18
květen 2014

Tváření plastů a výroba forem I.

5 251 přečtení

Základní rozdělení plastů

Plasty řadíme do několika základních kategorií. Kritériem jsou jejich mechanické a chemické vlastnosti, dále pak jejich chování při zahřívání, tepelném a mechanickém zpracování.

Termoplasty

  • PVC – polyvinylchlorid
  • PVAC – polyvinylacetát
  • PS – polystyren
  • PE – polyetylen
  • PA – polyamid
  • PC – polykarbonát

Duroplasty

  • Fenolové
  • Močovinové
  • Melaninové
  • Epoxidové pryskyřice

Elastomery

  • Styren
  • Kaučuk
  • Butylkaučuk
  • Silikonový kaučuk
  • Polychloroprenový kaučuk

Silikony

  • Adiční silikony
  • Kondenzační silikony

Tváření plastů a výroba forem

Jedním ze stěžejních stavebních kamenů lidské činnosti se stala technologie zpracování polymerů. Stále se zvyšují požadavky na kvalitu a zejména finanční zatížení v oblasti náhrady drahých materiálů levnějšími. Zároveň se hledají možnosti rozšiřování uplatnění ve všech možných směrech použití. Výhoda tohoto materiálu spočívá především v možnostech jeho tváření za tepla – termoplasty, které je možno již při jejich zpracování různě barvit a tím dosáhnout požadovaného odstínu již při výrobě. V mnohých případech tak odpadá nutnost další povrchové úpravy. Nemalou výhodou této technologie je značná úspora hmotnosti oproti výrobkům např. z oceli nebo barevných kovů. Jednou z možností zpracování termoplastů je technologie vstřikování. Samotná výroba forem pro vstřikování plastů je velmi náročná na přesnost a strojní vybavení, přináší s sebou tudíž nevýhodu velké finanční zátěže na pořízení strojového parku potřebného k výrobě forem a následně je i nákladná výroba vlastního nástroje – formy. Největší přínos této technologie znamená její použití zejména ve velkosériové výrobě a je tak rozšířena, že bychom jen těžko hledali adekvátní konkurenci.

Tváření plastů je technologie, při níž dochází k částečnému nebo úplnému tavení zpracovávaného materiálu, barviv a přísad pomocí speciálního stroje a nástroje. Finální výrobek nebo polotovar získáme za velmi krátkou dobu.

Technologie tváření plastů

Tváření plastů má mnoho technologických postupů – variant. Podle způsobu zpracování a druhu materiálu je rozdělujeme na:

  • Tváření vstřikováním
  • Tváření lisováním
  • Tváření přetlačováním
  • Tváření spékáním
  • Tváření rotačním natavováním
  • Tváření navíjením
  • Tváření vytlačováním
  • Tváření odléváním
  • Tváření stříkáním

Tváření vstřikováním

Vstřikování termoplastů - je technologie, při níž se vysokým tlakem vstříkne roztavený granulovaný materiál smísený s plnivy a barvivy do uzavřené formy. V této formě roztavený materiál vyplní dostupný prostor (dutinu) určený pro výlisek. V závislosti na velikost a hmotnost výlisku je třeba po vstřiku materiálu ponechat formu uzavřenou, aby stěny formy odebraly teplo ze vstříknutého materiálu, a ochlazením tento materiál ztuhne. Následuje otevření formy a pomocí pohyblivé části formy, která se nazývá vyhazovače, dojde k vyjmutí výlisku z formy včetně vtokové soustavy. Následně se forma opět uzavře. Tento cyklus se opakuje v krátkém intervalu řádově několika sekund až desítek sekund. U velmi velkých výlisků může interval dosahovat až několika minut – např. palubní desky do automobilů. Formu je nutné chladit, proto jsou uvnitř tvarových desek formy vyrobeny kanály chlazení, kterými neustále protéká voda nebo olej. Průtok vody nebo oleje je regulován tak, aby byla forma temperována na správnou provozní teplotu a tím i optimální teplotní podmínky. Podle velikosti formy je možno na jeden pracovní cyklus vyrobit až několik desítek kusů výlisků.

