CAE DS – Ruiskuvalukappaleen suunnittelu 

Päästöt ‐ 1 

Päästöt Tampereen teknillinen yliopisto – Sanna Nykänen 

Ruiskuvalettavissa kappaleissa on lähes aina tarpeellista käyttää päästöjä. Päästökulmat helpottavat kappaleen ulostyöntöä muotista.  Jos  ruiskuvalukappale  valmistetaan  käyttäen  normaalia muotti‐pesää  ja  keernoja,  on  muottipesä  yleensä  kiinteässä  muottipuoliskossa  ja  keerna  liittyneenä liikkuvaan muottipuoliskoon. Yleensä muovikappale  jää muotin keernapuolelle muottia avatessa. Tähän on kaksi pääasiallista syytä: 

− Muovimateriaali kutistuu ja aiheuttaa painetta sekä kitkavoimia keernan ja kappaleen välil‐le.  

− Kappale työntyy ulos muottipesästä, johtuen seinämänpaksuuden kutistumisesta. Muotin päästökulmat lisätään yleensä muottipuoliskoon, jossa muottipesä on, koska näin ne helpot‐tavat kappaleen ulostyöntöä muottipesästä muotin avautuessa.  

 

Käyttämällä päästökulmia muotissa muottipesän puolella saavutetaan monia etuja. Ne vähentävät vastapäästöjen  ja  liukukitkan  vaikutusta  sekä  helpottavat  ilman  liikkumista,  joka  tasapainottaa tyhjiöilmiötä avattaessa muottia. Päästökulmien suuruus vaihtelee tyypillisesti asteen murto‐ osista useisiin asteisiin. Päästökulmat ovat riippuvaisia kappaleen syvyydestä, käytetyn muovimateriaalin jäykkyydestä, pinnan  liukkaudesta  sekä muotin pinnan karheudesta. Kuvassa 1. on esitetty, mitä muottipesän päästökulmalla tarkoitetaan. 

 

 

 

 

Kuva 1:  Muottipesän puolella käytettävät päästökulmat helpottavat  kappaleen  ulostyöntöä  muotista.  Perustuu Malloy:  Plastic  part  design  for  injection moulding,  s. 89. 

 

On myös mahdollista  valmistaa  ruiskuvalettuja  kappaleita  ilman  päästöä, mutta  tällöin  yleensä tarvitaan  jonkinlaista  erityistä  muottitoimintoa,  joka  vetää  muottipesän  irti  muovikappaleesta muotin auetessa. Esimerkiksi jaetturakenteinen muottipesä on yksi vaihtoehto tähän.  

Kun muotti  avataan  ja  kappale  työnnetään muottipesästä  pois,  on  se  tämän  jälkeen  irrotettava keernasta.  Muovimateriaaleille on tyypillistä kutistua ja puristua keernan ympärille. Tämän vuoksi kappaleen ulostyöntämiseen tarvittavat voimat voivat olla hyvinkin suuret. Suurimmat ulostyöntö‐voimat ovat alkuperäiseen  irrotusvastukseen  tarvittavat voimat,  joihin vaikuttaa mm. materiaalin kutistuma ja moduuli, kitkakerroin, pinnan karheus, kosketuspinnan suuruus sekä käytetty päästö‐kulma.  

Keernoissa käytettävät päästökulmat vaihtelevat tyypillisesti 0,25 – 2 ° välillä. Jos käytetyt päästö‐kulmat  ovat  edellisessä  mainittua  suuremmat,  ne  helpottavat  vielä  enemmän  kappaleen ulostyöntöä, mutta  niiden  vaikutus  ruiskuvalettavan  kappaleen muotoon  on  tällöin  huomattava. Syy päästökulmien käyttöön keernoissa on sama kuin niiden käyttöön muottipesän puolella Keer‐napuolella käytettävät päästökulmat helpottavat kappaleen ulostyöntöä sekä vähentävät tarvittavia ulostyöntövoimia  ja  näin  helpottavat  ulostyöntösysteemin  suunnittelua.  Usein  keernapuolella 

CAE DS – Ruiskuvalukappaleen suunnittelu 

Päästöt ‐ 2 

käytettyjen  päästökulmien  suuruus  on  sama  kuin  muottipesän  puolella  käytettyjen  päästöjen. Onkin suositeltavaa käyttää rinnakkaisia päästöjä, sillä silloin saavutetaan yhtenäiset seinämänpak‐suudet. Kuvassa 2. on esimerkki keernapuolen päästökulmasta. 

 

 

 

 

Kuva 2:  Keernapuolen  päästökulmia  tarvitaan kappaleen  irrottamiseen keernasta muotin aukaisemi‐sen  jälkeen. Perustuu Malloy: Plastic part design  for injection molding, s.89.  

