Ćwiczenie 1 „Formowanie wtryskowe termoplastycznych ...grafit.mchtr.pw.edu.pl/~askalski/PTW-lab/PTW1.pdf · Ćwiczenie 1 3 „Formowanie wtryskowe termoplastycznych tworzyw sztucznych”

Podstawy Technik Wytwarzania PTW - laboratorium

Ćwiczenie 1

„Formowanie wtryskowe termoplastycznych tworzyw sztucznych”

Instrukcja laboratoryjna

„Człowiek - najlepsza inwestycja” Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Warszawa 2012

2 Ćwiczenie 1


Podstawy Technik Wytwarzania

PTW - laboratorium

1. WSTĘP

1.1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie studentów z podstawową techniką wytwarzania wyrobów z do tworzyw

termoplastycznych, jaką jest wtryskiwanie:

- bodowa wtryskarki,

- analiza procesu formowania kształtek metodą wtryskiwania,

- cel stosowania testu spiralnego.

1.2. Zakres wymaganych wiadomości

Prawidłowe przygotowanie do przeprowadzenia ćwiczenia wymaga zaznajomienia się

z obowiązującą instrukcją oraz z odpowiednim fragmentem wykładu. Niezbędne jest również

uzupełnienie wiadomości w oparciu o podstawową literaturę z zakresu rodzajów i przetwór-

stwa termoplastycznych tworzyw sztucznych.

2. WPROWADZENIE

(Opis technologii, jej istota, zjawiska fizyczne, parametry i warunki technologiczne

procesu, zastosowania).

2.1. Informacje ogólne

2.1.1 Istota formowania wtryskowego tworzyw termoplastycznych

Najbardziej rozpowszechnioną metodą wytwarzania elementów z termoplastycznych

tworzyw sztucznych jest formowanie wtryskowe. Istota formowania wtryskowego polega na

nagrzaniu porcji materiału wyjściowego, na ogół w postaci granulek lub drobnej krajanki, do

stanu plastycznego a następnie wtryśnięciu go pod wysokim ciśnieniem do zamkniętej formy,

której gniazdo odwzorowuje kształt wytwarzanego elementu. Po wtryśnięciu tworzywo zesta-

la się na skutek spadku temperatury. Po zestaleniu się tworzywa, gotowa kształtka jest usu-

wana z wnętrza formy wtryskowej.

Ćwiczenie 1 3



PTW - laboratorium

Na rys. 1 przedstawiono schematycznie dwa zasadnicze zespoły występujące we wtry-

skarce i biorące bezpośredni udział w procesie wtrysku: formę wtryskową i zespół uplastycz-

niająco-wtryskujący.

Rys. 1 Forma wtryskowa i zespół uplastyczniająco-wtryskujący

1 – cylinder, 2 – lej zasypowy zawierający zapas materiału wtryskiwanego, 3 – ślimak (tłok) realizujący proces wtryskiwania, 4 – grzałki elektryczne osadzone bezpośrednio na cylindrze, 5 – dysza wtryskowa (osadzona w cylindrze), 6 – tulejka wtryskowa (element formy wtryskowej), 7 – gniazdo formujące formy wtryskowej, 8 – płyty formy wtryskowej ustalone względem siebie za pomocą słupów prowadzących.

Głównym elementem układu uplastyczniającego jest grubościenna rura stanowiąca cy-

linder (1), w którym z jednej strony osadzona jest tulejka z wąskim kanałem zwana dyszą

wtryskową (5), a drugiej strony wyposażony jest w ruchomy ślimak (3). Na cylindrze i dyszy

wtryskowej umieszczone są grzałki elektryczne w postaci pierścieni (4). W ściance bocznej

cylindra wykonany jest otwór, przez który z leja zasypowego (2) podawane są nowe porcje

tworzywa sztucznego.

Cylinder spełnia w procesie wtryskiwania bardzo istotną rolę. Polega ona na nagrza-

niu tworzywa do całkowitego cieplnego uplastycznienia umożliwiając jego wtryśnięcie pod

ciśnieniem wytworzonym przesuwającym się ślimakiem (w trakcie wtryskiwania ślimak,

dzięki zainstalowanemu zaworowi zwrotnemu, pracuje jak tłok) przez dyszę wtryskową (5) i

tulejkę wtryskową (6) do gniazda formy wtryskowej, w której następuje ukształtowanie two-

rzywa w gotowy wyrób i jego zestalenie w ciągu kilku (kilkunastu) sekund.

