Technologie vstřikování plastů s podporou plynu (GIT)

  • 14.03.2019
  • Zpracování plastů
Technologie vstřikování plastů s podporou plynu (GIT)

Oblast vstřikování plastů má k dispozici celou řadou technologií umožňujících dosáhnout požadovaného tvaru a kvality výrobku. Patří sem i metoda vstřikování s podporou plynu (Gas Assisted Injection Moulding / Gas Injection-Technology – GIT), která spočívá v přivedení plynu (dusíku) do jádra taveniny ve formě.

Jako vstřikovaný plyn se volí dusík o co nejvyšší čistotě (99,9%), aby se v tavenině vytvořila dokonale tvarovaná dutina. Důvodem pro použití dusíku je jeho inertní charakter, nehořlavost a chemická neutrálnost, díky níž nehrozí reakce plynu se složkami taveniny. Během plnění polymeru se přivádí plyn o nižším tlaku, který se před koncem vstřiku navýší, aby se tak kompenzovalo tuhnutí taveniny.Když se uvnitř dílu vytvoří potřebná dutina, je potřeba pamatovat na možnost interní tlak plynu v dutině regulovaně snižovat (ekonomické hledisko).

Průměr plynové trysky může být pouhých 5 nebo dokonce jen 3 mm. Při navrhování dílu pro technologii GIT je třeba vzít do úvahy typ aplikace a polymeru, použití koncového výrobku a důvod, proč bylo zvoleno vstřikování s podporou plynu. Technologie GIT umožňuje dosažení takové (tenkostěnné) geometrie, která zlepší strukturní vlastnosti výrobku a rozměrovou stabilitu dílu, eliminuje tvarovou deformaci a sníží potřebnou uzavírací sílu. Pokud je naopak cílem výroba tlustostěnného dílu, umístění trysky se musí volit s ohledem na snížení množství použitého materiálu a minimalizaci doby dotlaku; poté přichází na řadu maximální optimalizace strukturních vlastností výlisku vzhledem ke hmotnosti dílu, a dále zkrácení cyklu.

Plynové kanálky musí být v dílu vedeny tak, aby tlak působil právě na potřebná místa.

Tlustostěnné oblasti s předpokládaným vznikem propadlin, jako jsou například žebra, se konstruují tak, aby plyn mohl proudit v blízkosti a vykazovat patřičný účinek: nejdříve jako určité vodítko toku, které usnadní plnění tenkostěnných částí, a poté během dotlaku s cílem zajistit dostatečné působení tlaku v daném místě. Zamezí se tak vzniku propadlin a jinak hrozícího zbytkového pnutí v dílu. U žeber se v takových případech volí taková geometrie, která podpoří tok polymeru a současně odpovídajícím způsobem omezí tok plynu. Ten tak zůstane ve vymezené oblasti a nebude se šířit   do nejtenčích částí dílu. V opačném případě by v dané oblasti hrozila tvarová deformace, zbytkové napětí a oslabení dílu.

Pro přívod plynu potřebujeme jednu či několik trysek. Jejich správné použití, umístění a funkčnost podmiňují kvalitu výsledku. Tryska se musí vyznačovat dokonalou opakovatelností a prvotřídními provozními vlastnostmi. Správně zvolená tryska poskytne významná pozitiva spolu s ekonomickým přínosem. Nevhodně zvolená aplikační tryska je naopak zdroj a nositel celé řady komplikací.

Systém vstřikování s podporou plynu se může uplatnit i u horkých vtoků a vícenásobných forem, kdy není možné plyn přivádět hlavní tryskou. V případě horkých trysek s jehlovým uzávěrem se plynové trysky instalují do každé dutiny; obsahuje-li forma studené vtoky, plynová tryska se může nacházet buď před příslušným rozváděcím kanálem, nebo přímo ve tvarové dutině, v blízkosti vtoku.

V současné době již lze snadno vyrábět i několik různých komponent v jedné formě, přičemž každý díl může být plněn v rozdílnou dobu a se specifickým tlakovým a rychlostním profilem. Tato varianta vyžaduje systém GIT sestávající z několika modulů, díky nimž lze regulovat čas, tlak a rychlost pro každou dutinu.

Provoz a obsluha
Úspěšná aplikace technologie GIT předpokládá mnohem více než jen samotné zařízení pro regulaci času, tlaku a rychlosti. Výrobce zařízení pro vstřikování s podporou plynu musí lisovně poskytnout kompletní balíček vybavení, technologických postupů (k tomu je zapotřebí příslušné školení) a „know-how“ spolu s odbornými konzultacemi před fází navrhování a po ní, vedenými zkušeným technikem.

