Konstruční provedení vstřikovacích lisů

Princip vstřikování je jednoduchý – plastový granulát se vstřikovacím lisem nejprve nahřeje na teplotu plastifikace, kdy je materiál téměř tekutý, a takto připravený se následně vstříkne do tvarové formy, která dá výrobku požadovaný tvar. Touto technologií vznikají rozměrově přesné a tvarově složité výrobky, které je možné používat v mnoha průmyslových oborech – elektrotechnice, zdravotnictví, potravinářství, automobilovém průmyslu a dalších.

Základní rozdělení vstřikovacích lisů

V naší republice se zabývá výrobou vstřikovaných výrobků několik stovek firem. V jejich provozovnách se setkáme zejména s horizontálními vstřikovacími lisy s jednou vstřikovací komorou (obr. 1), do ktV naší republice se zabývá výrobou vstřikovaných výrobků několik stovek firem. V jejich provozovnách se setkáme zejména s horizontálními vstřikovacími lisy s jednou vstřikovací komorou (obr. 1), do kterých se upíná forma dělená vertikální dělicí rovinou. Horizontální stroje se jednoduše automatizují. Hotové výlisky mohou po svém odlisování a vyražení z otevřené formy také využít jednoduše svoji gravitaci pro uvolnění prostoru dalšímu pracovnímu cyklu.

Vertikální vstřikování lisy se používají hlavně tam, kde je nutné zastříknout do výrobku jeden či více dalších prvků (tzv. zálisků) – závitových dříků či pouzder, průchodek, elektrických kontaktů, předtvarovaných zálisků, elektrických vodičů, hadiček apod. –, a toto zakládání není možné automatizovat buď vůbec anebo s vysokými náklady, které se vzhledem k nízké sériovosti nevyplatí.

Velikost vstřikovacího stroje je dána dvěma základními parametry – velikostí vstřikovací jednotky (objemem vstřiku v cm³) a uzavírací sílou zavírání formy v kN (v běžném styku se hlavně používají dnes již neplatné tuny, kdy platí, že 1 tuna je 10 kilonewtonů). Pohon pohybů těchto strojů je ponejvíce hydraulický, v posledních letech se stále více uplatňuje přímý elektrický pohon jednotlivých uzlů stroje.

Horizontální vstřikovací lisy

Horizontální vstřikovací lisy jsou nejrozšířenějšími stroji pro zpracování plastů. Jejich výrobou se zabývají po celém světě desítky a možná i stovky producentů. Nejmenší stroje disponují uzavírací silou v řádu desítek kN, největší stroje dosahují uzavíracích sil do zhruba 60 MN (6 000 t). Největší vyrobený stroj má uzavírací sílu 80 MN a v podstatě jde o dva stroje o uzávěru 4 000 t, které pracují dohromady.

Hydraulické stroje

Dnes je nejvíce rozšířeným strojem vstřikovací lis s tzv. sloupkovým (nebo také tyčovým) uzávěrem (obr. 2). Princip je jednoduchý – mezi dvěma ocelovými deskami, které jsou pevně spojeny čtyřmi tyčemi v jejich rozích, je po sloupcích nebo rámu stroje vedena pohyblivá deska. Její přesuvný mechanismus se opírá o jednu z pevných desek. Na čelo druhé pevné desky a čelo pohyblivé desky se upíná forma. Někteří výrobci používají rovněž tzv. dvoudeskové stroje – sloupky jsou vetknuty do jedné pevné a zároveň i upínací desky, druhá pevná deska odpadá (obr. 3). Pohyblivá deska je vedena rámem stroje pomocí hydraulických válců a zámkový mechanismus ji mechanicky fixuje při uzavření formy (obr. 4). Výhoda těchto strojů je jasná – redukovaná spotřeba oceli a rovněž zástavbové plochy stroje. Upínací parametry je přitom možné lépe přizpůsobit aktuálním potřebám – stroj lze vyrobit delší s možností upnutí větší formy. Výrobce vstřikovacích strojů Engel má ve své nabídce tyto stroje s uzavírací sílou 4 500–55 000 kN a s objemem vstřiku asi 800–72 000 cm³.

Firma Engel nabízí v rozsahu 250 až 6 000 kN (25 až 600 t) také bezsloupkové stroje. Uzavírací sílu přenáší místo sloupků tzv. C rám (obr. 5). Mírná elasticita C rámu je kompenzována flexibilním uchycením pohyblivé desky nazývaným flexlink. Silové poměry při uzavření formy jsou (značně přeneseně) patrné z obr. 6. Tato patentová konstrukce umožňuje přesné uzavření formy bez nebezpečí vzniku smykových sil (z tohoto efektu mají u bezsloupkové konstrukce zbytečné obavy někteří uživatelé vstřikovacích lisů). Pro upínání formy je pak dispozici mnohem větší prostor než u sloupkových strojů (obr. 7).

