UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO · 2020. 1. 30. · IONOMER UHMWPE HDPE LLDPE LDPE PP...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIᘀTVO

Dejan AN័EJ

BRIZGANJE PLASTIჀNIH MAS S PLINOM

Diplomsko delo

univerzitetnega ᘐtudijskega programa Strojniᘐtvo

Maribor, november 2008

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojniᘐtvo Diplomsko delo

- II -

BRIZGANJE PLASTIჀNIH MAS S PLINOMDiplomsko delo

ᘀtudent(ka): Dejan AN័EJ

ᘀtudijski program: Univerzitetni ᘐtudijski program Strojniᘐtvo

Smer: Proizvodno strojniᘐtvo

Mentor: doc. dr. Igor DRSTVENᘀEK

Somentor: izr. prof. dr. Ivo PAHOLE

Maribor, november 2008


- III -

Vlo០en original sklepa o potrjeni temi diplomskega dela


- IV -

I Z J A V A

Podpisani Dejan AN័EJ izjavljam, da:

• je bilo predlo០eno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom

doc.dr.Igorja DRSTVENᘀKA in somentorstvom izr. prof. dr. Iva PAHOLETA ;

• predlo០eno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predlo០eno za pridobitev

kakrᘐnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglaᘐam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knji០nici tehniᘐkih fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 11.11.2008 Podpis: ___________________________


- V -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Igorju

DRSTVENᘀKU in somentorju izr. prof. dr. Ivu

PAHOLETU za pomoა in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja starᘐem, ki so mi omogoაili

ᘐtudij.


- VI -

BRIZGANJE PLASTIჀNIH MAS S PLINOM

Kljuაne besede: injekcijsko brizganje, plinsko brizganje, termoplasti, plastika.

UDK: 678.026.3(043.2)

POVZETEK

V tej nalogi je predstavljen proces brizganja termoplastiაnih mas s plinom. Ta proces

omogoაa brizganje zahtevnejᘐih izdelkov iz plastiაnih mas. Na brizganih izdelkih se pogosto

pojavljajo usahline in vpadna mesta (estetske napake), ki nastanejo na mestih kjer je

nakopiაenega veა materiala (ojaაitvena rebra, აepi). S postopkom brizganja s plinom so te

napake odpravljene, saj tlak plina prepreაuje krაenje materiala. Predstavljen je proces

injekcijskega brizganja, ki je osnova brizganja s plinom. Opisani so tudi stroji za brizganje,

namenske naprave za vpihovanje plina, temperirne naprave, dolivni sistemi in ᘐobe.


- VII -

GAS ASSIST INJECTION MOLDING

Key words: injection moulding, gas moulding, thermoplastics, plastic.

UDK: 678.026.3(043.2)

ABSTRACT

In this article is presented gas assist injection moulding process. With this process is possible

to produce more complex plastic parts. Injection moulded parts are often difficult to produce

without sink marks and warpage (aesthetical defects), which is result of many material

accumulated on small area (ribs). These defects are abolished with gas assist injection

moulding, because gas pressure is making contraction of material impossible. Injection

moulding, which is base of gas assisted injection moulding, is also presented. Injection

moulding machines, equipment for gas assist injection moulding, temperature controllers,

runner systems and drops are also described.


- VIII -

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................................- 1 -

2 OPIS POSTOPKA BRIZGANJA PLASTIჀNIH MAS....................................................................- 3 -

2.1 PROCES............................................................................................................................................... - 3 -

2.2 PARAMETRI......................................................................................................................................... - 4 -

2.3 POLNJENJE ORODJA ............................................................................................................................. - 5 -

2.4 FIZIKA PROCESA.................................................................................................................................. - 6 -

2.5 KOMPAKTIRANJE ................................................................................................................................ - 7 -

2.6 OHLAJANJE ......................................................................................................................................... - 8 -

2.7 IZMETAVANJE ................................................................................................................................... - 11 -

2.8 SILE.................................................................................................................................................. - 12 -

3 POSTOPKI BRIZGANJA S PLINOM ...........................................................................................- 13 -

3.1 SPLOᘀNO........................................................................................................................................... - 13 -

3.2 NOTRANJI TLAK ................................................................................................................................ - 13 -

3.3 ZUNANJI TLAK.............................................................................................................................. - 19 -

4 BRIZGALNI STROJI .....................................................................................................................- 21 -

5 PLIN.................................................................................................................................................- 25 -

5.1 METODE ........................................................................................................................................... - 25 -

5.2 OPREMA ........................................................................................................................................... - 26 -

6 ORODJA ZA BRIZGANJE ............................................................................................................- 28 -

6.1 DOLIVI IN ᘀOBE ................................................................................................................................. - 29 -

6.2 ORODJA ZA PLINSKO BRIZGANJE ........................................................................................................ - 35 -

6.3 TEMPERIRANJE ORODJA ..................................................................................................................... - 38 -

7 PRIMER IZDELAVE IZDELKA S POSTOPKOM BRIZGANJA S PLINOM............................- 44 -

7.1 SIMULACIJE ...................................................................................................................................... - 44 -

8 ZAKLJUჀEK ..................................................................................................................................- 49 -

9 VIRI .................................................................................................................................................- 50 -


- IX -

KAZALO SLIK

Slika 1.1: Delitev termoplastov _____________________________________________________________- 1 -

Slika 2.1 :Shema brizgalnega stroja__________________________________________________________- 3 -

Slika 2.2: Tok mase pri razliაnih hitrostih_____________________________________________________- 6 -

Slika 2.3: Viskoznost v odvisnosti od tokovnega razmerja_________________________________________- 7 -

Slika 2.4: Volumski skrაek v odvisnosti od აasa ________________________________________________- 8 -

Slika 2.5: Temperatura orodja pred brizganjem ________________________________________________- 9 -

Slika 2.6: PVT diagram ___________________________________________________________________- 9 -

Slika 2.7: Neenakomerna porazdelitev temperature po izdelku ____________________________________- 11 -

Slika 2.8: Porazdelitev tlaka po konაanem brizgu______________________________________________- 12 -

Slika 3.1: Vpliv viskoznosti na izvotlitev izdelka _______________________________________________- 13 -

Slika 3.2: Postopek z delnim brizgoma mase __________________________________________________- 15 -

Slika 3.3: Postopek s polnim brizgom mase___________________________________________________- 16 -

Slika 3.4: Postopek nazaj v pol០a___________________________________________________________- 17 -

Slika 3.5: Postopek s prelivnim gnezdom_____________________________________________________- 18 -

Slika 3.6: Postopek s premiაnimi jedri_______________________________________________________- 19 -

Slika 4.1: postrojenje brizgalnih strojev v obratu Plastika v podjetju Gorenje d.d. ____________________- 21 -

Slika 4.2: koraki brizganja________________________________________________________________- 22 -

Slika 4.3: Zapiralno vzvodovje_____________________________________________________________- 23 -

Slika 4.4: Duo sistem zapiranja proizvajalca Engel ____________________________________________- 24 -

Slika 4.5: Primerjava zapiranja z vzvodovjem in hidravliაnega zapiranja ___________________________- 24 -

Slika 5.1: Diagram spreminjanja tlaka po აasu________________________________________________- 25 -

Slika 5.2: Kompaktna tlaაna enota _________________________________________________________- 26 -

Slika 5.3: Tlaაna enota za veა strojev _______________________________________________________- 27 -

Slika 6.1: Brizgalno orodje _______________________________________________________________- 28 -

Slika 6.2: Brizgalno orodje z zunaj ogrevanimi kanali in ᘐobami __________________________________- 30 -

Slika 6.3: Brizgalno orodje z zunaj ogrevanimi kanali in znotraj ogrevanimi ᘐobami __________________- 31 -

Slika 6.4: Brizgalno orodje z znotraj ogrevanimi kanali in ᘐobami_________________________________- 32 -

Slika 6.5: Brizgalno orodje z izoliranimi kanali in ᘐobami _______________________________________- 33 -

Slika 6.6: Brizgalno orodje z izoliranimi kanali in znotraj ogrevanimi ᘐobami________________________- 33 -

Slika 6.7: Topla ᘐoba ____________________________________________________________________- 34 -

Slika 6.8: ᘀobe na zatis __________________________________________________________________- 34 -

Slika 6.9: Dovod plina skozi ᘐobo stroja _____________________________________________________- 36 -

Slika 6.10: Primerjava dovoda plina skozi ᘐobo stroja in loაeno skozi 4 ᘐobe ________________________- 36 -

Slika 6.11: Primerjava dovoda plina na razliაnih mestih ________________________________________- 37 -

Slika 6.12:Dovod plina v doliv_____________________________________________________________- 37 -

Slika 6.13: Vzporedni krogotok ____________________________________________________________- 39 -

Slika 6.14: Zaporedni krogotok ____________________________________________________________- 40 -

Slika 6.15: Hladilni kanali s pregrado_______________________________________________________- 41 -


- X -

Slika 6.16: Hladilni kanali s cevko__________________________________________________________- 41 -

Slika 6.17: Temperirna naprava ___________________________________________________________- 43 -

Slika 7.1: Zapolnjevanje izdelka ___________________________________________________________- 45 -



Slika 7.4: Nastajanje hladnega spoja________________________________________________________- 46 -

Slika 7.5: Izvotlitev izdelka________________________________________________________________- 47 -

Slika 7.6: Izvotlitev izdelka________________________________________________________________- 47 -

Slika 7.7: Izvotlitev izdelka z odduᘐkom______________________________________________________- 48 -

Slika 7.8: Izvotlitev izdelka s prestavljenim odduᘐkom __________________________________________- 48 -


- 1 -

1 Uvod

Nove tehnologije so vedno zanimive in privlaაne, ᘐe posebej kadar ponujajo enostavnejᘐe in

boljᘐe reᘐitve za proizvodnjo. Brizganje plastiაnih mas s plinom ni nikakrᘐna izjema. Proces

plinskega brizganja je bil razvit pred pribli០no tridesetimi leti, a je bil patentiran in zelo drag,

zato se podjetja niso odloაala za njegovo uporabo. V zadnjih desetih letih se je ta postopek

zaაel ᘐirᘐe uporabljati v industriji, saj so nekatera podjetja razvila svoje postopke plinskega

brizganja za katere niso potrebne licence. Viᘐja produktivnost, prihranki materiala ter ni០ji

tlaki brizganja so spodbudili oblikovalce in proizvajalce k uporabi tega procesa.

Pomanjkljivost je bila edino pomanjkanje navodil in izkuᘐenj o uporabi tega procesa.

