Precyzjaformowanie wtryskowew powszechnym rozumieniu odnosi się do produktów-formowanych wtryskowo, które spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące tolerancji wymiarowych, geometrycznych i chropowatości powierzchni. Osiągnięcie precyzyjnego formowania wtryskowego wymaga wielu czynników, ale najważniejsze są cztery elementy: surowce z tworzyw sztucznych, formy wtryskowe, proces formowania wtryskowego i sprzęt do formowania wtryskowego (wtryskarka).
Precyzyjnie formowane wtryskowo-tworzywa sztuczne
Tworzywa sztuczne nadające się do precyzyjnego formowania wtryskowego powinny charakteryzować się takimi cechami, jak wysoka wytrzymałość mechaniczna, dobra stabilność wymiarowa, doskonała odporność na pełzanie i szeroki zakres możliwości dostosowania do środowiska. Do precyzyjnego formowania wtryskowego powszechnie stosuje się następujące cztery rodzaje tworzyw sztucznych:
① POM i POM wzmocniony włóknem węglowym (CF) lub POM wzmocniony włóknem szklanym (GF). Materiał ten charakteryzuje się dobrą odpornością na pełzanie, odpornością na zmęczenie, odpornością na warunki atmosferyczne i właściwościami dielektrycznymi, a także jest-ognioodporny. Dodatek smarów ułatwia rozformowanie formy.
② PA i PA66 wzmocniony włóknem szklanym. Cechy: duża odporność na uderzenia i zużycie, dobre właściwości płynięcia i możliwość formowania w produkty o grubości ścianki 0,4 mm. Wzmocniony włóknem szklanym PA66 ma dobrą odporność na ciepło (temperatura topnienia 250 stopni), ale jego wadą jest higroskopijność; ogólnie wymaga kondycjonowania wilgocią po formowaniu.
③ Poliester wzmocniony PBT. Cechy: krótki cykl formowania. Porównanie czasu formowania jest następujące: PBT mniejszy lub równy POM ~ PA66 mniejszy lub równy PA6.
④ PC i PC wzmocniony włóknem szklanym. Cechy: dobra odporność na zużycie, poprawiona sztywność po wzmocnieniu, dobra stabilność wymiarowa, dobra odporność na warunki atmosferyczne, ognioodporność i dobra plastyczność.
Precyzyjne formy wtryskowe
Formy stosowane do precyzyjnego formowania wtryskowego powinny posiadać następujące cechy:
① Wysoka dokładność formy.
Zależy to przede wszystkim od tego, czy wymiary wnęki formy, położenie wnęki lub dokładność powierzchni podziału spełniają wymagania.
② Dobra skrawalność i sztywność.
Przy projektowaniu konstrukcji formy liczba wnęk nie powinna być nadmierna, a płyta podstawowa, płyta nośna i ściany wnęki powinny być grubsze, aby zapobiec poważnemu odkształceniu sprężystemu części pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.
③ Dobra wydajność wyjmowania produktu z formy.
Idealnie, forma powinna mieć małą liczbę wnęk, mniej i krótszych prowadnic oraz większą chropowatość powierzchni niż zwykłe formy, co ułatwia wyjmowanie z formy.
④ Stal na formy precyzyjne.
Należy wybrać stal stopową-o wysokiej wytrzymałości; materiały użyte do wykonania wnęk i prowadnic muszą zostać poddane rygorystycznej obróbce cieplnej i należy wybrać materiały o dużej twardości (części tworzące powinny osiągać około 52 HRC), dobrej odporności na zużycie i dużej odporności na korozję.
