Katedra konstruování stroj

Fakulta strojní

K 5 PLASTOVÉ

VSTŘIKOVACÍ LISY

doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem

a státním rozpo tem eské republiky

verze - 1.0

Hledáte kvalitní studium?

Nabízíme vám jej na Kated e konstruování stroj

Katedra konstruování stroj je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západo eské univerzit v

Plzni a pat í na fakult k nejv tším. Fakulta strojní je moderní otev enou vzd lávací institucí

uznávanou i v oblasti v dy a výzkumu uplat ovaného v praxi.

Katedra konstruování stroj disponuje modern vybavenými laborato emi s po íta ovou technikou,

na které jsou nap . student m pro studijní ú ely neomezen k dispozici nové verze p edních CAD

(Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systém . Laborato e katedry jsou ve všední dny

student m pln k dispozici nap . pro práci na semestrálních, bakalá ských i diplomových pracích, i

na dalších projektech v rámci univerzity apod.

Kvalita výuky na kated e je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na

kterém se pr b žn , zejména po absolvování jednotlivých semestr , podílejí všichni studenti.

V sou asné dob probíhá na kated e konstruování stroj významná komplexní inovace výuky, v rámci

které mj. vznikají i nové kvalitní u ební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro

podporu výuky. Jeden z výsledk této snahy máte nyní ve svých rukou.

V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na kated e také do spolupráce s p edními

strojírenskými podniky v plze ském regionu i mimo n j. ada student rovn ž vyjíždí na studijní stáže

a praxe do zahrani í.

Nabídka studia na kated e konstruování stroj :

Bakalá ské studium (3roky, titul Bc.)

Studijní program B2301: strojní inženýrství

(„zam ený univerzitn “)

B2341: strojírenství

(zam ený „profesn “)

Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení

Dopravní a manipula ní technika

Design pr myslové techniky

Diagnostika a servis silni ních vozidel

Servis zdravotnické techniky

Magisterské studium (2roky, titul Ing.)

Studijní program N2301: Strojní inženýrství

Zam eníStavba výrobních stroj a za ízení

Dopravní a manipula ní technika

Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz

Západo eská univerzita v Plzni, 2013

ISBN

© doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.

Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller

VSTŘIKOVACÍ LISY

ZÁKLADNÍ POPIS

•••• Jedná se o tvářící mechanický stroj, který se používá pro výrobu plastových výrobků. Polymer je v průběhu

procesu roztaven a dopraven do dutiny formy. •••• Popis procesu výroby: Polymer je ve formě surového granulátu nasypán do násypky. Odtud gravitací padá do

prostoru šnekového dopravníku. Pomocí topení a teplem vznikajícím vnitřním třením v materiálu, je surový granulát podél osy dopravníku zahříván na tavící teplotu a rotačním pohybem šnekového dopravníku je tlačen až do ústí trysky. Tento proces se nazývá plastifikací. Během plastifikace dochází k roztavení materiálu a promísení materiálu s případnými aditivy. V tomto okamžiku je forma uvnitř lisu uzavřená. Přes ústí trysky je roztavený polymer dopředným pohybem vstřikovacího válce vstřikován do vtokové soustavy formy a dopraven až do dutiny formy. Po ukončení vstřikovacího procesu je doprava taveniny zastavena. Nastane zpětný pohyb válce. Tím dojde k poklesu tlaku a zastavení dopravy taveniny do formy. Poté následuje proces chladnutí. Následně je forma otevřena a výrobek je vyhozen nebo vyjmut z dutiny formy. Forma je poté uzavřena a celý cyklus se opakuje.

Zdroj:http://www.rutlandplastics.co.uk/images/moulding%20machine%20lg.jpg

Zdroj:http://www.engelglobal.com/engel_web/ena/en/media/e-cap_full.jpg

Uzavírací jednotka

Řídící a regulační jednotka

Vstřikovací jednotka Obrázek 2 Základní rozdělení vstřikovacího

Obrázek 1 Základní popis vstřikovacího lisu

Násypka Plastový granulát Topení Upínací deska pevná

Upínací deska pohyblivá

Vodící tyč lisu

Hydraulický válec

Uzavírací jednotka Forma Tavenina

Šnek

Řídící jednotka

Vstřikovací válec

Zpětný ventil

Komora

Zadní deska

Topení

Motor a převodovka pro rotaci šneku

Šnek Zpětný ventil Tryska Zásobník Hydraulický válec pro lineární pohyb šneku

Obrázek 3 Dopravení taveniny - Šnekové

Rozdělení lisů dle pohonu – Hydraulické: Ovládání lisu je zajištěno hydraulickým hospodářstvím – Mechanické: Pohyblivé části, jsou řízené pomocí mechanických převodů – Elektrické: Pohon lisu provádí regulovatelné elektromotory – Hybridní: kombinace elektrického a hydraulického pohonu Způsob dopravení taveniny – Pístové – Šnekové – Kombinované