Obr.1 – Otevřená forma

Obr.1 – Otevřená forma

Obr.2 – Uzavření formy

Obr.2 – Uzavření formy

Obr.3 – Najetí trysky

Obr.3 – Najetí trysky

Obr.4 - Vstřik

Obr.4 – Vstřik

Obr.5 – Otevření formy

Obr.5 – Otevření formy

Obr.6 – Vyhození výlisku

Obr.6 – Vyhození výlisku

Vstřikování reaktoplastů – probíhá podobně jako vstřikování termoplastů. Vstřikování se provádí do vyhřáté formy na teplotu 120 až 160 stupňů, aby došlo k vytvrzení materiálu. Doba jednoho cyklu je v řádu minut.

Vstřikování strukturních pěn – opět probíhá podobně jako vstřikování termoplastů. Do základního materiálu je navíc přidáváno tzv. nadouvadlo, které se vlivem teploty v plastifikačním válci změní na plyn. Při vstříknutí do formy směs působením plynu expanduje a zcela vyplní dutinu formy. Tímto způsobem mohou být vyráběny pouze díly s minimální sílou stěny 5 mm a to z důvodu správného zpěnění materiálu.

Parametry, které ovlivňují kvalitu výlisku – výsledná kvalita výlisku je ovlivněna chemickými a mechanickými vlastnostmi použitých materiálů, strojů, forem a technologií zpracování. Konečný výsledek práce a tím i finální vzhled výrobku záleží na správnosti volby použitého materiálu, barviv, plniv a na co možná nejkratším čase plastifikace, aby nedocházelo k přepalování suroviny. Zbytečné přehřívání materiálu z důvodu špatné konstrukce formy, kdy materiál nezatéká do tenkých tvarů dutiny formy vede k nadměrnému pnutí ve výrobku a může výrazným způsobem ovlivnit smrštění výlisku. Dalšími faktory, které ovlivňují kvalitu výlisku jsou teplota taveniny, teplota formy, vstřikovací tlak, dotlak, rychlost plnění formy a doba chlazení výlisku. Při brzkém otevření formy a vyhození výlisku dochází k deformaci výlisku a případně jeho roztržení, přičemž část výlisku může zůstat v tvarové části formy a způsobit poškození formy nebo vyhazovačů.

Stroj – který se používá pro vstřikování plastů je nazýván vstřikovací lis. Podle způsobu pohonu uzavíracího a vstřikovacího mechanizmu se dělí na stroje poháněné hydraulickou soustavou a na stroje poháněné servomotory. Pohon hydraulickou soustavou je používán hlavně u strojů starší konstrukce, servomotory využívají moderní vstřikovací lisy, u kterých je možno dosáhnout přesnějšího nastavení požadovaných parametrů vstřikovacích cyklů a jejich opakovatelnost. Dle způsobu vstřiku dělíme lisy na horizontální a vertikální. Vertikální lisy jsou používány tam, kde je nutné zastříknout do výrobku další součásti – např. závaží, pouzdra, průchodky atd. Velmi zjednodušený princip práce stroje spočívá v jedné pevné (1) a jedné pohyblivé ocelové desce (4), které jsou spolu s deskou (7) spojeny vodítky (5). K desce (1) je připevněna pevná část formy (2). Pohyblivá část formy (3) je upevněna na pohyblivé desce lisu (4). Tato pohyblivá část lisu je posunována směrem k pevné části formy uzavíracím mechanizmem (6) který je ovládám hydraulickým válcem (8) až do uzavření formy v dělící rovině. Po uzavření formy je přisunut plastifikační válec (16) ve kterém je umístěno elektrické topení směrem k desce (1). Přisunutím plastifikačního válce najede tryska (19) na vtok formy a dojde k jejímu stlačení, čímž se otevře vnitřní uzavírací mechanizmus trysky. V tomto okamžiku je uveden do pohybu vpřed šnek (16) umístěný uvnitř plastifikačního válce (17) a tím vstříkne roztavenou hmotu do formy. Po vstříknutí taveniny do formy je v činnosti tzv. dotlak, což je vstřik taveniny do formy nižším tlakem než je tlak vstřikovací. Po ukončení dotlaku je těleso převodovky (14) společně s plastifikačním válcem (17) odsunuto do své výchozí polohy a probíhá fáze chlazení výlisku. Při odjezdu od formy dojde k uzavření trysky (19) a pomocí šneku v plastifikačním válci je připravována nová tavenina z materiálu (18) umístěného v násypce (20). Po zchlazení výlisku uzavírací mechanizmus (6) ovládaný válcem (8) otevře formu pohybem posuvné části lisu (4) od dělící roviny formy směrem k zadní desce lisu (7). Vyrobený výlisek zůstává na posuvné části formy (3), odkud je sejmut (vyhozen) pomocí vyhazovačů (10), které uvede v činnost zařízení (9) umístěné na konci dráhy posuvné části formy. Následně se celý cyklus opakuje uzavřením obou částí formy. Tlakový olej pro lis zajišťuje olejové zubové čerpadlo (11) poháněné elektromotorem (13). Zásoba hydraulického oleje je uložena v zásobníku (12). Otáčivý pohyb šneku (16) zajišťuje pomocí převodových kol (15) elektromotor (21) umístěný na převodovce (14). Přísun a odsun plastifikačního válce (17) společně s násypkou (20) převodovkou (14) a elektromotorem (21) provádí hydraulický válec (22). Ovládací prvky, pomocí kterých je prováděno nastavení vstřikovací rychlosti, tlaku, rychlosti příjezdu a odjezdu plastifikačního válce a uzavírání formy je umístěno uvnitř lisu v části pod převodovkou (14). Zařízení pro dávkování množství zpracovávaného materiálu je umístěno na pohyblivém tělese spojeném s převodovkou (14). Elektricky ovládané části stroje jsou obsluhovány pomocí relé a spínačů umístěných v rozvodné skříni, která je příslušenstvím lisu.