4 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Forma wtryskowa jest narzędziem (oprzyrządowaniem) indywidualnie zaprojektowa-

nym i wykonanym dla każdego wytwarzanego elementu i nie stanowi integralnej części wtry-

skarki. Formy wtryskowe są bardzo skomplikowanymi narzędziami i dlatego ich wytwarzanie

jest opłacalne jedynie przy produkcji wielkoseryjnej i masowej. Zasadniczymi jej elementami

są dwie grubościenne płyty (8). Płyta pokazana na rysunku z prawej strony określana jest jako

płyta (dokładniej: zespół płyty) stała gdyż mocowana jest do stałego (nieprzemieszczającego

się) stołu stałego wtryskarki. Płyta usytuowana z lewej strony (zespół płyty) mocowana jest

do stołu ruchomego wtryskarki i dlatego określana jest jako płyta ruchoma. W płaszczyźnie

styku obu płyt znajduje się gniazdo formujące, zaprojektowane tak by po rozsunięciu możli-

we było usunięcie uzyskanej kształtki.

2.1.2. Działanie wtryskarki

Wtryskarki, czyli maszyny do realizacji procesu wtrysku wytwarzane są obecnie jako

ślimakowe. Jako pierwsze wytwarzane były wtryskarki tłokowe, ale ze względu na ich zasad-

nicze wady (niemożność dokładnego ujednorodnienia temperaturowego całej masy upla-

stycznionego tworzywa) ich produkcja została praktycznie zakończona, a ich wykorzystanie

w szybkim tempie zmniejsza się.

Działanie układu ślimakowego przedstawiono na rys. 2.

Ćwiczenie 1 5



PTW - laboratorium

Rys. 2. Fazy pracy układu ślimakowego a) forma otwarta, ślimak wycofany, b) napełnianie formy (wtryskiwanie tworzywa), c) docisk ślimaka w celu zapobieżenia wstecznego wypływu plastycznego tworzywa (trwa do czasu jego zestalenia).

Przetwarzane tworzywo sztuczne podawane jest do cylindra poprzez lej zasypowy na

obracający się ślimak. Ruch obrotowy ślimaka powoduje przesuwanie masy do gorącej strefy

cylindra. Poprawność przebiegu procesu zapewnia właściwa konstrukcja ślimaka. Na rys. 3

zaprezentowano najczęściej stosowany rodzaj ślimaka, tzw. ślimak uniwersalny.

Rys. 3. Ślimak uniwersalny A – strefa zasilania,

B – strefa sprężania,

C – strefa dozowania, z – zawór zwrotny ślimaka.

a)

b)

c)

6 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Jego konstrukcja charakteryzuje się stałym skokiem gwintu „p” i zmienną głębokością

rowka śrubowego, malejącą od h do h1. Można w nim wyodrębnić trzy strefy spełniające róż-

ne funkcje. Są to: strefa zasilania A, strefa sprężania B i strefa dozowania C.

Obracający się ślimak powoduje wciąganie tworzywa w swoje wręby i intensywne

mieszanie granulek zapewniając równomierne ich nagrzanie (od ścianki cylindra). W wyniku

ruchu obrotowego ślimaka, tworzywo przemieszczane jest do przedniej części cylindra wy-

pełniając je całkowicie. Dalsze napływające porcje tworzywa, powodując wzrost ciśnienia

wywołują samoczynny ruch wsteczny ślimaka do pozycji tylnej (rys. 2a). Tworzywo w czasie

uplastyczniania, sprężone w przedniej części cylindra nie może wypłynąć przez dyszę, która

jest w tym czasie zamknięta (jest to tzw. dysza samozamykająca). Otwarcie dyszy następuje

dopiero wówczas, gdy cylinder zostanie dociśnięty do formy wtryskowej. Sytuację tę przed-

stawiono na rys. 4.

Rys. 4. Samozamykająca dysza wtryskowa

W pewnych przypadkach (szczególnie przy wtryskiwaniu tworzyw o dużej lepkości)

nie muszą być stosowane dysze samozamykające. W ich miejsce stosuje się, przestawione na

rys. 5 tzw. dysze niezamykane (otwarte), które zapobiegają powstawaniu znacznych oporów

przepływu tworzywa w trakcie wtryskiwania oraz są znacznie prostsze w budowie. Należy

zaznaczyć, że podczas wtryskiwania te opory przesądzają o dużych stratach ciśnienia wtry-

sku. W celu wyeliminowania tego niekorzystnego zjawiska konieczne jest znaczne zwiększe-

nie ciśnienia wtryskiwania.

