Turnare prin injecție
Turnarea prin injecție este un proces de producție industrial în care un material plastic este topit (plastifiat) și injectat sub presiune ridicată într-o matriță închisă, care este deschisă după solidificarea produsului.
În general, injecția are loc la presiuni ridicate și la temperaturi suficient de ridicate pentru a permite alunecarea materialului „ plastifiat ” în interiorul utilajului și al matriței .
Principiul funcționării turnării prin injecție este similar și derivat din turnarea sub presiune .
Descrierea utilajului
Mașina (numită presă de injecție ) care permite operația de turnare prin injecție constă dintr-un „grup de injecție” conectat la un „grup de închidere”. Unitatea de injecție are sarcina de a încălzi până la topire și apoi plastifia materialul și apoi împinge-l în interiorul matriței (grație acțiunii unui piston sau a unui șurub mobil, numit și șurub de perforare ), în timp ce unitatea de închidere are sarcina de a menținerea matriței închise ( hidraulic sau mecanic ) în timpul fazei de injecție, contracarând presiunea ridicată generată de unitatea de injecție, care ar tinde să deschidă cele două jumătăți ale matriței.
Principalele componente ale mașinilor de turnare prin injecție sunt:
- o suprafață fixă , pe care este fixată o jumătate de matriță (în mod normal, jumătate de matriță feminină sau matriță);
- un plan mobil , la care este fixată cealaltă jumătate de matriță (pumn) și care se deschide la sfârșitul procesului de răcire pentru a permite ieșirea piesei turnate;
- un sistem de susținere și ghidare pentru planul mobil (în general, 4 coloane cu secțiune cilindrică ghidează jumătățile mobile, în timp ce suportul pentru greutate se realizează pe ghidaje prismatice ale bazei);
- un mecanism de închidere a matriței (în general un comutator acționat de pistoane hidraulice);
- o "unitate de plastifiere și injecție", constând dintr-un șurub cu vis cu profil și secțiune variabilă, conținut într-un cilindru încălzit electric; șurubul are posibilitatea să se rotească în jurul propriei axe (încărcarea și topirea materialului), retrăgându-se în timpul fazei de încărcare a granulei și să se deplaseze axial înainte, acționând ca un piston , în timpul fazei de injecție. Chiulasa poartă o duză care, printr-o gaură în planul fix al presei, este menținută în contact cu gaura de injecție a matriței;
- o placă de extracție , care permite desprinderea piesei nemoldate de matriță;
- o unitate de comandă hidraulică , care furnizează energia pentru acționări;
- o bază de sprijin;
- o unitate de direcție electronică, asistată de computer.
Există diferite tipuri de prese de injecție: de la cele cu acționare total hidraulică, la cele mai moderne cu acționare electrică, care permit, datorită utilizării servomotorelor avansate și a comenzilor numerice, un control mai rapid și mai precis al procesului, precum și economii de energie.cca 20-30%. Există, de asemenea, prese „hibride” cu grup hidraulic de închidere și grup electric de plastifiere / injecție, sau grup electric de închidere și plastifiere și plăci de extracție și mișcări auxiliare hidraulice.
Cel mai obișnuit aranjament este cel orizontal (mișcarea orizontală a deschiderii matriței), dar prese verticale sunt utilizate pentru anumite procese.
Grup de închidere
„Grupul de închidere” este partea mașinii pe care se montează matrița piesei care urmează a fi realizată; închiderea matriței este formată din următoarele părți:
- sistemul de închidere al matriței, care poate fi de tipul „ comutator ”, „ comutator dublu ”, „cu o singură față”, „un piston ” sau „hidrobloc”;
- sistemul de extragere a pieselor, mecanic pentru piesele mai simple și hidraulic pentru piesele mai complexe sau delicate.
Parametrii de identificare ai grupurilor de închidere ale presei sunt:
- forța de închidere ;
- pasajul coloanei , adică dimensiunea transversală maximă a matriței care poate fi asamblată;
- cursa de deschidere a platinei mobile;
- distanța maximă și minimă la care cele două suprafețe de presare se pot „închide”. Acest lucru afectează alegerea presei în funcție de dimensiunea matriței: o matriță de 300 mm poate fi adăpostită într-o presă de 400-200 mm, dar nu una mai mare sau mai mică decât valorile indicate.
Presiunile sunt de ordinul a câteva sute de bare și forța (în tone ) necesară pentru a menține matrițele închise poate fi obținută din următoarea formulă:
unde P este presiunea de injecție în kg / cm² (pentru unitățile de măsură vezi nota [1] ) și S este suprafața zonei frontale a piesei care urmează să fie turnată (în cm²) ortogonală față de planul de injecție. De obicei, această formulă oferă o primă aproximare a tonajului necesar pentru turnarea prin injecție a unui produs; un factor C este adesea adăugat ca multiplicator care este o funcție a complexității piesei de produs, a grosimii sale medii, a evaluării „estetice” sau neestetice a detaliului.
Grupa de injectare
Grupul de injecție (sau grupul de plastifiere ) include partea mașinii între sosirea materialului granular solid (în general sub formă de pelete ) la injecția fluidului plastificat în matriță.