 

Päästökulman johdosta kappale irtoaa keernasta muotin aukaisun jälkeen ja työntövoimien suuruus pienenee  nopeasti.  Tällainen  yhtäkkinen  kosketuspinta‐alan  pienentyminen  helpottaa  ilman  vir‐tausta  keernan  ympärille.  Se  puolestaan  tasapainottaa  muodostunutta  tyhjiöilmiötä.  Tämä  voi johtaa  ruiskuvalukappaleen vahingoittumiseen.  Ilmanpoistotappeja  ja  ilmaläppiä voidaan käyttää suurien ja syvien kappaleiden tapauksessa rikkomaan tyhjiö ja puhaltamaan kappale irti keernasta muotin avauksen jälkeen.  

Esimerkki 1. Kuvassa 3. on esimerkki ulkoisesta päästökulmasta. Se on hyvä esimerkki päästökulman käyttökoh‐teesta.  Kun  käytetään  pientä  päästökulman  arvoa,  ulkopinta  (muottipinta,  jossa  kappale muodostuu) vaatii mittatarkkaa viimeistelyä, jotta kappaleen poisto muotista helpottuu.  

 

 

 

 

Kuva 3:  Ulkoinen  päästökulma.  Perustuu  Rosato:  Injection  mol‐ding handbook, s. 602.  

 

Esimerkki 2.  Kuvassa 4. on esitetty sisäinen päästökulma. Kuvassa 4. on erottava sisäseinämä, jonka olisi oltava pohjaa  vastaan  kohtisuora.  Tässä  tapauksessa  päästökulma muodostuisi matalammalle  puolelle. Näin lisämateriaalin tarve on vähäistä, huokoisuudet tyven lähellä vähentyvät ja kappaleen sykliai‐ka  ei  kasva.  Myös  tässä  tapauksessa  pystysuorat  muottipinnat  tarvitsevat  hyvän  pinnan viimeistelyn.  

 

 

 

 

Kuva 4:  Sisäinen  päästö.  Perustuu  Rosato:  Injection  molding handbook, s. 602.  

CAE DS – Ruiskuvalukappaleen suunnittelu 

Päästöt ‐ 3 

Esimerkit 3. ja 4.  Kuvassa 5. on esitetty useiden päästökulmien käyttöä ja kuvassa 6. rinnakkaisten päästöjen käyttöä paksuseinämäisten kappaleiden  tapauksessa. Päästökulmia käytettäessä ongelmaksi  saattaa muo‐dostua  paksujen  seinämien  syntyminen,  jota  voidaan  helpottaa  käyttämällä  rinnakkaisia päästökulmia.  

 

 

 

 

Kuva 5:  Useiden päästökulmien  käyttö  kappaleen ulostyönnön  helpottami‐seksi. Perustuu Rosato: Injection molding handbook, s. 603. 

 

 

 

 

Kuva 6:  Rinnakkaisten  päästökulmien  käyttäminen  paksu‐seinämäisen  kappaleen  tapauksessa.  Perustuu  Rosato: Injection molding handbook, s. 603.  

  

  Taulukko 1. Päästökulmien suuruksia eri muoveille.  

Muovi  Päästökulma (°) 

Polykarbonaatti (PC)  1 – 2 

Polystyreeni (PS)  > 0,5 

Polysulfoni (PSU)  1 ‐ 2 

Polyeetterisulfoni (PES)  1 – 2 

Nestekidemuovit (LCP)  > 0,5 

Polybuteenitereftelaatti (PBT)  1 – 1,5 

Polyeteenitereftelaatti (PET)  1 – 1,5 

Akryylinitriilibutadieenistyreeni (ABS)  > 0,5 

Polymetyylimetakrylaatti (PMMA)  > 1 – 2 

Polyeteeni (PE)  > 0,7 – 0,8 

Polypropeeni (PP)  > 0,7 

 

CAE DS – Ruiskuvalukappaleen suunnittelu 

Päästöt ‐ 4 

Päästökulmilla on melko suuri vaikutus muovituotteen muotoon. Jokaisessa yksittäisessä ulokkees‐sa,  kuten  rivoissa,  ruuvitorneissa  ja  reiässä,  on  käytettävä  päästökulmaa.  Esimerkkinä  rivoissa, päästökulma pitäisi olla molemmin puolin pesää. Hyvänä puolena näissä päästökulmissa on se, että ne  helpottavat  kappaleen  ulostyöntöä.    Päästökulmia  käytettäessä  rivan  täyttyminen  sulalla  on kuitenkin vaikeampaa  ja niiden  lujittava vaikutus pienenee. Tämän vuoksi käytettyjen päästökul‐mien  suuruuden  olisi  oltava  kompromissi  kappaleen  helpottuneen  ulostyönnön  ja  lujuuden säilymisen välillä.  