Precyzyjna wtryskarka
Charakterystyka pod względem parametrów technicznych
W oparciu o ciśnienie wtrysku konwencjonalne wtryskarki pracują przy ciśnieniu 147–177 MPa; precyzyjne wtryskarki pracują pod ciśnieniem 216–243 MPa; i wtryskarki ultra-wysoko-pracują pod ciśnieniem 243–392 MPa. Precyzyjne wtryskarki muszą wykorzystywać wtryskarki-wysokociśnieniowe z następujących powodów:
①
Aby poprawić dokładność i jakość produktów precyzyjnych, ponieważ ciśnienie wtrysku ma największy wpływ na stopień skurczu produktu. Gdy ciśnienie wtrysku osiąga 392 MPa, stopień skurczu przy formowaniu produktu jest prawie zerowy. W tym momencie na dokładność produktu wpływa jedynie forma lub środowisko. Badania wykazały, że zwiększenie ciśnienia wtrysku z 98 MPa do 392 MPa zwiększa wytrzymałość mechaniczną o 3–33%.
②
Aby zmniejszyć grubość ścianek produktów precyzyjnych i zwiększyć długość formowania. Biorąc pod uwagę przykład PC, maszyna konwencjonalna o ciśnieniu wtrysku 177 MPa może formować wyroby o grubości ścianki 0,2–0,8 mm, natomiast maszyna precyzyjna o ciśnieniu wtrysku 392 MPa może formować wyroby o grubości od 0,15 do 0,6 mm. Wtryskarki-wysoko-o ultrawysokim ciśnieniu mogą wytwarzać produkty o większym współczynniku długości przepływu.
③
Zwiększenie ciśnienia wtrysku pozwala w pełni wykorzystać skuteczność prędkości wtrysku. Aby osiągnąć znamionową prędkość wtrysku, istnieją tylko dwa sposoby: jeden polega na zwiększeniu maksymalnego ciśnienia wtrysku w układzie; druga polega na modyfikacji parametrów śruby w celu zwiększenia stosunku długości-do-średnicy. Precyzyjne wtryskarki wymagają dużych prędkości wtrysku. Biorąc za przykład niemiecką-precyzyjną wtryskarkę DEMAG (60–420 ton), jej prędkość wtrysku może osiągnąć 1000 mm/s, a ślimak może osiągnąć przyspieszenie 12 m/s².
Charakterystyka wtryskarek precyzyjnych pod względem sterowania
① Wymagania dotyczące powtarzalności (odtwarzalności) parametrów wtrysku.
② Wymagania dotyczące jakości plastyfikacji.
③ Kontrola temperatury roboczego oleju hydraulicznego.
④ Wymagania dotyczące ciśnienia trzymania.
⑤ Wymagania dotyczące kontroli temperatury formy.
Układ hydrauliczny (obieg oleju) wtryskarki precyzyjnej
- ① Układ hydrauliczny musi wykorzystywać elementy proporcjonalne, takie jak proporcjonalne zawory ciśnieniowe, proporcjonalne zawory przepływu lub pompy o zmiennej serwo.
- ② W mechanizmach mocowania-z bezpośrednim ciśnieniem obwody hydrauliczne części zaciskowej i wtryskowej powinny być oddzielone.
- ③ Ze względu na dużą prędkość precyzyjnych wtryskarek należy zwiększyć szybkość reakcji układu hydraulicznego.
- ④ Układ hydrauliczny precyzyjnych wtryskarek powinien w pełni uwzględniać zintegrowaną inżynierię systemów mechanicznych, elektrycznych, hydraulicznych i oprzyrządowania.
Charakterystyka konstrukcyjna precyzyjnych wtryskarek
① Ze względu na wysokie ciśnienie wtrysku we wtryskarkach precyzyjnych, kluczowa jest sztywność układu mocowania, a równoległość płyt ruchomych i nieruchomych musi być kontrolowana w zakresie od 0,05 do 0,08 mm.
② Formy niskociśnieniowe- muszą być chronione, a dokładność siły zwarcia musi być ściśle kontrolowana, ponieważ wielkość siły zwarcia wpływa na stopień odkształcenia formy, ostatecznie wpływając na tolerancje wymiarowe formowanych części.
③ Prędkość otwierania i zamykania formy powinna być duża, zwykle około 60 mm/s.