Urmând calea luată de material, acestea se întâlnesc în principal:
- buncărul , așezat deasupra mașinii, unde materialul este uniformat și, eventual, amestecat cu alte materiale, aditivi sau coloranți (numiți masterbatches ). Există diferite tipuri de buncare de dozare, bazate în principal pe sisteme volumetrice sau gravimetrice ;
- șurubul de alimentare și plastifiere , plasat într-o conductă cilindrică încălzită în general de diferite seturi de rezistențe care înconjoară conducta și pot fi controlate separat.
- „ duza de injecție” , situată la capătul conductei cu șurub de plastifiere, concepută pentru a transporta fluidul în canalul de intrare al matriței.
Parametrii de identificare ai unităților de injecție ale presei sunt:
- capacitatea de plastifiere , adică cantitatea maximă de material care poate fi injectată în fiecare ciclu, în cm³ ;
- ciclurile „goale” pe care presa le poate realiza la viteza maximă, fără a produce produse.
Ciclul de funcționare
La începutul unui ciclu de turnare prin injecție, granulele de polimer plastic care urmează a fi turnate, conținute în buncăr , sunt aruncate în cilindrul șurubului de alimentare și plastifiere, care, setat în rotație de un motor, transportă granulele, topind ei, până la partea din față, aici, prin reacție, șurubul de perforare se deplasează înapoi până când atinge nivelul definit de program ca „contorizare”. De la zona inițială (alimentare) până la zona finală (topire) din interiorul cilindrului, granulele sunt încălzite printr-o serie de rezistențe electrice până la temperatura lor de topire și „plastificate” prin rotația șurubului în urma programului stabilit de operator în funcție de tipul de material, de greutatea piesei și de compactitatea necesară piesei finite. Componenta de frecare prezentă între granulele în sine și pereții (filetele) șurubului de plastifiere contribuie într-un mod important la plastifierea masei polimerice.
În același timp, presa a închis matrița și, prin urmare, poate începe faza de injecție rapidă a materialului până la aproximativ 98% din greutatea piesei. Finalizarea 100% a piesei are loc cu faza a doua (faza de „compactare” sau „menținere”), menținând materialul sub presiune până când piesa turnată se solidifică. Această a doua fază realizează „compensarea” contracției volumetrice pe care o suferă materialul plastic, prin răcire naturală.
În acest moment, logica de gestionare a presei, odată ce s-a încheiat orice timp suplimentar de răcire, începe deschiderea matriței pentru a permite extragerea piesei turnate. Acest lucru se poate face cu un sistem mecanic de perforare, cu un cric hidraulic sau prin extracție pneumatică, deșurubare electrică sau hidraulică. Apoi piesa scoasă din matriță cade într-un canal subiacent, ceea ce face ca aceasta să fie depusă într-un recipient adecvat de unde va fi luată pentru fazele ulterioare de selecție, control și posibilă finisare ulterioară a piesei. În companiile extrem de automatizate, pentru a crește producția și a permite lucrul continuu 24/24, roboții cartezieni sau manipulatori antropomorfi sunt folosiți pentru a ridica piesa sau mai multe piese și a le paleta conform unui program de lucru specific.
Apoi poate începe un nou ciclu, cu o nouă fază de închidere.
Prin urmare, ciclul tipic al mașinii este compus din următoarele faze:
- Încărcare și plastifiere : șurubul rotativ preia materialul în funcție de greutate (în granule cu dimensiuni cuprinse între 1 și aproximativ 5 mm ) dintr-o buncăr fixat pe cilindru; materialul avansează spre chiulasă și se topește datorită încălzirii cilindrului și a fricțiunii . Acumularea de material plasticizat în partea din față a cilindrului face ca șurubul să se deplaseze înapoi, determinând cantitatea de material care va fi injectat;
- Închiderea și blocarea matriței : cele două semi-matrițe sunt abordate rapid la presiune scăzută și câteva zecimi de distanță sunt blocate în poziția forței maxime de închidere;
- Injecție : la șurub se aplică o viteză controlată de program, cu libertate de utilizare a presiunii hidraulice disponibile. Șurubul, deplasându-se rapid înainte, ca un piston, forțează materialul topit, prin duză, în cavitatea matriței. (fază. „controlul vitezei”);
- Presiunea de menținere : șurubul continuă să fie împins înainte, de obicei cu o presiune mai mică decât presiunea de injecție, menținând presiunea asupra materialului până când se solidifică. (faza. „controlul presiunii”);
- Eliberarea presiunii șurubului ;
- Rotirea șurubului pentru pregătirea noului ciclu : vezi „încărcare și plastifiere”;
- Retragerea unității de injecție (mișcare opțională);
- Posibilă așteptare pentru răcirea materialului din matriță;
- Deschiderea matriței și extragerea / ejectarea piesei (automată, manuală sau asistată de manipulatori externi) a pieselor.
