Prawidłowo zaprojektowane części formowane metodą wtrysku charakteryzują się możliwie jednakową grubością ścianki, kątami zbieżności i zaokrąglonymi narożnikami. Projektowanie narożników w poprawny sposób ma dwie podstawowe funkcje:

1. Poprawia przepływ stopu wokół naroża dzięki czemu możemy wypełnić gniazdo przy użyciu niższych ciśnień.
2. Zmniejsza naprężenia powstające w wyprasce.

Zanim omówimy zasady projektowania narożników, odpowiemy sobie na pytanie jaki mają one wpływ na deformację ścianki.

Dlaczego ścianka się deformuje?

Podczas wtrysku wypełniamy formę uplastycznionym stopem o temperaturze często przekraczającej 230°C. W wyniku kumulacji ciepła w narożniku i tworzenia się węzłów cieplnych na stemplu formy zwiększa się miejscowy skurcz. Błędnie zaprojektowany narożnik jest podatny na kumulowanie ciepła. Dlaczego? Ponieważ grubość ścianki w narożniku jest większa niż grubość wypraski. O ile? W zdecydowanej większości grubość ścianki w błędnie zaprojektowanych częściach można opisać poniższym wzorem:

s′ = √2 × s ≈ 1,4 × s

Żebyś łatwiej mogła/mógł zrozumieć powyższy zapis to zobacz jak to wygląda na poniższym rysunku:

Jeżeli teraz wyobrazisz sobie, że każdy kwadrat w grubości naszej ścianki oddaje ciepło do formy wtryskowej w kierunku stempla i matrycy to zauważysz, że:

1. Kwadrat biały oddaje ciepło do formy wtryskowej tylko z jednego swojego boku. Mówimy wtedy o standardowym odbiorze ciepła.
2. Kwadrat niebieski oddaje ciepło z dwóch swoich boków. Mamy tu do czynienia z intensywnym odbiorem ciepła.
3. Kwadrat czerwony? Nie oddaje ciepła z żadnego swojego boku. To oznacza, że mamy do czynienia z kumulacją ciepła.

W związku z większą ilością ciepła jaką musimy odprowadzić z wypraski, która jest błędnie zaprojektowana w narożniku najczęściej wydłużamy czas chłodzenia. To niestety niesie za sobą konsekwencje w postaci obniżenia naszych zysków ze sprzedaży powyższego produktu.

Oprócz powyższej straty w czasie cyklu możemy mieć do czynienia z różnymi wadami wyprasek. Są to m.in deformacje, o których wspomniałem wcześniej oraz z jamami skurczowymi (Rysunek 2). Jeżeli chcesz się dowiedzieć więcej na temat wad to zachęcam do przeczytania tych wpisów

Wady wyprasek, o których wspomniałem są w takich przypadkach trudne do usunięcia. To nie zmienia jednak faktu, że możemy je zmniejszać.

Jak próbować eliminować powyższą wadę za pomocą zmian parametrów? W zdecydowanej większości wyprasek możemy mieć wpływ na wielkość deformacji poprzez różnicowanie temperatur stempla i matrycy, a jeszcze lepiej kiedy mamy możliwość wyodrębnienia obiegu najbardziej zbliżonego do problematycznego obszaru. Dzięki tym zmianom wpływamy na temperatury Qw1 oraz Qw2 (Rysunek 1). Zmieniając te temperatury, zmieniamy szybkość chłodzenia konkretnych obszarów formy i tym samym zmniejszamy wielkość skurczów. Jednak nie zawsze można tą metodą uzyskać satysfakcjonujący efekt.

Zasady projektowania narożników

Najlepszą metodą na minimalizację deformacji oraz jam skurczowych będzie prawidłowy projekt narożnika. Zasada jest bardzo prosta. W celu eliminacji zgrubienia s` (Rysunek 1) należy tak zaprojektować narożnik, żeby odpowiadał on grubości ścianki s (Rysunek 1). W tym celu stosuje się promienie: większy na zewnątrz, mniejszy wewnątrz (Rysunek 3).

Dla grubości ścianki s zaleca się wykonanie promienia zewnętrznego R 1,5s oraz promienia wewnętrznego R 0,5s. Dzięki temu zmniejszymy efekt kumulacji ciepła oraz zmniejszymy naprężenia panujące w tym obszarze, co odwdzięczy się stabilną produkcją z mniejszym odpadem Od razu podpowiem, że istnieją wypraski, w których nie ma najmniejszych szans powyższe zalecenie, to nie zmienia jednak faktu, że w zdecydowanej większości można je stosować

Innym sposobem, ale również konstrukcyjnym jest taka budowa formy, która pozwoli na zwiększenie efektywnego odbioru ciepła z naroża. Przykładem może być przytoczone przeze mnie wydzielenie konkretnego obiegu chłodzącego newralgiczny obszar lub zastosowanie wstawek np. z brązu berylowego, które będą efektywniej odprowadzać skumulowane ciepło.

