NOWE TECHNOLOGIE

Formowanie wtryskowe wspomagane gazem

Kilkanaście lat temu pojawiła się bardzo obiecująca technologia produkcji kształtek wtryskowych pustych w środku. Jak inne szybko rozwijające się nowe metody, pojawiły się mniej lub bardziej różnorodne odmiany i rozwinięcia wraz z różnymi nazwami i skrótami tych nazw. Można ją zastosować dodając pewne urządzenia oraz trochę przerabiając formy. Uzyskuje się natomiast duże korzyści; zmniejszenie kosztów, zwiększenie wydajności ale przede wszystkim uzyskanie powierzchni bez zapadnięć których, w tym stopniu, nie można uzyskać żadną inną metodą. Bez tej technologii nie można obecnie wyobrazić sobie produkcji obudów telewizorów i monitorów.

Pojęcie: formowanie wtryskowe wspomagane gazem, można w bardzo szerokim znaczeniu objąć starszą technologię wtrysku spienionych tworzyw termoplastycznych. Ta prekursorska metoda miała swój największy rozwój około 10 lat wcześniej, w latach siedemdziesiątych. Były dwie odmiany procesu: stosowanie dodatku poroforów do granulatu tworzywa sztucznego lub dodatek gazu obojętnego, azotu, w fazie plastyfikacji. Przy sprężaniu powietrza tlen powoduje nadpalenie tworzywa sztucznego ( widać to przy braku odpowietrzenia w formie przy klasycznym wtrysku ). Pierwszy sposób przyjął się w Europie natomiast drugie rozwiązanie zastosowano powszechnie w Stanach Zjednoczonych i jest tam stosowany szerzej do dzisiaj. Ta druga metoda jest najbardziej zbliżona do jednej z podstawowych odmian wtrysku wspomaganego gazem. W metodzie spieniania gaz był dostarczany w sposób ciągły do tworzyw w fazie plastyfikacji natomiast w metodzie otrzymywania kształtek z pustą przestrzenią gaz wpływa do dyszy wtryskowej w sposób sekwencyjny w kolejności którą przedstawiają następujące schematy:

Etap I: Rozpoczyna się klasyczny wtrysk, stopione tworzywo sztuczne zaczyna wypełniać formę.

Etap II: Wtrysk tworzywa jest kontynuowany do czasu aż zostaje wypełniona znaczna część gniazda formy, następnie zostaje zatrzymany.

Etap III: W dyszy wtryskowej otwiera się droga dla gazu pod ciśnieniem podobnym jakie występuje w fazie wtrysku termoplastu. Gaz zaczyna przesuwać tworzywo do wnętrza gniazda formującego jednocześnie otwierając kanał wokół którego zostają ścianki z zakrzepłego tworzywa.

Etap IV: Sprężony gaz powoduje całkowite wypełnienie formy tworzywem sztucznym. Ciśnienie gazu dociska tworzywo do ścianek gniazda i to w sposób znacznie lepszy niż za pośrednictwem stopionego materiału ( mniejszy spadek ciśnienia w zależności od odległości od dyszy wtryskarki). Tworzywo zestala się całkowicie.

Etap V: Ciśnienie gazu zostaje zredukowane przez otwarcie drogi zwrotnej. Gaz jest oczyszczany i zawracany do obiegu a następnie na powrót sprężany.

Etap VI: Etap ten nie występuje zawsze, i polega na wprowadzeniu niewielkiej porcji tworzywa w celu zamknięcia kanału wlotowego do pustej przestrzeni wewnątrz kształtki wtryskowej. W wersji metody z doprowadzeniem bezpośrednio gazu tylko do wnętrza gniazda ten etap oczywiście nie występuje.

Zostańmy jeszcze przy wtrysku spienionym . Miał on następujące ograniczenia; stosowane duże przekroje ścian ( to było ważną zaletą ) powodowało niezbyt dużą wydajność, bo cykl chłodzenia był stosunkowo długi. Powierzchnia kształtki miała fakturę bardziej lub, często niestety, mniej podobną do drewna, co wymagało malowania. Wtryskarki winny być specjalizowane; potrzebny był akumulator hydrauliczny do dużej szybkości wtrysku, powiększone przestrzenie mocujące form ( ze względu na mniejszą siłę zamknięcia formy) i sterowana hydraulicznie dysza wtryskowa. Stosowano jednak także wtryskarki uniwersalne. W Polsce produkowano w tej technologii sprzęt, jeszcze wtedy nie nazywany „audio”, magnetofony i gramofony. Zalety to: też brak zapadnięć nawet przy bardzo grubych ściankach, tłumienie wibracji, prosta konstrukcja form i mała siła ich zamknięcia.

