Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Vstřikování s použitím oxidu uhličitého
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Vstřikování s použitím oxidu uhličitého

Německá společnost Engel Formenbau und Spritzguss se kromě běžných metod vstřikování do forem specializuje rovněž na nové vysoce efektivní výrobní technologie. Po více než 25 let se její zakladatelé bratři Engelové zaměřovali na výrobní technologii vstřikování do forem pomocí plynu (GIM) a v tomto sektoru jsou považování za průkopníky.

Metoda GIM je zvláště výhodná pro silnostěnné díly, složité tvary a lesklé povrchy. Při použití této metody je plyn vstřikován pod vysokým tlakem do taveniny polymeru, přičemž vytlačuje taveninu ze středu formy směrem k jejím stěnám. Tak se uvnitř dílu vytváří dutý střed. Po ztuhnutí plastu se plyn z dílu uvolní.
Plastové díly vyráběné tímto postupem mají oproti plným dílům mnohé výhody. Nejenže se na jejich výrobu spotřebuje méně suroviny a díly váží mnohem méně, ale jsou rovněž velmi pevné a vykazují větší rozměrovou stabilitu. Kromě toho se na jejich povrchu nevyskytují žádná zvlnění vzniklá v důsledku nerovnoměrného hromadění materiálu a konečný výrobek má hladkou, vysoce kvalitní povrchovou strukturu.

Vyšší produktivita pomocí vnitřního chlazení a inertizace

Jelikož společnost měla zájem kvalitu a produktivitu tohoto procesu dále zlepšovat, spojila se s firmou Linde a jejím technologickým partnerem firmou Maximator, která je specialistou na vysokotlaká zařízení, aby společně prověřili možnosti zvýšení účinnosti procesu GIM při použití dusíku. V těsné spolupráci byl základní postup vylepšen o přídavný chladicí krok, jehož bylo dosaženo účinnějším řízeným proplachováním dutiny dusíkem. To bylo doplněno inertizačním krokem, jímž bylo dosaženo další zvýšení účinnosti. Toto řešení je ideálně vhodné pro minimalizaci kontaminace způsobené stopami kyslíku, především ve vstřikovacích tryskách plynu.

Potřeba účinnějšího chlazení

I přes tato významná zvýšení účinnosti procesu přetrvává situace, kdy firma Engel – stejně jako všichni ostatní dodavatelé pro automobilový průmysl – nadále čelí vzrůstajícímu tlaku trhu na soustavné zvyšování účinnosti a zkrácení doby cyklu. Proto se firma rozhodla prozkoumat další možnosti zvýšení chladicího výkonu. Jednou z alternativ bylo vstřikování s použitím vody. Třebaže výsledkem tohoto postupu je kratší doba cyklu, je již několik let používán pouze okrajově ve specializovaných výrobních segmentech. Důvodem je, že tento postup je složitější a nepředvídatelný a potřebný hardware je výrazně finančně náročnější. Hlavní nevýhodou v praxi je nevyhnutelný únik vody, který vyvolává nutnost odstavování výroby, vyšší procento vyřazených výrobků a v extrémních případech může dojít i k poškození nástroje.

Nové možnosti při použití oxidu uhličitého

Linde a Engel se proto dohodli na společném prověření možnosti použití oxidu uhličitého. Tento plyn je již úspěšně používán pro jiné plastikářské aplikace jako například bodové chlazení vstřikovaných dílů. Při stejném procesním tlaku má oxid uhličitý výrazně vyšší hustotu než dusík. Zjednodušeně řečeno, do dutiny stejné velikosti se vejde více molekul oxidu uhličitého než molekul dusíku. Kromě toho má oxid uhličitý vyšší specifickou tepelnou kapacitu. A v neposlední řadě, chladicí efekt expandujícího CO2 přispívá k lepšímu chlazení a plastový díl tak chladne významně rychleji.

Na rozdíl od dusíku, který je vstřikován v plynném skupenství, se oxid uhličitý vstřikuje do taveniny ve skupenství kapalném. CO2 ve vstřikovacím kanálku odebírá teplo ze stěn komponentu, tím se ohřívá a dostává se do superkritického stavu. Zde je důležité zajištění vysokého plnicího a uzavíracího tlaku – ideálně nad 150 bar – aby byla udržena vyšší hustota CO2, než je hustota dusíku za srovnatelných tlakových podmínek.

Vyšší spotřeba CO, která je přirozeným důsledkem použití vyššího tlaku, je více než kompenzována výhodami, které tato metoda přináší. Používání oxidu uhličitého vyžaduje mírné úpravy v technologické části navyšování a řízení tlaku a vstřikovacího zařízení. Rovněž je potřeba používat detektory plynu, aby bylo zajištěno, že koncentrace oxidu uhličitého na pracovišti zůstává pod povolenými limity.

Zkrácení doby cyklu o 36 %

S cílem prozkoumat a ukázat praktický potenciál oxidu uhličitého v aplikacích GIM vyvinuly firmy Linde a Maximator pilotní systém. Firma Engel použila tento systém při provedení rozsáhlých praktických pokusů za reálných procesních podmínek při výrobě madla chladničky. Přímé porovnání mezi použitím oxidu uhličitého a dusíku ukázalo, že je dosaženo stejně vysoké kvality výrobku při úspoře v délce cyklu přibližně 36 %.
 


Doba potřebná pro vyrobení madla ledničky se zkrátila o 36 %.

 

Výsledek: Plastinum GIM C

Řešení Plastinum GIM C je výsledkem společného vývoje i firem Linde a Maximator. Speciálně vyvinutý řídicí modul kompresoru pro oxid uhličitý nabízí vstupní bránu pro uživatele, jako je firma Engel, která postupně přechází na patentovanou technologii využívající CO₂. Tento řídicí modul umožňuje obsluze dodávat zpočátku CO₂ ze svazků tlakových lahví, později může přejít na zásobování ze stacionárního zásobníku kapalného CO₂. Kromě toho tento systém obsahuje speciální vstřikovací trysky vhodné pro oxid uhličitý. Stávající vstřikolisy pro GIM vyžadují pro přechod na použití CO₂ pouze malé úpravy vstřikovacích trysek, ale žádné změny v geometrii nástrojů. Úprava procesu, včetně pokusů a optimalizace, byla dokončena za pouhé čtyři týdny. Přenosné CO₂ tlakové lahve nebo svazky lahví umožňují flexibilní zásobování oxidem uhličitým. Firma Engel využívá tento nový CO₂ systém od podzimu 2015; jde o premiéru tohoto postupu v sériové výrobě.
 


Systém Plastinum GIM C je výsledkem společného vývoje firem Linde a Maximator.

 


Článek byl převzat ze sborníku konference Formy a plasty 2017, pořádané společností Jan Svoboda. Redakčně upraveno.


Jan Svoboda

svoboda@jansvoboda.cz

www.jansvoboda.cz

Další články

Technologie zpracování pryže/ plastů

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky













Sledujte nás na sociálních sítích: