Jak dobrać wtryskarkę do formy i detalu? Praktyczny poradnik.

Dobór odpowiedniej wtryskarki wymaga uwzględnienia znacznie większej liczby parametrów niż sama siła zwarcia. Maszyna może mieć odpowiedni tonaż, a jednocześnie zbyt mały rozstaw kolumn, niewłaściwy agregat wtryskowy lub niewystarczający skok otwarcia.

Dlatego dobór wtryskarki warto rozpocząć od analizy detalu, tworzywa, formy oraz zakładanej wydajności produkcji.

Poniżej przedstawiamy najważniejsze parametry, które należy sprawdzić przed wyborem konkretnego modelu maszyny.

1. Detal i tworzywo

Do wstępnego doboru maszyny potrzebne są podstawowe informacje dotyczące produkowanego elementu:

• rodzaj tworzywa,
• masa detalu,
• wymiary detalu,
• grubość ścianek,
• liczba gniazd w formie,
• masa układu wlewowego,
• wymagania jakościowe,
• oczekiwany czas cyklu,
• planowana wielkość produkcji.

Rodzaj tworzywa wpływa między innymi na wymagane ciśnienie wtrysku, temperaturę przetwórstwa, konstrukcję ślimaka oraz wymaganą siłę zwarcia.

Innych parametrów będzie wymagał prosty detal wykonany z PP, a innych cienkościenny element z PC lub tworzywa konstrukcyjnego wzmacnianego włóknem szklanym.

Znaczenie ma również charakter produkcji. Maszyna przeznaczona do krótkich serii może być skonfigurowana inaczej niż urządzenie pracujące kilka tysięcy godzin rocznie w systemie wielozmianowym.

2. Wymiary i masa formy

Forma musi mieścić się w przestrzeni roboczej maszyny.

Należy sprawdzić:

• wymiary formy,
• masę formy,
• rozstaw kolumn,
• wymiary płyt mocujących,
• minimalną wysokość formy,
• maksymalną wysokość formy,
• sposób mocowania.

Maszyna o odpowiedniej sile zwarcia może mieć zbyt mały rozstaw kolumn dla konkretnej formy. Z tego powodu sama informacja o tonażu nie wystarcza do prawidłowego doboru.

Problem może wystąpić również w drugą stronę. Bardzo mała forma zamontowana na dużej maszynie może powodować niewłaściwe obciążenie płyt.

Wymiary formy powinny być więc jednym z pierwszych parametrów sprawdzanych przy doborze maszyny.

3. Skok otwarcia i wypychacza

Po zakończeniu cyklu forma musi otworzyć się na tyle, aby możliwe było swobodne wyjęcie detalu.

Należy uwzględnić:

• wymagany skok otwarcia,
• wysokość detalu w kierunku otwierania,
• konstrukcję formy,
• długość wlewka,
• wymagany skok wypychacza,
• sposób odbioru detalu.

Parametry te są szczególnie istotne w przypadku wysokich detali, głębokich form oraz stanowisk wyposażonych w robota.

Przy automatycznym odbiorze detalu należy również uwzględnić przestrzeń potrzebną do wprowadzenia chwytaka pomiędzy połówki formy.

4. Siła zwarcia

Podczas wtrysku stopione tworzywo wypełnia gniazdo formy pod wysokim ciśnieniem. Powstająca siła działa na powierzchnię rzutu detalu i próbuje rozewrzeć formę.

W uproszczeniu wymaganą siłę zwarcia można określić na podstawie zależności:

W przypadku form wielogniazdowych należy uwzględnić łączną powierzchnię wszystkich gniazd.

Na wymagane ciśnienie wpływają między innymi:

• rodzaj tworzywa,
• długość drogi płynięcia,
• grubość ścianek,
• geometria detalu,
• konstrukcja układu wlewowego,
• temperatura tworzywa,
• temperatura formy.

Z tego powodu dwa detale o podobnych wymiarach mogą wymagać różnej siły zwarcia.

Zapas siły zwarcia

Maszyna powinna posiadać odpowiednią rezerwę siły zwarcia, jednak jej nadmierne przewymiarowanie nie jest korzystne.

Większa maszyna oznacza zazwyczaj wyższą cenę zakupu, większą moc zainstalowaną, większe gabaryty oraz większy agregat wtryskowy.

Celem jest dobór maszyny zapewniającej wymaganą siłę zwarcia z odpowiednim zapasem dla danej aplikacji.

5. Wielkość wtrysku

Kolejnym parametrem jest ilość tworzywa potrzebna do wykonania jednego cyklu.

Obejmuje ona:

Dla przykładu, przy formie czterogniazdowej produkującej detale o masie 120 g oraz układzie wlewowym o masie 40 g:

Agregat wtryskowy powinien posiadać odpowiednią rezerwę objętości i nie pracować stale przy swojej maksymalnej wydajności.

Jednocześnie nie powinien być nadmiernie przewymiarowany. Przy bardzo małej masie wtrysku i dużym cylindrze tworzywo może zbyt długo przebywać w układzie uplastyczniającym. W przypadku materiałów wrażliwych termicznie może prowadzić to do degradacji tworzywa i pogorszenia jakości wyprasek.

Agregat powinien być dopasowany do rzeczywistej masy i objętości wtrysku.

Wartości katalogowe

Producenci często podają maksymalną masę wtrysku dla materiału referencyjnego, najczęściej PS.

Wartości tej nie należy bezpośrednio stosować do każdego rodzaju tworzywa. Przy dokładnym doborze należy uwzględnić objętość wtrysku oraz gęstość przetwarzanego materiału.

