Nástroje pro vstřikování plastů

Vstřikovací nástroj je jedním z nejvýznamnějších aspektů současné výroby široké škály plastových dílů. Kromě toho má na trhu několik aplikací. Tyto výrobky mohou sahat od automobilových dílů až po domácí nádobí apod. Tento článek vám pomůže poskytnout podrobnější analýzu nástrojů pro vstřikování plastů. Zaměříme se na různé kategorie, na ty, které jsou v současné době na trhu, a na přední výrobce.

Co je vstřikování plastů?

Nástroje pro vstřikování plastů lze definovat jako zařízení a nástroje, které se používají v procesu vstřikování. Pomáhá tedy tvarovat roztavený plast do hotových dílů. Kromě toho je tento proces velmi důležitý při hromadné výrobě složitých plastových předmětů a nabízí vysokou přesnost a účinnost. Může zahrnovat tvarování plastu pomocí různých konstrukcí součástí. Kromě toho se sestava vstřikovacích nástrojů skládá ze základny formy, jejího jádra, chladicích kanálů a dutinové desky. Celá tato sestava tedy zajišťuje, že roztavený plast se přesně vytvaruje, následně ochladí a vyhodí z formy.

Jak se vyrábí vstřikovací nástroje? Kompletní proces

Zde je uveden správný a podrobný postup, jak se vstřikovací nástroje formují.

1. Fáze návrhu

●       Koncepční návrh: Začíná to tím, že konstruktéři a designéři vytvoří koncepční návrh formy podle specifikace výrobku. Těmito specifikacemi mohou být geometrie dílů, průtočná média nebo chladicí média.

●       Modelování CAD: Pak se Nástroj CAD slouží k vytvoření přesného 3D modelu formy, která má být vyrobena. Mezi hlavní součásti patří rozvržení součástí, kreslení, vtokové ústrojí a chladicí systém.

●       Přezkum návrhu: Jakmile je hotový a zkontrolovaný, je znovu zkontrolován, aby bylo zaručeno, že splňuje funkční a výrobní požadavky. Může se tedy jednat o předpověď toku kovu ve formě, způsobu chlazení formy nebo místa a způsobu vyhazování dílů.

2. Vytváření prototypů

Zde se prototypová forma často vyrábí z levnějšího materiálu, hliníku. Tato prototypová forma se obvykle používá k testování konstrukce a potvrzení funkčnosti formy. Tento krok tedy obvykle pomáhá identifikovat potenciální problémy a provést úpravy před finální výrobou.

 3. Výroba nástrojů

●       Výběr materiálu: Po dokončení návrhu a jeho specifikací je dalším krokem výběr vhodného materiálu nástroje. Mezi běžné materiály tak může patřit nástrojová ocel (například P20, H13), nerezová ocel nebo hliník. Jejich výběr závisí na faktorech, jako je objem výroby, složitost dílu a nákladové hledisko.

●       Obrábění: CNC obráběcí procesy se pak používají k řezání a tvarování lisovaných dílů z vybraného materiálu. Obvykle se jedná o frézování, vrtání a přesné broušení. Lze jimi tedy dosáhnout požadovaných rozměrů a povrchové úpravy.

●       Tepelné zpracování: Poté, některé nástrojové materiály procházejí procesy tepelného zpracování, tj. kalením a popouštěním. Ty pomáhají optimalizovat jejich mechanické vlastnosti, jako je tvrdost a houževnatost.

4. Montáž

●       Základna formy: Hned po výrobě se sestaví základna formy, dutina a další součásti. Zahrnuje tedy především montážní vložky, vsuvky a všechny potřebné mechanismy k provádění procesů vyhazování a chlazení dílů.

●       Montáž a seřízení:  Zde jsou komponenty pečlivě namontovány a seřízeny. Pomáhají tak provádět přesné operace při vstřikování.

5. Povrchová úprava

Kritické povrchy formy, tj. dutina a jádro, zde procházejí procesy povrchové úpravy. Mohou tak získat požadovanou hladkost a strukturu. Může se jednat o leštění, elektroerozivní obrábění (EDM) nebo strukturování. Ty všechny pomáhají vtisknout výliskům specifické povrchové vlastnosti.

6. Testování a ověřování

●       Zkušební jízdy: Jakmile je forma kompletně připravena, proběhne zkušební provoz. Ty se provádějí s použitím cílového vstřikovacího stroje a materiálu za výrobních podmínek. V této fázi se tedy prokazuje funkčnost formy, kvalita dílu a výkon.