Podsumowując powyższy wpis mogę z pełną odpowiedzialnością powiedzieć, że nie wyczerpuje od wszystkich zasad projektowania narożników. Mam jednak nadzieję, że wyjaśni Ci powody powstawania jednego z rodzajów deformacji oraz umożliwi zweryfikowanie, czy czasem to nie błędna konstrukcja wyrobu jest powodem Twoich problemów

Artykuł Projektowanie narożników pochodzi z serwisu ASCONS.

Jeżeli wtryśniemy tworzywo do gniazda formującego, rozpocznie ono oddawanie energii, która została dostarczona w czasie uplastyczniania. Okres ten jest nazywany czasem chłodzenia.

Optymalne ustawienie tego parametru jest bardzo ważnym elementem, ponieważ stanowi znaczną część czasu cyklu, na którym opiera się obliczanie kosztów wytwarzania elementów metodą wtryskiwania. Przy tej okazji zachęcam również do zapoznania się z wpisem dotyczącym czasu cyklu.

Czas chłodzenia

Czas chłodzenia wypraski mierzymy od momentu wypełnienia gniazda formy (po zakończonym etapie wtrysku), aż do osiągnięcia przez wypraskę temperatury wyformowania (otwarcie formy).
Przy ustawianiu procesu wpisujemy w maszynie tzw. czas nastawny chłodzenia, który jest określany od momentu zakończenia czasu docisku. Zobaczycie to na Rysunek 1.

Rzeczywisty czas chłodzenia jest więc sumą czasu docisku i czasu nastawionego chłodzenia.

Jak myślicie od czego zależy czas cyklu? Odpowiadając od razu na zadane pytanie:

• kwadratu największej grubości ścianki wypraski – parametr ten ma największe znaczenie przy skracaniu czasu chłodzenia, stąd też jeszcze w fazie konstruowania wyrobu powinniśmy dążyć do pocienienia ścianek i eliminacji zgrubień,
• własności tworzywa (przewodności cieplnej, budowy),
• zalecanej temperatury formy,
• średniej temperatury wtrysku, od której zależy ilość ciepła, jaką musimy odprowadzić do obiegów układu chłodzenia,
• zalecanej temperatury wyformowania wypraski,
• stosowanego chłodziwa, sposobu jego chłodzenia, wydatku cieczy,
• czystości kanałów obiegu – regularnego ich czyszczenia,
• budowy obiegów chłodzących (np. czy są to obiegi nawiercane, standardowe czy może konformalne).

Forma wtryskowa to hermetyczny system termodynamiczny, do którego wnętrza dostarczamy ciepło przez wtryskiwane tworzywo. Dostarczone ciepło odprowadzamy na zewnątrz przez układ chłodzenia i w skutek strat cieplnych. Kolejność odprowadzania ciepła z tworzywa wypełniającego gniazdo przeczytacie w poniższych punktach i zobaczycie na Rysunek 2:

1. ciepło rozpoczyna swoją podróż poprzez przepływ ze środka wypraski do zewnętrznych ścianek,
2. następny krok to obieg ciepła ze ścian wypraski na powierzchnię gniazda formy bezpośrednio lub pośrednio przez szczelinę powstałą w wyniku skurczu tworzywa między wypraską a matrycą,
3. kolejny etap to przepływ ciepła w głąb formy,
4. następnie ciepło przepływa z formy do ośrodka chłodzącego i równocześnie przepływa do powierzchni zewnętrznych formy,
5. ostatnim etapem jest odprowadzenie ciepła z ośrodkiem chłodzącym na zewnątrz.

Tworzywa amorficzne vs. częściowo-krystaliczne.

W przypadku tworzyw częściowo-krystalicznych wypraska szybko uzyskuje dostateczną wytrzymałość i potrzebuje jedynie niewielkiego spadku temperatury w celu usunięcia jej z formy. Z tego powodu czas chłodzenia tych materiałów jest krótszy niż materiałów bezpostaciowych (przy założeniu tej samej grubości ścianki).
Do tworzyw częściowo-krystalicznych możemy dodać składniki nukleacyjne w celu przyspieszenie krystalizacji co jeszcze bardziej skraca czas chłodzenia.
Dla materiałów amorficznych nie możemy zastosować powyższych składników ze względu na brak krystalitów.

