docPrzetwórstwo wtryskowe
download 
Reklamacja Transkrypt
Przetwórstwo wtryskowe
Wytwarzanie i przetwórstwo polimerów PRZETWÓRSTWO WTRYSKOWE dr in . Michał Strankowski Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny Publikacja współfinansowana ze rodków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wtryskiwanie • Jest to proces cykliczny, w którym materiał w postaci najcz ciej granulatu podawany jest do ogrzewanego cylindra, uplastycznia si a nast pnie jest wtryskiwany przez dysz do gniazda formy. Tworzywo zestala si w formie po czym jest z niej usuwane tworz c gotow wyprask . Historia • Pierwsz wtryskark tłokow opatentowali bracia J.W. i J.S. Hyatt w Stanach Zjednoczonych w 1872 r., (pierwszy syntetyczny materiał, celuloid, który był ródłem post pu przemysłu tworzyw sztucznych, w tym techniki wtryskiwania). • Wtryskark limakow we współczesnym zrozumieniu opatentował H. Beck w Niemczech — RFN w 1955 r. • W Polsce istotny wkład w upowszechnienie i rozwój wtryskiwania wniósł A. Smorawi ski. John Hyatt Historia • William H. Willert skonstruował w 1951 roku pierwsz wtryskark limakow . • Od 1980 roku post p w technologii wtryskiwania zwi zany jest głównie z komputeryzacj procesu. William Willert Wtryskiwanie • Pocz tki procesu wtryskiwania były zwi zane z stosunkowo prostymi rozwi zaniami, a mianowicie zastosowaniem wtryskarek tłokowych. • Ju w latach 50-tych ubiegłego wieku wtryskarki tłokowe zacz ły by wypierane przez bardziej wydajne, i posiadaj ce lepsze parametry – wtryskarki limakowe. • W przypadku tworzyw termoplastycznych wtryskiwanie stanowi najwa niejsz metod otrzymywania formowanych elementów w postaci gotowych kształtek wtryskowych. Przy u yciu tej techniki mo na formowa wyroby, pocz wszy od elementów bardzo precyzyjnych, których masa jest rz du kilku miligramów, poprzez stosunkowo du e wypraski wa ce niekiedy ponad 10 kilogramów. Wtrysk – uzyskanie elementów o skomplikowanych kształtach Zadania • Wytwarzanie produktów o wysokiej jako ci pod wzgl dem wła ciwo ci u ytkowych i wła ciwo ci materiału oraz estetyki. • Maksymalizacja zysków przez skrócenie czasów cyklu. • Osi gni cie odpowiedniej relacji pomi dzy jako ci i cen . Schemat PROJEKT WYPOSAŻENIE FORMA MATERIAŁ Wtryskiwanie -‐‑ odmiany • Wtryskiwanie limakowe, • Wtryskiwanie tłokowe, • Wtryskiwanie intruzyjne (mo liwo wtryskiwania kształtek, których obj to le y daleko powy ej maksymalnej obj to ci wtryskowej limaka. Wtryskarka pracuje dalej podczas napełniania formy, a wi c wytwarza i transportuje stop, jednak przy niewielkim ci nieniu podaj cym limaka), • Wtryskiwanie pianek termoplastycznych TSG (zastosowanie formowej masy termoplastycznej zawieraj cej rodek spieniaj cy, lita powierzchnia z komórkowym rdzeniem). Wtryskiwanie -‐‑ odmiany • Wtryskiwanie wielobarwne (wytwarzanie elementów składaj cych si z warstw lub fragmentów o ró nym zabarwieniu lub z ró nych tworzyw; stosuje si dwie lub wi cej jednostek wtryskowych) • Wtryskiwanie wieloskładnikowe (otrzymanie elementów o ró nych grubo ciach cianek, praca do trzech jednostek wtryskowych, tworzywo podawane jest przez jedn dysz do formy) • Technika wtryskiwania gazowego (GIT) (w tej technice zamiast drugiego tworzywa, przy wtrysku dwuskładnikowym, wykorzystuje si gaz oboj tny, najcz ciej azot; mo na w ten sposób otrzyma kształtki wtryskowe o ró nych grubo ciach cianek) • Wtryskiwanie gazowe ze spienianiem (GIT-S) (zastosowanie tworzyw w których stopie mog si rozpu ci p cherzyki gazu, po odł czeniu dopływu gazu, lepka warstwa ulega ekspansji i tworzy