Formy wtryskowe i ich budowa, zastosowanie oraz akcesoria. Kompleksowy poradnik
Formy wtryskowe od lat cieszą się dużą popularnością, ponieważ znacznie ułatwiają kształtowanie tworzyw sztucznych, metalu, a także gumy. To właśnie od nich zależy trwałość, wydajność i (co równie ważne) koszt wykonania wyrobu.
Źle dobrana lub zaprojektowana forma wtryskowa nie tylko negatywnie wpłynie na jakość produkcji, ale też wyraźnie utrudni pracę w zakładzie.
Dlatego tak istotny jest świadomy wybór w tej kwestii — a nie podejmiesz go, jeśli twoja wiedza w temacie jest ograniczona. Jednak bez obaw! Artykuł powstał właśnie po to, aby dostarczyć ci wszelkich niezbędnych informacji w tym temacie.
Co to jest forma wtryskowa?
Forma wtryskowa jest narzędziem, które wypełnia się płynnym tworzywem (polimery) i formuje z niego docelowy kształt. Potrafi również szybko i sprawnie usuwać zbędny materiał.
Proces produkcji składa się z kilku etapów:
- najpierw następuje ogrzewanie i w konsekwencji upłynnienie materiału;
- później jest on wtryskiwany do formy i chłodzony;
- zaś ostatnim krokiem jest opróżnienie formy.
Jeżeli chodzi o istotne parametry formy wtryskowej, zwracaj uwagę przede wszystkim na temperaturę pracy, ciśnienie, a także czas wykonania wyrobu.
Budowa formy wtryskowej
Mimo że formy wtryskowe są różne, pod względem budowy dzielą ze sobą wiele wspólnych cech. Chociażby taką, że składają się z dwóch rodzajów podzespołów: ruchomego (przymocowanego do mobilnego stołu wtryskarki) oraz nieruchomego.
Ponadto obecny jest w nich szereg układów funkcjonalnych, czyli:
- gniazdo formujące (jedno lub więcej),
- układ wlewowy,
- układ chłodzenia/grzania formy i wypraski,
- układ wypychania wypraski i usuwania wlewka.
Jako że konstrukcja form wtryskowych składa się z wielu elementów, wykorzystasz je zarówno do produkcji seryjnej, jak i wieloseryjnej.
Rysunek budowy wtryskarki w przekroju
Na czym polega produkcja form wtryskowych?
Aby wyprodukować formę wtryskową, potrzebujesz projektu finalnego wyrobu. W końcu to na jego podstawie ma powstać kształt formy.
Dlatego najpierw należy stworzyć koncepcję produktu (zwyczajowo służy do tego oprogramowanie CAD). Ponadto podczas tego kroku dochodzi do podjęcia najistotniejszych decyzji w kwestii materiału i formy, a oprócz tego trwają konsultacje technologiczne.
Projektowanie form wtryskowych kończy się opracowaniem dokumentacji technicznej oraz wykonaniem pierwszej próby. Matryca testowa umożliwia dokładniejsze dopasowanie parametrów, a także daje szansę na eliminację błędów konstrukcyjnych przed produkcją finalnej formy.
Cały proces wieńczy stworzenie wersji właściwej i próby końcowe. Jeśli wszystko jest w porządku, konstruktor form wtryskowych dopuszcza je do produkcji.
W tym miejscu warto dodać, że czas trwania opisanego wyżej procesu zależy od skomplikowania projektu. Jeśli forma jest stosunkowo prosta, całość idzie szybko. Jednak jeśli posiada elementy niestandardowe, jej produkcja wydłuży się.
Rodzaje form wtryskowych
Formy wtryskowe dzielą się w zależności od ilości gniazd formujących oraz wedle rodzaju układu wlewowego. Poniżej przeczytasz o tym więcej.
Jedno- lub wielogniazdowe
Tutaj nie ma dużej filozofii. Konstrukcja form wtryskowych może być oparta na jednym lub większej ilości gniazd. Ponadto wyróżniamy również takie z jedną lub dwoma płaszczyznami podziału.
W zależności od budowy konkretna forma służy do produkcji pojedynczej lub seryjnej, o normalnej lub podwyższonej jakości, a także prostych lub złożonych wyrobów.
Zimno- lub gorącokanałowe
Rozróżnienie pod względem układu wlewowego jest bardzo istotne. Zaraz przekonasz się, dlaczego.
Formy wtryskowe zimnokanałowe składają się z mniejszej ilości części, co sprawia, że ich cena jest niższa. Jednak minus jest taki, że zużywają więcej energii elektrycznej. Ponadto posiadają większą objętość wtrysku, która jest niezbędna do wypełnienia formy. Tworzą też odpady, czyli wlewki.
Co więcej, obsługa formy zimnokanałowej wymaga większej ilości pracy, gdyż potrzebni są ludzie, którzy:
- usuną wlewki,
- zmielą je,
- dodadzą granulatu.