Jos ruiskuvalettava kappale valmistetaan käyttäen kuvioitua pintaa, tarvitsee se lisää päästöä kap‐paleen ulostyönnön helpottamiseksi. Muottipesät,  joissa on  satunnainen kuviointi,  tarvitsevat 1 – 1,5 ° päästöä/ sivu jokaista 0,025 mm kuvioinnin syvyyttä kohden. Säännölliset muodot, kuten puun syitä  jäljittelevä muoto,  joka kulkee kohtisuoraan kappaleen ulostyöntösuuntaa vasten,  tarvitsevat vielä  suurempia päästökulmia. Pintakuvioinnit  tehdään  yleensä muottipesän puolelle,  kappaleen ulkopintaan. Kuvioiduilla keernoilla voidaan tehdä sisäisiä kuviointeja, mutta niiden ulostyöntö on erittäin vaikeaa, sillä muovimateriaali kutistuu tiukasti keernan ympärille. Tässä tapauksessa vielä‐kin suurempien päästökulmien käyttäminen on välttämätöntä.  

Vastapäästöllä  tarkoitetaan  päästöä  ”väärään  suuntaan”  eli  suuntaan  joka  estää  ruiskuvaletun kappaleen ulostyöntämistä muotista. Vastapäästö voi olla myös reikä tai syvennys, joka on ainakin osittain yhdensuuntainen muotin  jakotason kanssa. Vastapäästöjen käyttöä  tulisi harkita  tarkkaan ruiskuvalettavissa  kappaleissa,  sillä  niiden  käyttäminen  on melko  vaikeaa.  Kappaleet,  jotka  on valmistettu muovimateriaalista,  jonka  joustavuus  helpottaa  suuresti  kappaleen  ulostyöntöä,  ovat vastapäästöjen käytön suhteen poikkeuksia. Vastapäästöjen käyttö nostaa muotin hintaa n. 15 – 30 %.  

Vastapäästöjä  suunniteltaessa on olemassa muutama perussääntö. Vastapäästön ulkoneva  syvyys tulisi olla 2/3 kappaleen seinämän paksuudesta tai vähemmän. Muotin reuna,  joka on kappaleessa kiinni, kun kappale työnnetään ulos muotista, on pyöristettävä.  Se vähentää leikkausta. Kappaletta ulostyönnettäessä on sen oltava riittävän kuuma, jotta sillä on riittävä venyvyys sekä sen on palau‐duttava sen alkuperäiseen muotoon sen muotista poistamisen jälkeen. 

Periaatteessa on mahdotonta vetää ulos kappaleita, joissa on käytetty vastapäästöjä, muottionkalos‐ta muotin  auetessa. Tällöin  on  käytettävä  sivuittaissuuntaisia  liikkeitä  tai  jaetturakenteisia pesiä. Kappaleen poistaminen keernan päältä on mahdollista muutaman asteen sisäisellä vastapäästöllä. Tässä vaiheessa muottipesä on sulkeutunut ja kappale voi vääristyä ulospäin sisäisen vastapäästön liukuessa keernan päälle. Sopivan vastapäästön suuruus on riippuvainen mm. vastapäästön muo‐dosta,  muovimateriaalin  ominaisuuksista  ulostyöntölämpötilassa  sekä  vaadittavista mittatoleransseista.  Termoplastiset  elastomeerit  ovat materiaaliryhmä,  joita  voidaan  ruiskuvalaa käyttäen melko suuriakin vastapäästöjä.   Toisaalta  jäykistä, lasimaisista polymeereistä valmistetta‐vissa kappaleissa ei voida käyttää suuria vastapäästöjä. 

Joissain  tapauksissa  sisäisiä  vastapäästöjä  tehdään  keernaan,  jotta  varmistetaan  ruiskuvaletun kappaleen  jääminen keernan päälle muotin avautuessa. Kappaleet,  joissa käytetään sisäisiä vasta‐päästöjä, voidaan valmistaa mittatarkemmiksi. Vastapäästön muoto  ja koko eivät rajoitu käytetyn materiaalin elastisuuteen, kun käytetään  joitain erikoistoimintoja muotissa vastapäästön  irrottami‐seksi.  Tällaisia  ovat  mm.  kierremekanismit,  irrotettavat  insertit,  nostimet  ja  luhistuvat  keernat. Kappaleet  eivät  siis  aina  irtoa muotista  normaalilla  ulostyönnöllä.  Tämän  vuoksi  on  tarpeellista tehdä muottiin  osia,  jotka mahdollistavat  vastapäästettyjen  alueiden  sivuttaisliikkumisen.  Tämä vaikuttaa seuraavilla tavoilla kappaleen ulkonäköön: 

− Muottipuoliskojen välinen raja tulee näkyväksi ruiskuvaletussa kappaleessa − Kappaleeseen syntyy purseita − Muotin lämmönsäätely on vaikeaa johtuen liikkuvien osien tarvitsemista erillisistä jäähdy‐

tysjärjestelmistä. 

CAE DS – Ruiskuvalukappaleen suunnittelu 

Päästöt ‐ 5 

Lähteet 

− Järvelä P. et al., Ruiskuvalu, Plastdata, Tampere, 2000. − Rosato et al., Injection Molding Handbook, 3rd ed., Kluwer, 2000. − Malloy, Plastic Part Design for Injection Molding, Hanser Publishers, 1994.