Piesele obținute necesită, în unele cazuri, operații suplimentare, cum ar fi îndepărtarea materialului accesoriilor de injecție ( caneluri ), debavurare , găurire etc., dar sunt adesea perfect finisate. Este posibilă realizarea co-turnării inserțiilor metalice filetate sau a detaliilor din oțel care, la sfârșitul procesului, vor fi încorporate ferm în produs.
În ultimii ani am asistat la introducerea treptată a presei cu injecție electrică, care permit viteza mare de mișcare a rafturilor, tăcerea și întreținerea redusă, curățarea și repetabilitatea ridicată a ciclurilor. Extinderi suplimentare ale procesului de injecție se realizează prin construirea de prese cu mai multe grupuri de injecție, capabile să injecteze simultan două sau mai multe materiale (alternativă la adăugarea unui injector de satelit ), sau prese cu mai multe grupuri de închidere care permit efectuarea fazelor de turnare multiplă pe matrițe rotative. Cu toate acestea, conceptul de funcționare rămâne același ca cel descris, cu adăugarea oricăror mișcări suprapuse.
Costul ridicat al echipamentelor necesare producției de piese din plastic ( matrițele ) a necesitat crearea unui software dedicat pre-proiectării produsului, simulând procesul de turnare cu algoritmi extrem de complecși. Rezultatul acestor elaborări poate fi folosit pentru a proiecta matrița într-un mod semi-definitiv.
De obicei, este întotdeauna necesar să setați procesul simulat pe mașină, deoarece simularea teoretică oferă indicații la fel de valabile ca datele introduse: construcția reală implică toleranțe și precizie de prelucrare, care adesea nu sunt analizate de software.
Sistem de injectare cu cameră fierbinte
Cel mai utilizat sistem de injecție pentru piese tehnice și ușoare este așa-numitul sistem cu cameră fierbinte: constă dintr-un distribuitor metalic introdus în partea fixă a matriței (parte în contact direct cu căruciorul de presare), ramificată sau nu , în funcție de numărul de figuri ale matriței și echilibrate în mod adecvat în canalele de curgere a materialului, pentru a amortiza și distribui uniform presiunea de injecție și temperatura de topire și terminarea fiecărui canal într-o duză sau vârf din care, în momentul injectării, iese material.
În plus, sistemul de rulare la cald poate fi prevăzut cu un obturator (ac) controlat de un piston în locul punctului pin. Sistemele de închidere pot fi utilizate pentru piese cu greutate mare sau groase care necesită un debit mai mare. Pentru materialele încărcate cu fibre lungi, datorită secțiunilor înguste și creșterii consecvente a tensiunii de forfecare locale, obloanele nu sunt recomandate. Sistemul obturatorului și, în general, sistemele cu „cameră fierbinte”, permit o gamă largă de proiectare a matrițelor și, în consecință, proiectării, datorită posibilității de a poziționa injecțiile acolo unde este cel mai recomandabil teoretic. Cu un sistem de obturator controlat, este evident posibilă o secvență de deschidere, care poate duce la rezolvarea unor probleme tehnice și estetice considerabile. Presiunile foarte ridicate implicate sunt astfel reduse considerabil, protejând echipamentul și permițând crearea de produse cu tensiuni interne scăzute.
Avantajele economice ale acestei tehnici de turnare sunt, în primul rând, economisirea materialului (eliminarea canalelor), gestionarea mai bună a presiunilor din matriță și flexibilitatea constructivă. Pe de altă parte, este necesară o întreținere mai mare pentru a menține sistemul eficient și o complexitate generală considerabilă a echipamentului.
Principalul dezavantaj este costul: în medie, un alergător fierbinte cu duze punctuale pentru o matriță cu două figuri, cu o poartă între 0,8 mm și 1,5 mm, poate ajunge la mii de euro; acest lucru justifică achiziționarea pentru producția continuă și de masă, cum ar fi pentru industria ambalajelor (matrițe Stack) sau pentru industria auto. Faptul, deci, de a putea elimina aproape complet sporul poate duce la o reducere decisivă a costurilor favorabilă pentru această soluție tehnică.
Notă
- ^ Forța exprimată în kg și tone se referă la greutatea în kg (a se vedea Forța de greutate )
Bibliografie
- Sergio Antonio Salvi, Plastic Technology Design, Milano, Hoepli, 1997, ISBN 88-203-2294-3 .
- H. Saecthling, Handbook of plastics ed 8, Milano, New Techniques 1999. ISBN 88-481-0915-2
- Proiectarea produselor din plastic turnat la înaltă presiune, Metalmeccanica Plast, 1980, ISBN 88-850-0094-3 3 (refacerea lucrării lui R. Morgue de la Ecole Nationale des Matieres Plastiques din Oyonnax)
Elemente conexe
- Fuziune (industrie)
- Turnare plastic
- Compunerea materialelor plastice
- Turnare prin suflare
- Rotomoulding
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre turnare prin injecție
linkuri externe
- ( EN ) Turnarea prin injecție , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | LCCN (EN) sh85066431 · GND (DE) 4056561-0 · NDL (EN, JA) 01.087.047 |
|---|