piank ) Wtryskiwanie -‐‑ odmiany • Technologia wydmuchiwania stopu (form napełnia si tworzywem, pod koniec procesu doprowadza si do stopu gaz pod ci nieniem, który wypycha stop ze rodkowej cz ci formy) • Formowanie elementów metod wtryskiwania z rozdmuchiwaniem (metoda dwuetapowa wytwarzania pojemników stosowanych w przemy le opakowaniowym; w pierwszym etapie wytwarza si kształtk wst pn ; po wymianie zewn trznych połówek formy o wymaganym kształcie, kształtk rozdmuchuje si ; rdze w takim przypadku odgrywa rol trzpienia rozdmuchowego) • Wtryskiwanie z dozowaniem włókna szklanego (przy wtryskarkach z otworami odgazowuj cymi przez otwory mo na dozowa rowing szklany) Stanowisko wtryskowe • Podstawowe stanowisko wtryskowe składa si z wtryskarki, formy wtryskowej i urz dzenia do obiegowej regulacji temperatury. • Powy sze elementy wywieraj bezpo redni wpływ na proces wtryskiwania i decyduj o poprawno ci przebiegu procesu technologicznego. • Wywieraj tak e wzajemny wpływ w zwi zku z współzale no ci zmian takich parametrów, jak ci nienie, temperatura i pr dko przepływu stopu. Wtryskarka Wypraska Forma wtryskowa Termostat Wyposażenie WTRYSKARKA Wyposażenie dodatkowe : • • • • • • • Suszarnia Urządzenia schładzające Urządzenia grzewcze Granulatory Miksery/Blendery Roboty System zmiany formy Budowa wtryskarki W skład wtryskarki wchodz zasadniczo trzy układy: • uplastyczniaj cy – w postaci ogrzewanego limaka lub te tłoka; • narz dziowy – w postaci formy, np. dwudzielnej, jedno- lub wielogniazdowej; • nap dowy – jego zadanie to wprowadzenie limaka w ruch obrotowy oraz post powo-zwrotny. Budowa wtryskarki Zespół zamykania Zespół formy Zespół wtrysku Urz dzenia kontrolne Zespół nap dowy Cykl pracy • Jedn z najwa niejszych procesu wtryskiwania jest jego cykliczno • Cykl procesu wtryskiwania składa si fazach. . z nast puj cych po sobie • Na pocz tku, cyklu forma jest otwarta, a cylinder odsuni ty, ze limakiem znajduj cym si w tylnim poło eniu. • Nast pnie zostaje zamkni ta forma i dosuni cie układu wtryskowego, a post powy ruch limaka pod wpływem tłoka hydraulicznego powoduje wtrysk uplastycznionego tworzywa, które znajduje si w przestrzeni mi dzy limakiem a dysz . • Podczas wypełniania gniazda nast puje wzrost ci nienia wewn trznego, aby osi gn maksimum podczas docisku. Cykl pracy • W kolejnej fazie ma miejsce chłodzenie wypraski. • l i m a k w p r o w a d z o n y w r u c h o b r o t o w y p o w o d u j e przesuwanie si tworzywa wzdłu jego linii rubowej od leja zasypowego w kierunku dyszy. • Uplastycznione tworzywo zbiera si mi dzy czołem limaka a dysz , natomiast sam limak wskutek ruchu wzgl dnego wykonuje wzdłu ny ruch obrotowy i po doj ciu do poło enia kra cowego zatrzymuje si . • W tej chwili nast puje odsuni cie cylindra, otwarcie formy oraz wyrzucenie wypraski. Po niewielkiej przerwie cały cykl rozpoczyna si do nowa. Elementy wtryskarki Podstawowe elementy wtryskarki limakowej w trzech fazach pracy. 1 – silnik elektryczny, 2 – reduktor obrotów, 3 – limak, 4 – tłok ruchu posuwistego limaka, 5 – grzejniki, 6 – wył cznik ograniczaj cy skok limaka, 7 – wył cznik sterowania nacisku limaka. Fazy procesu wtrysku 8 Wtryskiwanie 9 Cykl procesu wtryskiwania • W uproszczeniu cykl procesu wtryskiwania składa si z nast puj cych faz: zamykanie – wtrysk – docisk – uplastycznianie – otwieranie – przerwa. Poni ej przedstawiono pogl dowo fazy cyklu wraz z odpowiadaj cymi im czasami poszczególnych cykli. Cykl procesu wtryskiwania: a-‐‑f – poszczególne fazy procesu wtryskiwania, Ta-‐‑Tf – czasy składowe