Zdroj:http://www.sinotech.com/images/injectionMolded3.gif http://www.sinotech.com/images/injectionMolded7.gif

Stroje se dělí na – Horizontální – Vertikální

Zdroj: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/vertical-hydraulic-injection-molding-machines-rotary-table-20405-3059527.jpg

http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-electric-injection-molding-machines-20405-2845649.jpg

Obrázek 7 Horizontální vstřikovací lis Obrázek 6 Vertikální vstřikovací lis

Šnek

Roztavený plast

Píst

Fáze 2

Fáze 1

Násypka

Tryska

Topení

Uzavírací ventil

Obrázek 5 Dopravení taveniny - Kombinované

Násypka

Píst

Torpédo

Roztavený plast

Topení

Tryska

Obrázek 4 Dopravení taveniny - Pístem

HYDRAULICKÝ POHON

•••• Základem je hydraulický obvod s regulací tlaku a objemovým průtokem (tzv. čerpadla s p-Q regulací). Tím je

zaručené plynulé ovládání vstřikovacího procesu. Nastavení polohy šneku oboustranným pístem, umožní zvýšení přesnosti vstřikovacího procesu v rámci ovládání rychlosti posuvu šneku. •••• Rozpětí uzavírací síly lisu je závislé na výrobci pohybuje se v rozmezí 125 až 6000 KN •••• Hydraulický systém je závislý na účelu použití. Na základě toho jsou dostupné jednookruhové čerpadla pro sériové

sekvence nebo dvouokruhové pro souběžné pojezdové pohyby.

Zdroj: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-hydraulic-injection-molding-machines-7258-

2677847.jpg

ELEKTRICKÝ POHON

•••• Odpadá problém s hydraulickým hospodářstvím a nižší ekologické zatížení •••• Snížení hlučnosti •••• Zvýšení rychlosti upínací pohyblivé desky oproti hydraulickému pohonu •••• Efektivnější využití energie - Využívání rekuperace energie při brždění •••• Rotační pohyb motoru je využit na otáčení rotačních částí (šnek) a lineární pohyb pohyblivé upínací desky je

vykonáván kuličkovým šroubem •••• Porovnání s hydraulickými stroji: Výhody – Energetická úsporo okolo 20 – 30% – Zvýšená přesnost u výrobků s krátkými pracovními cykly – Elektrické pohony pracují nezávisle a jejich činnost je provedena během pohybu stroje Nevýhody – Vyšší spotřeba elektrické energie, zvýšení provozních nákladů – Horší aplikace pro tlustostěnné výrobky a více násobné formy – Vyšší nároky na údržbu a servis. – Zvýšené nároky na kuličkové šrouby

•••• Dle polohy vstřikovací jednotky – se vstřikováním kolmo na dělící rovinu (nejčastější) - se vstřikováním do dělící roviny •••• Dle počtu šneků – Jednošnekové – Dvoušnekové – více šnekové •••• Vyjmutí výrobku z lisu – Manuálně

– Automaticky – Gravitací – Robotem

•••• Výrobci – Arburg, Engel, Husky, Sumitomo (SHI) Demag, Niigata atd.

Obrázek 8 Vstřikovací lis - Hydraulický

Obrázek 10 Vstřikovací lis - Hybridní

Zdroj: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/horizontal-electric-injection-molding-machines-7258-2677187.jpg

KOMBINOVANÉ POHONY

•••• Tyto stroje se používají pro kvalitnější výrobu termoplastů •••• Spojením elektrického pohonu se zvyšuje rychlost a přesnost celého vstřikovacího procesu. Hydraulický pohon

přináší výší uzavírací síly a zlepšenou dynamiku vstřikovacího procesu •••• Především nastává kombinace výhod elektrického a hydraulického zařízení a celkově se tak zvedá účinnost výrobní

technologie

Zdroj: http://www.arburg.com/fileadmin/redaktion/Presse/2009/26599-01-570H_2000_800.jpg

Obrázek 9 Vstřikovací lis - Elektrický

ZPŮSOBY UCHYCENÍ FORMY DO LISU

Systémy upínání do lisu: •••• Mechanické - Formu je možné upnout na desku lisu pomocí šroubů nebo pomocí upínek

Zdroj: https://www.youtube.com/watch?v=mjjZ4BKLobY&list=TLkPoe020qW7RPhVqbEVDX2UmTqYZZY_-n https://www.youtube.com/watch?v=5cc2NWThTBI&list=TLFu_AkDnKgz583ZJTGgW6HFEqaH_GV3j2

•••• Magnetického stolu – Rychlá výměna forem Potřeba přídavného zařízení na vytváření elektromagnetického pole

Zdroj: http://www.magcentrum.cz/tl_files/magcentrum/DATA/produkty/lisovani/vstrikovaci/5.JPG http://www.magcentrum.cz/tl_files/magcentrum/DATA/produkty/lisovani/vstrikovaci/4.JPG

Obrázek 12 Upnutí šroubem Obrázek 11 Upnutí upínkou

Obrázek 13 Upnutí na magnetickou desku od firmy TECNOMAGNETE SpA + MAG Centrum, s.r.o.

