Jak projektować formy wtryskowe
Sprawdź darmowy poradnik projektanta form wtryskowych. Znajdziesz w nim kompleksową wiedzę i solidne podstawy z zakresu formowania wtryskowego.
Sprawdź darmowy poradnik projektanta form wtryskowych. Znajdziesz w nim kompleksową wiedzę i solidne podstawy z zakresu formowania wtryskowego.
Formowanie wtryskowe to jedna z najpopularniejszych metod produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. Dzięki tej technologii możliwe jest wytwarzanie zarówno prostych, jak i bardzo skomplikowanych elementów. Aby osiągnąć wysoką jakość i efektywność produkcji, przemysł tworzyw sztucznych kładzie duży nacisk na odpowiedni dobór maszyn oraz technik formowania, które zapewnią najbardziej korzystne pod względem ekonomicznym i jakościowym rozwiązania.
W procesie formowania wtryskowego stopiony granulat termoplastyczny jest wtryskiwany do formy, gdzie następuje szybkie schłodzenie i utwardzenie materiału. Do produkcji form używa się głównie metali które muszą być łatwe w obróbce, by uzyskać skomplikowane kształty oraz wysoką precyzję zgodną z rysunkami technicznymi w jak najszybszy i najprostszy sposób. Dzięki temu możliwe jest skrócenie cyklu produkcyjnego oraz zwiększenie wydajności procesu wytwarzania narzędzia (formy wtryskowej).
Istotną kwestią jest również odporność powierzchni na ścieranie oraz odpowiednie wykończenie powierzchni formy co przełoży się na wygląd elementów plastikowych. Parametry te są szczególnie ważne przy tworzywach wzbogaconych włóknem szklanym, stosowaniu nieorganicznych wypełniaczy lub barwieniu plastiku pigmentami.
Specjaliści 3DForce, będącego liderem na rynku szybkich form wtryskowych, zwracają uwagę, że niewłaściwy dobór materiałów budulcowych form może prowadzić do szybkiego zużycia powierzchni, a tym samym obniżenia jakości produkowanych części. Przy wysokich prędkościach przepływu stopionego plastiku ścieranie formy może być znaczne, co wpływa negatywnie na precyzję i wygląd elementów.
Dodatkowo, niektóre żywice i dodatki mogą wchodzić w reakcje chemiczne z metalową powierzchnią form, prowadząc do korozji, łuszczenia, pogorszenia jakości wykończenia oraz spadku jakości końcowych produktów. Aby zapobiec korozji, warto stosować stal odporną na korozję lub zabezpieczyć powierzchnię form chromowaniem i niklowaniem. Należy również starannie kontrolować proces oraz dobierać metal na budowę formy mając na uwagę potencjalne wymagania odnoście ilości produkcyjnych. Przy krótkich seriach można często stosować nawet formy z aluminium do tworzyw z dużą zawartością włókna szklanego w tym do 60%!
Formowanie wtryskowe opiera się na precyzyjnie wykonanych formach wtryskowych. Technika ta jest szeroko stosowana do produkcji części samochodowych, opakowań, znaków oraz wielu innych masowych wyrobów.
Etapy procesu formowania wtryskowego:
Przygotowanie formy: W zależności od wymagań, do formy mogą być ręcznie lub automatycznie dodawane wkładki. Następnie forma jest zamykana przy użyciu hydraulicznego systemu lub rzadziej elektrycznego systemu zamykania..
Podgrzewanie i wtrysk: Granulki plastiku są podgrzewane za pomocą śruby i przesuwane przez nagrzewaną komorę (cylinder). Gdy stopiony plastik osiągnie odpowiednią konsystencję, jest wtryskiwany do zamkniętej (mocno zwartej) formy.
Chłodzenie i wyjęcie elementu: Po wtrysku forma jest chłodzona, aż materiał stwardnieje. Gotowy element jest następnie wyjmowany z formy za pomocą sprężonego powietrza lub mechanicznych systemów wyjmowania.