Natomiast forma gorącokanałowa cechuje się wyższą ceną kupna, ale w zamian generuje oszczędności. Zużywa mniej materiału i czasu, a ponadto (w przypadku produkcji z tworzyw sztucznych) ułatwia zmianę koloru materiału. Ogólnie rzecz biorąc ma więcej zalet, ale pewne minusy też się znajdą.
Największym z nich jest fakt, że forma gorącokanałowa jest bardziej wrażliwa na różnego rodzaju zanieczyszczenia.
Chłodzenie form wtryskowych
Jako że konwencjonalne metody chłodzenia form wtryskowych narzucają wiele ograniczeń geometrycznych, nowe technologie dążą do zwiększenia wydajności tego procesu.
Czytaj dalej, a poznasz najpopularniejsze sposoby chłodzenia form.
Konwencjonalny układ chłodzący
Metoda konwencjonalnego chłodzenia jest nieskomplikowana i stosunkowo tania, dlatego też cieszy się największą popularnością. Polega na wierceniu prostych otworów w elementach form wtryskowych.
Otwory są jednokierunkowe, dlatego łączą się ze sobą albo poprzez wiercenia poprzeczne (wewnątrz), albo za pomocą elastycznych węży (na zewnątrz).
W konwencjonalnych układach zachodzi konieczność zakorkowania niektórych otworów, ponieważ układ zazwyczaj ma jedno wejście i jedno wyjście. W efekcie czasem dochodzi do przecieków, które zakłócają prawidłową pracę chłodzenia.
Ten typ układu najtrudniej radzi sobie w formach z ruchomymi rdzeniami oraz długimi częściami stemplowymi. Aby zapewnić odpowiednią temperaturę w takiej sytuacji, należy zastosować dodatkowe elementy, takie jak przegrody (proste i spiralne) lub dysze chłodzące (szeregowe lub równoległe) .
Chłodzenie konformalne
W przeciwieństwie do konwencjonalnych, kanały konformalne mogą przybrać praktycznie dowolny kształt, nie tylko prosty. Dzięki temu dopasowują się do kształtu formowanego wyrobu i równomiernie rozprowadzają temperaturę.
Tego typu chłodzenie wykonuje się metodą przyrostową, np. DMLS (Direct Metal Laser Sintering) lub SLM (Selective Laser Melting).
Największymi zaletami układu konformalnego są:
- możliwość wytworzenia gradientu struktury poprzez selektywny odbiór strumienia ciepła z wypraski;
- mniejsze deformacje wypraski z racji równomiernego odbioru temperatury;
- wyższa precyzja kontroli temperatury;
- wystarczy nawet jeden kanał do chłodzenia stempli, trzpieni oraz rdzeni.
Chłodzenie konturowe
Układ konturowy znajduje zastosowanie w stemplach.
Na czym polega? Otóż producent za pomocą frezarki wykonuje kanały na rdzeniu stempla, na który następnie nakłada oprawkę. Dzięki temu kanały znajdują się blisko powierzchni i dobrze odwzorowują kształt wypraski, co umożliwia o wiele skuteczniejszy odbiór ciepła.
Największymi zaletami tej metody są:
- duży przepływ medium chłodzącego, czyli również intensywny odbiór ciepła;
- równomierny rozkład temperatury na powierzchni formującej.
Jednak układ konturowy ma też swoje wady. Po pierwsze — wymaga zapewnienia szczelności połączenia między rdzeniem a oprawką. Po drugie — jego zastosowanie jest ograniczone nawet w stemplach. Przy małej grubości płyt stemplowych frezowanie kanałów znacznie ograniczyłoby wytrzymałość konstrukcji.
Technologia BFMOLD
Ostatni układ chłodzenia opracował brytyjski koncern Wittmann Group i opatentował go pod nazwą BFMOLD.
Technologia polega na stosowaniu dwóch obiegów cieczy. Pierwszy odpowiada za podstawową regulację temperatury formy. Natomiast drugi, który znajduje się blisko gniazda formującego, podnosi jego temperaturę.
Jednak największą innowacją jest kieszeń wewnątrz wkładu formującego, w której znajdują się metalowe kulki. Podczas pracy układu woda przechodzi właśnie przez tę kieszeń. Dzięki temu forma jest sztywna, a temperatura rozkłada się równomiernie.
Najważniejsze zalety tej metody to:
- skrócenie czasu chłodzenia, czyli również zwiększenie wydajności;
- większa powierzchnia czynnej wymiany cieplnej, co skutkuje dynamiczną wymianą temperatury;
- ograniczenie zniekształceń wyprasek do minimum;
- brak wad wyprasek, takich jak widoczne miejsca wtrysku czy linie łączenia.
