Proces vstřikování se týká způsobu výroby polotovarů{0}} specifických tvarů pomocí operací, jako je tlakování, vstřikování, chlazení a vyhazování roztavených surovin. Tento proces je výrobním zdrojem pro produkty kosmetických obalových společností. Kvalita těchto polotovarů-určuje stabilitu následných procesů a kvalitu finálního produktu, což z ní činí klíčový postup pro maximalizaci firemních zisků.
V průběhu let překonali profesionálové v oblasti vstřikování mnoho problémů, zejména při řešení běžných vad výrobků s tenkými nebo silnými stěnami,-jako je smrštění, svarové linie, stopy po toku, vzduchové bubliny, lesklá místa a deformace. Stručně řečeno, proces vstřikování se primárně zaměřuje na vyřešení následujících dvou aspektů:
I. Průběh procesu
Procesní tok zahrnuje čtyři fáze: plnění, balení, chlazení (plastifikace) a vyhazování. Tyto fáze přímo určují kvalitu lisování produktu a tvoří úplný, nepřetržitý proces.
(1) Fáze plnění
Plnění je prvním krokem v celém cyklu vstřikování. Začíná uzavřením formy a zahájením vstřikování a končí, když je vyplněno přibližně 95 % dutiny formy. Teoreticky kratší doba plnění vede k vyšší účinnosti formování. V praxi je však doba formování nebo rychlost vstřikování omezena mnoha podmínkami, což je zvláště patrné u tlustostěnných výrobků.
Vysoká-rychlost plnění:Během vysokorychlostního plnění- je smyková rychlost vysoká. Kvůli smykovým-ředícím účinkům klesá viskozita plastu, čímž se snižuje celkový odpor proudění. Lokální viskózní ohřev také ztenčuje ztuhlou vrstvu. Proto během fáze řízení průtoku způsob plnění často závisí na objemu, který má být naplněn. V této fázi je smykový-tenčí účinek taveniny obvykle významný, zatímco chladící účinek tenkých stěn je méně patrný. Převládá tedy efekt rychlosti, díky čemuž je tato metoda vhodná pro tenkostěnné-výrobky.
Nízká-rychlost plnění:Při plnění s -řízenou nízkou-rychlostí vedením tepla je smyková rychlost nižší, místní viskozita vyšší a odpor proudění větší. Vzhledem k tomu, že rychlost doplňování horkého plastu je pomalejší, proudění je pozvolnější, takže efekt vedení tepla je výraznější. Teplo je rychle odváděno studenými stěnami formy. Ve spojení s minimálním viskózním ohřevem se ztuhlá vrstva stává silnější, což dále zvyšuje odpor proudění v tenčích oblastech stěn. Proto je tato metoda plnění vhodná pro silnostěnné-výrobky a lze ji také použít, když je teplota formy relativně vysoká.
(2) Fáze balení
Úlohou balicí fáze je kontinuálně vyvíjet tlak, aby se tavenina zhutnila a zvýšila se hustota plastu, čímž se kompenzuje chování při smršťování plastu.
Během balení, protože dutina formy je již vyplněna plastem, je zpětný tlak taveniny vysoký. Během zhutňování obalu se šnek vstřikovacího stroje může pohybovat dopředu pouze pomalu v malých krocích a průtok plastu je také relativně pomalý. Tento tok se nazývá balicí tok. Během fáze balení, když se plast rychleji ochlazuje a tuhne na stěnách formy, viskozita taveniny se rychle zvyšuje, což má za následek značný odpor uvnitř dutiny formy. V pozdějších fázích balení se hustota materiálu dále zvyšuje a plastový díl postupně získává tvar. Stav balení musí být zachován, dokud brána neztuhne a netěsní. V tomto bodě dosáhne tlak v dutině své nejvyšší hodnoty během fáze balení.
