Newsletter / TS Raport 
Zamów

Wpływ balansu wypełniania wypraski na siłę zwarcia 

29 maja 2017

Ciśnienie wewnątrz formy, które powstaje w fazie wtrysku i docisku, powoduje powstanie sił wewnętrznych dążących do otwarcia formy. Siła zwarcia wtryskarki działa w przeciwnym kierunku i utrzymuje formę w zamknięciu. Aby uniknąć wypływek, siła zwarcia musi być nieco większa niż siły wewnętrzne.

Obliczenie siły zwarcia dla „małych” wyprasek grubościennych (wypraski techniczne, nakrętki itp.) nie przedstawia większych problemów. Średnie ciśnienie wewnątrz formy jest w przybliżeniu tak wysokie jak nastawiona początkowa wartość ciśnienia docisku.

Jeśli przełączenie z fazy wtrysku na docisk jest poprawne, to ciśnienie w fazie docisku jest najwyższym ciśnieniem wewnątrz formy.

Jako kryterium pozwalające zaliczyć naszą wypraskę do kategorii „małych’’ wyprasek grubościennych można przyjąć ciśnienie wtrysku – pwtr<300~400 bar. Wtedy ciśnieniem obliczeniowym do oszacowania wymaganej siły zwarcia jest ciśnienie docisku. Ciśnienie docisku jest zależne od typu tworzywa i powinno być na tyle duże, aby wypraska była poprawna geometrycznie, a jednocześnie nie powinno dojść do powstania wypływek.

Z powyższego wynika że obliczenie siły zwarcia dla „małych’’ wyprasek jest bardzo proste i dlatego tym zagadnieniem w artykule nie będziemy się zajmować.

Sytuacja zupełnie się zmienia, kiedy wtryskujemy duże wypraski cienkościenne, które zdominowały rynek agd, elektroniki użytkowej, sprzętu ogrodowego, opakowań itp.

Jako kryterium pozwalające zaliczyć naszą wypraskę do kategorii „średnich i dużych” wyprasek cienkościennych można przyjąć ciśnienie wtrysku – pwtr>800 bar. Wtedy decydującym parametrem o wymaganej sile zwarcia wtryskarki jest ciśnienie wtrysku (faza wypełniania gniazda).

Dla wyprasek o dużych gabarytach i/lub dużym ciśnieniu wtrysku dobór odpowiedniej wtryskarki jest szczególnie istotny. Zbyt mała maszyna uniemożliwi produkcję, zbyt duża uniemożliwi ekonomiczną produkcję wyprasek.

Żeby wykazać, jak ważnym elementem jest prawidłowe oszacowanie siły zwarcia dla takich wyprasek i jakie jeszcze przyczyny mogą spowodować gwałtowny wzrost siły zwarcia, posłużymy się ciekawym przykładem z praktyki.

Przedmiotem naszej analizy będzie pojemnik na sztućce produkowany przez wiele wtryskowni.

Pojemnik produkowany jest na formie 1 gniazdowej w czasie cyklu = 16 s, na maszynie o sile zwarcia 250 Ton z PP o wskaźniku płynięcia MVR=50. Forma jest wyposażona w centralną grzaną dyszę.

Problem jaki pojawił się od początku produkcji to powstawanie wypływek na zewnętrznych krawędziach wypraski jeszcze przed całkowitym wypełnieniem gniazda. Jako przyczynę określono zbyt małą siłę zwarcia wtryskarki.

ANALIZY - sprawdzimy niezbędną siłę zwarcia dla tej wypraski i poszukamy sposobu na jej obniżenie.

Do analizy siły zwarcia został wykorzystany program symulacji wtrysku Cadmould, produkt niemieckiej firmy Simcon.

Model 3D wypraski i jej podstawowe parametry - wymiary 339 x 267 x 45 mm, masa 145 g.

Forma była budowana dla pojemnika o jednakowej grubości ścian =0,95 mm dla całej wypraski. Żółty stożek pokazuje lokalizację wlewka w istniejącej formie.

Eksperyment 1:

wypraska o stałej grubości ścian = 0,95 mm.

Czas wtrysku 1,3 s, ciśnienie wtrysku ~1400 bar, siła zwarcia na 1 wypraskę = 680Ton.

Wypełnienie wypraski 77%, siła zwarcia 380 Ton. Ta faza wtrysku pokazuje, że wypraska jest wypełniana nieprawidłowo. Wypełnianie gniazda jest niezbalansowane, a przyczyną błędna lokalizacja wlewka.

Gwałtowny przyrost ciśnienia i siły pod koniec fazy wtrysku są skutkiem braku balansu wypełniania gniazda.

Eksperyment 2:

grubości ścian = 0,95 mm, przenosimy wlewek w optymalne miejsce.