Ćwiczenie 1 7



PTW - laboratorium

Rys. 5. Dysze niezamykane(wkręcane w cylinder)

W dyszach niezamykanych, przed intensywnym wyciekaniem tworzywa zapobiega

pobieranie nowej porcji tworzywa, gdy dysza wtryskowa cylindra jest silnie dociskana do

tulejki wtryskowej formy.

Wtrysk tworzywa do formy poprzedzony jest zamknięciem formy wtryskowej i dosu-

nięciem agregatu uplastyczniającego do formy tak, aby zachodziło silne zwarcie dyszy wtry-

skowej cylindra z tulejką wtryskową.

Wtrysk tworzywa do formy jest realizowany postępowym ruchem ślimaka do przodu.

W trakcie wtryskiwania ślimak pracuje jak tłok, dzięki zainstalowanemu zaworu zwrotnego w

jego przedniej części (rys. 6, rys. 7).

a) b)

Rys. 6. Schemat zaworu zwrotnego ślimaka w postaci pierścienia zamykającego a) – zawór zamknięty podczas wtryskiwania, b) – zawór otwarty podczas wtryskiwania tworzywa i przepływ tworzywa do przestrzeni pomiędzy dyszą i czołem ślimaka.

8 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Rys. 7. Zawór zwrotny – po złożeniu elementów, jako zespół jest wkręcany w osiowo wykona-

ny otwór ślimaka

Zawór zwrotny ukształtowany jest w postaci pierścienia. Osadzony jest on na cylin-

drycznej części ślimaka. Tulejka zaworu zwrotnego ma możliwość swobodnego przesuwania

się wzdłuż osi ślimaku na ograniczonym odcinku. Końcówka ślimaka oraz pierścień zaworu

zwrotnego są tak ukształtowane, że jest możliwy przepływ uplastycznionego tworzywa

wzdłuż cylindra w kierunku „do przodu” (rys. 6a podczas pobierania nowej porcji materiału)

a niemożliwy jest w kierunku „do tyłu” (rys. 6b w trakcie wtryskiwania).

2.1.3. Formy wtryskowe

W przypadku wytwarzania dużych kształtek (o dużej objętości materiału w stosunku

do możliwości jednorazowego uplastycznienia tworzywa), najczęściej stosuje się formy wtry-

skowe jednogniazdowe. W takich formach podczas jednego wtrysku powstaje jedna kształtka.

W przypadku wytwarzania małych kształtek (o małej objętości materiału, gdy jednocześnie

możliwości jednorazowego uplastycznienia tworzywa są wielokrotnie większe w stosunku do

objętości wytwarzanych kształtek), stosowane są formy z wieloma gniazdami formującymi.

Pozwala to na zwiększenie wydajności wtryskarki wyrażanej w ilości otrzymywanych kształ-

tek w jednostce czasu. W celu otrzymania prawidłowych kształtek, w formie wtryskowej mu-

szą być wykonane kanały rozprowadzające uplastycznione tworzywo do wszystkich gniazd.

Elementy składowe standardowego zaworu zwrot-

Ćwiczenie 1 9



PTW - laboratorium

Kanały doprowadzające tworzywo do poszczególnych gniazd zakończone są przewyżkami.

Przwężką nazywa się krótki odcinek kanału doprowadzającego usytuowany bezpośrednio

przed gniazdem formującym. W tym właśnie miejscu podczas stygnięcia tworzywo, się naj-

szybciej zestali. To zestalone tworzywo stanowi „korek” zapobiegający cofaniu się tworzywa

z gniazda formy po odsunięciu agregatu wtryskowego. Na rys. 8 przedstawiono układ wle-

wowy formy wtryskowej, a na rys. 9 wygląd wtrysku wielokrotnego wraz z kształtkami final-

nymi.

a) b)

Rys. 8. Układ wlewowy formy wtryskowej(a) oraz odwzorowanie układu wlewowego przez tworzywo(b) 1 – kanał wlewowy, 2 – kanały doprowadzające, 3 – przewężka, 4 – gniazdo formujące

Na rys. 9 przedstawiono przykładowe układy kanałów doprowadzających tworzywo

pozwalających wytwarzać jednocześnie nawet kilkadziesiąt kształtek.

