Cap. 5. Utilaje Pentru Injectare.ff

Capitolul 5. Aspecte tehnologice privind utilajele pentru injectarea materialelor plastice

130

CAPITOLUL 5

ASPECTE TEHNOLOGICE PRIVIND UTILAJELE PENTRU INJECTAREA MATERIALELOR PLASTICE

5.1. Principiul de lucru Utilajele destinate injectării materialelor plastice diferă între ele mai ales prin caracteristicile funcţionale, soluţiile constructive adoptate sau gradul de automatizare a unor operaţii. Maşinile de injectat materiale plastice se caracterizează prin existenţa a două unităţi constructive de bază: unitatea de injectare şi unitatea de închidere. Unitatea de injectare cuprinde: dispozitivul de alimentare cu material, echipamentele de termoplastifiere şi sistemul de injectare. Unitatea de închidere cuprinde: sistemele de închidere şi deschidere ale matriţei, dispozitivul de eliminare a piesei injectate, sistemele de protecţie etc. Majoritatea maşinilor de injectat (80%) au cele două unităţi de bază amplasate în linie şi în plan orizontal, fapt pentru care sunt denumite maşini de injectat orizontale. Unitatea de injectare poate fi cu piston sau cu melc - piston. Maşinile de injectat cu melc-piston au marele avantaj că lucrează cu material plastifiat bine omogenizat şi în consecinţă presiunea specifică de injectare este cu (40÷50)% mai mică decât la maşinile de injectat cu piston. Acţionarea unităţii de injectare, respectiv a unităţii de închidere poate fi: pneumatică, hidraulică, hidromecanică, sau mecanică. Acţionarea pneumatică se utilizează numai la maşini cu capacitate de injectare redusă. Pentru injectarea pieselor de dimensiuni mari, cele mai adecvate sunt maşinile cu acţionare hidraulică. Presiunea necesară acţionării sistemului de închidere a matriţei şi a sistemului de injectare se realizează cu ajutorul motoarelor hidraulice liniare (fig. 5.1).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

14 13

Fig. 5.1. Schema maşinii de injectat acţionată hidraulic: 1 - cilindru hidraulic; 2 - piston; 3 - placă de bază; 4 - platou mobil de prindere a matriţei; 5 - coloane de ghidare; 6 - cap de injectare; 7 - platou fix de prindere; 8 - suport cilindru;

9 - piston; 10 - placă de bază; 11 - piston de injectare; 12 - cilindru hidraulic; 13 - placă de ghidare; 14 - cilindru de plastifiere.

Injectarea materialelor plastice

131

Maşinile de injectat pot lucra cu comandă manuală, semiautomată şi automată. Comanda manuală se foloseşte exclusiv pentru reglarea maşinii. În cazul funcţionării în ciclu semiautomat operatorul poate regla toţi parametrii regimului de lucru la injectare: dozarea, cursa pistonului, presiunea de injectare, temperaturile în diferite zone ale cilindrului de plastifiere, forţa de închidere, presiunea ulterioară, demularea pieselor precum şi închiderea sau deschiderea matriţei. În ciclu automat, după pornirea maşinii, ciclul se repetă automat, conform unui program prestabilit. Materialul plastic sub formă de granule este introdus în cilindrul de plastifiere cu ajutorul unui dispozitiv de alimentare care realizează totodată şi dozarea. Reglarea corectă a dozării este foarte importantă, deoarece dozarea greşită poate conduce la obţinerea unor piese cu defecte. Dispozitivele de dozare funcţionează mecanic, cel mai des fiind utilizate dispozitivele de dozare volumetrică. Cilindrul de plastifiere trebuie să asigure o capacitate de plastifiere optimă, cu variaţii de temperatură şi pierderi de presiune minime şi are rolul de a aduce materialul în stare termoplastifiată cât mai omogenă.

5.2. Clasificarea şi descrierea maşinilor de injectat

Maşinile de injectat au o mare diversitate constructivă atât datorită extinderii operaţiei de formare prin injectare a materialelor plastice cât şi datorită gamei largi de condiţii de prelucrare.

5.2.1. Clasificarea maşinilor de injectat Maşinile de injectat se clasifică după mai multe criterii: - în funcţie de capacitate (greutatea piesei ce se formează într-un singur ciclu) sunt de 5 grame până la 2⋅104 grame; - după tipul agregatului de plastifiere şi injectare, maşinile de injectat pot fi: cu piston, cu piston şi dispozitiv de preplastifiere şi cu melc-piston. Cele cu piston şi dispozitiv de preplastifiere şi cu melc-piston au capacităţi mari şi asigură o bună omogenizare a materialului; - după sistemul de acţionare a agregatului de închidere a matriţei şi de injectare, se clasifică în: manuale, electromecanice, electrohidraulice, pneumatice sau mixte. Maşinile acţionate manual sunt utilizate în laborator. Acţionarea electrohidraulică este utilizată cel mai frecvent datorită avantajelor pe care le prezintă; - în funcţie de direcţia de închidere a matriţei şi de deplasarea pistonului sunt: maşini orizontale, verticale, vertical-orizontale şi orizontal-verticale. Maşinile orizontale se pretează unui proces de lucru complet automatizat, dar au dezavantajul că ocupă cea mai mare suprafaţă; - în funcţie de sistemul de comandă se clasifică în maşini: manuale, semiautomate şi automate. Maşinile cu comandă manuală sunt de mult depăşite şi înlocuite cu cele automate. La cele semiautomate se comandă manual numai începerea ciclului; - în funcţie de numărul matriţelor pot fi maşini cu o singură matriţă şi maşini cu (4÷10) matriţe montate pe un platou rotativ care le aduce succesiv în dreptul cilindrului de injectare. Maşinile de injectat cu mai multe matriţe au productivitate mare, fiind indicate în special pentru produse de greutate mică şi de serie foarte mare. 5.2.2. Părţile componente ale maşinilor de injectat Principalele părţi componente ale unei maşini de injectat sunt: - batiul;