HIPSGPPS

SANSBS

SMMAASA

TR-ABSABS

PPSUPESPSU

PSU/ABS

PI

PFAFEPETFE

PPSHTNPCT

PMMATR-PAPETPPETGPCTG

PC/ASAPC/ABS

PC SPSPETPBTPA 6, PA 66PA 6.12POMIONOMER

UHMWPEHDPELLDPELDPEPP

PATPC-ET

TPUTPE

PP/EPDMEVAEMA

EMAAEEAABA

VRHUNSKITERMOPLASTI

IN័ENIRSKITERMOPLASTI

STANDARDNITERMOPLASTI

AMORFNITERMOPLASTIჀNI

ELASTOMERII

DELNOKRISTALINIჀNI

PEEK

LCP

Slika 1.1: Delitev termoplastov


- 2 -

Termoplastiაne mase so danes vse bolj razᘐirjene v svetu in pri nas. Ena izmed njihovih

prednosti je tudi recikla០a, kar je pomembno predvsem iz ekoloᘐkega vidika. Termoplasti so

razvejani polimeri, ki se predelujejo pri poviᘐani temperaturi, kjer postane polimer tekoა in

primeren za brizganje. Po ohladitvi talina otrdi in obdr០i dano obliko. Slabost termoplastov je

predvsem njihova obაutljivost na poviᘐano temperaturo, kjer se zaაnejo mehაati in zgubijo

svoje mehanske lastnosti.

Obstaja mnogo razliაnih termoplastiაnih materialov, proizvajalci pa ponujajo iz meseca

v mesec nove izpeljanke, namenjene bolj ali manj specifiაnim izdelkom. Na podroაju

strojniᘐtva se termoplastiაni materiali najpogosteje delijo na amorfne in delnokristaliniაne

termoplaste. Takᘐna delitev je smotrna, ker posamezna skupina moაno vpliva na tolerance

izdelka. Amorfni termoplasti imajo izotropne lastnosti, se po predelavi manj krაijo in so zato

dimenzijsko manj problematiაni. Delnokristaliniაni termoplasti so anizotropni materiali in

imajo po predelavi veაje skrაke kot amorfni termoplasti.

V diplomski nalogi bom obravnaval tehnologijo brizganja termoplastiაnih mas s

plinom. Opisal bom klasiაno brizganje termoplastiაnih mas, ki je osnova brizganja

termoplastiაnih mas s plinom. Predstavil bom tudi stroje in orodja za brizganje ter namenske

naprave za vpihovanje plina.


- 3 -

2 OPIS POSTOPKA BRIZGANJA PLASTIჀNIH MAS

Brizganje je najbolj razᘐirjen postopek oblikovanja plastiაnih mas v dvodelnih zaprtih

orodjih. Brizgamo razliაne izdelke, od najenostavnejᘐih in najmanjᘐih do velikih in

tehnoloᘐko zahtevnejᘐih izdelkov.

Granulat se v pol០u stali in plastificira. Staljena termoplastiაna masa (v nadaljevanju

masa) se nato z vzdol០nim premikom pol០a vbrizga skozi dolivne kanale v orodje. Zaradi

ohlajanja in poslediაnega krაenja izdelka, se masa dodatno dozira z manjᘐim naknadnim

pritiskom pol០a. Ko je izdelek strjen in ohlajen, pol០ z vrtenjem in pomikanjem nazaj dozira

novo koliაino mase za nov brizg. Orodje se med tem odpre in izdelek se odstrani.

2.1 Proces

Material se dovaja na stroj, oz. na dozirno enoto, avtomatizirano iz silosov ali manjᘐih

zalogovnikov prek dovodnega sistema, lahko pa se nasipa roაno (za razne poskuse in manjᘐe

serije). Iz lijaka, oz. dozirne enote, pride material v cilinder. Kontakt med granulami

materiala, vijakom in cilindrom, povzroაa trenje in s tem tudi del toplote (do 20%) potrebne

za taljenje materiala. Preostali del toplote (80%) pa dodajo elektriაni grelci na cilindru. Ko je

temperatura mase dovolj visoka in je akumulirane dovolj mase, se zaაne brizganje.

Cilinder za vzdol០nipomik pol០a Lijak za material

Obroაni grelci

Valj Pol០Zaporni obroა

Orodje

Fiksna ploᘐაa Pomiაna ploᘐაaVodila

Zapiralni cilinder

ᘀobaPogon pol០a

Brizgalna enota Zapiralna enota

Slika 2.1 :Shema brizgalnega stroja


- 4 -

Pol០ se preneha vrteti in se priაne gibati translatorno proti orodju, kar povzroაi teაenje

staljene mase v orodje. Material se priაne ohlajati takoj ko se dotakne hladne povrᘐine gravure

orodja. Temperaturi orodja sta lahko na obeh straneh enaki, lahko pa sta razliაni. V primeru,

da sta obe temperaturi enaki je tok materiala simetriაen in se na obeh straneh enako ohlaja. Ⴠe

pa sta temperaturi razliაni, pa se na hladnejᘐi strani ohlaja hitreje kar povzroაa neenakomeren

tok mase.

Ko je orodje zapolnjeno, je potreben dodatni (naknadni) tlak da se izdelek popolni do

konca (kompaktira), da je estetsko ustrezen. Tlak po celotnem izdelku ni enak, temveა je veაji

pri dolivu in manjᘐi na mestih ki so bila zadnja zapolnjena. Ko je brizganje konაano in ni veა

dovoda mase in s tem tudi toplote, se priაne izdelek ohlajati. Med ohlajanjem se material krაi,

skrაek pa je veაji pri manjᘐem tlaku in manjᘐi pri veაjem tlaku.

Izdelek se mora ohladiti do takᘐne mere, da se lahko odstrani iz orodja ne da bi se pri

tem poᘐkodoval. Med tem ko se izdelek ohlaja v orodju, se masa v pol០u tali in meᘐa ter nato

dozira za naslednji brizg.

2.2 Parametri

Postopek brizganja se odvija pri visokih tlakih in visokih temperaturah. Tlaki brizganja so od

500 do 2500 barov. Sile so odvisne od tlaka brizganja in od povrᘐine, ki je pravokotna na

smer brizganja. Delitev orodja mora biti izvedena tako, da se lahko izdelek neovirano

odstrani. Ravno delitev orodja pa je hkrati najveაja ᘐibka toაka v orodju. Rezultanta sil skuᘐa

odpreti orodje, kar mora stroj z dovolj veliko zapiralno silo prepreაiti. Temperature brizganja

mase so od 120°C do 350°C, odvisno od materiala. Toplota se dovaja na brizgalni valj z

elektriაnimi grelci. Temperatura povrᘐine valja je viᘐja od temperature mase. Temperature

orodja so od 0°C do 150°C. Toplota se dovaja oz. odvaja iz orodja z vodo ali z drugim

hladilnim medijem. Ta kro០i po kanalih v orodju in tako odvaja toploto. Izdelek se mora

ohladiti do takᘐne mere, da postane dovolj tog, da se odstrani iz orodja.

Nadzor procesa

Temperature na cilindru in na ᘐobah se merijo s termoelementi. S tem pa ni izmerjena

dejanska temperatura mase, ampak temperatura cilindra oz. ᘐobe, ki se lahko razlikuje od

temperature mase. Temperatura gravure je odvisna od temperature, pretoka hladilnega medija

in razdalje med kanali in povrᘐino gravure.


- 5 -

Odvajanje toplote je odvisno od lokacije, debeline in toka materiala na tem mestu.

Debelejᘐi kot je del, veა mase je v kontaktu s povrᘐino gravure in je zato potrebno odvesti veა

toplote da se del ohladi.

Na mestih kjer je velik tok mase je ravno tako potrebno odvesti veა toplote. Z notranjih

delov gravur ni mogoაe odvesti toplote enako hitro kot z zunanjih delov, zato je izdelek na

zunanji strani hladnejᘐi kot na notranji.

Temperatura mase:

Toplota se prenaᘐa od grelcev na zunanji strani cilindra skozi cilinder in nato prestopa z

notranje strani cilindra na maso. Termoelementi, ki nadzirajo temperaturo cilindra, so vgrajeni

v cilinder. Tako je nastavljena temperatura dejansko temperatura cilindra na doloაenem mestu

in ne temperatura mase. Dlje kot je masa v cilindru, bolj se temperatura mase pribli០a

temperaturi cilindra. Ⴠe masa ostane v cilindru predolgo (dlje kot ᘐtiri brizge), se lastnosti

mase poslabᘐajo in izdelek nima priაakovanih oz. ០elenih lastnosti. Zato je pomembno, da se

ne pripravlja preveა mase, da je pol០ primernih dimenzij. Delo potrebno za pripravo (meᘐanje

in gnetenje) mase je odvisno od hitrosti rotacije pol០a, dol០ine in აasa rotacije pol០a ter sile

potrebne za doziranje - zadr០evalni tlak. Viᘐji kot je zadr០evalni tlak, veა dela je potrebnega

za pripravo mase, ta je bolje pregnetena in ima viᘐjo temperaturo.

2.3 Polnjenje orodja

Ko je masa pripravljena in akumulirana pred pol០em se rotacija pol០a ustavi. Pol០ se priაne

pomikati translatorno in priაne stiskati maso. Ta se zaradi povratne zapore na glavi pol០a ne

more gibati nazaj.

Tlak se poviᘐa in masa priაne teაi skozi ᘐobo v dolivni sistem orodja in tako zapolni

gnezdo. Visoka viskoznost plastiაne mase povzroაa laminaren tok mase, აe pa se v toku

pojavijo turbulence, procesa brizganja ni mogoაe nadzirati in se zato na izdelku pojavijo

napake.

Na mestu kontakta med vroაo maso in hladno steno gravure se masa ohladi, njena

viskoznost pa se poveაa do te mere, da se tok plasti ob gravuri ustavi. Mirujoაa plast deluje

izolativno na tok mase. Trenje med mirujoაo plastjo in tokom mase povzroაi segretje mase in

s tem zni០anje viskoznosti.


- 6 -

Tok mase

Masa se giblje iz centra toka proti stenam gravure. Hitro ohlajanje poveაa viskoznost plasti

mase tik ob gravuri do te mere, da se gibanje te plasti ustavi. Material, ki vstopi v orodje

nazadnje, opravi najdaljᘐo pot da zapolni prazna mesta v gravuri. Debelina strjene plasti med

brizgom je odvisna od hitrosti gibanja mase, se pravi od hitrosti brizganja.

Masa Masa

Tanka zamrznjena plast mase Debela zamrznjena plast mase

- visoka hitrost brizganja- toplo orodje- visoka temperatura mase

- nizka hitrost brizganja- hladno orodje- nizka temperatura mase

Slika 2.2: Tok mase pri razliაnih hitrostih

Pri viᘐji hitrosti je debelina manjᘐa, pri manjᘐi hitrosti pa veაja. Strjena plast je izolacija med

steno gravure in tokom mase. Potrebna je dobra izolacijska plast, da ostane viskoznost mase

dovolj majhna, da je lahko izveden dober brizg. Dobra izolacijska plast pomeni viᘐjo

temperaturo mase (manjᘐe ohlajanje), rezultat pa je manjᘐa viskoznost, ki omogoაa la០ji tok

mase in manjᘐe tlake brizganja.

