Stroje pro vstřikování plastů

Hlavním motem firmy Engel na nedávném veletrhu K 2001, který se každé tři roky koná v německém Düsseldorfu, byl slogan "všechno z jedné ruky", což znamená vše od standardních strojů a technologických aplikací přes vysoký stupeň automatizace až po vysoce přesné a rychlé vstřikování jedno- i vícekomponentních výlisků.

Na stánku firmy Engel byly představeny nové řady bezsloupkových vstřikovacích lisů v hydraulickém i plně elektrickém provedení. Na obr. 1 je standardní hydraulický stroj s uzavírací sílou 250 kN (25 tun). Je to dnes nejmenší stroj z produkce firmy. Tato řada strojů Victory představuje nový standard malých a středních vstřikovacích lisů. Jejich výhodou je široká paleta příslušenství i možnost případného dovybavení, aby na jednom stroji mohly být vyráběny různé výlisky podle potřeb zákazníků. Základní verze s označením Tech je vybavena hydraulikou s jedním čerpadlem a upínacími deskami zhruba o 25 % většími než u konvenčních sloupkových strojů. Stroje mají dobrý poměr ceny a výkonu a krátké dodací lhůty. Touto verzí strojů je možné pokrýt 80 % všech standardních procesů vstřikování plastů.

Verze Power je mimo jiné vybavena zdvojeným čerpadlem, což umožňuje paralelní pohyby otevření stroje, vyhazovače, tahače jader a vstřikovací jednotky, a zvětšenými upínacími deskami; plocha desek pro upnutí formy je téměř o 1/3 větší než u provedení Tech.

Nejvyšší verzí strojů řady Victory je rychloběžný vstřikovací lis v provedení Speed. Na obr. 2 je stroj s uzavírací silou 6000 kN, což je největší bezsloupkový vstřikovací lis z výroby Engel. Je vybaven integrovaným robotem Engel ERC 63-1 (1), bezpečnostním ohrazením (2) a akumulátorem (3) pro rychlý vstřik. Kompaktní vstřikovací jednotka s elektricky poháněným šnekem (4) je otočná do strany směrem k obsluze pro možnost lepšího přístupu ke komoře a šneku (např. pro její výměnu nebo čištění).

Rodinu strojů Victory pak doplňují stroje Combi s možností dvou- i vícebarevného vstřikování nebo vstřikování kombinací více materiálů. Pro výrobu gumových výlisků s menším objemem je určena varianta Rubber se šnekovým agregátem. Vstřikování tekutého silikonu pomocí šnekového nebo pístového agregátu umožňuje provedení strojů LIM.

Injekce plynu do výlisku (metodami označovanými GIT - Gas Injektion Technologie) je i u nás poměrně rozšířená. Těmito metodami lze zhotovovat dutinu ve výlisku. Novou metodou využití plynu (nejčastěji dusíku) je jeho vstřik přímo do taveniny ve vstřikovací komoře. Plyn se vhání řízeně tlakem 100 až 200 barů do taveniny. Tím vzniká homogenní směs plynu a roztavené plastické hmoty. Plyn vytváří v tavenině pravidelnou strukturu dutin (bublinek o průměru asi 0,006 až 0,01 mm). Tuto směs nazýváme mikrostrukturní pěnou. Plynem sycená tavenina má výrazně vyšší tekutost, čímž lze výrazně snížit vstřikovací tlak, a tedy i uzavírací sílu - v některých případech až o 80 %. Plnění dutiny formy je také výrazně lepší, takže je možné vstřikovat výlisky s různými tloušťkami stěn. Bez problémů lze vstřikovat i žebírka s tloušťkou stěny pod 1 mm. Úspora materiálu je 20 až 50 %, čas cyklu je rovněž díky kratší době vstřiku a zejména době chlazení výrazně kratší.

Pro tento způsob využití plynu pro vstřikování vyvinula vhodný postup společnost MIT (Massachusetts Institute of Technology). Firma Engel na jeho základě postavila speciální vstřikovací jednotku MuCell. Tato aplikace je vhodná pro technické výlisky s velkými nároky na rozměrovou přesnost. Pro vzhledové dílce tato metoda není vhodná, neboť povrch je stříbřitý, pěnová mikrostruktura je na povrchu výlisku patrná. S výhodou se však tento postup používá při podstřikování textilie plastem (technologie Tecomelt), neboť je šetrný k používané textilii.

V předchozím odstavci byla krátce zmíněna injekce plynu do výlisku. Firma Engel již v roce 2000 představila injekci vody namísto plynu a na veletrhu K 2001 předváděla tuto technologii nazývanou Watermelt rovněž. Na stroji Engel Victory Power 1050/150 byla zhotovována zakřivená trubka pro vodní okruh chlazení osobního automobilu (obr. 3), přičemž byl použit materiál PA 66 s 30 % skla.