Typická lisovna s několika stroji pro technologii GIT musí mít (ideálně venkovní) plynový kompresor pro stlačení dusíku na potřebný tlak. Na trhu jsou nyní k dispozici i zásobníky pro kapalný dusík. V případě potřeby lze vyrábět stlačený dusík přímo v rámci lisovny a dodávat jej do několika výrobních linek souběžně, přičemž dodatečné náklady na tuto operaci mají k překvapení mnoha firem velmi rychlou návratnost.

Závěrem můžeme říci, že při správném výběru zařízení lze použitím technologie vstřikování s podporou plynu významně omezit řadu potenciálních potíží, které se během vstřikování mohou objevit.

Příklad aplikace: výroba zpětného zrcátka
Následující rozbor aplikace technologie GIT ilustruje, jak může správné rozhodnutí vyřešit dvě významné komplikace při výrobě. První problematický aspekt spočívá v rozdílné tloušťce stěn vlivem různých výstupků. Při různé mocnosti stěn dílu hrozí vznik propadlin.

 

Ermanno Balzi 
  

Máme k dispozici dvě řešení
1. Výrazně navýšit tlak–hrozí výrazná tvarová deformace přes vnesená reziduální napětí
2. Použít technologii vstřikování s podporou plynu (GIT)

Technologie GIT umožňuje eliminovat propadliny vedením stlačeného dusíku tak, aby došlo ke stlačení polymeru ve vystupujících částech.

Byly navrženy speciální rozváděcí kanálky pro přívod plynu z trysky přímo k místům vyžadujícím zlepšení dotlaku. Na základě detailní počítačové analýzy jsme stanovili optimální umístění trysek a vhodnou geometrii kanálků pro zajištění vyváženého plnění plastem a nejefektivnějšího dotlaku.

Další komplikací je velká tloušťka dílu v místě jeho uchycení. Pokud bychom nepoužili technologii GIT, koncový výrobek by se musel koncipovat jako dva sešroubovatelné díly, což by s sebou neslo podstatně vyšší náklady než vstřikování jednoho kusu. Jednou z výhod technologie GIT je právě možnost vyrábět částečně silnostěnné výlisky s cíleným dotlačením s pomocí plynu.

Díky aplikaci plynu lze snadno regulovat tloušťku stěn a zkrátit dobu cyklu při současném snížení hmotnosti dílu.

K vyřešení dvou hlavních problematických aspektů, tedy odlišností v tloušťce (nálitky pro uchycení mechanismu zrcátka) a velké tloušťky dílu (masivní, zpevňující okraje) určité části dílu, jsme použili dva různé technologické postupy GIT: pomalý průtok plyn s dokonalou regulací pro první případ (nálitky) a rychlý průtok plynu pro druhý problematický aspekt (zesílené okraje). Bylo nutné zvolit plynovou vstřikovací jednotku schopnou zajistit přesnou regulaci tlakového profilu v několika osách.

Zásadní vliv na spolehlivost a stabilitu celého procesu má výběr trysky pro přívod plynu. Původně se plyn vstřikoval standardní tryskou se statickým mechanismem, kde plyn proudí štěrbinou o průměru 0,02 – 0,03mm. Limitujícím faktorem byla nutnost častého čištění této trysky. Poté jsme namísto standardních trysek použili plynový injektor Ermanno Balzi. Pohyblivý kolík s konickým uzávěrem zajišťuje vysokou průtokovou rychlost plynu a současně má samočisticí efekt, což významně zjednodušuje a hlavně zlevňuje údržbu. Plynový injektor firmy BALZI představuje spolehlivé a účinné řešení pro nízký i vysoký tlak.

Díky dynamickému charakteru plynových trysek bylo možné snížit zmetkovitost při výrobě o neuvěřitelných 80 %. Současně o 23 % vzrostla i produktivita výroby, a to díky absenci údržbových odstávek ve výrobě. Limitujícím faktorem při aplikaci technologie GIT se tedy ukázal být plynový injektor. Díky perfektním vlastnostem plynového injektoru se nejen razantně snížila zmetkovitost, ale současně narostla produktivita a snížila se cena údržby.

Výsledkem spolupráce tedy jsou perfektní díly a levnější produkce špičkových dílů. Na uvedeném příkladu je vidět, že spolupráce s menšími, specializovanými firmami může velké producenty plastových dílů posunout na novou úroveň efektivit výroby a ziskovosti.

Tuto problematiku rozebíral Ivano Muratori na semináři Formy a Plasty Brno 2018, pořádaném firmou SVOBODA:


  • autor:
  • Ermanno Balzi
  • JAN SVOBODA s.r.o.

    JAN SVOBODA s.r.o.

    Komplexní dodávky polotovarů pro formy na plasty, nástroje na lisování plastů a lehkých kovou, obráběcí nástroje.



Mohlo by vás také zajímat