●       Úpravy: Pokud se vyskytne nějaký problém s plísněmi nebo povrchovou úpravou, je nutné. lze provést úpravy chlazení, hradítek nebo vyhazovacích systémů. Mohou tak pomoci optimalizovat kvalitu dílů a dobu cyklu.

Typy nástrojů pro vstřikování plastů

Podívejme se na různé typy vstřikovacích nástrojů, které jsou k dispozici.

1. Formy s jednou dutinou

Formy s jednou dutinou mohou formovat jeden díl najednou v jednom záběru. Tyto formy se používají při krátkodobé výrobě nebo při potřebě výroby prototypových dílů. Vzhledem ke své základní struktuře jsou jednodutinové formy relativně levnější a snadněji se konstruují než formy s více dutinami. Přesto pracují pomalu, protože díl vytvoří pouze jednou, v jednom cyklu. Obvykle se používají tam, kde je potřeba úzká tolerance nebo kde může mít díl označení, které je obtížné vytvořit ve formě s více dutinami.

2. Formy s více dutinami

Vícedutinové formy mají v rámci jedné formy více dutin, které v každém vstřikovacím cyklu poskytují různé identické díly. Pomáhá tak zvýšit efektivitu výroby a vícehrdlé formy jsou vhodné i pro velkosériovou výrobu. Kromě toho jsou tyto formy ve srovnání s jednodutinovými formami složitější a dražší na výrobu a konstrukci. Pomáhají však zvýšit výrobu a snížit náklady na jeden díl. V případě hromadné výroby tak mohou ospravedlnit počáteční investici.

3. Rodinné formy

Rodinné formy vytvářejí několik dutin, v nichž se v jednom cyklu vyrábí různé díly najednou. To znamená, že každá dutina formy tvoří jeden díl, což může být ideální pro montážní prostředí, kde je nejčastěji potřeba mnoho dílů najednou. Rodinné formy se často používají pro lisování dílů patřících do určité skupiny. Umožňují totiž současné tvarování členů této skupiny, což zkracuje čas. Musí však být velmi dobře navrženy z hlediska doby plnění a chlazení všech dutin ve formě. Tato podmínka může způsobit, že jejich výroba a údržba je obtížnější než u forem s jednou nebo více dutinami.

4. Dvoustřelové formy

Formy se dvěma záběry nebo formy s více materiály či barvami umožňují lisovat dva různé materiály nebo barvy v jednom cyklu. Tato technika je nejvhodnější pro mnoho případů, jako jsou například ozubená kola vyžadující použití různých barev nebo materiálů. Mohou tak vzniknout díly s rukojetí nebo vícebarevnými plochami. Proces zahrnuje dva oddělené vstřikovací cykly: nejprve se vstříkne materiál, poté se částečně ochladí. Za druhé se materiál vstřikuje nad první materiál nebo kolem něj. Metodou dvoustřikového vstřikování lze zlepšit funkci a vzhled dílů. Tento proces však vyžaduje exkluzivní vybavení a přesné konstrukce forem.

5. Formy pro horké dráhy

Tyto formy používají ohřívací systém, aby mohly udržovat plast v roztaveném stavu, když proudí systémem kanálů do dutin formy. Tento způsob kopírování jako odlitku snižuje množství plastového odpadu, protože již není třeba odpojovat a recyklovat podběhy. Systémy s horkými vtoky mohou zkrátit dobu cyklu a zvýšit kvalitu dílu, protože pomáhají udržovat kontinuitu roztaveného plastu, čímž zlepšují záruky špatné povrchové úpravy. Systémy se studenými vtokovými ústrojími se navrhují snadněji než formy s horkými vtokovými ústrojími, ale ty jsou relativně nákladné jak na návrh, tak na výrobu a také na údržbu.

6. Formy pro běh za studena

Formy se studenými válci mají kanálky, kterými plastová tavenina protéká, než se dostane do dutin. Naproti tomu u systémů se studenými vtoky tuhnou vtokové bloky spolu s dílem a je třeba je vyjmout a často recyklovat nebo vyřadit. Tyto formy jsou obecně jednodušší a levnější než formy s horkými válci. Proto jsou vhodné pro široké použití. Produkují však více zmetků a doba cyklu může být delší kvůli nutnosti přetavení a manipulace se ztuhlými vtokovými tělesy.