132

- subansamblul de închidere a matriţei: - agregatul de plastifiere şi de injectare; - dispozitivul de alimentare şi dozare; - sistemul de încălzire şi reglare a temperaturii; - sistemul de răcire; - aparate de control şi dispozitive de siguranţă. 5.2.2.1. Batiul Pe batiul maşinii de injectat se montează platourile de prindere ale matriţei, subansamblurile de închidere, agregatul de plastifiere şi de injectare etc. Batiul se execută din fontă cenuşie sau oţel, prin turnare, sau prin sudare din tablă şi profile de oţel. 5.2.2.2. Subansamblul de închidere al matriţei Maşina de injectat este prevăzută cu două platouri, unul fix şi altul mobil, pe care se fixează semimatriţele. Cu ajutorul unui mecanism, platoul mobil este deplasat în sensul de închidere sau deschidere al matriţei. Forţa de închidere a matriţei trebuie să fie mai mare decât forţa de deschidere creată de presiunea topiturii din matriţă. Presiunea topiturii variază între (102÷2⋅102) MPa şi depinde de viscozitatea topiturii, de geometria şi volumul cavităţii, de geometria traseelor de curgere, de viteza de injectare etc. Forţa de închidere se calculează cu relaţia 1.1. (vezi Capitolul 1).

3

4

5

6 7 1 2

Fig. 5.2. Mecanism de închidere cu acţionare mecanică


133

Din punct de vedere al acţionării, există mecanisme de închidere cu acţionare mecanică, acţionare hidromecanică şi acţionare hidraulică. Mecanismele de închidere acţionate mecanic sunt utilizate la maşinile de capacitate mică şi medie. Ele sunt relativ complicate şi scumpe. Un astfel de mecanism este reprezentat în figura 5.2 [49], [177]. Platoul mobil (1) se deplasează pe coloanele de ghidare (2) fiind acţionat de un motor electric (nereprezentat în desen), prin intermediul reductorului (3), a sectoarelor dinţate (4), a pârghiilor (5) şi (6) şi tijei reglabile (7), fixată pe platoul mobil. Mecanismele acţionate hidromecanic se întâlnesc atât la maşinile de capacitate mică, cât şi la cele de capacitate mare. Sunt recomandate pentru matriţe puţin adânci, la care cursa platoului mobil este scurtă.

Din punct de vedere constructiv se deosebesc acţionări hidromecanice cu cremalieră sau cu mecanism de închidere cu genunchi. În genera, la maşinile de injectat de capacitate mare se folosesc mecanisme de închidere cu pârghii tip genunchi, care asigură forţe mari de închidere. În figura 5.3 se prezintă schemele a trei mecanisme de închidere acţionate hidromecanic: primul cu pârghii prelungite (a), al doilea cu genunchi şi cilindru basculant (b) iar al treilea cu pârghii duble (c). Acţionarea hidraulică este recomandată pentru forţe de închidere şi curse mari ale platoului mobil. În aceste cazuri se folosesc două circuite de acţionare: unul de joasă presiune pentru deplasări de poziţionare şi al doilea, de înaltă presiune pentru închiderea matriţei. Varianta constructivă din figura 5.4 rezolvă problema cu ajutorul cilindrului de închidere (1) şi al pistonului de strângere (2). În figura 5.4,a matriţa este deschisă, iar în figura 5.4,b, închisă şi strânsă. Platoul fix (3) şi traversa (4) sunt montate pe batiul maşinii şi solidarizate prin patru coloane (5), pe care glisează platoul mobil (6). Semimatriţele (7) sunt fixate de cele două platouri. Cilindrul (1) care face corp comun cu pistonul (2) este fixat în bucşa filetată (8). Poziţia acestei bucşe în traversa (4) poate fi modificată cu ajutorul bucşei (9). Astfel se reglează distanţa dintre platoul fix şi cel mobil. În interiorul cilindrului de apropiere (1) există pistonul (10), fixat de bucşa (8) prin intermediul unei tije. Tija pistonului este străbătută de două canale prin care se introduce, în unul din cele două compartimente ale cilindrului (1), lichid de joasă presiune. Prin introducerea lichidului de acţionare în faţa pistonului (10),

a.

b.

c.

Fig. 5.3. Mecanisme de închidere cu pârghii, cu acţionare hidromecanică: a - mecanism cu pârghii prelungite; b - mecanism cu pârghii şi cilindru basculant;

c - mecanism cu pârghii duble.