10 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Rys. 9. Układy gniazd i kanałów w formach wielokrotnych

W przypadku form jednokrotnych, w których wykonuje się tylko jedną kształtkę, sto-

suje się często wtrysk bezpośredni polegający na tym, że tworzywo bezpośrednio z tulejki

wtryskowej jest wtryskiwane do gniazda formy.

2.1.4. Parametry procesu wtryskiwania

Najważniejszymi parametrami wtryskiwania warunkującymi wysoką jakość wytwa-

rzanego wyrobu są:

- temperatura wtryskiwanego tworzywa,

- ciśnienie wtryskiwania,

- czas utrzymania tworzywa w formie pod wysokim ciśnieniem (czas trwania docisku),

- temperatura formy wtryskowej.

Temperatura wtryskiwania musi zapewnić odpowiednią płynność tworzywa. Ciśnienie

wtryskiwania powinno być na tyle wysokie by zrealizować wtryśnięcie uplastycznionego

tworzywa do najodleglejszych miejsc w gnieździe formy wtryskowej. Formowanie wtrysko-

we cechuje krótki czas napełniania formy dzięki stosunkowo dużym ciśnieniom. Czas trwania

docisku musi być odpowiednio dobrany tak by przeciwdziałać zjawiskom cofania się two-

rzywa jeszcze niezestalonego. Właściwa temperatura formy wtryskowej umożliwia przepływ

tworzywa przez kanały doprowadzające i zapobiega nadmiernemu schłodzeniu tworzywa,

Ćwiczenie 1 11



PTW - laboratorium

przeciwdziałając tym samym powstawaniu naprężeń wewnętrznych w gotowych wyrobach.

W tablicy podano wartości parametrów wtryskiwania dla najczęściej stosowanych tworzyw.

Tablica. Własności przetwórcze niektórych tworzyw sztucznych

Parametry wtryskiwania

Temperatura

Tworzywo

Gęstość g/cm3

wtrysku formy

Ciśnienie MPa

Skurcz %

Termoplasy Polistyren niskoudarowy Polistyren wysokoudarowy Kopolimery SAN Kopolimery ABS Polietylen wysokociśnieniowy Polietylen niskociśnieniowy Polipropylen PCV – zmiękczony PCV – twardy Poliamidy Poliformaldehyd Polimetakrylan metylu Octan celulozy Poliwęglan Polichlorotrójfluoroetylen

1,04 1,05 1,06 1,06 ÷ 1,50

0,916 ÷ 0,935 0,94 ÷ 0,97 0,90 ÷ 0,91 1,1 ÷ 1,7 1,34 ÷ 1,40 1,14 ÷ 1,32 1,41 ÷ 1,42 1,18 ÷ 1,19 1,23 ÷ 1,34 1,20 ÷ 1,42 2,14 ÷ 2,19

160 ÷ 260 200 ÷ 260 180 ÷ 270 220 ÷ 275 160 ÷ 300 180 ÷ 300 200 ÷ 300 150 ÷ 200 150 ÷ 185 230 ÷ 270 180 ÷ 240 160 ÷ 250 160 ÷ 260 270 ÷ 315 250 ÷ 285

30 ÷ 65 40 ÷ 60 65 ÷ 75 40 ÷ 95 25 ÷ 50 50 ÷ 80 20 ÷ 50 40 ÷ 60 40 ÷ 60 60 ÷ 120 70 ÷ 140 60 ÷ 90 40 ÷ 70 85 ÷ 120 80 ÷ 130

80 ÷ 140

100 ÷ 130 100 ÷ 150 70 ÷ 180 50 ÷ 70 60 ÷ 90 80 ÷ 120 40 ÷ 100

100 ÷ 150 80 ÷ 150 80 ÷ 150 80 ÷ 200 80 ÷ 130 80 ÷ 200

150 ÷ 300

0,3 ÷ 0,8 0,2 ÷ 0,6 0,5 ÷ 0,7 0,4 ÷ 0,7 1,2 ÷ 2,2 1,5 ÷ 4 1 ÷ 2,5 1 ÷ 5 0,2 ÷ 0,5 1,5 ÷ 3 1,5 ÷ 3 0,2 ÷ 0,7 0,4 ÷ 0,7 0,65 ÷ 0,8 1 ÷ 2

