Wśród technik wtrysku wspomaganego gazem, przy doprowadzeniu gazu do wnętrza strumienia tworzywa, można wyróżnić następujące metody:

Transkrypt

1 Uwarunkowania technologiczne konstrukcji wyprasek wykonywanych w technice wtrysku z gazem. W ostatnim okresie czasu widać coraz większe zainteresowanie polskich przetwórców techniką wtrysku wspomaganego gazem obojętnym. Dlatego warto się zastanowić, czym należy się kierować przy wprowadzaniu tej techniki? Czy wszystkie detale można wykonywać w tej metodzie? Często spotykana jest potoczna opinia o zaletach techniki wtrysku z gazem. Osoby pytające o te technikę oczekują dużych oszczędności w produkcji oraz znaczącej poprawy jakości swych detali. Czy zawsze jest to możliwe? By odpowiedzieć na pytanie dotyczące konstrukcji konkretnych detali i możliwości ich wykonywania w technice wtrysku z gazem chciałbym przedstawić krótkie wprowadzenie, dotyczące spotykanych rozwiązań w tej technice. Techniki wtrysku wspomaganego przez gaz można podzielić na dwie grupy; - AIRMOULD - w technice tej gaz obojętny jakim jest azot podawany jest do wnętrza wypraski - AIRMOULD Contour gaz podawany jest na zewnątrz wypraski pomiędzy detal a powierzchnię gniazda formującego formy. Wśród technik wtrysku wspomaganego gazem, przy doprowadzeniu gazu do wnętrza strumienia tworzywa, można wyróżnić następujące metody: Technika częściowego wypełnienia Teilfüllungsverfahren Jest najczęściej stosowaną techniką wtrysku z gazem. Gniazdo formy w pierwszym etapie wtrysku zostaje wypełnione przez tworzywo. Następnie podany jest do wnętrza gniazda gaz. gaz powoduje przemieszczenie tworzywa i wypełnienie całej przestrzeni gniazda formy. Gaz przejmuje funkcję jaką w normalnej technice wtrysku wykonuje docisk. Gaz jest podawany pod ciśnieniem przez cały czas chłodzenia wypraski. Ciśnienie gazu jest zredukowane i ode ssane z wypraski na krótko przed otwarciem formy. W technice tej gaz może być podawany zarówno przez dyszę wtryskarki jak i przez dyszę zabudowaną w formie wtryskowej. Technika kompensacji skurczu Schwindungsausgleichverfahren. W metodzie tej podanie gazu następuje po całkowitym wypełnieniu formy przez tworzywo. Gaz zapobiega powstawaniu zapadnięć tworzących się w wyniku skurczu tworzywa. Gaz podawany jest do wnętrza wypraski poprzez dysze zabudowane w formie wtryskowej. Technika z dodatkowym nadlewem Nebenkavitätenverfahren Gniazdo formy zostaje w pełni wypełnione przez tworzywo. W następnej kolejności podawany jest gaz. Wtryśnięty azot powoduje przemieszczenie płynnego tworzywa z przestrzeni gniazda formy do specjalnie w tym celu zaprojektowanego nadlewu. 1