134

cilindrul (1) este deplasat spre dreapta şi matriţa se închide. Cu ajutorul pistoanelor (11), semiinelele (12) sunt deplasate spre interior (vezi figura 5.4,b), iar cilindrul (1) este zăvorât în poziţia închis. Forţa de strângere se realizează cu lichid de înaltă presiune, alimentat prin racordul (13). Perna de lichid ce se formează între pistonul (2) şi platoul (6), deplasează platoul înainte până ce pistonul (2) se sprijină în inelul opritor (14). Consumul de lichid sub presiune este foarte redus la această maşină, ceea ce diminuează cheltuielile de exploatare [59], [177].

Pentru reducerea dimensiunilor cilindrului hidraulic în zona de închidere a maşinii şi pentru mărirea forţei de închidere se utilizează mecanisme cu pârghii, ca cele prezentate în figura 5.3. 5.2.2.3. Agregatul de plastifiere şi injectare Agregatul de plastifiere şi injectare serveşte la plastifierea materialului, introducerea acestuia sub presiune în matriţă şi menţinerea presiunii în timpul stadiului de compresie. Din punct de vedere constructiv pot fi mai multe tipuri: - agregatele cu piston realizează plastifierea şi injectarea materialului cu ajutorul unui cuplu activ cilindru-piston. Aceste maşini au o capacitate limitată de plastifiere şi nu omogenizează topitura. În figura 5.5 este redată schema unui agregat cu piston. Materialul plastic din pâlnia (1), dozat cu ajutorul dispozitivului (2), cade în cilindrul de plastifiere (3) al maşinii, prevăzut în exterior cu manşoane de încălzire (4). Granulele presate în spaţiul inelar dintre torpila (5) şi suprafaţa cilindrului încălzit se plastifiază. Topitura este împinsă cu ajutorul pistonului (6) prin capul de injectare (7) şi duza (8), în cavitatea matriţei;

4 12 14 13 5

11 10 2 6 7 3

9

1

3

b.

a.

Fig. 5.4. Mecanism de închidere cu acţionare hidraulică: a. matriţa închisă; b. matriţa deschisă.


135

- agregatele cu melc-piston plastifiază şi injectează materialul cu ajutorul cuplului activ format din cilindru şi melc. Prin rotirea melcului se efectuează dozarea, plastifierea (parţial prin încălzire autogenă) şi omogenizarea topiturii. Prin deplasarea axială a melcului se realizează injectarea. Aceste maşini, cu capacitate mare de plastifiere, asigură un timp scurt de reţinere a materialului şi o foarte bună omogenizare a acestuia. Din punct de vedere constructiv maşina este identică cu un extruder, cu singura deosebire că melcul este prevăzut şi cu acţionare axială. Schema unui agregat de plastifiere şi injectare cu un singur melc este prezentată în figura 5.6. Melcul (5) al acestei maşini îndeplineşte funcţia de plastifiere şi de injectare. El preia materialul din pâlnia (1) şi îl transportă în cilindrul (3), prevăzut cu încălzire electrică exterioară (4). Topitura omogenizată este refulată la deplasarea axială a melcului prin capul de injectare (7) şi duza (8) în matriţă. Injectarea se efectuează cu melcul aflat în rotaţie sau cu melcul oprit. Aceste maşini pot fi echipate cu unul sau doi melci; - agregatele cu dispozitiv de preplastifiere folosesc pentru injectare cuplul cilindru-piston, iar pentru plastifiere un dispozitiv cu piston sau cu melc. Ele reprezintă o variantă îmbunătăţită a agregatelor cu piston. Pentru maşinile cu un melc, utilizate ca agregate de plastifiere şi injectare, raportul dintre lungimea activă a melcului şi diametrul său are valori cuprinse între (10÷15), la rapoarte de compresie de (2÷2,5). Turaţia melcului este aceeaşi ca la extruderele obişnuite, iar modificarea turaţiei trebuie să se facă continuu. Materialul sub formă de granule alimentează dispozitivul de preplastifiere, de unde, sub formă de topitură, este trecut în cilindrul de injectare. Starea materialului în cilindrul de plastifiere este determinată, în afară de temperaturile zonelor de încălzire, de presiunea care se exercită asupra sa în timpul injectării, de cantitatea de material dozat şi de durata de menţinere a materialului în cilindru. Materialul este supus procesului de termoplastifiere treptat, din zona de intrare în cilindru către capul de injectare. În figura 5.7 s-a redat schematic procesul de trecere a materialului din faza solidă în fazele vâsco-elastică, vâsco-plastică şi în final sub formă de topitură, pe măsura parcurgerii celor patru zone de încălzire mai importante din cilindrul de injectare. Aproximativ 60% din cantitatea de căldură necesară atingerii temperaturii de topire a materialului plastic este transmisă în zonele (2), (3) şi (4) de plastifiere. În zona de omogenizare (1), este necesară numai cantitatea de căldură care asigură menţinerea temperaturii materialului în intervalul de înmuiere, cât mai aproape de temperatura sa de topire [8], [32], [163], [177].

5

8

4

6

3

12

Fig. 5.5. Schema unui agregat de plastifiere şi injectare cu piston


136

Capacitatea de curgere a materialului variază pe direcţie radială în secţiunea cilindrului, datorită faptului că temperatura de topire este mai ridicată în dreptul peretelui încălzit al cilindrului (fig. 5.7).