Tworzywa termoutwardzalne Fenoplasty Mocznik Melamina

1,39 ÷ 1,8 1,4 ÷ 1,5 1,5 ÷ 1,8

85 ÷ 95 60 ÷ 65 85 ÷ 90

180 150 ÷ 160 162 ÷ 166

80 ÷ 125 65 ÷ 125 100 ÷ 110

0,4 ÷ 0,8 0,6 ÷ 1 0,4 ÷ 0,9

Elastomery Kauczuk naturalny Kauczuk neoprenowy Kauczuk termoplastyczny

0,9 ÷ 1,4 1 ÷ 1,2 0,87 ÷ 1,25

50 ÷ 75 55 ÷ 70 190 ÷ 240

170 175 25

120 120 80 ÷ 120

1,1 ÷1,7 1,2 ÷ 1,8 0,5 ÷ 1,6

Temperatura tworzywa

Temperatura tworzywa uplastycznionego w cylindrze powinna zawierać się w pewnym

optymalnym zakresie gwarantującym odpowiednią płynność wystarczającą do zapełnienia

formy i dokładnego odtworzenia przestrzeni formującej. Przytoczone w tablicy dane są różne

dla różnych tworzyw, co wynika ze zróżnicowanych ich właściwości. Płynność tworzywa

termoplastycznego zależy od masy cząsteczkowej, im mniejsza masa cząsteczkowa, tym

większa płynność (mniejsza lepkość) – tym łatwiej tworzywo daje się formować wtryskiwa-

niem.

12 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Tworzywa sztuczne wykazują przy podgrzewaniu występowanie cech charakterystycz-

nych w pewnych ustalonych zakresach temperatur. Tymi cechami są właściwości fizyczne,

mechaniczne i fazowe, co przestawiono na rys. 10.

Rys. 10. Układ charakterystycznych temperatur: - Tz – temperatura zeszklenia, - Tm – temperatura mięknienia, - Tp – temperatura płynięcia, - Tr – temperatura rozkładu.

W temperaturze zeszklenia Tz zachodzi przemiana ciała szklisto-kruchego w sprężyste.

W tej temperaturze tworzywo charakteryzuje się stanem twardym i sprężystością. Przy dal-

szym wzroście temperatury tworzywo początkowo osiąga temperaturę mięknienia Tm, a na-

stępnie temperaturę płynięcia Tp. Zakres pomiędzy Tm a Tp nazywa się stanem elastycznym,

a powyżej Tp stanem plastycznopłynnym.

Przekroczenie temperatury Tr prowadzi do rozkładu termicznego tworzywa (degrada-

cji, destrukcji). Temperaturę stanu plastycznopłynnego, w której tworzywo (pod wpływem sił

zewnętrznych i przy określonej szybkości działania) uzyskuje odpowiednią płynność nie-

zbędną do pokonania oporów przepływu przez kanały doprowadzające i do napełnienia

gniazda formującego nazywa się temperaturą wtrysku.

Ciśnienie wtryskiwanego tworzywa

Drugim ważnym, obok temperatury, parametrem wtryskiwania jest ciśnienie wtryski-

wania. Zbyt niskie ciśnienie wtryskiwania jest powodem takich wad jak: niedolewy, wklę-

śnięcia powierzchni, pęcherze wewnątrz wyrobów. Zbyt wysokie ciśnienie wtryskiwania mo-

że utrudniać usuwanie kształtek z gniazda formy (niebezpieczeństwo zniszczenia kształtki).

W gotowej kształtce może natomiast objawiać się znacznymi odkształceniami.

Ćwiczenie 1 13



PTW - laboratorium

Ciśnienie panujące w tworzywie uplastycznionym znajdującym się w cylindrze pod na-

ciskiem tłoka lub ślimaka nosi nazwę ciśnienia zewnętrznego pz, a ciśnienie w gnieździe for-

my, ciśnienia wewnętrznego pw.

Ciśnienie wewnętrzne osiąga wartość 0,3 ÷ 0,8 ciśnienia pz. Ten spadek ciśnienia jest

wywołany oporami przepływu tworzywa w cylindrze, dyszy, tulejki wtryskowej i w kanałach

doprowadzających tworzywo do gniazda formującego. Na rys. 11 przestawiono wykres obra-

zujący zmianę ciśnienia wewnętrznego w funkcji czasu.