faz cyklu, Rzfp – ruch zespołu formy w przód, Ds. – dosuwanie ślimaka, Os – odsuwanie ślimaka i jego ruch obrotowy, Rzft – ruch zespołu formy w tył, Ow – ochładzanie wypraski. Zależność drogi ślimaka i stołu wtryskarki od czasu w cyklu procesu wtryskiwania Oznaczenia od Ta, do Tf odpowiadają czasom poszczególnych faz cyklu, Tw — czas cyklu Czas cyklu procesu wtryskiwania Czas Tw cyklu procesu wtryskiwania i czasy jego faz na przykładzie wtryskiwania pojemnika z PS o masie 16,3 g z wydajnością 10 sztuk na minutę (cykl bez fazy przerwy) Parametry procesu wtryskiwania Czas cyklu procesu wtryskiwania zale y przede wszystkim od wydajno ci układu uplastyczniaj cego, konstrukcji i rozmiarów wypraski oraz co istotne - rodzaju tworzywa. Do podstawowych parametrów procesu wtryskiwania mo na zaliczy : • temperatura uplastyczniania; • ci nienie wtrysku; • czas trwania docisku; • szybko wtrysku; • temperatura formy. Parametry procesu wtryskiwania Okno procesowe Temp. Degradacja termiczna przetrysk Szybkość wtrysku stop Ciśnienie Ciśnienie wtrysku • Ci nienie wtrysku stanowi jeden z najwa niejszych czynników decyduj cych o prawidłowym przebiegu procesu wtryskiwania. • Aby nast pował przepływ uplastycznionego tworzywa oraz jego wtrysk do formy, konieczne jest odpowiednie ci nienie. • Ci nienie panuj ce na czole limaka nazwane jest ci nieniem zewn trznym wtryskiwania, czy te ci nieniem wtryskiwania (pw). Dopuszczalne ci nienie (pmax) dla standardowego cylindra mo na obliczy wg wzoru: pmax=1.25pw Ciśnienia wtrysku dla różnych materiałów polimerowych Materiał Niezbędne ciśnienie wtrysku [MPa]1 Materiał o dobrej płynności2, duże przekroje Materiał o średniej płynności2, typowe przekroje Materiał o małej płynności, cienkie przekroje2, małe przewężki ABS 80-‐110 100-‐130 130-‐150 POM 85-‐100 100-‐120 120-‐150 PE 70-‐100 100-‐120 120-‐150 PA 90-‐110 110-‐140 >140 PC 100-‐120 120-‐150 >150 PMMA 100-‐120 120-‐150 >150 PS 80-‐100 100-‐120 120-‐150 PVC twardy 100-‐120 120-‐150 >150 Polimery termoutwardz. 100-‐140 140-‐175 175-‐230 Elastomery 80-‐100 100-‐120 120-‐150 1Ciśnienia różne od katalogowych wartości maksymalnych ciśnień wtrysku. 2Definicja zależna od właściwości płynięcia materiału, temperatury i oporów płynięcia. Temperatura procesu wtryskiwania • P a r a m e t r e m , k t ó r y w a r u n k u j e p o p r a w n e przetwórstwo z wykorzystaniem wtrysku jest temperatura. • Temperatura, pozwalaj ca przetwarzanemu materiałowi przej w stan plastyczno-płynny, dzi ki czemu tworzywo uzyskuje odpowiedni płynno , umo liwiaj c pokonanie oporów przepływu oraz wypełnienie gniazda formy. Temperatura przetwórstwa Rozkład temperatury w strefach grzejnych układu uplastyczniającego (dla LDPE): 1-‐4 – strefy grzejne, 5 – strefa grzejna dyszy wtryskowej, t1-‐t5 – temperatury w poszczególnych strefach, tf – temperatura formy. Parametry procesu wtrysku Przebieg procesu wtrysku określają następujące parametry: -‐‑ Ciśnienie wtrysku Pw -‐‑ największe ciśnienie tworzywa panujące w cylindrze wtryskowym na czole ślimaka lub tłoka podczas wypełniania formy. -‐‑ Ciśnienie docisku Pd -‐‑ ciśnienie tworzywa na czole ślimaka lub tłoka wtryskowego podczas uzupełniania ubytków skurczowych tworzywa w formie. -‐‑ Ciśnienie spiętrzenia (przeciwciśnienie) Ps -‐‑ ciśnienie tworzywa w przedniej części cylindra podczas pobierania surowca przez obracający się ślimak. -‐‑ Temperatura wtrysku Tw -‐‑ temperatura cylindra niezbędna do właściwego uplastyczniania tworzywa, podawana dla ostatniej (przedniej) strefy cylindra. -‐‑ Temperatura