Akcesoria do form wtryskowych
Jako że podczas pracy form wtryskowych występują duże temperatury, potrzebujesz odpowiednich akcesoriów, które są przystosowane do takich warunków pracy. Tyczy się to przede wszystkim układu chłodzącego.
Dlatego poniżej opisujemy najlepsze węże i szybkozłącza do form wtryskowych.
Węże do form wtryskowych
Najczęstszym rozwiązaniem, które znajduje zastosowanie w instalacjach z formami wtryskowymi, są węże gumowe. Dużą rolę gra tutaj cena — ten typ węży po prostu jest tańszy.
Jednak nie oznacza to, że nie mają innych zalet. Gumowe węże do gorącej wody i chłodziwa są bardzo elastyczne i wytrzymałe, a także cechują się odpornością na czynniki atmosferyczne oraz ozon. Dzięki temu nadają się do pracy w ciężkich warunkach.
Ponadto wytrzymują temperaturę do 140 stopni Celsjusza (zależnie od wybranego rodzaju) i dają możliwość stosowania końcówek montowanych w prosty sposób, bez opasek i obejm. Nie bez znaczenia jest również fakt, że występują w różnych kolorach (np. czerwone do gorącej i niebieskie do zimnej wody).
Oprócz tego węże do form wtryskowych występują również w formie teflonowej. W tej wersji są nieco droższe, ale za to oferują wyższą odporność na temperaturę (do 260 stopni Celsjusza), a ponadto o wiele wolniej się starzeją.
Co więcej, większość z nich posiada dodatkowe wzmocnienie, czyli zewnętrzny oplot ze stali. Daje to dodatkową ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Dobierz dobrej jakości węże do form wtryskowych, których używasz, a unikniesz ryzyka szybkiego zużycia tych akcesoriów.
Szybkozłącza do form wtryskowych
Aby połączyć węże z kanałami formy, będziesz potrzebował szybkozłączy. Ze względu na rodzaj swojej pracy, powinny charakteryzować się one dużym przepływem, niewielkimi rozmiarami zewnętrznymi, a także odpornością na gorące płyny (wodę, olej, glikol).
Najczęściej szybkozłącza do form wtryskowych powstają z mosiądzu i posiadają uszczelnienie wykonane z vitonu. Dzięki temu cechują się odpornością na wysokie temperatury (do 200 stopni Celsjusza) i środki chemiczne, a ponadto wytrzymują ciśnienie robocze rzędu kilkunastu bar.
W zależności od potrzeb masz do wyboru wersje:
- jednostronnie odcinające (zawór w gnieździe);
- dwustronnie odcinające (2 zawory: jeden w gnieździe, drugi we wtyku);
- swobodny przelot (brak zaworów).
Weź jednak pod uwagę, że szybkozłącza do form wtryskowych produkuje wiele firm, więc mogą różnić się między sobą rozmiarami i typem. Dlatego najwygodniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie produktów jednego producenta.
Zastosowanie form wtryskowych
Żeby w pełni zrozumieć i docenić, jak przydatne są formy wtryskowe, trzeba poznać szeroki zakres ich zastosowań. Właśnie tym się teraz zajmiemy.
Zasadniczo forma wtryskowa umożliwia wytworzenie dowolnego produktu — i to w prosty sposób. Wystarczy, że wstrzykniesz do niej odpowiedni materiał.
Jednak zanim do tego dojdzie, musisz dobrać odpowiednią formę lub wytworzyć taką, która spełnia twoje oczekiwania.
Gdy już to zrobisz, otworzysz przed sobą perspektywę masowej produkcji różnorodnych wyrobów. Właśnie dlatego formy wtryskowe znajdują zastosowanie w wielu przemysłach, takich jak:
- budowlany,
- elektroniczny,
- maszynowy,
- medyczny,
- motoryzacyjny,
- sportowy,
Producenci cenią sobie możliwości tego narzędzia w nadawaniu kształtu różnym wyrobom. Wiedzą, że formy wtryskowe gwarantują dobrą jakość, oryginalną estetykę oraz wiele opcji pod względem wyglądu finalnego artykułu.
Podsumowanie
Teraz już wiesz, że formy wtryskowe cechują się wieloma zaletami, a ich zastosowanie jest bardzo szerokie. Współczesny przemysł prawdopodobnie nie mógłby bez nich istnieć (a jeśli nawet, na pewno nie byłby tak wydajny).
Jednak wciąż bardzo ważny jest dobór odpowiednich form do własnych potrzeb. To samo tyczy się niezbędnych akcesoriów.
Tylko tak zmaksymalizujesz wydajność form i uzyskasz efekt, który będzie satysfakcjonujący.
Mamy nadzieję, że zebrane w artykule informacje ułatwią ci to zadanie. Co prawda tematyka form wtryskowych jest obszerna, ale w tekście uwzględniliśmy wszystkie najważniejsze kwestie, które ich dotyczą.