Různé klíčové parametry a hodnoty spojené s nástroji pro vstřikování plastů

Zde jsou uvedeny některé klíčové parametry a hodnoty, které jsou obecně spojeny s vstřikovací nástroje.

Jaké jsou výhody vstřikovacích forem?

●       Vysoká účinnost: Lze však poznamenat, že jakmile jsou formy navrženy a zkonstruovány, je vlastní proces vstřikování materiálu do formy velmi efektivní, což vede k vytvoření mnoha dílů během krátké doby.

●       Důslednost a přesnost: Vstřikování také vede k přesnému a rovnoměrnému uvolnění formy, čímž je zajištěna podobná tolerance pro velkou sérii stejného dílu.

●       Složité geometrie: Tento proces umožňuje konstruktérům vytvářet mnohostranné a propracované návrhy dílů. Něco, co by při použití jiných technik nebylo možné.

●       Formy, odrůda: Jako většina materiálů jsou preferovány termoplastické i termosetové polymery a elastomery. Vykazují totiž flexibilitu při jejich výběru.

●       Nízký odpad: Vstřikování je dnes šetrné k životnímu prostředí, zejména díky systémům horkých kanálů. Kromě toho nedochází k plýtvání materiálem.

●       Pevnost a odolnost: Umožňuje začlenění plniv do vstřikovaného materiálu, čímž se zvyšuje pevnost a odolnost dílů.

●       Automatizace: Vstřikování může zahrnovat vysokou míru automatizace; to má obvykle vliv na snížení nákladů na pracovní sílu a zvýšení produktivity.

Jaké jsou nevýhody vstřikovacích forem?

Zde jsou uvedeny některé nevýhody a omezení vstřikovacích forem.

●       Vysoké počáteční náklady na nástroje: Tvorba a vývoj forem jsou spojeny s velkými náklady, protože návrhy mohou být složité, což často vede k velmi vysokým nákladům.

●       Dlouhé dodací lhůty: Od návrhu až po výrobu může uplynout dlouhá doba, což je, popravdě řečeno, časově náročné, pokud jde o projekty s napjatým harmonogramem.

●       Omezení návrhu: Výměna forem je nákladná a někdy vyžaduje pořízení zcela nových forem. 

●       Stroj; má omezení: Při vstřikování není možné použít všechny materiály, což zužuje typ použitého materiálu.

●       Omezení velikosti dílů: Výroba je omezena velikostí formy a stroje; u velkých dílů je obtížná.

●       Komplexní údržba: Na druhou stranu formy potřebují pravidelnou údržbu, aby byla zaručena jejich produktivita a trvanlivost.

●       Výzvy v oblasti kontroly kvality: Její údržba může být náročná, zejména při velkém počtu výrobních sérií na současných světových trzích. 

●       Dopad na životní prostředí: Vstřikování jako výrobní proces může produkovat plasty, a tudíž vytvářet plastový odpad, což vyžaduje opatření k likvidaci odpadu. 

Závěr

Závěrem lze říci, že vstřikovací nástroje mají v moderní výrobě velmi významné místo. Poskytuje všestrannost a efektivitu při výrobě plastových dílů. Je tedy velmi důležité porozumět různým typům nástrojů a faktorům při výběru správného výrobce. Kromě toho jsou při výběru výrobce velmi důležitými faktory také kvalita a přesnost, zákaznická podpora, náklady a doba realizace. Kromě toho se tato oblast vstřikování neustále vyvíjí a dosahuje optimálního výkonu a udržitelnosti výrobních operací.

Často kladené otázky

Q1. Jak dlouho trvá výroba vstřikovacích nástrojů?

Dodací lhůta je doba potřebná k výrobě výrobku. V závislosti na složitosti návrhu může trvat několik týdnů až několik měsíců. Kromě toho se může v průběhu času měnit.

Q2. Jaké faktory je třeba zohlednit při výběru výrobce nástrojů?

Tímto faktorem mohou být zkušenosti, kvalita, zákaznický servis, cena, čas a schopnost zpracovat určité materiály. Kromě toho je třeba vzít v úvahu i složité díly.

Q3. Jaké jsou běžné problémy při výrobě nástrojů pro vstřikování plastů?

Mezi tyto problémy patří vady dílů, tj. deformace nebo propadliny, odchylky kvality a požadavek lokalizace na přísnou kontrolu vstřikovacích faktorů.