Během balení má plast v důsledku relativně vysokého tlaku stlačitelné vlastnosti. V oblastech s vyšším tlakem je plast kompaktnější a hustší; v oblastech nižšího tlaku je plast volnější a méně hustý. Proto se rozložení hustoty mění s místem a časem. Během balení je rychlost proudění plastu extrémně nízká a proudění již nehraje dominantní roli; tlak je hlavním faktorem ovlivňujícím proces balení. Protože dutina formy je již při balení vyplněna plastem, působí postupně tuhnoucí tavenina jako médium pro přenos tlaku. Tlak v dutině formy je přenášen přes plast na povrch stěny formy, což může pomoci zlepšit povrchový lesk produktu.
(3) Fáze chlazení (plastifikace)
U vstřikovacích forem je rozhodující konstrukce chladicího systému. Je to proto, že lisovaný plastový výrobek musí mít své molekuly plastu vykrystalizované a ztuhlé na určitou tuhost, aby se zabránilo deformaci způsobené vnějšími silami při vyhazování. Vzhledem k tomu, že doba chlazení představuje 70 % až 80 % celého lisovacího cyklu, dobře{4}}navržený chladicí systém může výrazně zkrátit dobu lisování a zvýšit produktivitu vstřikování.
Ve formě je teplo z plastu v dutině přenášeno vedením tepla rámem formy do kanálků chladicí vody a poté odváděno konvekcí tepla přes chladicí kapalinu. Malé množství tepla, které není odvedeno chladicí vodou, pokračuje ve vedení ve formě a nakonec se při kontaktu s vnějším prostředím rozptýlí do vzduchu.
Cyklus vstřikování zahrnuje dobu uzavření formy, dobu plnění, dobu balení, dobu chlazení (doba pod teplotou taveniny) a dobu vyhození. Mezi nimi zaujímá největší podíl doba chlazení, a to 70 % až 80 %. Doba chlazení tedy přímo ovlivňuje délku lisovacího cyklu plastového výrobku a výrobní výkon.
Mezi faktory ovlivňující rychlost chlazení produktu patří:
Design plastového výrobku.
Tloušťka stěny plastového výrobku; silnější stěny mají za následek delší dobu chlazení.
Faktory ovlivňující chlazení formy:
Materiál formy:Včetně materiálu jádra formy, dutiny a základny formy, který výrazně ovlivňuje rychlost chlazení. Čím vyšší je tepelná vodivost materiálu formy, tím účinnější je při přenosu tepla z plastu za jednotku času, což má za následek kratší doby chlazení.
Konfigurace kanálu chladicí vody:Čím blíže jsou chladicí kanály k dutině, tím větší je jejich průměr a čím větší je jejich počet, tím lepší je chladicí účinek a kratší doba chlazení.
Průtok chladicí kapaliny:Vyšší průtok chladicí kapaliny (ideální je obecně dosažení turbulentního proudění) zlepšuje odvod tepla prostřednictvím tepelné konvekce.
Vlastnosti chladicí kapaliny:Viskozita a tepelná vodivost chladicí kapaliny také ovlivňuje účinnost přenosu tepla formy. Nižší viskozita chladicí kapaliny, vyšší tepelná vodivost a nižší teplota mají za následek lepší chladicí výkon.
Chlazení forem může využívat trojrozměrné kovové-potištěné komponenty k vytvoření složitých trojrozměrných struktur chladicích kanálů pro dosažení lepších chladicích účinků.
(4) Fáze vyhazování
Vyhazování je posledním krokem v cyklu vstřikování. Přestože produkt ztuhl a vytvořil se, vyhazování stále významně ovlivňuje kvalitu produktu. Nesprávné metody vyhazování mohou způsobit vady, jako je deformace produktu v důsledku nerovnoměrné síly při vyhazování.
Hlavní způsoby vyhazování jsou dva: vyhazování kolíku vyhazovače a vyhazování stripovací desky. Při návrhu formy musí být zvolena vhodná metoda vyhazování na základě strukturálních charakteristik produktu, aby byla zajištěna kvalita produktu.
U forem využívajících vyhazování vyhazovacích kolíků by kolíky měly být uspořádány co nejrovnoměrněji a umístěny tam, kde je největší odpor proti vyhazování a kde má plastový díl maximální pevnost a tuhost, aby nedošlo k deformaci nebo poškození.