stref formy Tf1, Tf2 -‐‑ Temperatura formy Tf -‐‑ średnia temperatura na powierzchni gniazda formy. -‐‑ Czas cyklu tc -‐‑ Czas wtrysku tw -‐‑ czas wypełniania formy tworzywem, wynikający z prędkości wtrysku. Parametry procesu wtrysku - Czas docisku td - czas trwania ci nienia docisku. - Czas chłodzenia tch - czas zamkni cia formy do momentu zako czenia wtrysku. - Czas przerwy tp - czas obejmuj cy otwieranie formy, usuwanie wypraski i inne manipulacje, zamykanie formy - Poszczególne czasy otwierania i zamykania formy, oraz dosuwania i odsuwania cylindra tm -Obj to wtryskiwania Vw - Obj to docisku Vd - Obj to dekompresji Vdk - Pr dko wtryskiwania vw - Pr dko zamykania formy vz - Pr dko otwierania formy vo - Pr dko wypychania wypraski vu - Pr dko dosuwania i odsuwania cylindra vcyl - Siła zamykania formy Fz - Siła otwierania formy Fo - Siła wypychania wypraski Fu - Siła docisku dyszy Fcyl Warunki procesów przetwórstwa wybranych materiałów Warunki procesów przetwórstwa wybranych materiałów Warunki procesów przetwórstwa wybranych materiałów Warunki procesów przetwórstwa wybranych materiałów Układ narzędziowy • Oprócz omawianego układu uplastyczniaj cego bardzo istotn rol w procesie wtryskiwania odgrywa układ narz dziowy. • W skład układu narz dziowego wchodzi forma wtryskowa, stoły wtryskarki oraz zespół zamykaj co-otwieraj cy. • Forma wtryskowa składa si zasadniczo z dwóch podzespołów: podzespołu mocowanego do ruchomego stołu wtryskarki (podzespół ruchomy) oraz podzespołu montowanego do nieruchomego stołu wtryskarki (podzespół nieruchomy). • Podzespół ruchomy wykonuje ruch post powo-zwrotny. Forma W obr bie podzespołu formy mo na wyró ni : • gniazdo, • układ przepływowy, • układ chłodzenia b d ogrzewania, • układ uwalniania i wypychania wypraski. • W skład zestawu wchodzi tak e wlewka, obudowa jak i prowadnice. Forma, która posiada tylko jedno gniazdo formuj ce nazywana jest jednogniazdow , natomiast forma z wi cej ni jednym gniazdem – wielogniazdow . Forma z płytami grzejnymi Konstrukcja formy z płytami grzejnymi: 1 – suwak układu zamknięcia, 2 – stół ruchomy, 3 – dodatkowy stół mocujący, 4 – przekładka izolacyjna, 5 – płyta grzejna, 6 – płyty formujące, 7 – stół nieruchomy. Wypraska wtryskowa Istota układu przepływowego formy: a) przekrój przez kanały przepływowe, b) wygląd przedmiotu po wypchnięciu z formy 28 Problemy przetwórstwa wtryskowego • Podczas przetwórstwa wtryskowego post puj c zgodnie z wszystkimi wytycznymi dotycz cymi otrzymywania wyrobów z tworzyw sztucznych mo na otrzyma wypraski charakteryzuj ce si po danymi wła ciwo ciami. • Czasem zdarza si , e proces pomimo wła ciwych ustawie wszystkich parametrów nie przebiega prawidłowo, czy te uzyskane produkty posiadaj pewnie wady. • Dlatego istotne jest, aby wła ciwie zdiagnozowa problem i wybra odpowiedni sposób post powania w celu jego wyeliminowania. Podstawowe problemy i sposoby ich rozwiązywania podczas wtrysku Objawy smugi w kierunku przepływu efekt marmurkowy Typ tworzywa wszystkie z wypełniaczami mineralnymi Miejsce i czas występowania wady przy każdym wtrysku na większości powierzchni -‐ przy każdym wtrysku; -‐ poza ostrymi kantami; -‐ w pobliżu przewężki Przyczyna powstawania -‐ wilgotny granulat; -‐ rozpad termiczny -‐ zbyt duża prędkość ścinania; -‐efekt slip-‐s\ck (przesunięcia warstwy naskórkowej) Możliwe sposoby zapobiegania -‐ sprawdzić zawartość wilgoci w granulacie; -‐ sprawdzić proces suszenia; -‐ sprawdzić temperaturę uplastyczniania -‐ obniżyć prędkość wtrysku, ewentualnie zmienić jego profil; -‐ zaokrąglić ostre krawędzie; -‐ zwiększyć przewężkę -‐ występuje często tylko w -‐ przewidzieć miejsca -‐ zimne korki jednym miejscu; zalegania zimnych korków (w wszystkie, docierają z dyszy i gorących zimne korki -‐ przebiega przez całą kanale); szczególnie wzmocnione kanałów do wypraski grubość ściany -‐ podnieść temperaturę dysz Podstawowe problemy i sposoby ich rozwiązywania podczas wtrysku Objawy wyciągnięcia, zapadnięcia przypalone powierzchnie nieprzetopione cząstki tworzywa Typ tworzywa wszystkie, szczególnie bez wypełniaczy wszystkie wszystkie szczególnie niewzmocnione Miejsce i czas występowania wady Przyczyna powstawania - większy skurcz w - naprzeciwko żeber; miejscu nagromadzenia - w obszarze ze spiętrzeniem tworzywa (nieskuteczne tworzywa ciśnienie docisku) zawsze w tym samym miejscu sporadycznie w różnych miejscach Możliwe sposoby zapobiegania - zmienić konstrukcje wypraski (węższe żebra, równomierne grubości ścian); - zmienić położenie przewężki utlenianie tworzywa w wyniku szybkiego sprężania powietrza przy braku odpowietrzeń (efekt Diesla) - przewidzieć, ewentualnie poprawić odpowietrzenia; -zmniejszyć prędkość wtrysku tworzywo źle uplastycznione lub niedostatecznie ujednorodnione - sprawdzić temperaturę uplastyczniania (może być za niska); podnieść ciśnienie wtrysku; - sprawdzić obroty ślimaka przy uplastycznianiu; - zastosować większą jednostkę uplastyczniającą (dłuższy czas przebywania tworzywa) Podstawowe problemy i sposoby ich rozwiązywania podczas wtrysku Objawy wolny strumień sporadycznie występujące brązowe plamy szorstka powierzchnia, zabielenia Typ tworzywa wszystkie wszystkie Typy z wypełniaczami Miejsce i czas występowania wady Przyczyna powstawania -‐ strumień stopionego tworzywa wtryskiwany jest przez przewężki, tak że nie -‐ przy każdym wtrysku; -‐ najczęściej rozpoczyna się styka się ze ścianami od przewężki gniazda formy; -‐ brak wypełnienia „od źródła -‐ 5-‐15 wtrysków prawidłowych, później 1-‐2 wtryski nieprawidłowe i dalej cykl się powtarza Możliwe sposoby zapobiegania -‐ wtryskiwać z mniejszą prędkością, aby uzyskać wypełnienie od źródła; -‐ przewidzieć za punktem wtrysku rozbicie strumienia tworzywa; -‐ zmienić sposób doprowadzenia tworzywa tworzywo zalega w dyszy, gorących kanałach -‐ poprawić zmiany kierunku lub w komorze wstępnej, płynięcia; gdzie ulega rozpadowi, po -‐ usunąć miejsce zalegania czym dostaje się tam świeże tworzywo i proces powtarza tworzywa się -‐chwilowe zatrzymanie czoła strumienia; -‐ na końcu drogi płynięcia; -‐ tworzywo -‐ poza kantami i zmianą krystalizuje, zanim dotrze kierunku płynięcia; do ścian formy; -‐ w obszarze żeber -‐ włókna szklane leżące na powierzchni -‐ podnieść prędkość wtrysku; -‐ sprawdzić temperaturę uplastyczniania; -‐ sprawdzić punkt i sposób przełączania na ciśnienie docisku (nie wypełniać pod ciśnieniem docisku) Automatyzacja wtrysku • Wtryskiwanie jest metod cykliczn , któr bardzo łatwo zautomatyzowa , dlatego te bardzo dobrze technika ta jest rozwijana i coraz wi cej ró nego rodzaju tworzyw mo na, przy jej wykorzystaniu, przetwarza . • Nowoczesne wtryskarki s obecnie wyposa one w liczne czujniki, które umo liwiaj wyznaczenie temperatur np. leja zasypowego, cylindra uplastyczniaj cego, temperatury formy, ci nienia w układzie hydraulicznym, pr dko ci posuwu limaka oraz czasy cyklu, momentu wtrysku czy te czasu działania ci nienia docisku. • W ten sposób operator obsługuj cy wtryskark , ma przez cały czas kontrol nad procesem i wazie potrzeby mo e korygowa ustawiania maszyny. Zalety procesu