6. Średnica ślimaka

Ten sam model wtryskarki może być oferowany z kilkoma średnicami ślimaka.

Średnica ślimaka wpływa między innymi na:

• dostępną objętość wtrysku,
• maksymalne ciśnienie wtrysku,
• proces uplastyczniania,
• czas dozowania.

Większa średnica ślimaka zapewnia większą dostępną objętość wtrysku. Mniejsza średnica pozwala natomiast zazwyczaj uzyskać wyższe ciśnienie wtrysku przy tym samym układzie napędowym.

Dobór średnicy powinien wynikać z parametrów konkretnego detalu i stosowanego tworzywa.

7. Ciśnienie i prędkość wtrysku

Standardowe detale nie zawsze wymagają wysokiej dynamiki wtrysku. W wielu zastosowaniach większe znaczenie ma stabilność i powtarzalność procesu.

Wyższe wymagania występują między innymi przy:

• cienkich ściankach,
• długiej drodze płynięcia,
• skomplikowanej geometrii detalu,
• dużej liczbie gniazd,
• krótkim wymaganym czasie napełniania.

W takich zastosowaniach należy sprawdzić nie tylko maksymalne ciśnienie, ale również prędkość i wydajność wtrysku.

Dwie maszyny o tej samej sile zwarcia mogą pod tym względem znacząco różnić się możliwościami.

8. Wydajność produkcji

Przy produkcji wielkoseryjnej istotne stają się parametry wpływające na długość całego cyklu:

• czas wtrysku,
• czas dozowania,
• szybkość otwierania i zamykania,
• możliwość wykonywania ruchów równoległych,
• współpraca z robotem,
• czas chłodzenia,
• zużycie energii.

Nawet niewielka różnica czasu cyklu może mieć duże znaczenie przy produkcji wielomilionowej.

Przykładowo skrócenie cyklu z 30 do 27 sekund oznacza wzrost teoretycznej liczby cykli ze 120 do około 133 na godzinę, czyli o ponad 11%.

Dodatkowa wydajność powinna jednak mieć uzasadnienie ekonomiczne. Szybsza i bardziej zaawansowana maszyna zazwyczaj wiąże się z wyższą ceną zakupu.

Przy wyborze warto porównać koszt dodatkowego wyposażenia lub bardziej dynamicznej maszyny z wartością dodatkowej produkcji uzyskanej w skali roku.

9. Wyposażenie formy

Przed zamówieniem maszyny należy sprawdzić wyposażenie i funkcje wymagane przez formę.

Mogą to być:

• rdzenie hydrauliczne,
• rdzenie pneumatyczne,
• dodatkowe obwody hydrauliczne,
• gorące kanały,
• sterowanie zaworami,
• dodatkowe czujniki,
• specjalne funkcje wypychacza.

W przypadku współpracy z robotem należy również uwzględnić odpowiedni interfejs komunikacyjny, np. EUROMAP 67.

Właściwą konfigurację najlepiej określić przed zamówieniem maszyny. Późniejsza rozbudowa jest zazwyczaj bardziej kosztowna i może wymagać zmian w instalacji hydraulicznej, elektrycznej lub oprogramowaniu.

10. Peryferia

Kompletne stanowisko produkcyjne poza samą wtryskarką może wymagać dodatkowych urządzeń:

• suszarki,
• podajnika tworzywa,
• termostatu formy,
• chillera,
• mieszalnika,
• dozownika,
• robota,
• transportera,
• młyna.

Ich parametry również powinny wynikać z procesu.

Wielkość suszarki dobiera się między innymi do zużycia materiału oraz wymaganego czasu suszenia. W przypadku termostatu lub chillera znaczenie ma zapotrzebowanie cieplne formy i procesu.

Dobór całego stanowiska na jednym etapie pozwala uniknąć sytuacji, w której wydajność wtryskarki jest ograniczana przez niewłaściwie dobrane urządzenia pomocnicze.

11. Dane potrzebne do doboru wtryskarki

Do wstępnej analizy aplikacji warto przygotować:

1. rysunek lub model detalu,
2. rodzaj tworzywa,
3. masę detalu,
4. liczbę gniazd,
5. wymiary formy,
6. masę formy,
7. informacje o rdzeniach i wyposażeniu formy,
8. masę układu wlewowego,
9. oczekiwany czas cyklu lub wydajność,
10. informacje dotyczące planowanej automatyzacji.

Jeżeli forma już istnieje, przydatna będzie również jej dokumentacja techniczna.

Na podstawie tych danych można dobrać siłę zwarcia, wielkość agregatu wtryskowego, średnicę ślimaka, skok otwarcia oraz wymagane wyposażenie maszyny.

12. Podsumowanie

Prawidłowy dobór wtryskarki obejmuje kilka kolejnych etapów:

Sama siła zwarcia nie wystarcza do wyboru odpowiedniej maszyny. Równie istotne są wymiary formy, objętość wtrysku, średnica ślimaka, wymagane ciśnienie i prędkość wtrysku oraz oczekiwana wydajność produkcji.

Dobór wtryskarki do konkretnej aplikacji

W Stexor dobieramy konfigurację wtryskarki na podstawie parametrów detalu, formy i procesu produkcyjnego.

Na podstawie dokumentacji istniejącej formy lub projektu nowego detalu możemy określić wymaganą siłę zwarcia, agregat wtryskowy, średnicę ślimaka oraz wyposażenie maszyny i zaproponować odpowiednią konfigurację.

Do analizy możesz przesłać dokumentację formy lub detalu. Na jej podstawie przygotujemy dobór maszyny.