Stahovací desky se obecně používají pro hluboké -dutinové, tenkostěnné- nádoby a průhledné produkty, kde nejsou povoleny stopy po vyhazovačích kolících. Tato metoda se vyznačuje velkou, rovnoměrnou vystřelovací silou, plynulým pohybem a bez výrazných viditelných stop.
II. Procesní parametry
Pět klíčových prvků vstřikování jsou: tlak, čas, rychlost, teplota a velikost výstřelu.
(1) Vstřikovací tlak
Vstřikovací tlak je tlak hydraulického válce přenášený přes šnek vstřikovacího stroje na taveninu plastu. Tavenina plastu, poháněná tímto tlakem, vstupuje do formy tryskou vstřikovacího stroje, prochází vtokem a licími kanály a vstupuje do dutiny formy. Tento proces je fází plnění vstřikováním. Existuje tlak, který překonává odpor během toku taveniny a zajišťuje hladký průběh procesu plnění.
Během vstřikování je tlak nejvyšší na trysce vstřikovacího stroje a nejnižší na čele taveniny. Tlak postupně klesá podél cesty od čela taveniny zpět k trysce.
Plnicí tlak taveniny ovlivňuje mnoho faktorů:
A. Materiálové faktory, jako je typ a viskozita plastu.
B. Strukturální faktory, jako jsou systémy studených/horkých vtoků, jejich počet a umístění, tvar dutiny formy a tloušťka stěny produktu.
C. Prvky procesních parametrů.
Z toho vyplývá, že vstřikovací tlak by neměl hrát dominantní roli při vstřikování tenkostěnných výrobků, ale je rozhodující při vstřikování tlustostěnných výrobků. Může také hrát rozhodující roli při řešení vad produktu, jako je smrštění, svarové linie a vzduchové bubliny. Rozumné nastavení tlaku závisí na koordinaci rychlosti plnění a času. Během vstřikování je také velmi kritické nastavení plnicího tlaku. Ke konci vstřikování tryska stroje pokračuje v podávání materiálu do dutiny, aby vyplnila objem, který zůstal po smrštění produktu. Pokud se po naplnění dutiny nevyvine žádný balicí tlak, produkt se smrští přibližně o 25 %, zejména v oblastech se silnými stěnami, kde nadměrné smrštění může vytvářet stopy po propadnutí. Plnicí tlak je obecně asi 85 % maximálního plnicího tlaku, i když by měl být určen na základě skutečných podmínek.
(2) Doba vstřikování
Doba vstřikování zde uvedená je doba potřebná k tomu, aby tavenina plastu vyplnila dutinu, aby tavenina plastifikovala a aby se zchladila. Nezahrnuje pomocné časy, jako je otevírání a zavírání formy. To, zda je tato doba nastavena přiměřeně, výrazně ovlivňuje kvalitu produktu. Přestože doba vstřikování netvoří největší část formovacího cyklu, seřízení doby vstřikování hraje významnou roli při řízení tlaku na vtoku, žlabu a dutině. Přiměřená doba vstřikování usnadňuje ideální plnění taveniny a je rozhodující pro zlepšení kvality povrchu produktu a snížení rozměrových tolerancí. Doba vstřikování je mnohem kratší než doba chlazení, přibližně 1/10 doby chlazení. Poměr se zvyšuje se silnějšími stěnami produktu. Tento vzor může sloužit jako základ pro odhad celkové doby lisování plastového dílu.
(3) Rychlost vstřikování
Úzký vztah mezi rychlostí vstřikování a kvalitou produktu z něj činí klíčový parametr ve vstřikování. Stanovením počátečního, středního a koncového bodu segmentů rychlosti plnění a dosažením hladkých přechodů mezi nastavenými hodnotami lze zajistit stabilní povrchovou rychlost taveniny. To vytváří požadovanou molekulární orientaci a minimalizuje vnitřní napětí. Proto se při nastavování parametrů rychlosti během ladění procesu produktu doporučuje následující přístup:
Povrchová rychlost kapaliny by měla být konstantní.