Wykończenie i postprocessing: Po otwarciu formy zazwyczaj usuwa się nadmiary materiału, takie jak wypustki, resztki z systemów wypełniających czy nadlewy. Na tym etapie element może być również poddany dodatkowym procesom wykończeniowym, jeśli jest to wymagane.
Chociaż formowanie wtryskowe umożliwia produkcję bardzo skomplikowanych i precyzyjnych elementów, istnieją również inne metody przetwarzania tworzyw sztucznych, które mogą być odpowiednie w mniej wymagających sytuacjach:
Termoformowanie i formowanie próżniowe: Polega na ułożeniu arkusza z plastiku w formie i nadaniu mu pożądanego kształtu przez przyłożenie ciśnienia lub próżni. Idealne rozwiązanie do produkcji pojemników, np. na jogurt, kubeczków do kawy i napojów jak piwo, tacek jednorazowych itp.
Formowanie rozdmuchowe: Stosowane głównie do produkcji pustych elementów, takich jak butelki. Technologia ta może być również wykorzystywana przy tworzeniu złożonych zbiorników paliwa.
Formowanie rotacyjne: Używane do produkcji dużych, otwartych lub pustych elementów, takich jak beczki czy kajaki. Choć metoda ta pozwala na produkcję skomplikowanych kształtów, nie osiąga tak wysokiej precyzji i wydajności jak formowanie wtryskowe.
W procesie formowania wtryskowego ważny jest dobór odpowiednich materiałów, które zachowują swoje właściwości pomimo wielokrotnego topienia, przetłaczania i schładzania. Zarówno plastiki, jak i metale mogą spełniać te wymagania, choć polimery zazwyczaj ulegają stopniowej degradacji podczas wielokrotnego podgrzewania.
Podczas podgrzewania polimerów następuje rozpad długich łańcuchów molekularnych na krótsze, co obniża ich właściwości mechaniczne – podobnie jak gdybyśmy używając widelca łamali długie nitki spaghetti na krótsze fragmenty.
Przykłady materiałów stosowanych w formowaniu wtryskowym:
Polietylen (PE): Popularny termoplast dostępny w różnych formach krystalicznych, takich jak HDPE, LDPE i LLDPE. Stosowany do produkcji torebek, folii plastikowych, wiader na mleko i wielu innych wyrobów.
Polipropylen (PP): Termoplast o doskonałej odporności chemicznej i mechanicznej. Produkowany jest z propylenu metodą polimeryzacji łańcuchowej. PP charakteryzuje się wyższą odpornością na temperaturę niż PE i jest szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu.
Polistyren (PS): Przezroczysty termoplast, stosowany zarówno w postaci twardej, jak i jako materiał do produkcji sztywnych pianek. Znajduje zastosowanie w produkcji elementów konsumenckich oraz opakowań, ciesząc się popularnością dzięki łatwości formowania i dobrym właściwościom izolacyjnym.
Akrilonitryl-butadien-styren (ABS): Wytrzymały, twardy termoplast o wysokiej odporności na uderzenia oraz dobrej stabilności wymiarowej. ABS jest szeroko stosowany do produkcji obudów urządzeń, zabawek, części motoryzacyjnych oraz sprzętu AGD.
Polichlorek winylu (PVC): Wszechstronny termoplast o doskonałej odporności na chemikalia i warunki atmosferyczne. PVC może być stosowane zarówno w postaci twardej, jak i miękkiej, wykorzystywane m.in. do produkcji rur, profili, okien, zabawek i elementów dekoracyjnych.
Politereftalan etylenu (PET): Termoplast znany głównie z produkcji butelek oraz opakowań do żywności. PET charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością na wilgoć oraz dobrej bariery dla gazów, co czyni go idealnym materiałem do pakowania produktów spożywczych.
Dzięki odpowiedniemu doborowi materiałów i technik, formowanie wtryskowe pozostaje niezastąpioną metodą produkcji w przemyśle tworzyw sztucznych, umożliwiającą wytwarzanie precyzyjnych, trwałych i ekonomicznych elementów w dużych seriach.