Rys. 11. Wykres zmiany ciśnienia w funkcji czasu

Wykres ten obejmuje dwa okresy: okres wzrostu ciśnienia i okres jego spadku. Ten po-

dział jest związany z ruchem ślimaka (pracującego jak tłok) do przodu i jego wzrostu. Odci-

nek A wykresu to tzw. okres martwy, w którym następuje upakowanie granulatu w pobliżu

czoła ślimaka. W tym czasie gniazdo formy pozostaje puste.

W zakresie B ślimak ruchem postępowym, powoduje wtryśnięcie tworzywa, ciśnienie

wewnętrzne zaczyna rosnąć w miarę wypełniania gniazda.

W zakresie C wzrost ciśnienia następuje bardzo szybko, aż do osiągnięcia wartości

pmax. Potem następuje jeszcze nieznaczne dopełnienie gniazda tworzywem, przy jednocze-

snym spadku ciśnienia na skutek studzenia warstw zewnętrznych tworzywa.

Od tego momentu następuje wycofanie ślimaka i jednoczesny dalszy spadek ciśnienia we-

wnętrznego. Jednak jest to ciśnienie wyższe niż w tulei wlewka i następuje niewielki ruch

powrotny jeszcze niezakrzepniętego tworzywa – jest to czas wyładowania.

14 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Ciśnienie wewnętrzne, przy którym następuje zahamowanie tego przepływu na skutek za-

krzepnięcia tworzywa w przewężce nazywa się ciśnieniem zasklepiającym. Od tego momentu

występuje łagodny spadek pw jako skutek ochładzania i kurczenia się tworzywa.

W chwili otwierania formy, w przestrzeni formującej istnieje jeszcze pewne ciśnienie – tzw.

ciśnienie szczątkowe, które gwarantuje dokładne odtworzenie kształtu gniazda formy wtry-

skowej.

Czas trwania docisku

Czas trwania docisku, czyli czas utrzymania tworzywa w formie pod wysokim ciśnie-

niem jest trzecim najważniejszym parametrem wtryskiwania. Czas trwania docisku zawiera

się w przedziale od pojedynczych sekund do ok. 20 s i zależy od kilku czynników, z których

najważniejszymi są: rodzaj wtryskiwanego tworzywa, grubość ścianek i masa wyrobu. Czas

trwania docisku na ogół dobierany jest doświadczalnie. Gdy docisk trwa zbyt krótko, w wy-

robach wtryśniętych powstawać mogą zapadnięcia na powierzchni i pęcherze wewnątrz, ob-

serwuje się ponadto duże wartości skurczu. Wraz ze wzrostem czasu docisku ulega zmianie

kształt otrzymanej krzywej ciśnienia wewnętrznego (p. 5.2) – część najwyższa krzywej ulega

poszerzeniu. Jednocześnie rosną wartości ciśnienia zasklepiającego i ciśnienia szczątkowego.

Zbyt duże ciśnienie szczątkowe może utrudniać usunięcie kształtki z gniazda formy w wyni-

ku zbyt małego jej skurczu.

Temperatura formy

W zależności od właściwości wtryskiwanego tworzywa sztucznego, forma powinna

posiadać odpowiednią temperaturę. W tym celu stosuje się jej grzanie do odpowiednio wyso-

kiej temperatury. Niejednokrotnie, w wyniku długotrwałej pracy dochodzi do sytuacji, gdy

forma ulega przegrzaniu. W tych przypadkach uruchamia się chłodzenie formy wtryskowej.

Najczęściej grzanie formy realizuje się przez przepuszczanie gorącej wody przez specjalnie

wykonane w okolicach gniazda odpowiednie kanały. Do chłodzenia formy wykorzystuje się

te same kanały, ale w tych przypadkach poprzez kanały przepuszcza się zimną wodę.

Temperatura formy powinna być utrzymywana zawsze poniżej temperatury plastyczne-

go płynięcia tworzywa, a producent tworzywa podaje w jego charakterystyce zalecane warto-

ści temperatury formy.

Ćwiczenie 1 15



PTW - laboratorium

Temperatura formy nie wywiera istotnego wpływu na czas napełniania i na wzrost ci-

śnienia wewnętrznego, wpływa natomiast w sposób istotny na ciśnienie zasklepiające. Ze

wzrostem temperatury formy, ciśnienie zasklepiające obniża się wyraźnie. Zbyt niska tempe-

ratura formy, powodująca dużą różnicę temperaturę przy ściance i wewnątrz kształtki, może

wywołać duże naprężenia wewnętrzne, poza tym może być przyczyną powstawania widocz-

nych na powierzchniach kształtki linii płynięcia spowodowanych silną orientacją tworzywa.