Żółty stożek pokazuje optymalną lokalizację wlewka.

Czas wtrysku 1,3 s; ciśnienie wtrysku ~990 bar, siła zwarcia na 1 wypraskę (przy wypełnieniu 100%) = 500Ton.

Wypełnienie wypraski 98%, ciśnienie wtrysku ~940 bar, siła zwarcia 330 Ton; jest to moment, w którym powinniśmy przełączyć proces na docisk. Ta faza wtrysku pokazuje, że wypraska jest wypełniana prawidłowo. Wypełnianie gniazda jest zbalansowane dzięki prawidłowej lokalizacji wlewka. Ten eksperyment pokazał, że optymalna lokalizacja wlewka daje najniższą siłę zwarcia i do produkcji takiej wypraski powinna być dedykowana wtryskarka o sile zwarcia 350 Ton.

Po zgrubnych pomiarach wypraski okazało się, że aktualnie produkowana posiada grubości niezgodne z modelem wyjściowym.

Grubość ścian wypraski zawiera się pomiędzy 0,8 mm a 1 mm.

Eksperyment 3:

wypełniamy wypraskę o nierównej grubości ścian przy aktualnej lokalizacji przewężki.

Czas wtrysku 1,3 s; ciśnienie wtrysku ~1200 bar, siła zwarcia na 1 wypraskę = 600Ton.

Wypełnienie wypraski 98%, siła zwarcia 530 Ton. Ta faza wtrysku pokazuje że wypraska jest wypełniana nieprawidłowo. Wypełnianie gniazda jest niezbalansowane, a przyczyną jest zła lokalizacja wlewka. Aktualna wypraska i forma wymaga do produkcji maszyny o sile zwarcia minimum 500 Ton.

Wnioski

Przyczyną powstawania wypływek jest za mała wtryskarka do produkcji tej wypraski. Ponadto wysoka siła rozwierająca formę wynika z błędnej lokalizacji wlewka. Przesunięcie dyszy w istniejącej formie jest kłopotliwe i kosztowne. Można się pokusić o wprowadzenie do istniejącej wypraski tzw. liderów, które poprawią zbalansowanie wypełniania wypraski.

Eksperyment 4:

Czerwona ścieżka to lider o grubości ściany 2 mm.

Wypełnienie wypraski 98%, ciśnienie wtrysku 685 bar, a siła zwarcia 290 Ton.

Ta faza wtrysku pokazuje, że wypraska jest wypełniana prawidłowo. Wypełnianie gniazda jest zbalansowane dzięki zastosowaniu lidera. W ten sposób poprawiliśmy poważny błąd konstruktora formy. Aktualna wypraska i forma wymaga do produkcji maszyny o sile zwarcia 300 Ton. Dokładnie jak wykazała analiza, w formie został wykonany lider i dla dobrze płynącego PP (MVR=70) została uruchomiona bezbrakowa produkcja na wtryskarce 250 Ton.

Wypraska z liderem produkowana na maszynie 250 Ton.

Oszacujemy jeszcze czas chłodzenia dla wypraski z liderem.

Musimy liczyć się z tym, że lider o grubości 2 mm wydłuży czas chłodzenia a zatem i czas cyklu. Jednak praktyka produkcyjna nie potwierdziła wydłużenia cyklu i wypraska jest produkowana tak jak poprzednio w cyklu 16s.

WNIOSKI

Dla „średnich i dużych” wyprasek cienkościennych decydującym parametrem o wymaganej sile zwarcia wtryskarki jest ciśnienie wtrysku.

To ciśnienie wtrysku silnie zależy od geometrii wypraski (droga płynięcia i grubość ścianki), lepkości stopu i nastawionych parametrów procesu.

Natomiast na siłę zwarcia dodatkowo duży wpływ wywiera balans wypełniania gniazda. Warunkiem osiągnięcia balansu jest taka budowa gniazda formującego, która umożliwi dopłynięcie frontu tworzywa do wszystkich zewnętrznych krawędzi wypraski w tym samym czasie.

Dlatego przy danej (z reguły nie podlegającym zmianom) geometrii wypraski, kluczową decyzją jaką musi podjąć konstruktor jest właściwa lokalizacja przewężki/przewężek.

W przypadku wyprasek symetrycznych (typu pojemniki) lub/i o stałej grubości ścianki do szacowania siły zwarcia można z dobrym skutkiem stosować programy eksperckie jak CalcMaster, Proset itp.

Jeśli wypraska posiada nieregularny kształt i dążymy do optymalizacji siły zwarcia, to jedynym sensownym narzędziem analitycznym jest skorzystanie z programu symulacji wtrysku.

Autor: Jerzy Dziewulski

Artykuł ukazał się w TS RAPORT 79/2017

 

Na górę