65

43

21

Fig. 5.6. Schema unui agregat de plastifiere şi injectare cu melc-piston

A-A B-B C-C

1 2 3 4 5

A B C

A B C

Fig. 5.7. Fazele plastifierii materialului plastic în cilindrul maşinii de injectat:

1 - material topit omogenizat; 2 - material topit neomogenizat; 3 - material parţial topit; 4 - material solid compactizat; 5 - granule.


137

Materialele termoplastice nu sunt bune conducătoare de căldură şi de aceea cu cât cilindrul de plastifiere are diametrul mai mare cu atât gradientul de temperatură va fi mai mare. Repartizarea optimă a temperaturii se obţine în cilindrii de plastifiere cu diametre mici, însă în acest caz se micşorează capacitatea de plastifiere. Cecetările experimentale au arătat că temperatura cilindrului nu trebuie să depăşească temperatura topiturii cu mai mult de (10÷15)°C [8], [49], [163], [177]. Această diferenţă mică de temperatură reclamă însă suprafeţe mari de încălzire. Pentru rezolvarea acestei contradicţii, toţi cilindrii de plastifiere ai maşinilor de construcţie modernă sunt prevăzuţi cu torpile de cele mai variate construcţii. Din cauza secţiunii micşorate în dreptul torpilei, capacitatea de plastifiere creşte, însă creşte şi consumul de energie al maşinii. Construcţia cilindrului, forma torpilei şi locul ei de amplasare au un rol determinant în modul de distribuţie a temperaturii pe lungimea cilindrului de injectare. Îmbunătăţirea procesului de termoplastifiere a materialului plastic s-a realizat prin înlocuirea pistonului de injectare cu un melc-piston. Acesta lucrează în doi timpi şi anume: într-o primă fază se roteşte, acţionând ca un melc care contribuie în mod substanţial la plastifierea materialului prin frecarea lui de pereţii încălziţi ai cilindrului, simultan cu omogenizarea temperaturii materialului plastic adus în faza de înmuiere şi, în a doua fază, acţionează ca un piston, compactizând materialul şi injectându-l în cavitatea matriţei. Piesele injectate pe maşini cu melc-piston sunt calitativ mai bune, deoarece materialul fiind uniform încălzit, tensiunile interne care apar în timpul răcirii piesei sunt mult mai reduse. Pe astfel de maşini este posibilă şi colorarea omogenă a materialelor plastice în timpul procesului de injectare. Alături de sistemul de închidere a matriţei, cilindrul de injectare şi sistemul de transport al materialului plastic prin cilindrul de injectare, o importanţă deosebită o are duza de injectare, fixată prin filetare, la capătul cilindrului. Aceasta are rolul de a asigura curgerea uniformă a materialului topit în matriţă, aşezându-se perfect pe duza matriţei. Cilindrul de injectare şi uneori duza sunt încălzite cu rezistenţe electrice care permit reglarea uşoară a temperaturii, în limita a (±2°C). Cilindrul se execută din oţeluri aliate. El este format din două părţi concentrice: cilindrul exterior care are pereţii groşi pentru a putea rezista la presiunea din timpul stadiilor de injectare şi compresie şi pentru a asigura o distribuţie uniformă a temperaturii; cilindrul interior care se execută din oţeluri rezistente la coroziune. Suprafaţa interioară a acestui cilindru este rectificată deoarece vine în contact cu polimerul şi cu pistonul. Cilindrul de injectare al agregatelor cu piston trebuie să fie dimensionat la o capacitate egală cu de (5÷10) ori capacitatea injectată într-un singur ciclu. Pistonul sau melcul-piston injectează materialul în matriţă prin deplasare axială. Acestea se execută din oţeluri aliate călite superficial sau din oţeluri pentru nitrurare. Torpila este o piesă de formă hidrodinamică, amplasată în axul cilindrului agregatelor cu piston. Rolul torpilei este de a asigura o secţiune de curgere de grosime redusă, în vecinatatea peretelui cilindrului încălzit şi de a uşura astfel plastifierea materialului. Forma şi poziţia torpilei asigură o repartizare şi o curgere uniformă a granulelor şi topiturii în secţiunea inelară. În figura 5.8 s-au reprezentat câteva tipuri de torpedouri utilizate în construcţia maşinilor de injectat cu piston. Torpedoul (1) din figura 5.8,a este prevăzut cu trei aripioare de centrare. Căldura se transmite de la rezistenţele electrice (2) prin peretele cilindrului (3). Între două stadii succesive de umplere a matriţei, materialul staţionează în spaţiul dintre torpedou şi cilindru se încălzeşte şi se topeşte. În figura 5.8,b este reprezentat un torpedou format din două părţi, (1) şi (2), şi este prevăzut în interior cu o bară de cupru (3) care îmbunătăţeşte conductivitatea termică. Secţiunea de curgere a polimerului pe lungimea părţii (2) este formată din mai alezaje cu secţiune circulară (4), dispuse după un cerc. La unele maşini, torpila (1) este încălzită în interior, figura 5.8,c. Astfel se asigură o capacitate sporită de plastifiere şi o reglare a temperaturii polimerului.