Je třeba použít rychlé vstřikování, aby se zabránilo krystalizaci taveniny.
Nastavení rychlosti vstřikování by mělo brát v úvahu kritické oblasti (např. běžce), zpomalení u brány a rychlé plnění jinde.
Rychlost vstřikování by se měla zastavit ihned po naplnění dutiny, aby se zabránilo nadměrnému{0}}nabalení, vzplanutí a zbytkovému napětí.
Na základě struktury produktu v kombinaci se skutečným stupněm krystalizace upravte parametry vysoké a nízké rychlosti vstřikování pro oblasti tenkých/silných stěn a tam, kde se mění směr toku taveniny.
Velmi důležitá je úzká koordinace s ostatními prvky formovacích podmínek.
(4) Teplota vstřikování
Teplota vstřiku je důležitým faktorem ovlivňujícím tlak a rychlost vstřikování. Sudy vstřikovacích strojů mají obecně 5-6 topných zón. Každá surovina má svou vhodnou teplotu zpracování. Kromě teplotních parametrů zvládnutých praktickými zkušenostmi lze nastavení také založit na údajích poskytnutých dodavateli surovin v kombinaci se skutečnými podmínkami stroje.
Teplota vstřikování musí být řízena v určitém rozsahu. Pokud je teplota příliš nízká, tavenina špatně plastifikuje, což ovlivňuje kvalitu lisovaného dílu a zvyšuje obtížnost procesu. Pokud je teplota příliš vysoká, surovina je náchylná k rozkladu. Při skutečném vstřikování je teplota taveniny často vyšší než teplota válce. Rozdíl závisí na rychlosti vstřikování a vlastnostech materiálu. To je způsobeno vysokým teplem generovaným střihem, když tavenina prochází vstřikovací tryskou.
(5) Velikost záběru
Při vstřikování určuje přiměřená velikost vstřiku nastavení dalších prvků procesních parametrů. Během odlaďování výrobního procesu by měl být polštář taveniny (zbývající velikost nástřiku) nastaven tak, aby po dokončení plnění produktu ponechala poloha šroubu polštář asi 15-20 mm. Pokud je příliš blízko nule, hrot šroubového kontrolního kroužku se příliš rychle opotřebuje a nelze zaručit rozměrovou stabilitu produktu. Je-li polštář příliš velký, může nadměrná zbytková tavenina, která zůstává v hlavni příliš dlouho, způsobit barevné změny v dalším výstřelu a zvýšit pravděpodobnost tvorby plynu v důsledku rozkladu taveniny z prodloužené doby zdržení.
Během plastifikace protitlak přímo ovlivňuje velikost výstřelu. Zpětný tlak označuje tlak, který musí být překonán, když se šnek zatáhne během přípravy taveniny. Použití vysokého protitlaku je výhodné pro disperzi barev a tavení plastů, čímž se zvyšuje hustota taveniny v sudu. Prodlužuje však také dobu zatažení šroubu (pokud překročí dobu chlazení, zvýší se cyklus vstřikování produktu). Pokud se rychlost otáčení šneku zvýší, šnek může zachytit vzduch z mezer mezi plastovými peletami stlačenými do taveniny uvnitř válce, který je pak vstřikován do dutiny formy. U tlustších výrobků to odpovídajícím způsobem zvyšuje pravděpodobnost tvorby vzduchových bublin uvnitř stěn a zvyšuje výkonové zatížení vstřikovacího stroje. Při plastifikaci běžných materiálů by proto měl být zpětný tlak nižší, obecně nepřesahující 20 % vstřikovacího tlaku, přičemž ideální je mírné stékání taveniny na trysce.
Stručně řečeno, pro zlepšení technologie vstřikování je třeba nejprve pochopit principy a proces vstřikování. Zadruhé je třeba během ladění procesu dovedně koordinovat pět klíčových prvků-tlak, čas, rychlost, teplotu a velikost záběru-. Jen tak se mohou tyto prvky v rámci procesu vzájemně doplňovat, což vede k optimálním parametrům procesu pro daný produkt.