2 Technika z powrotem tworzywa Schmelzerückdruckverfahrfen Gniazdo formy zostaje w pełni wypełnione przez tworzywo. Poprzez dyszę zabudowaną w formie wtryskowej podawany jest gaz. Podanie gazu do wnętrza wypraski powoduje wycofanie płynnego tworzywa do przestrzeni przed czoło ślimaka. Gaz utrzymywany jest pod ciśnieniem przez cały czas trwania etapu chłodzenia. Zapewnia to wyrównanie efektu skurczu. Technika z ruchomymi rdzeniami Kerrnzugverfahren W technice tej stosuje się tzw. oddychające rdzenie. W pierwszym kroku następuje pełne wypełnienie gniazda formy przez tworzywo. Następnie ruchome rdzenie wysuwając się powodują zwiększenie objętości gniazda formy. Równolegle z ruchem rdzeni do formy podawany jest gaz, który wypełnia zwiększającą się przestrzeń gniazda. W celu kompensacji skurczu tworzywa gaz utrzymywany jest pod ciśnieniem przez cały czas trwania etapu chłodzenia. Technika MULTIFOAM Technika ta stanowi połączenie wtrysku wielokomponentowego z techniką wtrysku gazu. w pierwszej kolejności następuje wtrysk tworzywa tworzącego warstwę zewnętrzną wyrobu. Następnie podawane jest tworzywo tworzące rdzeń wyrobu. W kolejnym etapie następuje wtrysk gazu. Gaz utrzymywany jest pod ciśnieniem przez cały czas trwania etapu chłodzenia. Zapewnia to wyrównanie efektu skurczu. Techniki wtrysku gazu na zewnątrz AIRMOULD Contour W odróżnieniu od techniki AIRMOULD gaz obojętny podawany jest nie do wnętrza wypraski lecz w przestrzeń miedzy ścianką gniazda formującego a powierzchnię wtryśniętego tworzywa. Oznacza to, ze gaz działa na powierzchnię wypraski w obszarze w jaki został doprowadzony. Gaz pozostaje aktywny podczas procesu chłodzenia wypraski zapobiegając tworzeniu zapadnięć. Technika ta jest szczególnie polecana w przypadku płaskich, mocno użebrowanych wyprasek. Opisane powyżej metody wtrysku gazu stosuje się dla następujących grup wyrobów: Detale o zwiększonej sztywności Jest to grupa obejmująca wszelkiego rodzaje uchwyty. Od detali tych wymagana jest odpowiednia wytrzymałość mechaniczna w tym ich dobra sztywność. Dzięki zastosowaniu techniki wtrysku z gazem zamiast detali o pełnym przekroju uzyskuje się wypraski o przekroju rury. Dla tej kategorii wyprasek technika wtrysku z gazem niesie też inne zalety: - możliwość zredukowania ciężaru wypraski nawet o 50% - znaczne skrócenie czasu chłodzenia - brak zapadnięć na powierzchni wyprasek - możliwość uzyskania detali o ergonomicznej konstrukcji Dla produkcji takich detali stosuje się najczęściej technikę częściowego wypełniania, technikę z zastosowaniem nadlewu lub technikę ruchomych rdzeni. Detale płaskie W przypadku detali płaskich wtrysk kierowany jest w żebra wzmacniające konstrukcję wyprasek. Wtryskiwany gaz zapobiega powstawaniu wciągów i zapadnięć na powierzchni wypraski. Gaz pozwala również na znaczne ograniczenie ciśnienia wtrysku co zapobiega powstawaniu naprężeń wewnętrznych oraz ogranicza wymaganą siłę zamykania. Przy zastosowaniu techniki wtrysku z gazem można ograniczyć o 25-50% wymaganą siłę zamykania. W przypadku detali płaskich o cienkich ściankach wtrysk z gazem pozwala na uniknięcie powstawania zapadnięć. W produkcji detali cienkich wzmocnionych żebrami wykorzystywana jest zwykle technika wtrysku z wyrównaniem skurczu. Detale o zróżnicowanej grubości Ekonomiczna produkcja płaskich detali z miejscowymi zgrubieniami nie mogła by być prowadzona bez zastosowania wtrysku z gazem. W przypadku takich wyprasek gaz podawany jest w ściankę o zwiększonej grubości. Stworzenie pustych przestrzeni w miejscach zgrubień zapobiega tworzeniu zapadnięć oraz znacznie skraca czas cyklu. Do produkcji takich detali stosuje się zwykle technikę z nadlewem. 2