138

O construcţie mai nouă de torpedou este schematizată în figura 5.8,d. În alezajul conic al cilindrului (1) se montează torpedoul (2), a cărui secţiune de curgere centrală descreşte către capul de injectare. Peretele torpedoului este prevăzut cu un număr mare de orificii radiale prin care curge, de la interior spre exterior, materialul plastifiat. Acest tip de torpedou se recomandă pentru injectarea materialelor cu interval restrâns de temperaturi de prelucrare (poliamide). Capul de injectare este montat în capătul de refulare al cilindrului. Elementul principal al capului de injectare este duza sau ajutajul prin care se introduce topitura în matriţă. Deoarece matriţa este răcită, ajutajul se retrage la sfârşitul stadiului de compresie, împiedicând solidificarea topiturii în canalul ajutajului. În acest scop agregatul de injectare este deplasabil. Construcţia capului de injectare depinde de proprietăţile materialului ce se prelucrează. Pentru compuşii macromoleculari cu viscozitate mare (PVC neplastifiat) se utilizează ajutaje deschise, fără riscul deversării topiturii. La prelucrarea materialelor cu viscozitate mică (poliamide), capul de injectare este prevăzut cu dispozitive de închidere a canalului de scurgere a topiturii. Închiderea se face sub acţiunea unui arc sau a presiunii interioare. În figura 5.9 sunt prezentate patru capete de injectare: două deschise şi două cu un închizător. Duza deschisă din figura 5.9,a se recomandă pentru maşinile cu piston, pe când duza deschisă din figura 5.9,b este utilizată la maşinile cu melc-piston. Duza cu închizător cu arc, figura 5.9,c se menţine închisă sub acţiunea arcului din exterior. Deschiderea se face când presiunea topiturii devine suficient de mare pentru a comprima arcul. Duza cu supapă culisantă (2), figura 5.9,d, se închide sub acţiunea arcului (4). Duza (1), supapa (2) şi inelul (3) fac corp comun. Sub acţiunea arcului (4) acest ansamblu este deplast spre stânga, supapa (2) culisează în bucşa (5) şi închide canalul de trecere. Deschiderea canalului se efectuează prin presarea duzei de matriţă şi deplasarea înapoi a supapei.

1

c.

1 a.3

2

d.

4 1b.

2

1 3

4

2

Fig. 5.8. Cilindri de injectare prevăzuţi cu diverse tipuri de torpedouri [177]


139

Unele construcţii de maşini de injectat de capacitate mare utilizează organe de închidere comandate hidraulic şi incluse în sistemul de comandă a ciclului de injectare. 5.2.2.4. Dispozitive auxiliare Pâlnia şi dispozitivul de dozare servesc la alimentarea maşinii şi dozarea cantităţii de material ce se introduce la fiecare ciclu în cilindrul de plastifiere. Funcţionarea celor mai multe dispozitive se bazează pe dozarea materialului cu ajutorul unei camere ce se umple şi se goleşte alternativ şi al cărei volum poate fi modificat între anumite limite. Schema unui dispozitiv de alimentare şi dozare este reprezentată în figura 5.10. Materialul se introduce în buncărul (1), de unde, prin cădere liberă, alimentează camera de dozare (2). Deschiderea buncărului de alimentare se reglează cu ajutorul şubărului (3). Fundul camerei de dozare este format dintr-un "piston" (4) ce poate fi deplasat pe verticală cu ajutorul camei (5). În canalul înclinat (6) al camei glisează ştiftul (7), fixat de pistonul (4). Prin deplasarea în plan orizontal a camei (5), în funcţie de sensul deplasării, pistonul (4) este ridicat sau coborât. La ridicarea pistonului materialul din camera (2) este evacuat în jgheabul (8), de unde cade în cilindrul de plastifiere. Acţionarea camei (5) se face cu un sistem de pârghii. Articulaţia (9) descrie o mişcare de dute-vino în plan orizontal, între limite fixe. Mişcarea este transmisă la camă prin intermediul tijelor (10) şi (11) şi a piuliţei (12). Lungimea cursei, descrisă de camă şi, deci cantitatea de material dozată, se reglează cu piuliţa (12) prin modificarea distanţei dintre tija (10) şi piuliţă. Arcul (13) ajută la revenirea tijei (10) în vederea începerii unui nou ciclu de alimentare. Dispozitivul este adecvat pentru materiale sub formă de granule de aceeaşi mărime. Solidele pulverulente nu se dozează cu acest dispozitiv deoarece pătrunderea prafului între pereţii camerei de dozare şi piston duce la griparea pistonului.

a.3 4

1 2 5c. d.

b.