Obr. 7 – Vstřikovací lis

Obr. 7 – Vstřikovací lis

Tváření lisováním

Lisování reaktoplastů – je jednou z nejstarších metod zpracování plastů. Do otevřené ocelové formy (A), která je pomocí topné soustavy (6) zahřátá na teplotu 140°C až 170°C se vloží přesně definované množství lisovací hmoty (5). Forma se uzavře a dochází k tvarování hmoty (B). Po vytvrzení hmoty se forma otevře a výlisek (8) je z formy vyjmut (C). Tento cyklus se následně znovu opakuje. Podle síly stěny výlisku je úměrná i doba jednoho cyklu, který může trvat až 10 minut.

 Obr. 8 – Tváření lisováním 1 - horní díl formy, 2 - tvárník, 3 - spodní díl formy, 4 - tvárnice, 5 - surový materiál, 6 - topná soustava, 7 - vyhazovací mechanizmus, 8 - výlisek

Obr. 8 – Tváření lisováním
1 – horní díl formy, 2 – tvárník, 3 – spodní díl formy, 4 – tvárnice, 5 – surový materiál, 6 – topná soustava, 7 – vyhazovací mechanizmus, 8 – výlisek

Tváření přetlačováním

Tváření přetlačováním – je způsob lisování pro dobře tekoucí hmoty. Sypký materiál (5) se vloží do plnící komory (7) umístěné ve vyhřáté formě. Po uzavření formy dojde k roztavení materiálu a pomocí pístu (8) je tavenina tlačena vtokovými kanály (9) do tvarové dutiny. Po vytvrzení je výlisek (11) vyjmut pomocí vyhazovacího zařízení (10).

Obr. 9 – Tváření přetlačováním 1 - horní díl formy, 2 - tvárník, 3 - spodní díl formy, 4 - tvárnice, 5 - topná soustava, 6 - surový materiál, 7 - plnící komora, 8 - píst, 9 - vtokový kanál, 10 - vyhazovací mechanizmus, 11 - výlisek

Obr. 9 – Tváření přetlačováním
1 – horní díl formy, 2 – tvárník, 3 – spodní díl formy, 4 – tvárnice, 5 – topná soustava, 6 – surový materiál, 7 – plnící komora, 8 – píst, 9 – vtokový kanál, 10 – vyhazovací mechanizmus, 11 – výlisek

Tváření spékáním

Tváření spékáním – tento způsob zpracování se používá pro termoplasty, které není možné roztavit do tekutého stavu. Výchozí materiál se vpraví do ocelové formy, ve které se lisuje za studena. Tímto je dosaženo stejné hustoty materiálu ve všech částech výrobku. Následně se forma vloží do pece, kde je zahřáta na příslušnou teplotu a materiál uvnitř formy je spékán. Tento způsob zpracování je z rozměrového hlediska velmi nepřesný a používá se pro výrobu polotovarů, které jsou dále opracovány.