Horizontální stroje se vyrábějí rovněž s více vstřiky. Nejvíce používané jsou tzv. dvouvstřikové stroje. Uspořádání vstřikovacích komor je pak dáno charakterem formy. Jeden ze způsobů provedení vstřiku zepředu a zezadu formy, vhodných například pro etážové formy, je na obr. 8.

Plně elektrické stroje

Jestliže hydraulické stroje používají jako přenosové médium výkonu hydraulický olej, plně elektrické stroje hydraulický olej vůbec nepoužívají. Všechny pohyby stroje jsou vyvozovány elektrickými servomotory řízenými frekvenčními měniči (obr. 9). Pouze pro nastavení výšky formy se používá asynchronní motor. Větší počet hnacích motorů a jejich řízení, a tím i vyšší cena stroje, je kompenzována přesnější výrobou s lepší reprodukovatelností ve srovnání s hydraulickými stroji.

Také čas cyklu je kratší a při rostoucích cenách elektrické energie je zajímá i úspora elektrické energie daná vyšší účinností pohonů ve srovnání s hydraulikou. Také odpadá nutnost chlazení hydraulického oleje. Jako asi jediná nevýhoda se objevuje při použití forem s hydraulickými tahači jader (vytváření dutin či otvorů ve stěnách výlisků). Zde je pak nutné použít přídavný hydraulický agregát. Cesta do budoucnosti spočívá v možnosti použití servopohonů, které pohybují jádry ve formě. Náklady na tuto metodu jsou ale zatím vyšší v porovnání s hydraulickými válci pro pohybování tahačů jader. Plně elektrický stroj v kompaktním provedení je na obr. 10.

Hybridní stroje

Mnozí výrobci včetně firmy ENGEL mají různá provedení hybridních strojů, což je kombinace hydraulických a přímých elektrických pohonů. V největší míře jsou uplatňovány hydraulické pohyby na uzavírací jednotce. Tím je umožněno bezproblémové použití forem s hydraulickými tahači jader. Elektrické pohony vstřikování a dávkování materiálu pak zaručují vysokou přesnost a reprodukovatelnost vstřikovacího procesu. Hybridní stroje s elektricky poháněnými vstřiky se rovněž stále více uplatňují ve vícekomponentním vstřikování, kde je přesnost vstřiku nejdůležitějším parametrem pro úspěšnost a zajištění kvality výroby výlisků z více materiálů.

Vertikální vstřikovací lisy

Pro speciální aplikace se v mnoha případech s úspěchem používají vertikální vstřikovací lisy. Upínací desky mají horizontální plochy pro upnutí forem. Horní deska je pohyblivá ve vertikálním směru, spodní deska je pohyblivá v horizontálním směru. Pohyb spodní desky je umožněn buď rotací kulatého otočného stolu a nebo přesuvným pohybem posuvného stolu. V obou těchto případech pak má forma jednu polovinu formy na horním stole a dvě identické spodní poloviny na spodním stole.

Vstřikovací jednotku je pak možné umístit u menších strojů vertikálně do osy stroje. U větších strojů je obvyklé umístění vstřikovací jednotky v horizontální rovině. Příklad vertikálního vstřikovacího lisu je na obr. 11.

Automatizace vstřikovacích lisů

Použití robotů a manipulátorů značně urychluje a zkvalitňuje výrobu vstřikovaných dílů. Zejména u větších strojů s uzavíracími sílami nad 1 500 kN je dnes použití robotů u téměř všech strojů běžné. Ekonomika je zde jednoduchá – robot pracuje bez nároku na přestávky v práci, příplatků za práci o sobotách, nedělích či svátcích a pořídíte-li dobrý produkt, má mnohem méně prostojů než lidská obsluha. Dnes se používají zejména lineární manipulátory. Na bezsloupkových strojích Engel je automatizace velmi jednoduchá a s výhodou se používá rozšířená zadní zábrana, do které je vsunut dopravník na vynášení manipulátorem odložených výlisků (obr. 12).

Z těchto několika odstavců je zřejmé, jak bohatý je výběr strojů pro jednu výrobní technologii zpracování plastů. Obzvláště u náročnějších aplikací se proto vyplatí konzultovat konkrétní výrobní podmínky s odborníky příslušných výrobců vstřikovacích strojů nebo forem. Věřím, že alespoň hrubou orientaci v dané problematice umožní tento článek.

Jan Kohoutek

Engel

www.engel.cz

jan.kohoutek@engel.at