Ja widzicie czas chłodzenia ma kluczowe znaczenie w naszych procesach.

Jeżeli będzie on za krótki to:

• mogą występować wciągi, jamy, deformacje produktu,
• doprowadzimy do większej dysproporcji skurczu,
• mogą wystąpić defekty mechaniczne przy wyformowaniu wypraski
• w przypadku wyprasek grubościennych istnieje ryzyko, że doprowadzimy do wtórnego topnienia już schłodzonej warstwy wypraski na jej powierzchni w związku z jeszcze znaczną pojemnością ciepła plastycznej masy.

Jeżeli czas chłodzenia będzie zbyt długi to:

• wydłużymy czasu cyklu i obciążenie termiczne tworzywa w cylindrze,
• otrzymamy mniejszą wydajność produkcji,
• może wystąpić opór podczas wyformowania (utrudnienie przy wypychaniu).

Nie ma ścisłych zasad dokładnego określania czasu chłodzenia, ponieważ zależy on od zbyt dużej liczby wzajemnie uzależnionych czynników technologicznych i konstrukcyjnych.
Jeżeli chcesz określić przybliżony czas chłodzenia, to możesz posłużyć się wzorem matematycznym dla wypraski płaskiej Rysunek 3.

Powyższy wzór może służyć jako określenie wyjściowego czasu chłodzenia, po którym powinieneś dokonać próby jego optymalizacji.
W celu oszacowania czasu będziesz potrzebował kilku informacji na temat właściwości termicznych obliczanego materiału. Możesz posłużyć się danymi, które znajdziesz na Rysunek 4 lub odczytać je z karty technicznej tworzywa. Tymi właściwościami są:

• przewodnictwo cieplne czyli zdolność do przewodzenia ciepła,
• ciepło właściwe czyli współczynnik określający skłonność ciała do łatwiejszej lub trudniejszej zmiany temperatury pod wpływem dostarczonej energii cieplnej.

Kalkulator czasu chłodzenia

Mam nadzieję, że poniższy kalkulator posłuży Wam jako ułatwienie oszacowania czasu chłodzenia. Zapraszam do korzystania

Uwaga:

• kalkulator służy do wstępnego ustalenia czasu cyklu i w takim celu został stworzony,
• za wszelkie propozycje jego udoskonalenia będę wdzięczny :).

Artykuł Czas chłodzenia kalkulator pochodzi z serwisu ASCONS.

Powstanie tej wady może być spowodowane

• • niewłaściwym doborem parametrów przetwórczych (nieodpowiednio dobrane parametry powodujące „przeładowanie” wypraski w gnieździe formującym)

• • błędami w konstrukcji części i budowie formy wtryskowej (błędy w pochyleniach ścianek, błędy w budowie narzędzia)
  • znacznymi różnicami temperatur na wypychaczach i ściance formy.

Środki zaradcze:

1. 1. Skontrolować czy wypychacz nie wystaje lub nie jest wgłębiony w formie – wyregulować.

1. 1. Skontrolować stan chłodzenia narzędzia. W razie zapchanych obiegów – udrożnić.

1. 1. Zmniejszyć ciśnienie docisku.

1. 1. Wydłużyć czas chłodzenia.

1. 1. Obniżyć temperaturę formy.

1. 1. Obniżyć temperaturę wtrysku.

1. 1. Stosować środek antyadhezyjny pokrywając nim stempel formujący w miejscach występowania żeber itp.*.

1. 1. Zwiększyć ilość wypychaczy lub zmienić miejsce ich oddziaływania.

1. Zastosować wypychacze o większej powierzchni.

* Na rynku dostępne są urządzenia, które pozwalają w sposób automatyczny nakładać środek antyadhezyjny/smarny na powierzchnię formy wtryskowej. Przykładowy sterownik (Rysunek 3) ma w swojej ofercie firma Plastigo.

Specyfikacja – Automatyczny Spryskiwacz Formy ASF-1

Ślady po wypychaczach to jedna z wielu wad jakie spotykamy na produkcji. Jeżeli interesują Cię wady wyprasek to zapoznaj się z kolejnymi wpisami dotyczącymi m.in niedolewów, przypaleń oraz rozwarstwień na wyprasce.

Artykuł Ślady po wypychaczach pochodzi z serwisu ASCONS.