2.4 Fizika procesa

Viskoznost mase je obiაajno zelo velika. Razlikuje se od toაke do toაke in od stene do stene

in je odvisna od:

• temperature (Viskoznost se spreminja s temperaturo, pri viᘐji temperaturi je ni០ja, pri

ni០ji temperaturi pa je viᘐja.),

• sposobnosti teაenja (Na odvisnost stri០nega razmerja od viskoznosti je te០ko vplivati.

Viᘐja kot je sposobnost teაenja, veაji je strig med plastmi, viskoznost pa se zmanjᘐa.

Rezultat je krajᘐi აas polnjenja in ni០ji tlak polnjenja.),

• molekulske mase (Daljᘐe in bolj razvejane molekulske verige povzroაajo viᘐjo

viskoznost.),

• aditivov in polnil, ki prav tako viᘐajo viskoznost kot molekulska masa.


- 7 -

Slika 2.3: Viskoznost v odvisnosti od tokovnega razmerja

Slika 2.3 prikazuje odvisnost mase od temperature in od stri០nega razmerja. Viskoznost je

najveაja pri najni០ji temperaturi in pada z naraᘐაanjem temperature in stri០nega razmerja.

Temperatura se od stene orodja viᘐa preko strjene plasti mase skozi tekoაo maso do

sredine toka kjer je najviᘐja in se nato ni០a nazaj skozi maso preko strjene plasti do stene

orodja. Kot je ០e bilo povedano ima plast ob steni tako visoko viskoznost da miruje. V sredini

toka pa je temperatura najviᘐja, kar povzroაa tudi visoko sposobnost teაenja. Stri០no razmerje

se spreminja od stene proti sredi toka kjer je najveაje. Spreminja se tudi hitrost, od stene kjer

je niა do sredine kjer je maksimalna. Razporeditev hitrosti po prerezu ni linearna.

Tlak ima najviᘐjo vrednost na vstopni toაki in se zmanjᘐuje do fronte toka kjer ima

najni០jo vrednost. Tlak se spreminja tudi po debelini toka. Plastiაne mase so stisljive in tlak

ima velik vpliv na tok mase in na skrაke izdelka.

2.5 Kompaktiranje

Masa se ohlaja in strjuje hitreje kot pa se polni gnezdo, zato je za nadaljnje polnjenje potreben

veაji tlak in poslediაno veაja sila.

Ohlajeni masi se zmanjᘐa volumen. Prehitra ohladitev povzroაi nesprejemljive napake

na izdelku, tako vizualne kot tudi funkcionalne. Zato deluje naknadni tlak tako dolgo, da se

izdelek strdi in se tok mase ustavi.

Faza kompaktiranja zagotavlja dodaten tok mase, ki je potreben zaradi krაenja izdelka.

Ker pa je izdelek ០e delno strjen, je potreben veაji tlak brizganja in poslediაno veაja sila

zapiranja orodja.


- 8 -

Slika 2.4: Volumski skrაek v odvisnosti od აasa

Slika 2.4 prikazuje skrაke dveh razliაnih materialov. Modra barva predstavlja material, ki se

krაi zelo hitro, vendar ima manjᘐi skrაek, kot drugi material (rdeაa barva), ki se krაi

poაasneje, vendar se v istem აasu skrაi bolj.

2.6 Ohlajanje

Ohlajanje se zaაne, ko se masa dotakne sten gnezda in se tik ob steni ustvari mirujoაa

izolacijska plast mase. Preაna porazdelitev temperatura po toku je dokaj konstantna, razen tik

ob steni kjer je temperatura ni០ja.

Ⴠas ohlajanja ima najveაji vpliv na ciklusni აas, ki mora biti აim krajᘐi, da je

produktivnost აim viᘐja. Izdelek se mora ohladiti do takᘐne mere, da je njegova togost dovolj

velika, da se lahko odstrani iz orodja in podpira svojo te០o. ័eleno je, da je temperatura

ohlajenega izdelka აim bolj enakomerna, kar pa ni tako enostavno izvedljivo.

Zahteve za enakomerno ohlajanje (ohlajanje na enakomerno temperaturo) so:

• temperatura izdelka mora biti enakomerna ០e na zaაetku ohlajanja (To je odvisno od

samega procesa brizganja, ki ០e sam po sebi ni enakomeren.),


- 9 -

• debelina izdelka mora biti enakomerna (Debelejᘐi deli se ohlajajo poაasneje kot tanjᘐi.

Zaradi funkcionalnosti izdelkov se pogosto dodajajo rebra, pritrdilni in nasedni აepi in

podobno, to pa povzroაi odebelitve na mestih spojev.),

• temperatura sten gnezda mora biti na zaაetku brizganja enakomerna (Hladilni sistem

naj bi bil narejen tako, da zagotavlja enakomerno ohlajanje. To pa zopet ni mo០no, saj

ni mogoაe izdelati vseh kanalov na enaki oddaljenosti od stene.).

Slika 2.5: Temperatura orodja pred brizganjem

Posledice neenakomernega ohlajanja najlepᘐe prikazuje stisljivostni PVT diagram1.

Slika 2.6: PVT diagram

1 Diagram tlak-volumen-temperatura (ang. Pressure-Volume-Temperature)


- 10 -

Specifiაen volumen pri danem tlaku se z naraᘐაanjem temperature poveაa. Pri temperaturi

taliᘐაa se naklon krivulje dvigne, kar pomeni da ima talina veაji temperaturni razteznostni

koeficient kot trden material. Specifiაen volumen pri dani temperaturi se zmanjᘐa, აe se tlak

zviᘐa. Glede na to, da se najprej strdi povrᘐina izdelka in ᘐele nato sredina in da se to dogaja

pri razliაnih temperaturah in tlakih, se tudi specifiაna volumna povrᘐine in sredine izdelka

razlikujeta, to pa povzroაa napetosti. Ⴠe temperatura sten gnezda ni enakomerna, se pojavljajo

razlike v napetostih med povrᘐino in sredino, kar povzroაi zvitost izdelkov.

Zakaj enakomernega ohlajanja ni mogoაe doseაi?

1. Temperatura izdelka na zaაetku hlajenja ni enakomerna, ker:

• ima povrᘐina temperaturo stene gravure, sredina pa temperaturo taliᘐაa mase,

• je porazdelitve temperature po prerezu izdelka iz temperature stene na temperaturo

mase neenakomerna,

• se zaაne hlajenje ob dotiku mase z gravuro, zato se deli ki so v stiku z gravuro

daljᘐi აas, ohlajajo dlje kot ostali.

• tam kjer je tok mase poაasnejᘐi, ohlajanje hitrejᘐe in se tvori debelejᘐa hladna

plast, kjer pa je tok hitrejᘐi pa je temperatura sredine viᘐja,

• neenakomerna debelina stene povzroაa neenakomerno ohlajanje ker:

o se tanke stene ohladijo hitreje in pri viᘐjem tlaku ter imajo manjᘐe skrაke,

o se debelejᘐe stene ohladijo poაasneje in pri ni០jem tlaku ter imajo veაje

skrაke,

o je na spojih veა delov (rebra) obiაajno veაja debelina, zato je tam ohlajanje

poაasnejᘐe.

2. Neenakomerna temperatura gravure povzroაa neenakomerno ohlajanje, ker:

• hladilni sistem ne zagotavlja enakomerne pokritosti dela (glej sliko 2.7),

• notranjih kotov izdelka ni mogoაe ohladiti na enako temperaturo kot preostale

dele.


- 11 -

Slika 2.7: Neenakomerna porazdelitev temperature po izdelku

2.7 Izmetavanje

Izmetavanje je postopek odstranjevanja izdelka iz gravure oz. orodja. Izdelek se skrაi in se

prilepi na jedro orodja. Odstrani se s pomoაjo izmetaაev, ki so lahko podolgovati, okrogli ali

drugih oblik. Razporejeni so po sredini ali obodu gravure, vsekakor pa morajo biti nameᘐაeni

na povrᘐini, ki na konაnem izdelku ni vidna, ker ostanejo sledovi izmetaაev vidni. Ko je

izdelek dovolj ohlajen, se orodje odpre in gibljivi del se pomakne vstran, do nastavljene

oddaljenosti. Nato priაne cilinder potiskati izmetaაe iz orodja. Hitrost, sila in dol០ina

izmetavanja se nastavljajo na stroju. Ko izmetaაi dose០ejo nastavljeno vrednost, se pribli០a

robot (manipulator), prime izdelek in ga polo០i na trak. Izdelki se lahko odstranijo roაno ali

pa prosto padejo na trak pod strojem. Preden se orodje zapre, se morajo izmetaაi vrniti v

prvotni polo០aj, da ne pride do poᘐkodb orodja. Vraაanje izmetaაev je lahko izvedeno na veა

naაinov:

• z vzmetmi,

• s povratniki v orodju,

• strojno s povratnim gibom cilindra.

Za zmanjᘐanje sile izmetavanja morajo biti povrᘐine, ki so vzporedne s smerjo odpiranja

orodja, nagnjene navznoter za 0,5 do 2,5°, temu pravimo snemalni kot. Ⴠe snemalnega kota

ne bi bilo, bi bilo izdelek mnogo te០je odstraniti, saj se na notranji strani izdelkov ustvari

vakuum, snemalni kot pa zraku dokaj hitro omogoაi vstop v izdelek.


- 12 -

2.8 Sile

Sila zapiranja prepreაuje odprtje orodja. Sila je odvisna od tlaka in povrᘐine. Tlak je brizgalni

tlak, povrᘐina pa je projekcija povrᘐine izdelka in je pravokotna na smer odpiranja orodja.

Orodje je najᘐibkejᘐe na delitvi, zato mora stroj zagotavljati dovolj veliko silo zapiranja, da

prepreაi odprtje orodja med brizganjem.

Napaაno je predvidevanje, da je tlak v orodju enakomeren po celotni gravuri.

Upoᘐtevati je treba, da je tlak porazdeljen neenakomerno, in sicer je pri dolivu veაji, na delih,

ki pa so bolj oddaljeni, pa manjᘐi.

Slika 2.8: Porazdelitev tlaka po konაanem brizgu


- 13 -

3 POSTOPKI BRIZGANJA S PLINOM

Brizganje termoplastiაnih mas s plinom je leta 1976 izumil in patentiral Nemec Friederich.

Pred tem so se votli plastiაni izdelki izdelovali na dva naაina, in sicer z brizganjem in nato

spajanjem dveh polovic v celoto ali pa s postopkom pihanja, bodisi injekcijskega ali

ekstruzijskega.

3.1 Sploᘐno

Postopek brizganja plastiაnih mas s souporabo plina, se pogosto zamenjuje s postopkom

pihanja. Najveაja razlika med tema postopkoma je v debelini sten in v razmerju med

volumnom votlega dela in celotnim volumnom izdelka. Izdelki brizgani s plinom imajo do

10% votle prostornine, medtem ko je pri pihanih izdelkih votle prostornine 80% in veა.