Fig. 5.9. Tipuri constructive de duze de injectare


140

2

5

7 6

4

8

3

11

10

13 12

9

1

Fig. 5.10. Schema dispozitivului de dozare

5.2.3. Principalele tipuri de maşini de injectat Maşinile de injectat materiale plastice sunt fabricate într-o mare varietate constructivă. Cele mai reprezentative sunt: maşina cu piston, maşina cu piston şi dispozitiv de preplastifiere, maşina cu melc-piston şi maşina cu platou rotativ (carusel). Maşina cu piston prezentată schematic în figura 5.11 face parte din categoria maşinilor automate, orizontale, cu acţionare hidraulică. Batiul (2), executat din fontă turnată, este fixat pe placa de fundaţie (1). Pe batiu sunt montate agregatul de plastifiere şi injectare şi subansamblul de închidere a matriţei. Agregatul de plastifiere şi injectare este format din cilindrul (3) şi pistonul (4), acţionat hidraulic, care transmite mişcarea prin intermediul tijei (5) şi pistonului de injectare (6). La partea superioară este montat buncărul (7) şi dispozitivul de dozare (8). Materialul este introdus prin racordul (9) în cilindrul de plastifiere (10), prevăzut cu torpila (11) şi cu rezistenţele electrice (12) folosite pentru încălzire. Subansamblul de închidere a matriţei (13) se pune în mişcare cu ajutorul cilindrului hidraulic oscilant (14), prin intermediul pârghiei (15). Maşina este echipată cu trei pompe, din care una de înaltă presiune (16) şi motorul (17) sunt figurate în figura 5.11. Presiunea uleiului în circuite este de 50 bari şi 150 bari. Circuitul de joasă presiune serveşte la închiderea şi deschiderea matriţei şi la retragerea pistonului de injectare, acţionări care cer un consum mare de lichid. Lichidul de înaltă presiune este folosit pentru injectare şi pentru închiderea matriţei [49], [177]. Productivitatea maşinilor cu piston este limitată de capacitatea de plastifiere. Anexarea unui dispozitiv de preplastifiere măreşte capacitatea de injectare şi asigură o omogenizare mai bună a topiturii. În figura 5.12 este reprezentat un dispozitiv de preplastifiere, similar cu o maşină de extrudere cu melc, montat la o maşină orizontală cu piston. Polimerul sub formă granulară aflat în pâlnia (1) cade prin orificiul de alimentare în cilindrul (2). Melcul (3) transportă, plastifiază şi omogenizează materialul. Cilindrul dispozitivului de preplastifiere ca şi cilindrul de injectare sunt prevăzuţi cu elemente de încălzire (4). Topitura de polimer este refulată de dispozitivul de preplastifiere prin piesa de centrare (6) şi supapa cu bilă (7), în cilindrul de injectare (5). De aici, cu ajutorul pistonului (8), topitura este injectată în matriţă [177].


141

139

87

5 3

4

15

14

12

11 1

2 1

0

6 1617

Fig. 5.11. Maşină de injectat cu piston cu acţionare hidraulică


142

Dispozitivele de preplastifiere măresc capacitatea de plastifiere a maşinii, dar numărul de piese fabricate în unitatea de timp rămâne acelaşi. Aceasta se datoreşte faptului că timpul necesar unui ciclu de injectare poate fi micşorat până la o anumită limită, dependentă de vitezele ce se pot imprima mecanismelor de închidere şi de timpul de staţionare a piesei în matriţă. Creşterea numărului de piese fabricate în unitatea de timp se obţine prin montarea mai multor matriţe pe un platou rotativ. Fiecare matriţă, prin rotirea platoului, ajunge în dreptul cilindrului de injectare. Răcirea şi evacuarea piesei injectate are loc în timpul rotirii platoului, în intervalul de timp dintre două stadii succesive de umplere a matriţei [8], [177].

Maşini de injectat cu un număr mai mare de matriţe se construiesc cu platou rotativ orizontal. Ele sunt utilizate la prelucrarea materialelor care necesită un timp mai îndelungat de staţionare în matriţă, aşa cum este cazul formării şi vulcanizării unor piese din cauciuc. În industria de prelucrare a compuşilor macromoleculari tehnica de formare prin injectare este cuplată cu tehnica de formare prin suflare. O astfel de tehnologie este utilizată la fabricarea corpurilor cave, recipiente, butoaie etc. Aceste maşini se construiesc cu platou rotativ, când se urmăreşte fabricarea unui număr mare de produse în unitatea de timp şi produsele sunt de dimensiuni mici. Maşinile de injectat sunt din ce în ce mai mult utilizate la formarea pieselor vulcanizate, datorită numeroaselor avantaje pe care le oferă, faţă de formarea prin presare. Scurtarea de (10÷20) ori a duratei de vulcanizare, uniformizarea calităţii produselor şi lipsa bavurilor sunt numai câteva din aceste avantaje. Maşinile de injectat în schimb sunt mai scumpe şi factorul economic este hotărâtor în alegerea procedeului de formare. Efectul Weissenberg poate fi folosit pentru plastifierea materialelor plastice ce urmează a fi prelucrate prin injectare astfel: un melc de lungime mică transportă granulele la capul de plastifiere în formă de disc, unde sunt supuse la eforturi de forfecare foarte mari; o parte din energia mecanică se transformă căldură necesară pentru plastifiere. În ultimii ani s-au făcut progrese însemnate în construcţia maşinilor de injectat, caracterizate prin trei elemente: capacitate, viteză şi specializare. Maşinile cu melc-piston sunt mai utilizate decât cele cu piston. Acţionarea melcului-piston se face hidraulic sau mecanic.