wtryskiwania - mo liwo wytwarzania nawet najbardziej skomplikowanych wyrobów w jednym procesie technologicznym; - mały b d - wysoka jako aden udział obróbek wyka czaj cych; i powtarzalno własno ci i wymiarów; - mo liwo pełnego zautomatyzowania, komputerowego sterowania i kontroli procesu; - w porównaniu z obróbk metali, znaczne zmniejszenie liczby operacji technologicznych, mniejsze zu ycie energii bezpo redniej i wody, niewielka pracochłonno , niska emisja zwi zków szkodliwych dla otoczenia. Wady procesu wtryskiwania: - wysoki koszt maszyn (wtryskarek) i niejednokrotnie dorównuj cy mu koszt oprzyrz dowania (form), powoduj cy wydłu enia czasu amortyzacji i wysokie koszty uruchamiania produkcji; - ze wzgl du na powy sze, technologia wtrysku opłacalna tylko przy produkcji wielkoseryjnej i masowej; - konieczno wysokich kwalifikacji pracowników nadzoru technicznego, którzy musz zna specyfik przetwórstwa tworzyw sztucznych; - konieczno zachowania w skich tolerancji parametrów przetwórstwa; - długi czas przygotowania produkcji ze wzgl du na pracochłonno wykonawstwa form wtryskowych. Formowanie duroplastów • O m a w i a n e z a g a d n i e n i a d o t y c z głównie materiałów termoplastycznych, nale y jednak pami ta , e przy u yciu tej metody mo na tak e formowa materiały otrzymane z duroplastów. • Formowanie duroplastów ro ni si niew tpliwie od formowania tworzyw termoplastycznych. • W przypadku duroplastów wyst puje inna konstrukcja limaka w układzie uplastyczniaj cym, jak równie parametry przetwórstwa ró ni si . • Duroplasty przetwarza si znacznie gorzej w porównaniu do materiałów termoplastycznych. • Tłoczywa duroplastyczne, które s przetwarzane metod wtrysku powinny mie ci le okre lone, jak równie powtarzalne wła ciwo ci. Zalety i wady formowania duroplastów Formowanie duroplastów technik wtrysku, ma np. w porównaniu z metod prasowania, wiele zalet, do których mo na zaliczy : • krótszy czas cyklu i najcz ciej brak obróbki wyka czaj cej, • automatyzacja procesu oraz mniejsze straty materiałowe. Z kolei do wad metody wtrysku, podczas przetwarzania duroplastów, nale y zaliczy : • konieczno dokładnej kontroli parametrów procesu, • stosowanie systemów grzejno-regulacyjnych • k ontrola reaktywno ci tworzywa (podczas procesu sieciowania). Główne różnice technologiczne występujące podczas procesu wtryskiwania materiałów termoplastycznych oraz duroplastów Parametr Termoplasty Duroplasty Ciśnienie [MPa] 50-‐200 40-‐120 Temperatura, Tu – uplastyczniania, Tf – formy Tu>>Tf Tu<Tf Czas przebywania w strefie uplastyczniania długi krótki duży, 1,5-‐3,0 maly, 1,0-‐1,1 duże małe sieciowanie (chem.) Stopień sprężania Obroty ślimaka Utwardzanie chłodzenie (fiz.) Symulacja procesu wtryskiwania h]p://www.moldflow.com www.top-‐‑tech.us 39 Symulacja procesu wtryskiwania Pozwala na: • okre lenie liczby i umiejscowienia punktów wtrysku, • dobór gabarytów układu zasilaj cego, • rozmieszczenie kanałów chłodz cych, • modelowanie przebiegu fazy docisku itd. • F o r m y w t r y s k o w e s bardzo skomplikowanymi narz dziami, które ł cz w sobie zło ono kształtu, precyzj wykonania, szereg zjawisk fizycznych (głownie cieplnych), zaawansowan kinematyk , dynamik oraz konieczno niezawodnego funkcjonowania. www.top-‐‑tech.us Symulacja procesu wtryskiwania Analizuj c od pocz tku proces powstawania wypraski mo na stwierdzi , e składa si z takich etapów jak: • projektowanie detalu (rys. 1a), • projektowanie i wykonywanie formy wtryskowej (rys. 1b) oraz wtryskiwanie, • wyprasek (rys. 1c). www.top-‐‑tech.us Symulacja