• Mechanické bajonetové – Vhodné pro rychlou výměnu forem

Zdroj: http://dmeeu.com/en/news/d/detail/bakra

UZAVÍRACÍ JEDNOTKA

•••• Zařízení slouží pro otevírání a zavírání formy. •••• Pohyb upínací pohyblivé desky je lineární a vratný. •••• U výrobního procesu je rozdíl mezi uzavírací a otevírací rychlostí. •••• Jednotka je složená z: Pevné a pohyblivé upínací desky, hydraulického válce, vodících tyčí lisu, lineární vedení •••• Pevná deska je opatřená otvorem pro vstřikovací jednotku •••• Pohyblivá deska je opatřená otvorem pro vyhazovací jednotku •••• Pevná a pohyblivá deska obsahují vývrty pro uchycení rámu formy. •••• Síla a rychlost upínací pohyblivé desky se mění v čase a závisí na poloze pohyblivé desky vůči nepohyblivým

komponentům. Z toho důvodu je nutné celý proces programově řídit. •••• Způsoby ovládání uzavíracích jednotek: Hydraulické, mechanické, elektrické a kombinace.

Zdroj: http://www.arburg.com/en/solutions/technology/energy-efficiency/aes-energy-saving-system/

Obrázek 15 Hydraulické uzavírání stroje

Obrázek 14 Upnutí pomocí bajonetu

Obrázek 16 Mechanicko-hydraulické uzavírání lisu

Přední rameno Zadní rameno Příčné rameno

Vodící tyč

Forma Upínací deska pohyblivá

Upínací deska pevná

Zadní deska

Hydraulický válec Pístní tyč hydraulického válce

Příčník

Zdroj: http://www.beejaymolding.com/Clamping-unit.html

VSTŘIKOVACÍ JEDNOTKA

Hlavním účelem vstřikovací jednotky je zajištění dávkování taveniny v přesných cyklech a zajištění správné plastifikace (tj. roztavení materiálu, promísení s aditivy, homogenizace materiálu), včetně dopravení taveniny do dutiny formy s potřebným dotlakem. Rozdělení na – Plastikační jednotu – Pohon jednotky Osa šneku je kolmá na rovinu pevné upínací desky Plastikační jednotka: násypka, šnek (nebo píst), tryska, topení s teplenou regulací Pohonná jednotka: Zajištuje rotaci a posuv šneku. Posuvem regulujeme dotlak ve formě

Zdroj: http://www.injectionmoldingchiller.com/injectionmold.jpg

Jednotka pro

ovládání pohybu šneku

Šnek

Násypka Topení Tryska Dutina Vyhazovací paket

Forma

Obrázek 17 Popis vstřikovací jednotky

Popis geometrie šneku Nejpoužívanější šneky pro zpracování termoplastů mají tři oblasti – Vstupní (50% ÷ 60%) z délky šneku – Kompresní (20% ÷ 25%) z délky šneku – Dávkovací (20% ÷ 25%) z délky šneku Délka šneku se pohybuje v rozmení 18 až 22 násobku průměru šněku. Kompresní poměr je poměrem mezi objemem šneku pod násypkou při délce jedné rozteči závitu vůči koncovou částí šneku před tryskou. Kompresní poměr 1,5 až 4 Materiál šneku je navržen z hlediska odolnosti vůči otěru a namáhání na krut (nitridační ocel RM= 1000MPa, chromované a leštěné) Velikost a geometrie šneku se volí dle velikosti výlisku a vstřikovaného materiálu. Vliv materiálu na volbu šneku je daný rozdílnými hodnotami maximálních přípustných otáček šneku, abrazí (např, vstřikování plněných materiálů), a chemickými vlastnostmi materiálu (vznik koroze apod.). Konec šneku je opatřen zpětným ventilem, který zaručuje, že se materiál během vstřiku nemůže „vracet“ zpět do šneku. Pro různé aplikace a materiály se používají rozdílné druhy zpětných ventilů.

Délka šneku Stopka

Celková délka šneku

Vstupní oblast Dávkovací

oblast Kompresní

oblast

Obrázek 18 Oblasti šneku

Obrázek 19 Zpětný ventil Zdroj: http://www.esinte.eu

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu

č. CZ.1.07/2.2.00/ .0 „

“.

doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller

Ing. Eduard Müller