Trubka má vnější průměr 25 mm a tloušťku stěny 3 až 4 mm. Pro rozvětvení trubky jsou nutné 3 vodní injektory WI: u vtoku A a na počátku obou vedlejších dutin N1 a N2, kam je vytlačován přebytečný materiál. Červené čáry označují skutečně vyráběnou trubku. Přebytečný materiál je odřezáván a je možno jej recyklovat. Dutina vytvořená vodou je znázorněna v levém horním rohu obrázku. Její povrch je hladší než u dutiny vytvořené plynem, a je tedy pro rozvod médií mnohem vhodnější. Oproti železné trubce je polyamidová o 50 % lehčí.

Základní zařízení pro injekci vody bylo vyvinuto Institutem pro zpracování plastů v Aachenu. Při této technologii lze zkrátit dobu chlazení o 50 %. Voda se vhání injektorem u vtoku pod tlakem do 150 barů. Voda tlačí taveninu k povrchu formy a vytěsňuje zevnitř přebytečný materiál do vedlejších komůrek, které jsou k tomuto účelu ve formě vyfrézovány. Jakmile čelo taveniny dosáhne k dalšímu injektoru, je i v něm aktivován tlak vody. Tím se jednak rychleji a lépe tvoří dutina, jednak může být realizován oběma injektory průtok vody výliskem, aby se dosáhlo rychlejšího chlazení. Injektovaná voda se získává zpět. Díky intenzivnímu chlazení, způsobenému odvodem tepla vodou i lepším prostupem do hmoty formy vlivem tlaku vody směrem k povrchu výlisku, je chlazení výlisku intenzivní a nedovolí tedy zhotovení tak tenké stěny jako při použití plynu. Tato technologie najde jistě svoje uplatnění a bude se používat vedle injekce plynů pro výlisky, u kterých je žádoucí dosažení silnější stěny a případně hladší stěny dutiny.

Rychlé průběhy fází vstřikovacího cyklu, vysoká preciznost a opakovatelnost, jednoduchá obsluha, flexibilní kombinovatelnost, vysoké využití díky robustní schopnosti dlouhodobého chodu stroje - to jsou výkonnostní známky plně elektrických strojů Engel E-motion. Nyní jsou vyráběny, stejně jako hydraulické lisy, v bezsloupkovém provedení, a to ve velikostech 550, 1000 a 1500 kN (obr. 4).

Elektrické stroje mají vysokou přesnost opakovatelného polohování (( 0,015 mm). Jednotlivé pohyby jsou realizovány samostatnými pohonnými jednotkami, a je tedy zaručen libovolný paralelní pohyb částí stroje (samozřejmě takový, který nejde proti logice dobré výrobní praxe). Na strojích jsou použity vysoce přesné systémy měření dráhy a vstřikovacího tlaku a dotlaku. V prvním případě se jedná o inkrementální měření stejné jako např. u obráběcích strojů, pro měření tlaků jsou použity nové druhy měřicích membrán.

Konstrukce uzavírací jednotky je postavena na lety ověřeném rámu ve tvaru položeného písmene C, tzv. C-rámu. Pohon pohyblivé desky je proveden asynchronním elektromotorem s frekvenčním řízením, přenos síly od motoru na desku je realizován centrickým jednochodým pětibodovým kloubem. Pevná upínací deska je do rámu stroje uložena pružně a vyrovnává elastické deformace rámu při vyvození uzavírací síly.

Řízení CC100 je převzato z hydraulických strojů a upraveno pro podmínky plně elektrického stroje. Tím je pro uživatele zaručena kompatibilita obsluhy mezi jednotlivými provedeními strojů. Stejně jako u hydraulických strojů je i u elektrických strojů možná modularita a dovybavení podle potřeb zákazníka. Na obr. 5 je např. aplikace plně elektrického stroje pro vstřikování tekutého silikonu.

Někteří návštěvníci veletrhu K 2001 byli zklamáni a ptali se: "Kde jsou zde k vidění nějaké převratné novinky, na něž jsme se na Káčku vždy těšili?" Převratné novinky k vidění doopravdy nebyly. Ale novinky v přístupu k výrobním procesům určitě ano. Dnes jsou stroje a zařízení mechanicky na vysoké úrovni. Ani v mechanice a ve strojírenství vůbec nelze dnes vidět něco převratného. Co však převratné je, to je spojení mechaniky a elektroniky s dalšími výsledky výzkumu a vývoje - převratné tedy je nikoliv nové zpracování železa a jiných materiálů, ale duch, jaký těmto materiálům dokáže člověk vdechnout.