Tváření rotačním natavováním

Tváření rotačním natavováním – je vhodné pro malosériovou výrobu plastových součástí, které nejsou náročné na přesnost rozměrů. V tomto případě je jako nástroj používána tenkostěnná forma z hliníku, ve které je uzavřeno odměřené množství výchozí suroviny použité pro výrobu tvaru. Forma se ohřeje na požadovanou teplotu. Za stálého otáčení ve dvou na sebe kolmých směrech se uvnitř formy vlivem odstředivých sil natavuje sypký materiál na stěny formy, kde tvoří vrstvu stejnorodé hmoty. Po dosažení potřebné síly stěny je forma ochlazena vodou, rozebrána a výrobek je z formy vyjmut. Tento cyklus se následně opakuje.

Obr.10 – Tváření rotačním natavováním 1 – horní a spodní díl formy, 2 – rotační zařízení, 3 – sypký materiál, 4 – napečená vrstva materiálu – stěna výrobku, 5 – izolační vrstva z PTFE

Obr.10 – Tváření rotačním natavováním
1 – horní a spodní díl formy, 2 – rotační zařízení, 3 – sypký materiál, 4 – napečená vrstva materiálu – stěna výrobku, 5 – izolační vrstva z PTFE

Tváření navíjením

Tváření navíjením – tento způsob tváření je používán pro výrobu rozměrných součástí s požadavky na velkou pevnost – zejména jímky, nádrže, sila, trubky atd. Princip výroby je takový, že na ocelový nebo sklolaminátový trn (1) je navíjen pás materiálu ze skleněných vláken (2), která jsou napuštěna polyesterovou pryskyřicí. Po navinutí potřebného tvaru (3) je polotovar umístěn do sušicího zařízení, kde dojde k vytvrzení. Následně se hotový výrobek z trnu stáhne.

Obr.11 – Tváření navíjením 1 – navíjecí trn, 2 – pás materiálu, 3 – navinutý tvar

Obr.11 – Tváření navíjením
1 – navíjecí trn, 2 – pás materiálu, 3 – navinutý tvar

Tváření vytlačováním

Tváření vytlačováním – tímto způsobem jsou vyráběny zejména trubky, hadice, tyče a tvarové profily různých délek a průřezů. Sypký materiál (6) je v plastifikační komoře (1) nahříván pomocí topného systému (2) na požadovanou teplotu a dopravován pomocí šneku (3) směrem k usměrňovacímu sítu (4). Vhodně voleným tlakem je tavenina protlačována přes tvarovací nástavec s jádrem (5). Po výstupu z tvarovacího jádra je polotovar kalibrován na požadovaný rozměr a ochlazen. Následně se provádí úprava výrobku na požadovanou délku.

Obr.12 – Tváření vytlačováním 1 – plastifikační válec, 2 – topný systém, 3 – ocelový šnek, 4 – usměrňovací síto, 5 – jádro, 6- sypký materiál, 7 – násypka, 8 – výrobek

Obr.12 – Tváření vytlačováním
1 – plastifikační válec, 2 – topný systém, 3 – ocelový šnek, 4 – usměrňovací síto, 5 – jádro, 6- sypký materiál, 7 – násypka, 8 – výrobek

Tváření odléváním

Tváření odléváním – se používá při výrobě silentbloků, elektrických izolátorů, velkých ozubených kol, kladek, řemenic, pojezdových kol a bloků, které budou dále opracovávány. Jako výchozí surovina je použit kapalný monomer polyamidu, která se vlije do připravené ocelové nebo hliníkové formy a při 130 °C – 150 °C vytvoří polymer.

Tváření stříkáním

Tváření stříkáním – při tomto způsobu zpracování je na formu nastříkána speciální pistolí polystyrenová pryskyřice se směsí sekaných skelných vláken. Nastříkaná vrstva se uhladí válečkem, aby došlo k odstranění vzduchových bublin. Vytvrzení probíhá za běžné okolní teploty. Touto technikou se vyrábí především karoserie vozidel, čluny a různé funkční součásti.

[ Zapoj se do diskuse ]

[ Můžeš být první! ]

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Obrázek se nastaví podle emailové adresy pomocí služby gravatar.com.