo vzniknou trhliny. Temperační systém bývá rozdělen do dvou dílčích okruhů, a to na okruh pro pevnou neboli vtokovou část formy a na okruh pro pohyblivou část. Každý z okruhů se dále může dělit na podokruhy, které se řeší podle způsobu zaformování výstřiku ve formě a podle polohy dělicí roviny. Rozmístění temperačních kanálů a jejich rozměry je nutno navrhnout s přihlédnutím k celkovému řešení formy, např. umístění vtokové soustavy, vyhazovacích systému, tvarových vložek a jiných dílů, ale i k požadavku na těsnost temperačního okruhu. Vzdálenost kanálů od líce formy má být navržena tak, aby nedošlo k porušení povrchu tvarové dutiny formy a aby v tvarové dutině nevznikala podchlazená místa. Výhodnější je použít větší počet malých kanálů, než-li naopak. Kolem dutiny formy se kanály rozmísťují rovnoměrně a v optimálním případě je jejich vzdálenost od líce formy všude stejná. Pouze tam, kde je třeba zvýšit intenzitu chlazení, se kanály přiblíží líci formy nebo se zmenší vzdálenost mezi nimi. Průřez kanálů se volí zpravidla kruhový a bývá 6 až 20 mm. Vedle kruhových kanálů se používají i kanály s obdélníkovým průřezem. Celková délka kanálů má být taková, aby rozdíl teplot temperační kapaliny na vstupu a na výstupu byl max. 3 až 5 oC.

  Mimo výše popsaných částí obsahují vstřikovací formy i různé mechanismy pro vyhazování výstřiků, protože výrobky se při ochlazování smršťují a zůstávají na tvarových součástech formy. Nejčastější způsob vyhazování výstřiků je mechanický princip buď pomocí vyhazovacích kolíků nebo pomocí stíracích desek, stíracích kroužků, apod. V řadě případů se jednotlivé způsoby kombinují. Vyhazovací síly a jejich výpočet se odvozuje od měrných tlaků mezi formou a výstřikem, kdy síla na vyhození bude záviset na pružnosti tvárníku a tvárnice, na průběhu tlaků a teplot během vstřikování, na rozměrech výstřiku a na teplotní závislosti koeficientu tření mezi oběma plochami.

Odvzdušnění tvarové dutiny u vstřikovacích forem je velmi důležité, protože doba vstřiku je velmi krátká a mohlo by dojít k nedokonalému vyplnění tvarové dutiny taveninou plastu, k nebezpečnému zvýšení tlaku, k poklesu pevnosti v místech studených spojů nebo k tzv. diesel efektu, kdy může dojít až ke spálení materiálu. Proto je nutné zajistit intenzívní odvod vzduchu z tvarové dutiny formy, a to nejenom netěsnostmi v dělící rovině, ale i konstrukcí odvzdušňovacích kanálků, které však nesmějí být příčinou vzniku otřepů na výrobku. Odvzdušnění má být provedeno v dělící rovině na protilehlém místě vtoku. Na dostatečné odvzdušnění formy má vliv umístění vtoku, způsob zaformování výstřiku, umístění vyhazovačů, přítomnost tvarových vložek, apod.

.: Jdi na začátek stránky :.