4 8 5

76

23

4 1

Fig. 5.12. Dispozitiv de preplastifiere montat pe maşina de injectat cu piston


143

Posibilitatea de automatizare integrală a operaţiei de prelucrare prin injectare a permis producătorilor să realizeze maşini care sunt comandate de calculator. Folosirea maşinilor de injectat trebuie să ţină seama de întreg ciclul de lucru, începând de la transportul şi alimentarea cu materie primă, asigurarea cu utilaje auxiliare şi terminând cu ambalarea produsului finit şi reutilizarea deşeurilor de fabricaţie. Alegerea maşinilor de injectat se face totdeauna în funcţie de piesele care urmează a fi fabricate, precum şi de avantajele urmărite. Pentru majoritatea produselor injectate se folosesc maşini de injectat orizontale, cu injectare centrală. Maşinile verticale necesită folosirea unor matriţe speciale, necesare pentru obţinerea reperelor cu inserţii sau cu forme complicate. Caracteristicile maşinii de injectat: forţa de închidere, capacitatea, viteza de injectare, presiunea şi câteva dimensini caracteristice stau la baza selecţionării maşinii în a doua etapă.

5.2.4. Acţionarea maşinilor de injectat Subansamblul de închidere a matriţei şi agregatului de plastifiere şi injectare pot fi acţionate mecanic, hidraulic sau pneumatic. Datorită avantajelor asigurate, cel mai frecvent este utilizată acţionarea mecanică sau hidraulică. Sistemul de acţionare mecanică este format dintr-un motor electric trifazat, un reductor de turaţie şi pârgiile de transmitere a mişcării. Sistemul de acţionare hidraulică se compune din: pompe cu motoare electrice de acţionare, rezervor pentru lichid, cilindri hidraulici şi distribuitoarele cu sertar. Maşinile cu acţionare hidraulică sunt prevăzute cu două circuite de ulei, cu presiuni diferite. Circuitul de presiune scăzută este folosit în acţionările cu un consum mare de lichid, iar cel de înaltă presiune pentru acţionările cu un consum mic. Pompele cu palete şi cu roţi dinţate sunt frecvent utilizate la acţionarea hidraulică a maşinilor de injectat. Pentru realizarea mişcărilor rectilinii alternative se folosesc cilindri hidraulici cu piston cu simplă sau dublă acţiune şi telescopici. Distribuitoarele cu sertar sunt destinate dirijării lichidului de lucru către organele de acţionare ale sistemelor hidraulice. Comanda lor se face manual, mecanic, hidraulic, pneumatic sau electromagnetic. Multe maşini folosesc un singur motor pentru a acţiona pompele sistemului hidraulic al maşinii şi un alt motor pentru a acţiona electromecanic melcul în mod direct sau pentru a acţiona o pompă separată pentru sistemul hidraulic al melcului [8], [49], [162], [177]. 5.2.5. Regimul termic al maşinilor de injectat Cheltuielile de exploatare a maşinilor de formare prin injectare înglobează costul utilităţilor, energia electrică pentru acţionarea maşinii şi plastifierea materialului, apa necesară pentru răcirea matriţei, a cilindrului în zona de alimentare şi a lichidului de acţionare. Dintre elementele costurilor aferente procesului de exploatare, o pondere importantă revine costului energiei electrice. Cantitatea cea mai mare de energie electrică o consumă motorul sau motoarele care acţionează maşina, sistemul de încălzire a cilindrului de plastifiere, iar în unele cazuri sistemul de încălzire a canalelor matriţei. În unele cazuri, pentru încălzirea cilindrilor maşinii se utilizează ulei sau abur [134], [177]. Consumul de energie electrică necesar pentru plastifierea materialului se calculează în funcţie de entalpia materialului. Cu ajutorul unor aparate montate pe o maşină de injectat cu melc, se poate măsura variaţia presiunii uleiului de acţionare şi a necesarului de curent pentru acţionarea motoarelor. Măsurătorile se fac separat în circuitul principal şi în circuitul de acţionare a melcului. Cele două curbe de la partea superioară a figurii 5.13 reprezintă variaţiile de presiune ale uleiului din circuitul principal (a) şi din circuitul de acţionare a melcului (b), în timpul unui ciclu de prelucrare a polistirenului. Curba inferioară (c) redă variaţia relativă a curentului electric consumat la acţionarea pompelor maşinii, indicând variaţiile necesarului de energie în timpul ciclului.


144

Principalul consumator de agent termic de răcire este matriţa. O bună reglare a temperaturii matriţei ameliorează calitatea pieselor formate, reduce procentul de deşeuri şi micşorează adesea durata ciclurilor de lucru. În general se consideră că reglarea temperaturii matriţei înseamnă menţinerea temperaturii cavităţii matriţei la o anumită valoare, temperatură care variază în limite largi în timpul ciclului de injectare.

5.2.6. Aparate de măsură şi control

Aparatura de control este destinată controlului, reglării şi înregistrării parametrilor tehnologici de proces şi este formată din: aparate de control şi reglare a temperaturii şi a presiunii hidraulice, sisteme de temporizare destinate reglării duratei diferitelor faze ale ciclului de injectare şi contoare de înregistrare a numărului de piese injectate.