3.2 Notranji tlak

Izdelki morajo biti izdelani kar se da kvalitetno in z minimalnimi stroᘐki. Moderni brizgalni

stroji in tehnologije omogoაajo zelo kratke აase ciklov, ne da bi bila pri tem zanemarjena

kvaliteta izdelka. Za izdelavo izdelkov s konstantno debelino stene je kljuაnega pomena

viskoznost materialov. Viskoznost jedra mora biti veაja ali kveაjemu enaka viskoznosti

oboda. Ker pa je viskoznost plina nizka morajo biti orodja za brizganje s souporabo plina

izdelana namensko, za doseganje enakomerne debeline sten izdelka.

A

B

AA

B B

1 2 3

Slika 3.1: Vpliv viskoznosti na izvotlitev izdelka


- 14 -

Na sliki 3.1 je prikazan vpliv viskoznosti na izvotlitev izdelka. V primeru 1 je viskoznost A

manjᘐa kot viskoznost B, v primeru 2 je viskoznost A veაja kot viskoznost B, v primeru 3 pa

je viskoznost A mnogo veაja kot viskoznost B. Glavni cilj pri brizganju votlih izdelkov je, da

so votli kanali na predhodno doloაenih mestih in ponovljivost brizgov. Plin se giblje po masi

po najla០ji poti, kjer je najmanjᘐi upor. Zato razlike v viskoznosti materiala (mase) zelo

vplivajo na tok plina. Rezultat so kanali nepravilnih oblik in neenakomerna debelina stene.

Vrste postopkov

Poznanih je veა vrst postopkov brizganja s souporabo plina:

• postopek z delnim brizgom mase,

• postopek s polnim brizgom mase,

• postopek nazaj v pol០a,

• postopek s prelivnimi gnezdi,

• postopek s premiაnimi jedri.

Postopek z delnim brizgom mase

Je tako imenovani standardni (osnovni) postopek brizganja s plinom. Orodje je zapolnjeno le

z doloაeno koliაino mase, ki pa ne zadostuje za popolno zapolnitev orodja. Sledi vpihovanje

plina, ki se lahko izvede s krajᘐim აasovnim zamikom ali brez. Prehiter vpih plina ali prevelik

tlak plina povzroაi preboj plina skozi maso, kar ni dobro, saj je ០elen samo kanal v izdelku.

Pri prepoznem vpihu ali prenizkemu tlaku plina se pojavijo napake na povrᘐini – gubanje

povrᘐine. Tlak plina v izdelku prepreაuje nastanek vpadnih mest, ki jih povzroაa ohlajanje in

krაenje materiala. Ker je izdelek votel in so stene tanjᘐe, je ohlajanje izdelka hitrejᘐe in

poslediაno je krajᘐi tudi ciklusni აas. Manjᘐa je masa izdelka in manjᘐe so notranje napetosti.

tlak

აas

tlak

აas

tlak plina 1

tlak mase

konec brizgapolimera

vpih plina v maso

A

B

A

B

tlak plina 2

tlak mase

konec brizgapolimera

vpih plina v maso

A - podroაje brez preboja plinaB - podroაje z mo០nostjo preboja plina

Diagram 3.1: Ⴠasovna odvisnost tlaka mase in plina


- 15 -

Na diagramu 3.1 je prikazana აasovna odvisnost tlaka mase in plina, za doseganje

dobrih izdelkov. Ⴠe je tlak plina prenizek in je vpihnjen prezgodaj, ko je tudi tlak mase ᘐe

nizek, pride do preboja plina skozi steno. Ⴠe se orodje napolni z veაjo koliაino mase, se

poveაa tudi tlak mase in tako plin ne more prodreti v maso. Plin lahko prodre v maso le ob

zmanjᘐanju tlaka mase do te mere, da sta tlaka enaka. V primeru prenizkega tlaka plina na

zaაetku, se zamik med vbrizgom mase in vpihom plina poveაa, kar povzroაi ohlajanje in s

tem strjevanje mase. Ob vpihu plina se priაne masa zopet gibati, ker pa je prej mirovala, se

lahko pojavijo vidne povrᘐinske napake – gube. To prepreაimo z dovolj visokim tlakom plina

na zaაetku vpihavanja.

1 2

3 4

Slika 3.2: Postopek z delnim brizgoma mase

Po popolni zapolnitvi orodja, poviᘐanje tlaka plina povzroაi kompaktiranje izdelka.

Med ohlajanjem tlak plina deluje enako kot naknadni tlak. Postopek je zelo primeren za vse

paliაaste in ploᘐაate izdelke, za odpravljanje vpadnih mest pri ojaაitvenih rebrih ipd.

Postopek s polnim brizgom mase

Ko je orodje je zapolnjeno z maso, je vpihnjen plin. Ker je orodje ០e polno, je vpih plina

mo០en le, აe se masa skrაi. Plin ima pri tej vrsti postopka vlogo naknadnega tlaka, a je veliko

uაinkovitejᘐi zaradi kanala, ki ga ustvari (hlajenje ipd.). Zmanjᘐanje mase izdelka je odvisno

od volumskih skrაkov materiala. Delnokristaliniაni materiali (PE in PP) dovoljujejo veაje


- 16 -

zmanjᘐanje mase zaradi veაje razlike med gostoto tekoაe mase in gostoto trdnega materiala.

Amorfni materiali imajo mnogo manjᘐe razlike med gostoto tekoაe mase in gostoto trdnega

materiala, zato je tudi zmanjᘐanje mase manjᘐe.

Glavna prednost tega postopka je dobro popolnjen estetski izdelek brez vpadnih mest in

zvitosti.

1 2

3 4

Slika 3.3: Postopek s polnim brizgom mase

Postopek nazaj v pol០a

Masa se vbrizga z ene strani orodja, plin pa se vpihuje z nasprotne strani. Gnezdo se

popolnoma napolni z maso, nato pa se vpihne plin. Viᘐek mase se iztisne nazaj v pol០a, pri

tem je treba paziti na koliაino iztisnjene mase, da ne pride do iztiskanja plina v pol០a. V tem

primeru so na povrᘐini naslednjega izdelka vidne srebrne lise.

Obstaja veა naაinov iztiskanja mase.

1. Po prenehanju delovanja naknadnega tlaka sledi odmik pol០a v prvotno pozicijo. Sledi

vpih plina in s tem tudi iztis mase ter zapolnitev prostora pred pol០em.

2. Pol០a potiska nazaj tlak plina.

3. Med vpihovanjem plina se pol០ vrti in pomika nazaj. Hitrost pol០a, zastojni tlak, tlak

plina in აas delovanja tlaka plina morajo biti usklajeni. Tlak plina mora prenehati

delovati pred zakljuაkom plastifikacije.


- 17 -

1 2

3 4

Slika 3.4: Postopek nazaj v pol០a

Dolivi in ᘐobe morajo biti dovolj veliki, da omogoაajo tok mase nazaj v pol០a.

Premajhni dolivi in ᘐobe onemogoაijo pretok mase nazaj, ker se masa v njih prej strdi.

Debeline sten so pri tem procesu veაje, zaradi daljᘐih აasovnih razlik med brizganjem in

vpihovanjem, ter poაasnejᘐega iztiskanja mase. Ta proces je veაinoma uporabljen za izdelavo

paliაastih izdelkov in izdelkov z velikimi votlimi deli, ki dovoljujejo iztiskanje mase.

Postopek s prelivnimi gnezdi

Gnezdo se do konca zapolni z maso. Nato se vpihne plin pod tlakom in del mase se zaradi

pomanjkanja prostega volumna prelije v prelivno gnezdo. Prelivna gnezda so lahko izdelana z

zaporami ali brez. Z zaporami lahko nadziramo tok materiala in plina (tlak) ter s tem debelino

sten. Ⴠas zaაetka vpihovanja plina vpliva na debelino sten. Veაja kot je აasovna razlika med

vbrizgavanjem mase in vpihovanjem plina, debelejᘐa je stena izdelka, ker se strdi debelejᘐa

plast mase ob gravuri. Ⴠasovna razlika nima nobenega vpliva na povrᘐino izdelka, ker je

gnezdo ០e prej napolnjeno z maso. Volumen prelivnega gnezda mora ustrezati volumnu

izrinjene mase, zato je dobro აe so velikosti prelivnih gnezd tudi nastavljive, saj je volumen

izrinjene mase teoretiაno te០ko doloაljiv (najla០je pri poskusih na orodju).


- 18 -

1 2

3 4

Slika 3.5: Postopek s prelivnim gnezdom

Ta postopek se najveაkrat uporablja za izdelke kjer je poglavitnega pomena estetika

izdelka (vpadna mesta, zvitost), zmanjᘐanje mase izdelka pa je zanemarljivo. Za ta proces se

pogosto rekonstruirajo obstojeაa orodja za klasiაno injekcijsko brizganje. Najveა se uporablja

za izdelke paliაastih oblik, ploᘐაate izdelke in izdelke z debelejᘐimi deli.

Postopek s premiაnimi jedri

Na zaაetku je orodje zaprto in premiაno jedro oz. jedra so pomaknjena v orodje, tako da

zmanjᘐajo volumen gnezda. Gnezdo se nato napolni z maso. Za tem se po krajᘐem premoru

jedro izvleაe, da se poveაa volumen gnezda, soაasno se priაne vpihovati plin.

Pomembno je, da masa ostane ves აas v stiku z gravuro, zato zaაne tlak plina delovati

preden se zaაne jedro premikati. Volumen plina je enak razliki volumna gnezda na koncu

brizga (ko je jedro izvleაeno) in volumnu mase na zaაetku brizga (ko jedro ni izvleაeno).

Ta proces se najveა uporablja za izdelavo izdelkov z enim ali veა velikimi votlimi deli.

Obstojeაa orodja je te០ko predelati za to vrsto brizganja, აe pa je ០e mogoაe je zelo drago.

Podroაje kjer je jedro, pusti na izdelku sledi.


- 19 -

1 2

3 4

Slika 3.6: Postopek s premiაnimi jedri

3.3 ZUNANJI TLAK

Veliko izdelkov zaradi raznih zahtev (konstrukcijskih, monta០nih,…) ne dovoljuje prisotnosti

plinskih kanalov. Estetske zahteve pa so tako visoke, da jim ni mo០no ugoditi s klasiაnim

injekcijskim brizganjem. Reᘐitev je brizganje z dovodom plina na zunanjo stran izdelka.

Postopek

Brizganje z uporabo zunanjega tlaka se razlikuje od prejᘐnjih postopkov. Uporablja se za

brizganje debelostenskih izdelkov. Gnezdo se napolni z maso, plin se dovede med ploskev

gravure in ploskev izdelka. Ustvari se plinska blazina na prej doloაenem oz. ០elenem mestu in

deluje med ohlajanjem izdelka. Tlak plina prepreაuje pojav vpadnih mest na nasprotni strani

reber in na mestih kjer se izdelek odebeli. V primerjavi z delovanjem naknadnega tlaka, pri

klasiაnem injekcijskem brizganju, lahko zunanji tlak plina deluje na katerem koli delu

izdelka, tudi na koncu toka mase.