Istotnym problemem związanym z temperaturą formy jest szybkość i czas potrzebny do

ochłodzenia tworzywa w gnieździe formy. Od tego czasu w znacznym stopniu zależy czas

trwania całego cyklu wytwórczego.

2.1.5. Optymalizacja parametrów procesu wtryskiwania

Zalecane przez producenta tworzywa parametry przetwarzania stanowią dla jego prze-

twórcy podstawę do ich optymalizacji w oparciu o lokalne warunki produkcji. Jest wiele

czynników wpływających na ich optymalizację. Do podstawowych należą: wielkość i stan

skomplikowania kształtki, rodzaj i wielkość wtryskarki, oraz szereg innych często trudnych

do zdefiniowania. W takich przypadkach jedyną skuteczną metodą optymalizacji parametrów

wtryskiwania jest metoda określana jako metoda prób i błędów. Polega ona na wykonaniu

wtryskiwaniem serii kształtek przy zmiennych parametrach wtryskiwania (stosując parametry

zalecane przez producenta tworzywa jako parametry skrajne). W ten sposób otrzymuje się

kształtki, które są poddawane analizie, w wyniku której ustalane są parametry optymalne.

Oczywiście metoda prób i błędów wiąże się ze stratami materiału. Niewielkie straty tworzy-

wa zawsze muszą być uwzględniane przy planowaniu produkcji. W przypadku produkcji wy-

robów o niewielkich objętościach takie straty tworzywa są nieistotne. Problem pojawia się

przy produkcji wyrobów o bardzo dużych objętościach. Bezpośrednie stosowanie metody

prób i błędów przyczynia się do powstawania dość znacznych strat tworzywa. Zaradzić takim

stratom można stosując tzw. test spiralny. Test spiralny polega na wtryskiwaniu niewielkich

porcji tworzywa do specjalnej formy, zakładanej oczywiście na wtryskarkę, na której będzie

prowadzona produkcja finalna. Przykładową formę wtryskową do przeprowadzenia testu spi-

ralnego przedstawiono na rys. 11.

16 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

Rys. 11. Forma do przeprowadzenia testu spiralnego oraz przykładowe kształtki otrzymane przy zmiennym ciśnieniu wtryskiwania

Gniazdo formy do testu spiralnego jest utworzone w postaci wąskiego długiego kanału.

Charakterystyczną cechą takiego kanału jest to, że jest on otwarty, a więc tworzywo może

wypłynąć nawet na zewnątrz.

Po założeniu formy do przeprowadzenia testu spiralnego, wykonuje się serię wtrysków

stosując zmienne parametry wtryskiwania. W wyniku otrzymuje się kształtki o różnej długo-

ści kształtek w postaci tasiemek (wstążek lub podobnych). Analiza ich długości z uwzględ-

nieniem zmiennych parametrów wtryskiwania, doświadczony technolog jest w stanie określić

optymalne parametry wtryskiwania. Oczywiści ostateczna weryfikacja parametrów wtryski-

wania musi być przeprowadzona na kształtce docelowej.

2.2. Literatura źródłowa (wykorzystana w opracowaniu)

1. Odpowiednie fragmenty z wykładów,

2. Podstawowa literatura dotycząca przetwórstwa tworzyw sztucznych ze specjalnym

uwzględnieniem przetwarzania termoplastów metodą wtryskiwania.

Ćwiczenie 1 17



PTW - laboratorium

3. STANOWISKO LABORATORYJNE (Struktura i obsługa stanowiska laboratoryjnego (ewentualnie stanowisk lub urządzeń).

Wtryskarka do tworzyw sztucznych wraz z formą wtryskową do wytwarzania próbki w

postaci prostopadłościennej belki oraz formy do przeprowadzenia testu spiralnego.

Rys. 12. Wtryskarka firmy Boy

W ćwiczeniu stosowana jest prosta forma wtryskowa, tzw. szufladkowa. Takie rozwią-

zanie konstrukcyjne formy wtryskowej pozwala na łatwą wymianę szufladki z różnymi

gniazdami formującymi. W ćwiczeniu zastosowano formę pozwalającą na wytwarzanie

kształtki w postaci prostej belki. Na rys. 13 przedstawiono widok formy szufladkowej wraz z

wtryśniętą kształtką.