Necesarul de energie electrica

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

melculuiReintoarcerea

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Pres

iune

a ul

eiul

ui, [

bar]

bloc

area

mat

ritei

Inch

ider

ea si

Uni

tati

de c

uren

t

1

0

3

2

0

5

4

6

25

50

Ava

nsar

eapi

ston

ului

Injectarea

Inch

ider

ea

si b

loca

rea

mat

ritei

Pres

iune

a ul

eiul

ui, [

bar]

75

0

50

100

150

Injectarea Ava

nsar

eapi

ston

ului

Des

chid

erea

com

plet

a

Des

chid

erea

mat

ritei

Racirea

t, [s]c.

t, [s]b.

Des

chid

erea

com

plet

a

Racirea Des

chid

erea

mat

ritei

t, [s]a.

Avansarea melcului

Fig. 5.13. Variaţia presiunii uleiului de acţionare în circuitul principal (a) şi în circuitul de acţionare a melcului (b) şi consumul de energie electrică pentru acţionarea motoarelor (c)

în timpul unui ciclu de prelucrare a polistirenului


145

Matriţa este protejată în timpul închiderii, în cazul prezenţei unui corp străin. Pentru reglarea precisă a vitezei şi a presiunii în timpul închiderii şi deschiderii matriţei se foloseşte sistemul de reglare a presiunii hidraulice care asigură, la maşinile de injectat, o gamă corespunzătoare a posibilităţilor de reglare [32], [177]. Reglarea circuitului hidraulic se realizează prin intermediul unei unităţi electronice care asigură succesiunea şi durata fazelor şi care încorporează şi dispozitive de reglare a încălzirii cilindrului de plastifiere. Componentele principale ale sistemului de reglare includ unităţi logice, mecanice, electromecanice sau electronice, care sunt construite în scopul asigurării succesiunii fazelor ciclului după care funcţionează maşina. Unitatea logică stabileşte schema de succesiune a fazelor, reglează încărcarea pompei de ulei pentru modificarea vitezei dispozitivelor şi asigură blocările pentru evitarea unei funcţionări necorespunzătoare a maşinii. Temporizatoarele constituie o parte esenţială a sistemului de reglare fiind asociate sistemului logic. Sistemele de reglare a temperaturii sunt de tipul galvanometrelor electronice, conectate în cele mai multe cazuri, cu termocuplurile fixate în cilindrul de plastifiere al maşinii.

5.3. Alegerea maşinii de injectat

Alegerea corectă a maşinii de injectat are o importanţă deosebită pentru realizarea pieselor injectate în condiţii tehnico-economice optime. Pentru aceasta este necesară cunoaşterea caracteristicilor tehnice principale ale maşinilor de injectat din dotare, ca de exemplu: volumul maxim de injectare, forţa de închidere, presiunea de injectare, dimensiunile maxime şi minime ale matriţelor care se pot monta pe platourile de prindere ale maşinii etc.

Tabelul 5.1. Principalele caracteristici tehnice ale unor maşini de injectat materiale plastice

Caracteristici tehnice

UM MI 100/50

MI 250/80

MI 400/130

MI 630/220

MI 1000/335

Diametrul melc-piston standard mm 25 40 45 50 60

Volumul maxim de injectare cm3 96 154 240 430 764

Presiunea de injectare maximă MPa 114 164 175,5 176 176

Forţa de închidere kN 500 800 1300 2200 3350 Viteza de injectare mm/s 25 30 40 60 70

Capacitatea de plastifiere kg/h 40 44 80 100 110

Dimensiunile de gabarit ale platourilor

de prindere mm 500/380 560/480 600/600 720/720 900/900

Distanţa dintre platourile de

prindere, max/min mm 300/125 350/140 360/140 550/240 600/280

Diametrul inelului de centrare al platoului

fix/mobil mm 101,6/101,6 101,6/101,6 140/140 125/125 200/200

Cursa platoului de prindere mobil mm 245 300 350 450 500

Dimensiunea maximă a matriţei

(orizontal/vertical) mm 325/200 325/270 360/360 430/430 520/520

Puterea instalată kW 20 23 37 45 72


146

Alegerea maşinii de injectat trebuie să se facă asfel încât performanţele maşinii să permită obţinerea caracteristicilor şi proprietăţilor impuse produsului finit, luând în considerare: tipul materialului termoplastic, masa piesei, suprafeţele diferitelor secţiuni etc. Nu trebuiesc neglijate nici aspectele economice; astfel, injectarea piesei trebuie să se facă cu un consum de energie minim, respectiv cu ajutorul unei maşini de injectat cu putere instalată minimă. În tabelul 5.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale unora dintre maşinile de injectat fabricate în România. Pentru proiectarea eficientă a matriţelor de injectat se recomandată elaborarea unor fişe de utilaj pentru parcul maşinilor de injectat din dotare, conform exemplului din figura 5.14.

250

176...370

180

180

Platou mobil 670...830

510

B A

Φ24

A-A

45

B A

550

34521

014036

555

0

10570

35

Platou fix 210140

35

10570

M10 adânc 25

550

M16adânc35Φ125Φ210365 B-B

Fig. 5.14. Fişa utilajului de injectat

Date post:	04-Aug-2015
Category:	Documents
Upload:	daniel-darescu
View:	1,158 times
Download:	3 times

Cap. 5. Utilaje Pentru Injectare.ff

Documents