3 Detale które nie dają się wtrysnąć metodą konwencjonalną W grupie tej znalazły się wszystkie detale, których konstrukcja z uwagi na funkcjonalność, modę lub inne przyczyny jest konstrukcją nie technologiczną dla wtrysku konwencjonalnego. Do grupy tej można zaliczyć np. obudowę monitora PC, panel czołowy układu sterowania pralki, pokrywa radia samochodowego, różnego rodzaju uchwyty. Battenfeld Polska Czym się kierować przy wyborze danej techniki wtrysku gazu i jak powinien być zaprojektowany detal? Po pierwsze należy określić cele dla jakich chcemy wprowadzić do produkcji danej wypraski technikę wtrysku z gazem. Ponieważ wszelkie rozważania najlepiej jest prowadzić w oparciu o konkretne przykłady chciałbym posłużyć się dwoma detalami jakimi są podłokietniki do krzesła biurowego oraz blat stołu ogrodowego. PODŁOKIETNIK KRZESŁA BIUROWEGO Typowy detal grubościenny dla którego zastosowanie wtrysku z gazem powinno przynieść - zmniejszenie ciężaru wypraski - poprawienie sztywności wyrobu - skrócenie czasu cyklu - możliwość zastosowania wtryskarki o mniejszej sile zamykania. Przedstawiona obok fotografia pokazuje typowy podłokietnik. Detal ten jest wykonywany w technice wtrysku z gazem jednak nie jest detalem technologicznym dla tej techniki. Znacznie większe efekty oszczędnościowe można uzyskać przy podłokietniku pokazanym na fotografii poniżej. Podłokietnik górny ma konstrukcję zamkniętą, natomiast dolny ma konstrukcję typu KJEK Jest detalem o dwu końcach. Technika wtrysku z gazem bardzo lubi detale typu KIJEK. Ich konstrukcja pozwala na optymalne wykorzystanie zalet wtrysku z gazem. W podłokietniku typu KIJEK można zastosować technikę wtrysku częściowego przez dysze wtryskarki lub dyszę umieszczoną w formie. Detal ten można by produkować w technikach: - częściowego wypełnienia - z nadlewem - z powrotem tworzywa do jednostki wtryskowej. Największy stopień wypełnienia gazem uzyskali byśmy w technice z zastosowaniem nadlewu. Niestety w przypadku tym mamy też odpad jakim będzie nadlew oraz istnieje niebezpieczeństwo nadmiernego osłabienia wytrzymałości mechanicznej detalu. Dlatego też w detalach tych stosuje się najczęściej klasyczną technikę wypełnienia częściowego. Z jej pomocą możemy uzyskać redukcję ciężaru wypraski do 40% przy równoczesnym znaczącym skróceniu czasu cyklu. Czy uda się tak samo dobre efekty uzyskać w pierwszym podłokietniku? W podłokietniku tym uzyskane efekty będą zależały w dużej mierze od lokalizacji punktu podania gazu. Największe efekty oszczędnościowe uzyskamy w przypadku, gdy punkt wtrysku tworzywa i gazu umieszczony 3