Metodę wtryskiwania wewnątrz pustych kształtek z udziałem gazu w USA nazywa się zwykle „Gas Asisted Injection Molding” i używa skrótu GAIM , modyfikacje tej nazwy to GAM, GAI. Czasem używa się nazwy Gas Injection Technology (GIT) lub Gasinnendruck-Technik ( j. niem. ). Jeżeli stosuje się technikę wtrysku przez dyszę wtryskarki to tylko ta część maszyny wymaga wymiany i dostosować musimy tylko w tym względzie wtryskarkę uniwersalną. Gdy zastosujemy inną odmianę wtrysku z wspomaganiem gazem to znaczy doprowadzimy gaz bezpośrednio do gniazd formy, we wtryskarce (uniwersalnej) nie robimy nic poza podłączeniem sterowania.

W każdym przypadku, musimy posiadać moduł sterowania sekwencjami fazy wtrysku, docisku, wypełniania gazem i jego odzysku. Zwykle osobne urządzenie to kompresor do zasilania instalacji w azot sprężony do ciśnienia od 200 do 500 barów. Zasilanie z butli jest mało efektywne gdyż jest w nich tylko 150 barów czyli po sprężeniu do ciśnienia roboczego objętość zmniejsza się dwukrotnie. Niezbędne jest odzyskiwanie uprzednio oczyszczonego gazu. W dużych instalacjach efektywne będzie zasilanie ciekłym azotem. Powszechnie stosuje się jednak urządzenia wytwarzające azot na miejscu z powietrza metodami membranowymi.

W formach, doprowadza się sprężony azot zaworami z ruchomą lub nieruchomą iglicą. Gaz może być wprowadzany do kanałów wlewowych, ale najczęściej bezpośrednio do gniazd formujących.

Rozwiązania konstrukcyjne zaworów, zasilaczy, sterowania i oprzyrządowania towarzyszącego są tajemnicami chronionymi przez dostawców, których nie ma zbyt wielu.

Niedawno zaprezentowaną odmianą jest metoda o nazwie Airpress III polegająca na wypełnieniu całych gniazd form stopionym tworzywem sztucznym i po pewnym przetrzymaniu, dla uzyskania grubszych ścianek kształtki, następuje wprowadzenie gazu od strony przeciwnej niż wtrysk. Azot wypycha nadmiar tworzywa i zapewnia optymalny docisk, doskonałe odwzorowanie powierzchni formy, uzyskanie sztywnej postaci przy krótkim cyklu procesu.

§ Całkowite wyeliminowanie zapadnięć. Kształtka idealnie odwzorowuje powierzchnię formy. Tak dobrego efektu estetycznego nie można uzyskać inną metodą. Przykład: do maskownicy telewizora mocuje się ciężki kineskop a na powierzchni zewnętrznej nie ma żadnych śladów grubych żeber.

§ Wyeliminowanie deformacji, wypaczeń kształtu znaczne zwiększenie sztywności.

§ Prostsza konstrukcja wyrobu, nie jest konieczne utrzymanie jednakowej lub zbliżonej grubości ścianek.

§ Prosta i tania poprawa formy w przypadku przejścia z klasycznego wtrysku na wspomagany gazem.

Oto w jakich dziedzinach formowanie wtryskowe wspomagane gazem znalazło szczególnie szerokie zastosowanie i na jakiego typu detale:

§ Wszelkiego typu elementy dekoracyjne lub o wysokiej estetyce, szczególnie metalizowane lub malowane: w motoryzacji, wyposażeniu łazienek.

§ Różnego typu uchwyty, wieszaki które winny być sztywne, lekkie i estetyczne.

§ W motoryzacji; panele, maskownice, dzwignie, obudowy luster, oparcia i uchwyty.

Firmy dostarczające kompletny zestaw urządzeń do tej metody także służą próbami, konsultacjami, szkoleniem oraz komputerowym wspomaganiem projektowania z symulacją procesu ( C-Mold, C-Gasflow itp.).

Technologia wtryskiwania wspomagana gazem jest ciągle nie do końca wykorzystanym kluczem do sukcesu.