procesu wtryskiwania www.top-‐‑tech.us Symulacja procesu wtryskiwania Moldflow Part Adviser: • Procesy projektowania wyprasek. • Oprogramowanie umo liwia symulacj wtryskiwania pojedynczego detalu z dowoln liczb punktów wtrysku. • Informacja na temat rozpływu tworzywa w gnie dzie formuj cym, rozkładów temperatur czoła strugi, spadków ci nienia, tendencji deformacji, linii ł czenia strug, zamkni powietrza itd. Moldflow Mold Adviser: • System – dedykowany do stosowania podczas konstruowania formy wtryskowej . • Umo liwia symulowanie jednoczesnego wtrysku wielu ro nych detali z uwzgl dnieniem szczegółów konstrukcyjnych formy wtryskowej, czyli: budowy układu zasilaj cego, budowy układu chłodz cego, form wielogniazdowych, itd. www.top-‐‑tech.us Symulacja procesu wtryskiwania • Moldflow Plas\cs Advisers (MPA) -‐ umożliwia wykrywanie i usuwanie problemów powstających w formach wtryskowych już w najwcześniejszych etapach wprowadzania wyrobu na rynek. Wspomniane problemy mogą dotyczyć np.: • Wypełnienia (krótkie strzały), • Rozpływu tworzywa w gnieździe formującym, • Linii łączenia strug, • Zamknięć powietrza, • Doboru parametrów wtrysku (określenie czasu wtrysku, prędkości wtrysku, temperatury uplastycznienia, ciśnienia wtrysku), • Doboru gabarytów przewężek, kanałów doprowadzających, • Balansowania geometrii wypraski, • Balansowania układu doprowadzającego, • Modelowania układów chłodzących, • Deformacji. Symulacja procesu wtryskiwania • Moldflow Plas\cs Advisers (MPA) -‐ umożliwia dokonywanie optymalizacji budowy wypraski. Dotyczyć to może: • Grubości ścianki: bardzo często konstruktorzy wyprasek -‐ kierując się względami ekonomicznymi i/lub ogólnie panującymi zasadami przetwórstwa tworzyw polimerowych -‐ nadają zbyt małe, lub zbyt duże grubości ścianek. • Brak optymalizacji grubości ścianki wypraski z uwzględnieniem jej indywidualnego charakteru i zastosowanego tworzywa powodować będzie zawyżone straty granulatu i/lub problemy z wypełnieniem gniazda formującego. • Kontrolowanego wprowadzania zróżnicowania grubości niektórych ścianek wypraski w celu uzyskania jednorodnego wypełnienia gniazda, • Rozmieszczenia żeber, rowków montażowych – są to rejony o zróżnicowanej grubości ścianki wypraski – ich obecność może powodować silne deformacje wyrobu. www.top-tech.us Innowacyjna technika RHCM http://www.aida-sl.com/ Technika RHCM (Rapid Heat Cycle Molding) -‐‑ wprowadzenie Problemy związane z procesem formowania wtryskowego: • widoczna linie łączenia strug – spojeń; • smugi płynięcia; • słabe odwzorowanie powierzchni formy; Rozwiązanie proces RHCM twórcy: Ono Sangyo Co. Ltd. & Mitsu Chemical Co. Ltd. (opatentowane w Japoni, USA, Europie, Ameryce Środkowej i Południowej oraz południowo – wschodniej Azji) Proces RHCM 1. Ogrzewanie (I) Ogrzewanie powierzchni wgłębień lub/i rdzeni do osiągnięcia temperatury ugięcia pod obciążeniem polimeru. 2. Wtrysk polimeru przy równoczesnym zachowaniu temperatury formy uzyskanej na początku procesu 2. Chłodzenie 3. Otwarcie formy Gotowy produkt 4. Ogrzewanie (II) Szybkie ogrzewanie powierzchni formy 5. Wtrysk polimeru… Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) www.onosg.co.jp Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) Porównanie historii termicznej kształtki w konwencjonalnym procesie oraz RHCM www.moldex3d.com Efekty stosowania techniki RHCM Brak widocznych linii łączenia strug FORMOWANIE KONWENCJONALNE W m i e j s c a c h ł ą c z e n i a p o l i m e r u , poszczególne fragmenty topniejącego polimeru nie mieszają się całkowicie ponieważ temperatura topnienia powierzchni polimeru spada gwałtownie podczas wtrysku. FORMOWANIE RHCM Temperatura formowanych powierzchni jest utrzymywana na stałym wysokim poziomie wskutek czego temperatura poszczególnych fragmentów topionego polimeru nie spada drastycznie. W m i e j s c a c h ł ą c z e n i a p o l i m e r u , poszczególne jego fragmenty mieszają się c a ł k o w i c i e c o p o w o d u j e d o b r e odwzorowanie użytej formy. Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) www.onosg.co.jp Efekty stosowania techniki RHCM Uzyskanie wysokiego połysku powierzchni produktu Utrzymanie wysokiej temperatury powierzchni formy podczas wtrysku powoduje dobre odwzorowanie formy oraz uzyskanie wysokiego połysku produktu. Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) Uzyskanie nawet 90% większy połysk RHCM hvp://www.immnet.com Konwencjonalny proces Efekty stosowania techniki RHCM Uzyskanie gładkiej powierzchni tworzyw wzmocnionych napełniaczami Utrzymanie wysokiej temperatury powierzchni formy podczas wtrysku powoduje również wniknięcie do środka materiału napełniaczy, powierzchnia produktu wówczas składa się wyłącznie z polimeru. Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) www.onosg.co.jp Powierzchnia ABS + 30% włókna szklanego Efekty stosowania techniki RHCM Wysokie odwzorowanie różnych profili formy Utrzymanie wysokiej temperatury powierzchni formy podczas wtrysku zwiększa stopień uplastycznienia produktu w fazie stopionej, co ułatwia w sposób znaczący odwzorowanie powierzchni formy. Struktura powierzchni Efekty stosowania techniki RHCM Poprawa właściwości fizycznych produktu • Dzięki zastosowaniu metody RHCM poprawie ulegają moduły oraz twardość w porównaniu do konwencjonalnego wtrysku. • Efekt ten występuje tylko w przypadku krystalicznych polimerów, ponieważ stopień krystaliczności powierzchni produktu jest zwiększony poprzez utrzymanie wysokiej temperatury powierzchni formy . Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) Proces konwencjonalny Właściwość ASTM RHCM Jedno-‐stka PP (a) PP (b) PP (c) PP (a) PP (b) PP (c) Wytrzymałość na rozciąganie D638 MPa 39 35 28 34 33 27 Wydłużenie przy rozciąganiu D638 % 35 38 43 34 40 46 Wytrzymałość na zginanie D790 MPa 57 48 40 58 49 43 Moduł przy zginaniu D790 MPa 2250 1790 1440 2390 1950 1610 HDT (0.45 MPa) D648 °C 120 115 115 130 126 125 Połysk D523 % 84 81 80 88 88 82 Twardość D785 3B 3B 6B F B 3B Polipropylen, (a) homopolimer (wysoka krystaliczność), (b) kopolimer (wysoki moduł), (c) kopolimer (typ handlowy) www.onosg.co.jp 9H, 8H, ... , 2H, H, F, HB, B, 2B, ... , 8B, 9B Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) Odporność na uderzenie Polimery amorficzne H – RHCM proces C – konwencjonalny proces Moduł przy zginaniu Polimery krystaliczne Technika RHCM – dane techniczne • Metodę RHCM można stosować do wytwarzania produktów z wykorzystaniem konwencjonalnych wtryskarek. • Konieczne jest zaprojektowanie odpowiedniej formy do wtrysku. • Niezbędne jest zainstalowanie odpowiedniego systemu kontroli temperatury. • Szczegóły techniczne dotyczące metody RHCM nie są opublikowane. Produkty RHCM -‐‑ charakterystyka • Wysoka jakość uzyskanych powierzchni produktu (brak widocznych łączeń, smug…) • Dobre odwzorowanie stosowanych form wtryskowych. • Wysoki połysk uzyskanych produktów. • Gładkość powierzchni materiałów wzmocnionych. • Większa twardość produktu oraz wyższy stopień krystaliczności polimeru. • Zmniejszenie kosztów produkcji. Rapid Heat Cycle Molding (RHCM) hvp://www.immnet.com KONIEC