④ Elementy uplastyczniające: Ślimak, łeb śruby,-pierścień zwrotny i cylinder powinny przyjąć formę strukturalną zapewniającą dużą zdolność plastyfikowania, dobrą homogenizację i wysoką wydajność wtrysku; moment obrotowy napędu śrubowego powinien być duży i umożliwiać płynną regulację prędkości. W związku z tym precyzyjne wtryskarki często wykorzystują jednostki modułowe, aby dostosować się do potrzeb produkcyjnych różnych precyzyjnych części z tworzyw sztucznych, jak pokazano na rysunku.
Wiemy, że niezależnie od rodzaju precyzyjnej wtryskarki, docelowo musi ona być w stanie stabilnie kontrolować powtarzalność wymiarową i powtarzalność jakościową formowanych wyrobów.
Główni producenci precyzyjnych wtryskarek
W dziedzinie rozwoju wtryskarek precyzyjnych do wiodących producentów reprezentujących aktualny światowy poziom zaawansowania zaliczają się firmy niemieckie, takie jak KraussMaffei, Demag i Arburg, a także firmy japońskie, takie jak Nissei, JSW, Sumitomo Heavy Industries. Wśród nich precyzyjna wtryskarka wprowadzona na rynek przez firmę Arburg z Niemiec ma konstrukcję- typu skrzynkowego dla mechanizmu zaciskowego, co znacznie poprawia dokładność mocowania.
Problemy skurczu precyzyjnych części z tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo.
Istnieją cztery czynniki wpływające na skurcz formowanych części z tworzyw sztucznych: skurcz termiczny, skurcz przejścia fazowego, skurcz orientacyjny i skurcz ściskający.
Poniżej przeanalizowano wpływ każdego współczynnika skurczu na precyzyjne formowanie wtryskowe:
① Skurcz termiczny
② Skurcz przejścia fazowego
③ Skurcz orientacyjny
④ Skurcz kompresyjny
① Skurcz termiczny:Skurcz termiczny jest nieodłączną właściwością termofizyczną materiału do formowania i materiału formy. Wyższe temperatury formy powodują wyższą temperaturę produktu, co prowadzi do zwiększonego rzeczywistego skurczu. Dlatego temperatura formy nie powinna być zbyt wysoka w przypadku precyzyjnego formowania wtryskowego.
② Skurcz przejścia fazowego:W żywicach krystalicznych podczas procesu orientacji następuje krystalizacja makrocząsteczek, powodująca skurcz na skutek zmniejszenia objętości właściwej. Nazywa się to skurczem przejścia fazowego. Wyższe temperatury formy prowadzą do wyższej krystaliczności i większego skurczu; jednak z drugiej strony zwiększona krystaliczność zwiększa gęstość produktu, zmniejsza współczynnik rozszerzalności liniowej, a tym samym zmniejsza skurcz. Dlatego rzeczywista szybkość skurczu zależy od łącznego wpływu tych dwóch czynników.
③ Skurcz orientacyjny:Z powodu wymuszonego rozciągania łańcuchów molekularnych w kierunku przepływu makrocząsteczki mają tendencję do ponownego-zwijania się i regeneracji podczas chłodzenia, co powoduje skurcz w kierunku orientacji. Stopień orientacji molekularnej jest powiązany z ciśnieniem wtrysku, prędkością wtrysku, temperaturą żywicy i temperaturą formy, ale głównie z prędkością wtrysku.
④ Skurcz kompresyjny:Większość tworzyw sztucznych jest ściśliwa, co oznacza, że ich objętość właściwa zmienia się znacznie pod wysokim ciśnieniem. W normalnych temperaturach zwiększenie ciśnienia wtrysku zmniejsza objętość właściwą formowanego produktu, zwiększa jego gęstość, zmniejsza współczynnik rozszerzalności liniowej i znacznie zmniejsza skurcz. Odpowiednio do ściśliwości, materiał formierski wykazuje efekt powrotu sprężystości, co zmniejsza skurcz produktu.