- 20 -

Prednosti

Pri klasiაnem injekcijskem brizganju se pojavlja zvitost izdelkov zaradi skrაkov materiala in

notranjih napetosti. Notranje napetosti so posledica delovanja naknadnega tlaka, ki je

potreben za kompenzacijo skrაkov materiala. Plin se dovede le na povrᘐino kjer je to

potrebno. Tlak tako deluje na maso le iz ene smeri in ne po celem izdelku, kot naknadni tlak.

Rezultat je izdelek z manjᘐimi notranjimi napetostmi, zato tudi ni zvit. Pri klasiაnem

injekcijskem brizganju se pojavi tlaაna razlika med ᘐobo in koncem toka mase, zato so

potrebni viᘐji tlaki. Na primer, tlak 500 bar na ᘐobi komaj zadostuje za odpravo vpadnega

mesta na drugem koncu izdelka, kjer je tlak le ᘐe 100 bar. Pri tem postopku se plin dovede

toაno na ០eleno mesto pod tlakom 100 bar in vpadno mesto je odpravljeno. Poslediაno so

potrebne tudi manjᘐe zapiralne sile. V nekaterih primerih se zmanjᘐa tudi ciklusni აas.


- 21 -

4 BRIZGALNI STROJI

Stroji so razliაnih velikosti in omogoაajo razliაne zapiralne sile, ki se gibljejo od 280 kN

(najmanjᘐi stroji) do 55000 kN (najveაji stroji). Pol០i so obiაajno tristopenjski, premerov od

25 do 260 mm, razmerja L/D2 pa so 18 do 25. Hod obiაajnih pol០ev je 2,5 do 4D, visoko

kapacitetnih pa 20 do 25D. Cilinder stroja in ᘐoba sta greta v veა conah z elektriაnimi

obroაnimi grelci.

Slika 4.1: postrojenje brizgalnih strojev v obratu Plastika v podjetju Gorenje d.d.

2 Razmerje med dol០ino in premerom pol០a


- 22 -

Material se lahko na stroj nasipa roაno, lahko pa se dovaja iz silosov ali drugih

zalogovnikov preko nasipno-razvodnega sistema na dozirno enoto. Ta enota nato dozira

material v ogrevan cilinder, kjer se vrti pol០, ki s svojim vrtenjem gnete material in ga potiska

v komoro za plastificirano maso. Sledi primik brizgalne enote k zaprtemu orodju in vbrizg

mase z aksialnim gibom pol០a. Ko je orodje napolnjeno, priაne delovati naknadni tlak, ki

zaradi krაenja pri strjevanju, dodatno dozira maso. Naknadni tlak deluje dokler ni izdelek

dovolj trden in tog za odstranitev iz orodja. Brizgalna enota se odmakne od orodja, da se

zmanjᘐa prenos toplote na orodje. Orodje se odpre in sname se izdelek, medtem pa poteka

doziranje materiala po zgoraj opisanem postopku.

1.zapiranje orodja

2.brizganje

4.odpiranje orodja inodstranjevanje izdelka

3.doziranje in hlajenjeorodja

Slika 4.2: koraki brizganja

Pogon strojev je izveden na veა naაinov.

1. Elektromotor poganja hidravliაno აrpalko, ta potem poganja pol០a in cilindre za

zapiranje in odpiranje orodja. Pri takᘐnih tipih strojev se izvaja vsaka operacija loაeno;

zapiranje orodja, brizganje, odpiranje orodja, doziranje.

2. Elektromotor poganja აrpalko, ki poganja cilindre za zapiranje in odpiranje orodja.

Pogon pol០a je izveden s samostojnim elektromotorjem. Takᘐni stroji omogoაajo

krajᘐi ciklusni აas, saj lahko soაasno poteka odpiranje orodja in doziranje materiala.

Vendar so ti stroji dra០ji.

3. Novejᘐi stroji do 500 kN zapiralne sile imajo vse pogone izvedene z elektromotorji.

Zaradi tega so zelo hitri in ekoloᘐko manj sporni, saj so brez hidravliაnih sistemov.


- 23 -

Zapiranje orodja je prav tako lahko izvedeno na veა naაinov.

1. Najstarejᘐi in najuაinkovitejᘐi naაin zapiranja je posredno hidravliაno z vzvodovjem

(pet toაkovno vzvodovje). Pri konstantnem pomiku bata se miza na zaაetku in na

koncu zapiranja giblje poაasi, zaradi same mehanike vzvodovja. Ko je sistem zaprt ni

potrebno da hidravlika deluje s polno moაjo.

Slika 4.3: Zapiralno vzvodovje [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.sumitomo-demag.com [8.10.2008].

2. Neposredno hidravliაno zapiranje je novejᘐe in tudi dokaj hitro, je pa potrebna

delujoაa sila med brizganjem, kar poveაa porabo energije.

3. Duo sistem zapiranja je razvilo podjetje Engel. Namenjen je za stroje do 5000 kN

zapiralne sile. Izveden je posredno hidravliაno, za hitre pomike skrbi elektriაni pogon,

za doseganje zahtevanih zapiralnih sil pa hidravliაni cilindri na vsakem vodilu

posebej.


- 24 -

Slika 4.4: Duo sistem zapiranja proizvajalca Engel [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.engelglobal.com/engel_web/global/de/1883.htm/ [8.10.2008].

cilinder cilinder

vzvodovjepremiაnaploᘐაa

orodje

fiksnaploᘐაa

premiაnaploᘐაa

orodje

fiksnaploᘐაa

Slika 4.5: Primerjava zapiranja z vzvodovjem in hidravliაnega zapiranja

Trendi proizvajalcev brizgalnih strojev ka០ejo v smer hibridnih strojev. Ti stroji imajo

hidravliაno zapiranje, pogon pol០a je izveden z elektromotorjem. Uporabni so zaradi hitrosti

(doziranje med hlajenjem) in hidravliაnega pogona, ki se uporablja tudi za pomike zagozd na

zahtevnejᘐih orodjih. Stroji, ki imajo vse pogone izvedene z elektromotorji, so namenski stroji

za enostavnejᘐa orodja.


- 25 -

5 PLIN

5.1 Metode

Obstajata dve osnovni metodi:

• konstanten volumen,

• konstanten tlak.

Konstanten volumen

Batni ojaაevalec ima doloაen konstanten volumen. Plin se napolni v cilinder kjer se stisne in

se mu poviᘐa tlak, nato se vpihne v izdelek. Tlak plina v izdelku je odvisen od dol០ine in

premera cevi, ki vodijo do orodja.

Konstanten tlak

Tlak plina je konstanten in se zagotavlja s posebnimi tlaაnimi enotami. Dovolj velika tlaაna

enota lahko oskrbuje s plinom veა strojev, ki delujejo neodvisno. Stroji so lahko oddaljeni od

tlaაne enote tudi 200m in veა.

tlak

აas

konstanten tlak

konstanten volumen

Slika 5.1: Diagram spreminjanja tlaka po აasu

Za postopke brizganja s souporabo plina se najveა uporablja duᘐik. Stisnjen zrak ni primeren

predvsem zaradi vsebnosti kisika, ki v kombinaciji z visokim tlakom in visoko temperaturo,

kemijsko reagira z maso in tako poslabᘐa njene lastnosti. Prednost duᘐika je predvsem v tem,

da je to neaktiven (inerten) plin in zato ni nevarnosti da bi reagiral z maso. Druge dobre

lastnosti so, da je nestrupen, negorljiv in cenovno ugoden.


- 26 -

5.2 Oprema

Tlaაna enota

Te enote so zasnovane kot centralne enote za zagotavljanje tlaka. Lahko so nameᘐაene ob

stroju ali na oddaljeni lokaciji. Konstanten tlak zagotavlja kompresor, povezava s strojem je

izvedena z visokotlaაnimi cevmi. Te enote dosegajo tlake do 500 bar. Na trgu je veა enot

razliაnih proizvajalcev in kapacitet. Odloაitev, katera enota je najbolj primerna, je odvisna od

porabe plina in ᘐtevila strojev priklopljenih na enoto.

Tlaაni akumulator

Batni kompresor

Hidravliაni pogon

Krmilnik plinsketlaაne enote

Slika 5.2: Kompaktna tlaაna enota

Plinska enota (zagotavljanje plina)

Kadar gre za veliko porabo duᘐika, velike volumne, visoke tlake in kratke ciklusne აase, je

treba biti pozoren na ceno duᘐika. Duᘐik je dostopen v jeklenkah, baterijah jeklenk ali v veაjih

cisternah. Sami ceni duᘐika je potrebno priᘐteti najemnino za jeklenke, ceno za polnjenje

jeklenk in transportne stroᘐke. Z upoᘐtevanjem teh stroᘐkov se doloაi cena za standardni

kubiაni meter duᘐika. Ⴠeprav so stroᘐki za duᘐik nizki, je pri veliki porabi ugodna proizvodnja

duᘐika v brizgalnici. Samostojni agregati za pridobivanje duᘐika so lahko tudi kombinirani s

tlaაnimi enotami za zagotavljanje tlaka. S temi enotami je zagotovljena popolna neodvisnost

od zunanje oskrbe s plinom, ni០ji so tudi stroᘐki na kubiაni meter duᘐika. Pri veაini aplikacij

je dosegljiva აistost duᘐika nad 98%.


- 27 -

Regulacijska enota

Je sestavljena iz tlaაnega regulatorja in raაunalniᘐke nadzorne enote. Tlaაni regulator (ventil)

se upravlja preko raაunalniᘐke enote. Regulator ima zaprtozanაno regulacijo in zaznava tako

padce kot vzpone tlaka. Na eno nadzorno enoto je mogoაe prikljuაiti do 4 regulatorje, ki

delujejo neodvisno drug od drugega. Nadzorna enota je lahko integrirana v brizgalni stroj ali

pa je samostojna enota, ki jo je mogoაe postaviti ob stroj.

Moderne izvedbe imajo doloაene prednosti:

• velik zaslon z visoko loაljivostjo,

• enostavno upravljanje (zaslon obაutljiv na dotik),

• prednastavitev vrednosti,

• grafiაni prikaz vrednosti,

• primerno za vse vrste brizganja s souporabo plina,

• notranji spomin za programe,

• vmesnik za izmenljive spominske medije (disketa, usb).

Filtracija plina

Batni kompresor

Tlaაni pretvornik

Visokotlaაni rezervoar

Hlajenje plina

Hidravliაni pogon

Slika 5.3: Tlaაna enota za veა strojev


- 28 -

6 ORODJA ZA BRIZGANJE

Brizgalno orodje je namensko in specialno izdelano orodje za izdelovanje izdelkov iz umetnih

mas. Obstajajo orodja v katerih je mogoაe menjavati vlo០ke in tako z enim osnovnim

orodjem, vendar z razliაnimi vlo០ki, izdelati veა izpeljank izdelka.

