vstŘikovacÍ lisy - zcu.cz...••• základem je hydraulický obvod s regulací tlaku a...
TRANSCRIPT
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