4 będzie w najgrubszym miejscu podłokietnika, w osi wyrobu. Dysza wtrysku z gazem zostanie zabudowana w formie wtryskowej a jej wlot znajduje się w beleczce układu wlewowego. Takie umieszczenie dyszy ma jednak wpływ na jakość powierzchni wyrobu. Podczas wtrysku gazu w miejsca o dużej grubości w okolicach punktu wtrysku tworzą się zwykle wyraźne srebrne linie. Jak pogodzić więc oczekiwania uzyskania jak największych oszczędności z wymaganiami jakościowymi. Czy zmiana punktu wtrysku może pomóc i gdzie umieścić wlew? Częstym rozwiązaniem przy produkcji podłokietników jest umieszczenie punktu wlewu niesymetrycznie, od spodu podparcia lub bezpośrednio przy mocowaniu podłokietnika. Przy takim położeniu punktu wtrysku nie można zapewnić pełnego wypełnienia detalu przez gaz. Wtrysk w obszar o nie największej grubości powoduje, że gaz tworzy kanał o mniejszej średnicy. Niesymetryczne ustawienie punktu wtrysku powoduje natomiast powstanie obszarów nie wypełnionych przez gaz. Występowanie tych obszarów uniemożliwi skrócenie czasu chłodzenia wypraski. Najlepszy efekt zastosowania wtrysku z gazem przyniesie ustawienie punktu wtrysku w najgrubszą część wypraski. BLAT STOŁU OGRODOWEGO W tym przypadku mamy odczynienia z detalem o cienkich ściankach i mocno użebrowanej konstrukcji. Celem zastosowania wtrysku z gazem nie jest potrzeba uzyskania oszczędności na ciężarze wypraski. w tym przypadku celem powinno być; - poprawa jakości powierzchni wypraski dzięki uniknięciu zapadnięć powstających w miejscach użebrowań, - znaczące zmniejszenie potrzebnej siły zamykania - skrócenie czasu cyklu dzięki skróceniu czasu chłodzenia. By wykorzystać wszystkie zalety techniki wtrysku z gazem trzeba zadbać o dostosowanie konstrukcji wypraski do tej technologii. Po pierwsze należy we właściwy sposób poprowadzić żebra wzmacniające. 4

5 Na rysunku powyżej pokazano przykład niewłaściwej konstrukcji. Podstawową zasadą obowiązującą w technikach wtrysku wspomaganego gazem jest unikanie krzyżujących się kanałów. Znacznie lepszą konstrukcję pokazano na rysunku poniżej. Zalecane układy żeber wzmacniających wszystkie detale z centralnym punktem wtrysku i centralnie doprowadzonym wtryskiem gazu 5

6 Kolejnym problemem jest dobranie przekroju żeber wzmacniających. Niewłaściwa konstrukcja żeber będzie prowadzić do powstawania niedolewów lub do powstawania efektu przenikania gazu do powierzchni blatu stołu, co widać na fotografii obok. Battenfeld Polska Pokazany obok efekt występuje, gdyż grubość ścianki obszaru blatu wynosi ponad 3,5 mm, co umożliwia przenikanie gazu do tego obszaru. Niekorzystne ukształtowanie przekroju żeber wzmacniających. Niekorzystna geometria kanałów Kanał w stosunku do grubości ścianki zbyt mały Nie korzystny stosunek wysokości kanału do jego szerokości Efekt palca powstający w przypadku, gdy grubość podstawy wynosi więcej niż 3,5 mm Zalecane wymiary kanałów Prawidłowo ukształtowane przekroje kanałów dla wtrysku wspomaganego gazem. 6

7 Projektując właściwie konstrukcję żeber wzmacniających oraz zapewniając właściwy stosunek grubości ścianek można zapewnić najwyższą jakość powierzchni wypraski. Można także znacząco zredukować (o 30-40%) potrzebną siłę zamykania. Kolejnym istotnym punktem jest decyzja o sposobie doprowadzenia gazu. Należy zdecydować, czy należy zastosować doprowadzenie gazu przez dyszę wtryskarki, czy też lepszym rozwiązaniem będzie system z dyszami do wtrysku gazu, zabudowanymi w formie. Przykład zabudowy dysz do wtrysku gazu w formie wtryskowej Geometria układu wlewowego stosowanego, przy założeniu że gaz podawany będzie przez dyszę wtryskarki. W przypadku zastosowania technik wtrysku z gazem bardzo istotna jest ścisła współpraca konstruktora formy, technologa znającego technikę wtrysku z gazem oraz użytkownika wypraski. Bardzo istotnym jest dobór odpowiedniej techniki wtrysku z gazem, miejsca i sposobu doprowadzenia gazu oraz spełnienie wymagań użytkowych wypraski. Tylko połączenie doświadczeń osób zajmujących się technologią wtrysku z gazem oraz wiedzy konstruktora form pozwoli na uzyskanie optymalnych wyników. 7