Brizgalna orodja morajo zadostiti doloაenim zahtevam:

• gravure morajo biti izdelane tako, da se lahko izdela izdelek,

• zagotovljen mora biti dovod mase iz brizgalnega stroja do najoddaljenejᘐe toაke

izdelka,

• zagotovljeno mora biti zadostno odvajanje toplote,

• zagotovljeno mora biti izmetavanje izdelka,

• struktura orodja mora prenesti notranje sile mase in zunanjo zapiralno silo stroja.

vodilohladilni kanaldolivcentrirni obroა

izmetalna ploᘐაaizmetaა

gravurajedroizdelek

vodilo izmetalne ploᘐაe povratnikizmetaა doliva

Slika 6.1: Brizgalno orodje


- 29 -

6.1 Dolivi in ᘐobe

Obstajata dve osnovni vrsti dolivov.

1. Hladni dolivi se skupaj z izdelkom ohlajajo, strdijo in na koncu tudi odstranijo iz

orodja.

2. Topli dolivi ostanejo v tekoაem stanju v orodju in se jih ne odstranjuje skupaj z

izdelkom.

Hladni dolivi

Orodja s hladnimi dolivi so najenostavnejᘐa in poslediაno tudi najcenejᘐa. Stroᘐki vzdr០evanja

orodij s hladnimi dolivi so ni០ji, ker ni nobenih grelcev, termo tipal ipd. Slabost hladnih

dolivov je dodatna manipulacija za odstranitev in shranjevanje ter predelavo le teh. Dolivi se

lahko zmeljejo in ponovno uporabijo kot regenerat, აe pa izdelek ne dopuᘐაa dodajanja

regenerata zaradi mo០nosti njegovega onesna០enja (umazanije), se material od dolivov porabi

pri drugih izdelkih, se proda ali se zavr០e. Menjave barv materiala ne povzroაajo te០av, ker je

med vsakim ciklom iz orodja odstranjen ves material.

Topli dolivi

Toplih dolivov ni mogoაe odstraniti, ker del mase vedno ostane v orodju, dolivni kanali so

polni. Brez dolivov se zmanjᘐa აas brizganja, აas hlajenja, koliაina materiala in tudi zapiralna

sila. To so majhni prihranki, a vendar pri velikih serijah ti niso zanemarljivi.

Opis in konstrukcija sistema toplih dolivov sta bolj kompleksna. Sistem toplih dolivov

sestavljata dve osnovni komponenti, topli kanali in ᘐobe. Iz ᘐobe stroja se staljena masa

dovaja skozi tople kanale do ᘐob v orodju, ki dovajajo maso v gnezdo. Razvodni sistem in

ᘐobe so ogrevane ali pa samo izolirane. Vsak ogrevan del (razvodni sistem ali ᘐoba) ima svoj

grelec in toplotno tipalo. Ogrevanje je lahko zunanje ali notranje, tako za razvodni sistem kot

za ᘐobe. Zaradi kompleksnosti sistema toplih dolivov se s tem ukvarjajo za to specializirana

podjetja. Orodjarna, ki izdeluje orodja za brizganje s toplimi dolivi, naroაi standardne dele

(grelce ᘐobe in tipala) in jih vgradi v orodje.


- 30 -

Zunaj ogrevani kanali in ᘐobe

Pri zunaj ogrevanih kanalih in ᘐobah so padci tlakov najni០ji med vsemi toplimi dolivi. Kanali

so obiაajno okroglega prereza in imajo veაji premer kot hladni kanali. Med vsemi toplimi

dolivi so ti, zaradi svoje enostavnosti in dobre pretoაnosti, najprimernejᘐi za temperaturno

obაutljive in visoko viskozne materiale. Ta sistem zunaj ogrevanih dolivov zagotavlja najbolj

homogeno temperaturo mase v kanalu med vsemi toplimi dolivi. Masa, ki se brizga s

temperaturo 260°C, teაe v kanalih s temperaturo 260°C zato se ob steni kanala ne tvori

zamrznjena plast mase. Centrirni obroა

Topli blok

Zraაni ០ep

Grelec

Zraაni ០epTopla ᘐoba

Slika 6.2: Brizgalno orodje z zunaj ogrevanimi kanali in ᘐobami

Slaba stran teh kanalov in ᘐob je mo០nost puᘐაanja staljene mase med kanalom in ᘐobo,

kar lahko privede do zalitja in poslediაno uniაenja grelcev, ០ic in termo tipal. Grelci in ᘐobe

morajo biti izolirani od orodja, ki mora biti hladno. Zato je med ᘐobami in orodjem zrak, ki

prepreაuje direkten prehod toplote iz ᘐobe na orodje.

Zunaj ogrevani kanali in znotraj ogrevane ᘐobe

Znotraj ogrevane ᘐobe zagotavljajo boljᘐi nadzor temperature v konici mase, ker je lahko

temperatura dovedena bolj direktno na konico. Grelec je v sredini ᘐobe in je obkro០en z maso,

zato je ᘐoba bolj izolirana od orodja in je prehod toplote s ᘐobe na orodje manjᘐi. Ker je grelec

nameᘐაen v sredini ᘐobe, se po celotnem obsegu veაjega premera ᘐobe ustvari zmrznjena plast

mase, ki prepreაuje puᘐაanje mase na spoju med kanalom in ᘐobo. Mo០ne te០ave pri znotraj

ogrevanih ᘐobah se pojavljajo zaradi dejstva, da je grelec nameᘐაen znotraj ᘐobe, v sredini


- 31 -

kanala in tako ovira pretok mase. Zaradi tega se lahko lastnosti mase poslabᘐajo, poveაajo se

tlaაne izgube, temperatura po prerezu je neenakomerna. Pri menjavah barve je potrebno

poviᘐati temperaturo ᘐob, ker se tako stanjᘐa zmrznjena plast materiala. Pri poviᘐani

temperaturi se nato dovede nov material, ki prekrije zamrznjeno plast. Proces se nato vrne v

prvotno temperaturno stanje in zamrznjena plast materiala se odebeli. Prejᘐnji material je tako

prekrit z novim in med brizganjem ne prihaja do vkljuაevanja starega materiala v maso.

Centrirni obroა

Topli blok

Zraაni ០ep

Grelec

Zraაni ០epTopla ᘐoba

Slika 6.3: Brizgalno orodje z zunaj ogrevanimi kanali in znotraj ogrevanimi ᘐobami

Glede na tokovne razmere v znotraj ogrevani ᘐobi, te niso primerne za toplotno

obაutljive materiale. Te០ave se lahko pojavljajo tudi pri predelovanju prosojnih in rahlo

obarvanih materialov. Ⴠe material v kakᘐni toაki miruje, se pregreva, lahko pride do poᘐkodb

materiala, spremenijo se mu mehanske lastnosti in tudi barva.

Znotraj ogrevani kanali in ᘐobe

Pri tej vrsti so vse te០ave s puᘐაanjem mase odpravljene. Ker so grelci notranji, se na stenah

kanalov in ᘐob ustvari zamrznjena plast materiala, ki izolira tekoაo maso od hladnega orodja.

Prav zato ni potrebnih posebnih blokov za tople kanale, ki bi morali biti posebej izolirani od

orodja.


- 32 -

Centrirni obroა

Grelec

Grelec

A

A Prerez A - A:

Slika 6.4: Brizgalno orodje z znotraj ogrevanimi kanali in ᘐobami

Te០ave ki se pojavljajo pri tej vrsti, so podobne kot pri prejᘐnji vrsti kanalov in ᘐob.

Pojavljajo se tlaაne izgube, ki so najveაje med vsemi vrstami toplih kanalov in ᘐob, material

se ustavlja ob grelcih, se tam pregreva in se mu zato poslabᘐajo lastnosti. Zato znotraj

ogrevani kanali in ᘐobe niso primerni za toplotno obაutljive materiale.

Izolirani kanali in ᘐobe

Edini dovod toplote je toplota tekoაe mase. Cikli brizganja morajo biti hitri in enakomerni, da

se masa v kanalih ne strdi. Kanali so obiაajno veაjih premerov (30mm in veა). Masa zapolni

kanal in ob stiku s hladno steno se ustvari zamrznjena plast materiala, ki izolira tekoაo maso

od stene kanala. Cikel mora biti dovolj kratek, da se material v sredini kanala ne strdi paა pa

se vedno zamenja z novo vroაo maso. Glavna prednost te vrste kanalov je nizka cena, ker ni

dodatnih grelcev, oblika pa je enostavna. Orodje je sestavljeno tako, da je dodatna delilna

ravnina v podroაju dolivnega kanala, tako da se doliv lahko odstrani pri menjavah. Zato je

menjava barve pri tej vrsti najbolj enostavna in je pri nadaljnjemu brizganju najmanj te០av,

ker ni v kanalih niა starega materiala.


- 33 -

Zamrznjenaplast mase

Delilna ravnina zaodstranitev dolivka

Slika 6.5: Brizgalno orodje z izoliranimi kanali in ᘐobami

Ⴠeprav ima ta vrsta doloაene prednosti, se le redko uporablja zaradi mnogih

pomanjlkivosti. Ni nadzora temperature v kanalu. Vsaka prekinitev oz. podaljᘐanje cikla

lahko povzroაi velike neenakomernosti v toku mase (pretok, temperatura). Pogosto se v

kombinaciji z izoliranimi kanali uporabljajo znotraj ogrevane ᘐobe, da se izboljᘐa nadzor

temperature mase na koncu doliva.

Zamrznjenaplast mase

Delilna ravnina zaodstranitev dolivka

Grelec

Slika 6.6: Brizgalno orodje z izoliranimi kanali in znotraj ogrevanimi ᘐobami

Tople ᘐobe

Dovajajo maso od toplih kanalov do gnezda orodja. Izpolniti morajo nekatere zahteve:

• dovod toplote do ustja ᘐobe (prepreაitev zamrznitve),

• zagotovitev toplotne razlike med toplo ᘐobo in hladnim gnezdom,

• ugodna loაitev mase od zamrznjenega izdelka,

• minimalni tokovni upori (padec tlaka).

• zagotovitev dobrega nadzora temperature mase.

Pri zagotavljanju zgornjih zahtev se pojavljajo nekatere te០ave:

• toplotno raztezanje grelcev in kanalov lahko poᘐkoduje ᘐobo,

• vklop grelcev kanalov in ᘐob, preden je dose០ena delovna temperatura orodja, lahko

povzroაi puᘐაanje mase na spojih kanalov in ᘐob.


- 34 -

Grelec

Masa

Ohiᘐje ᘐobe

Masa

Grelec

Ohiᘐje ᘐobe

Znotraj ogrevana ᘐoba Zunaj ogrevana ᘐoba

Slika 6.7: Topla ᘐoba

ᘀobe na zatis

ᘀobe na zatis so pnevmatske ali hidravliაne. Uporabljajo se zaradi brezhibnega zapiranja, ki

ne puᘐაa sledi na izdelku. To je najpogosteje zahtevano pri izdelkih, ki se uporabljajo v

medicini. Mehansko vodene ᘐobe na zatis omogoაajo velike dolivne odprtine, kar omogoაa

visoke pretoke mase. Te០ava pri mehanskih ᘐobah je tesnjenje zapirala ᘐobe, obraba.