18 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

a) b)

Rys. 13. a) Widok gniazda formy szufladkowej z wtryśniętą kształtką

b) Powiększony obraz gniazda formy pokazujący skutki kurczenia się wtryśniętego

tworzywa podczas kurczenia się jego w trakcie krzepnięcia

Obraz pokazuje wyraźnie, że kształtka nie wypełnia całkowicie gniazda formy. Nie

jest to wynik niedostatecznej ilości wtryśniętego tworzywa, a skutek jego kurczenia się pod-

czas krzepnięcia. Obraz ten pokazuje, że tworzywo kurczy się odmiennie w różnych kierun-

kach w stosunku do kierunku jego płynięcia w trakcie wtryskiwania. Proces kurczenia się

tworzywa podczas krzepnięcia stanowi istotny problem dla konstruktora formy wtryskowej,

gdyż konstruktor otrzymuje do przygotowania formy wtryskowej rysunek konstrukcyjny go-

towej wypraski. W trakcie projektowania gniazda formy wtryskowej musi znać wielkości

skurczów tworzywa i zaprojektować gniazdo formy o odpowiednio większych wymiarach.

a) b) c) d) e)

Rys. 14. Obrazy kształtek otrzymanych przy różnych ciśnieniach wtryskiwania

Ćwiczenie 1 19



PTW - laboratorium

Kształtki oznaczone jako a, b, c zostały wykonanie przy zbyt niskich ciśnieniach

wtryskiwani, skutkiem czego tworzywo nie wypełniło całkowicie gniazda formy. Kształtka

oznaczona na rysunku literą d jest prawidłowa. Z kolei kształtka ostatnia e została wykonana

przy zbyt wysokim ciśnieniu wtryskiwania; nastąpiło tzw. uchylenie formy wtryskowej. Ta-

kie zjawisko może wystąpić na wtryskarce, na której forma jest zamykana za pomocą siłow-

ników hydraulicznych; przy zamykaniu mechanicznym takie zjawisko nie występuje. Oczy-

wiście, kształtka e jest nieprawidłowa gdyż jej grubość jest większa od wymaganej. W celu

wyeliminowania uchylenia formy podczas wtryskiwania należy zwiększyć siłę zamykania

formy wtryskowej (odpowiednie nastawniki pozwalające na zmianę siły zamykania formy

występują w każdej wtryskarce z zamykaniem hydraulicznym).

4. REALIZACJA EKSPERYMENTÓW TECHNOLOGICZNYCH (Uwagi bhp, kolejność i sposób wykonywania zadań praktycznych, wykonywanie po-

miarów przyrządy pomiarowe, procedura).

4.1. Uwagi BHP

Podczas wykonywania ćwiczenia występują następujące zagrożenia:

- porażenie prądem elektrycznym zasilającego wtryskarkę,

- poparzenie ręki będące skutkiem dotknięcia grzałek,

4.2. Program ćwiczenia

Program ćwiczenia składa się z następujących zadań szczegółowych:

1) Zapoznanie się z budową wtryskarki na przykładzie wtryskarki firmy BOY,

2) Analiza wpływu zmiennego ciśnienia wtryskiwania na jakość otrzymanych pró-

bek,

3) Określenie zależności długości kształtki (tasiemki) w teście spiralnym w zależno-

ści od ciśnienia wtryskiwania.

4.3. Wykonanie zadań (opis postępowania)

Samodzielne wykonanie, co najmniej jednego wtrysku kształtki testu spiralnego.

20 Ćwiczenie 1



PTW - laboratorium

5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: uwagi BHP, program ćwiczenia, czyli

treść zadań, opracowanie zadań w postaci szkiców, podanie zastosowanych wartości parame-

trów i warunków technologicznych eksperymentów, wyniki eksperymentów, ilustracje wyni-

ków wykresami.

6. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA (dla studentów – aktualna i dostępna w bibliotece lub informacje w internecie)

1. Podstawowa literatura dotycząca przetwórstwa tworzyw sztucznych (podana na wykła-dzie).

Documents

Ćwiczenie 1 „Formowanie wtryskowe termoplastycznych ...grafit.mchtr.pw.edu.pl/~askalski/PTW-lab/PTW1.pdf · Ćwiczenie 1 3 „Formowanie wtryskowe termoplastycznych tworzyw sztucznych”