Grelec

Ohiᘐje ᘐobe

Masa

Zapiralni sistem - ODPRT Zapiralni sistem - ZAPRT

Slika 6.8: ᘀobe na zatis

Cene ᘐob na zatis so dokaj visoke, celoten proces brizganja z njihovo uporabo je

zahtevnejᘐi, saj je potrebno nastavljati in nadzirati veა parametrov. Uporaba teh ᘐob se je v

zadnjih letih poveაala zaradi mo០nosti brizganja z veა ᘐobami, ki se zaporedno odpirajo in

zapirajo ter polnijo izdelek. Tako je odpravljen hladni spoj mase.


- 35 -

6.2 Orodja za plinsko brizganje

Izdelava orodja za brizganje plastiაnih mas s plinom je zelo podobna izdelavi orodja za

klasiაno brizganje plastiაnih mas. Za uspeᘐno izdelavo orodja je potrebno sodelovanje

konstrukterja izdelka, konstrukterja orodja in tehnologa brizganja. Pogosto lahko zelo

enostavne oblike in deli izdelka zelo zakomplicirajo izdelavo le tega. Z minimalnimi posegi v

izdelek je lahko izdelava tega izdelka in tudi orodja mnogo enostavnejᘐa. Ⴠe je izdelek

konstruiran z mislijo na izdelavo, je lahko orodje enostavnejᘐe in tudi cenejᘐe, funkcija

izdelka pa ostane nespremenjena.

Zelo pomembno je, da pri naაrtovanju in izdelavi orodja ter izdelka sodeluje veა ljudi,

ki preuაijo vse mo០nosti in zahteve za optimalno izdelavo tako izdelka kot orodja. Pri

naაrtovanju orodja za brizganje s plinom je zelo pomembno, kako izvesti dovod plina v

izdelek. Opcije so tri:

• skozi ᘐobo stroja,

• v doliv,

• v izdelek.

Najenostavnejᘐi dovod plina je skozi ᘐobo. Lahko se uporablja na obstojeაih orodjih, na

katerih je potrebno izvesti le manjᘐe modifikacije. Najveაja slabost dovoda plina skozi ᘐobo

stroja je v lokacijski omejenosti dovoda. Dovod plina skozi doliv ali v izdelek je

fleksibilnejᘐi, saj se lahko plin dovede na poljubno lokacijo, lahko tudi na veა lokacij. Slaba

stran dovoda plina v doliv oz. v izdelek je uporaba plinskih ᘐob. Lahko se zlepijo z maso in

jih je nato potrebno odstraniti z orodja in jih oაistiti. Nekatere ᘐobe so nameᘐაene v orodje

tako, da se dajo odstraniti ne da bi bilo potrebno odstraniti orodje s stroja, za odstranitev

nekaterih pa je potrebno izpeti orodje s stroja in ga delno razdreti, da je ᘐobe mogoაe

odstraniti. Pogosto morajo biti ᘐobe nameᘐაene na hidravliაnih cilindrih, da se izvleაejo iz

izdelka preden se orodje odpre in odstrani izdelek.


- 36 -

Dovod plina skozi ᘐobo stroja

Konstrukcija orodja je zelo podobna kot pri klasiაnem brizganju. Potrebni so veაji kanali, ki

omogoაajo da se ustvari kanal preden masa zmrzne. Ta vrsta plinskega brizganja je primerna

za enognezdna orodja, ker lahko razporeditev plina in tlak pri veაgnezdnih orodjih nihata, se

spreminjata od brizga do brizga, kar pa privede do neustreznih izdelkov.

ᘀoba za vpihovanje plina

Hidravliაni zaporni ventil

Delilna ravnina Delilna ravnina

Masa

Slika 6.9: Dovod plina skozi ᘐobo stroja

Pri brizganju s plinom je pomembno აasovno usklajeno delovanje brizgalne in plinske enote.

Z dodanimi prelivnimi gnezdi v orodju se lahko proces bistveno izboljᘐa, izboljᘐa pa se tudi

kvaliteta izdelka. Brizgalni stroj mora biti opremljen z samozapornimi ᘐobami, ki prepreაujejo

tok mase nazaj v stroj medtem ko se dovaja plin. Obstaja veა vrst teh ᘐob, razliაnih

proizvajalcev.

Dovod mase inplina

Dovod plina Dovod mase

Slika 6.10: Primerjava dovoda plina skozi ᘐobo stroja in loაeno skozi 4 ᘐobe


- 37 -

Dovod mase in plina Dovod mase Dovod plina

Prelivno gnezdoZaporni ventil

Slika 6.11: Primerjava dovoda plina na razliაnih mestih

Dovod v doliv ali v izdelek

Material se vbrizga v gnezdo in ga delno zapolni, nato se vpihne plin ter potisne maso po

gnezdu in kompaktira izdelek. Ta opcija vpihavanja plina zahteva dodatni zaporni ventil v

dolivnih kanalih, da prepreაi tok mase nazaj v stroj medtem ko se dovaja plin. Velikosti

kanalov so odvisne od materiala in jih pogosto predpiᘐejo proizvajalci materialov. Dobro je,

da je vstop plina izveden na debelejᘐem delu izdelka. Zaporni ventil mora biti აim bli០je

mestu vpihovanja plina, zaradi hitrejᘐega delovanja in boljᘐega nadzora procesa. Za

optimizacijo formiranja plinskega kanala v izdelku je na koncu toka dodano prelivno gnezdo.

Med gnezdom orodja in prelivnim gnezdom mora prav tako biti ventil, ki pa mora biti med

vpihovanjem plina odprt. Ventil je lahko mehanski, hidravliაni, lahko je nastavljiv ali pa se

med brizgom odpre in nato zapre. Vse to je odvisno od posameznega izdelka.

Prelivnognezdo

IzmetaაZaporni ventil Vpihovalna ᘐoba Zaporni ventil

Slika 6.12:Dovod plina v doliv


- 38 -

6.3 Temperiranje orodja

Orodje za injekcijsko brizganje opravlja tudi funkcijo toplotnega izmenjevalnika. Zato je pri

naაrtovanju orodja in hladilnega sistema treba upoᘐtevati veა stvari.

Zmogljivost hlajenja

Je odvisna od toka hladilnega medija (vode) po hladilnih kanalih. Turbulenten tok

uაinkoviteje odvaja toploto kot laminaren tok. Pri laminarnem toku se toplota prevaja iz sten

kanala na vodo, ker pa je voda relativno dober izolator, je razlika v temperaturi vode ob steni

kanala in temperaturi vode v srediᘐაu kanala precejᘐnja. V kanalih okroglega prereza se

turbulenten tok zaაne pri Reynoldsovemu ᘐtevilu okoli 2300. Bolj turbulenten kot je tok,

uაinkovitejᘐe je odvajanje toplote. Tok z Reynoldsovim ᘐtevilom 10000 in veა zagotavlja

dobro odvajanje toplote.

Temperatura hladilnega medija

Je odvisna od izdelka in od materiala, ki se predeluje. Ⴠas hlajenja in kvaliteta izdelka sta

odvisna od temperature orodja. Ta dva faktorja sta si obiაajno nasprotna. Toplejᘐe orodje

obiაajno povzroაa manj zaostalih napetosti v izdelku, a hkrati podaljᘐuje აas hlajenja izdelka.

Ekonomski vidik pa zahteva აim krajᘐi აas ciklov.

Material orodja

Material ima velik vpliv na toplotne lastnosti orodja, ki so odvisne od toplotne prevodnosti

materiala. Orodjam, ki so problematiაna zaradi odvajanja toplote, so obiაajno izdelana iz

materiala ki dobro prevaja toploto (berilij – baker).

Lega hladilnih kanalov

Hladilni kanali so fiziაno omejeni z dimenzijami orodja. Uporabljata se zaporedni in

vzporedni krogotok.


- 39 -

Vzporedni krogotok

Pri vzporednem krogotoku se tok medija razdeli iz ene cevi v veა vzporednih vej v orodju. V

idealnem primeru bi v vsaki veji morala biti enaka temperatura medija in enak pretok. Glavna

prednost tega krogotoka so krajᘐe dol០ine pretoka, enakomernejᘐa temperatura hladilnega

medija, აrpalka za hladilni medij pa je manj obremenjena. Da bi bilo to tudi praktiაno

izvedljivo mora biti glavna veja (dovod) dovolj velikega premera, da ni prevelikega padca

tlaka vzdol០ dovoda. Ⴠe se v vzporednih vejah pojavljajo kakrᘐne koli spremembe pretoka ,ni

veა enakomernega ohlajanja v vejah.

Vstop medija

Izstop medija

Vstop medijaIzstop medija

Slika 6.13: Vzporedni krogotok


- 40 -

Zaporedni krogotok

V zaporednem krogotoku je samo en hladilni kanal brez dodatnih vej, zaradi აesa je daljᘐi kot

pri vzporednem krogotoku.

Prednosti zaporednega krogotoka so:

• pretok vode v kanalu je veაji, veაja je pretoაna hitrost in tok je bolj turbulenten, zato

uაinkoviteje odvaja toploto;

• enostavna prikljuაitev cevi in enostavna nastavitev;

• tok je enakomernejᘐi po celi dol០ini kanala;

• Pri zamaᘐitvi kanala je to takoj vidno, ker ni pretoka, medtem ko pri vzporednem

krogotoku te០je ugotovimo აe je ena veja zamaᘐena, saj je ᘐe vedno pretok.

Vstop medija

Izstop medija

Slika 6.14: Zaporedni krogotok

Te០ave lahko nastanejo pri prevelikem padcu tlaka vzdol០ kanala, kar povzroაi poviᘐanje

temperature hladilnega medija. Ⴠe je potreben tlak medija viᘐji kot je tlak აrpalke, se tok

zmanjᘐa, s tem se zmanjᘐa tudi intenziteta ohlajanja. Neenakomerno in neustrezno ohlajanje

povzroაa neustrezne izdelke.


- 41 -

Hlajenje jeder

Vitki, tanki deli jedra zaradi dimenzij pogosto ostanejo nehlajeni, saj hladilni kanali za

izdelavo zahtevajo doloაene minimalne dimenzije (premer izvrtine in debelina stene). V

primeru ko je v del jedra zavrtana zgolj ena (slepa) izvrtina, tako da hladilnega kanala ni

mogoაe speljati naprej, se uporabljajo pregrade ali cevke, da hladilni medij kro០i v tem delu.

Pregrada usmeri hladilni medij v slepo izvrtino do vrha od tam pa po strani nazaj v

hladilni kanal. To je zaporedni krogotok.

pregrada

Slika 6.15: Hladilni kanali s pregrado

Za dovod hladilnega medija v slepo izvrtino s cevko sta potrebna dva vzporedna

hladilna kanala. Izvrtina za cevko mora biti zvrtana skozi oba kanala. Spodnji kanal je

dovodni, od koder hladilni medij potuje skozi cevko do vrha, od tam pa se vraაa nazaj med

steno izvrtine in cevko, do odvodnega hladilnega kanala.

cevka

Slika 6.16: Hladilni kanali s cevko


- 42 -

Hlajenje ravnih (ploskih) delov

Za hlajenje ravnih okroglih delov so zelo uporabni kanali v obliki spirale. Tok hladilnega

medija je od centra spirale proti zunanjosti, kar je dobra lastnost, saj je tako dose០ena

maksimalna temperaturna razlika med maso in orodjem na mestu doliva. Temperatura

hladilnega medija se po spirali viᘐa, medtem ko je masa ០e deloma ohlajena zaradi

oddaljenosti od doliva. Temperaturna razlika se z oddaljenostjo od srediᘐაa manjᘐa, kar

pomeni manjᘐo potrebo po odvajanju toplote. Rezultat tega je precej enakomerna temperatura

izdelka.

Ⴠe je hlajenje tako v izmetalni kot tudi v dolivni polovici izvedeno s spiralnimi kanali,

je ohlajanje najenakomernejᘐe, izdelki pa so praktiაno brez zvitosti. Takᘐno hlajenje se

uporablja pri izdelavi CD ploᘐა. Izdelava spiralnih kanalov v gravuro je zelo draga. Takᘐna

gravura mora biti izdelana iz dveh delov, saj drugaაe ni mo០no poreskati kanalov. Prav zaradi

ekonomskih razlogov se tudi za okrogle izdelke veliko uporabljajo orodja z ravnimi kanali.

Gravura je lahko iz enega kosa, kanali pa se enostavno zvrtajo skozi. Seveda pa s takᘐnim

hlajenjem ni mogoაe doseაi enakomernega ohlajanja izdelka, zato se pojavljajo te០ave z

zvitostjo izdelkov.

Ravni hladilni kanali se uporabljajo v orodjih za izdelavo pravokotnih izdelkov.

Izdelava hladilnih kanalov z vrtanjem je cenovno najugodnejᘐa. V primeru veაgnezdnega

orodja, morajo biti pogoji hlajenja v vseh jedrih enaki. Vsako jedro mora imeti svoj hladilni

krogotok.

Hladilni medij

V veაini primerov se uporablja voda, ki pa ima omejeno temperaturno obmoაje uporabe.

Uporablja se od 5°C do 90°C, pod 5°C se uporabljajo raztopine glikola, nad 90°C pa se

uporablja olje.

Vstopna temperatura medija

Veliko obratov ima centralni zaprto zanაni hladilni sistem z dodatnimi premiაnimi

temperaturnimi regulatorji. Centralni hladilni sistem je lahko hlajen naravno, z zunanjim

zrakom kar ni najbolje, saj zunanja temperatura niha iz dneva v dan in je tako lahko med

letom temperaturna razlika vode do 30°C. Lahko pa je hlajen prisilno na doloაeno

temperaturo, kar je bolje. Premiაni regulatorji so pomembni, saj z njimi uravnavamo

temperaturo orodja na vsakem stroju posebej. Pri zgoraj opisanih sistemih voda stalno kro០i v

orodju.


- 43 -

Slika 6.17: Temperirna naprava

Obstaja tudi naაin hlajenja orodja kjer hladilni medij ne kro០i neprestano v orodju.

Termoelementi v orodju dose០ejo doloაeno prednastavljeno temperaturo in oddajo signal

enoti, ki spusti medij v orodje. Ko pa temperatura zopet pade na doloაeno stopnji, enota zapre

dovod medija v orodje. Ta naაin hlajenja je manj pogost, vendar je po nekaterih rezultatih

krajᘐi აas ciklusa in manjᘐa poraba energije.

V praksi se veაinoma uporabljajo sistemi, kjer hladilni medij stalno kro០i. Ti sistemi so

cenejᘐi in enostavnejᘐi za uporabo.

Raztezanje orodja

Pri spremembah temperature se orodje razᘐiri ali skrაi. Obiაajno to ne predstavlja te០av,

dokler ima celotno orodje pribli០no enako temperaturo. V doloაenih primerih, ko mora imeti

zaradi izdelave dolivna stran drugaაno temperaturo kot izmetalna, se lahko pojavijo te០ave z

poravnanostjo in usklajenostjo polovic orodja. To lahko povzroაi nepravilnosti na izdelku.

Enake te០ave se pojavijo tudi v primeru nepravilnega temperiranja orodja.


- 44 -

7 PRIMER IZDELAVE IZDELKA S POSTOPKOM BRIZGANJA S PLINOM

V podjetju Gorenje d.d. uporabljajo tehnologijo brizganja plastiაnih mas s plinom za izdelavo

roაajev za gospodinjske aparate – hladilnike.

Naloga je bila izdelati moაan, robusten, estetsko ustrezen roაaj, z enkratnim brizgom,

brez dodatnega sestavljanja. To je debelostenski izdelek. Pred tem je bila konstrukcija roაajev

drugaაna. Bili so brizgani, na hrbtni strani so imeli rebra in bili so tanjᘐi. Naslednja generacija

roაajev je imela prav tako tanko steno in rebra, dodatno pa se je natikala ᘐe okrasna letev, ki

jo je bilo treba posebej brizgati. Pri tem je seveda veაja poraba აasa in energije, ter tudi

materiala. Sedaj pa se roაaji izdelujejo po tehnologiji brizganja s plinom in se izdelajo v celoti

z enim samim brizgom. To je dosti hitreje, uაinkoviteje, estetsko ustreznejᘐe in kar je v

danaᘐnjem აasu najpomembnejᘐe, ceneje.

V Gorenju se uporabljajo stroji za brizganje in oprema za vpihavanje plina proizvajalca

ENGEL. Duᘐik je skladiᘐაen v zunanjem rezervoarju in je doveden v proizvodno halo, kjer se

mu na podpostaji dvigne tlak. Tlaაna enota pri stroju se upravlja iz stroja, ki ima dodatno

vgrajeno raაunalniᘐko kartico, ki omogoაa upravljanje in nadzor parametrov vpiha plina.

Nastavi se tlak in აas vpihovanja plina.

7.1 Simulacije

Pri razvoju orodij za brizganje s plinom in tudi za klasiაno injekcijsko brizganje, se v zadnjem

აasu veliko uporabljajo raაunalniᘐke simulacije. Tudi pri razvoju roაaja RM 60 so bile

uporabljene simulacije. Simuliralo se je zapolnjevanje in izvotlitev izdelka. Simulacija je bila

namenjena optimalni postavitvi dolivka in plinske ᘐobe.


- 45 -

Slike 7.1 in 7.2 in 7.3 prikazujejo zapolnjevanje izdelka v odvisnosti od აasa. Na sliki 7.1 je

აas brizga 0,57 s, na sliki 7.2 je 3,60 s. in na sliki 7.3 je 4,46 s.

Slika 7.1: Zapolnjevanje izdelka



- 46 -


Na spodnji sliki je prikazano nastajanje hladnega spoja mase. Hladni spoj nastane pri vseh

luknjah, ker masa oblije luknjo, fronta mase pa je ០e delno strjena in zato nastane viden hladni

spoj. Hladni spoji oslabijo mehanske lastnosti na mestih nastanka le teh.

Slika 7.4: Nastajanje hladnega spoja


- 47 -

Pri izvotlitvi so se pojavljale te០ave, plin ni deloval tam kjer je bilo potrebno, zato so se na

tem mestu pojavljale usahline. Ta te០ava je bila odpravljena s prestavitvijo dolivnega mesta in

plinske ᘐobe.

Slika 7.5: Izvotlitev izdelka

Slika 7.6 prikazuje izvotlitev izdelka po prestavitvi doliva in plinske ᘐobe na levo stran

izdelka.

Slika 7.6: Izvotlitev izdelka


- 48 -

Sliki 7.7 in 7.8 prikazujeta izvotlitev izdelka glede na postavitev odduᘐka.

Slika 7.7: Izvotlitev izdelka z odduᘐkom

Slika 7.8: Izvotlitev izdelka s prestavljenim odduᘐkom


- 49 -

8 ZAKLJUჀEKV danaᘐnjem აasu je zelo pomembno, da je izdelek kvaliteten, funkcionalen, estetsko

ustrezen, hkrati pa jso stroᘐki izdelave აim manjᘐi. Proces brizganja termoplastiაnih mas s

plinom to vsekakor omogoაa. Izdelke veაjih dimenzij, ki bi jih s procesom injekcijskega

brizganja morali zaradi zagotovitve dovolj velike zapiralne sile, izdelovati na veაjih strojih,

lahko s procesom brizganja s plinom izdelujemo na manjᘐih strojih z manjᘐimi brizgalnimi

tlaki in manjᘐimi zapiralnimi silami. S postopkom brizganja s plinom je mogoაe izdelovati

izdelke ki jih s postopkom injekcijskega brizganja ni mogoაe (roაaj predstavljen v poglavju

7). Omenjeni proces je nadgradnja klasiაnega injekcijskega brizganja. Izdelki izdelani s tem

postopkom nimajo vpadnih mest in usahlin. So dobro popolnjeni in niso zviti. Vsa oprema

(brizgani stroji, temperirne naprave) je enaka kot pri injekcijskem brizganju. Orodja za

brizganje s plinom pa so namenjena le temu.

Ker smo potroᘐniki vse bolj zahtevni, ima estetika izdelkov zelo velik pomen. Veliko

izdelkov se izdeluje s postopkom plinskega brizganja (roაaji, აelne ploᘐაe gospodinjskih

aparatov, ohiᘐja televizorjev in raაunalniᘐkih zaslonov), ker se le tako lahko zdru០ijo

konstrukcijske (ojaაitvena rebra, pritrdilni აepi) in estetske zahteve (izdelki brez usahlin in

vpadnih mest).

Menim, da je brizganje s plinom tehnologija prihodnosti, ki se ᘐe premalo uporablja.


- 50 -

9 VIRI[1] Avery Jack. Gas-assist injection molding : Principles and applications. Munchen :

Hanser Gardner, 2001.

[2] Beaumont, Nagel, Sherman. Successful injection molding : Process, design, and

simulation. Munchen, Wien : Hanser, 2002.

[3] Navodnik Janez. Plastik orodjar : Priroაnik. Velenje : Kemijski in០eniring, 1990.

[4] Georg Menges, Walter Michaeli, Paul Mohren. How to make injection molds – 3. ed..

Munchen : Hanser; Cincinnati : Hanser Gardner, 2000.

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO · 2020. 1. 30. · IONOMER UHMWPE HDPE LLDPE LDPE PP...

Documents

Transcript of UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO · 2020. 1. 30. · IONOMER UHMWPE HDPE LLDPE LDPE PP...