Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

9.6 A fröccsöntő szerszámok alaptípusai

9.6 A fröccsöntő szerszámok alaptípusai

A fröccsöntés legfontosabb gépszerkezeti eleme maga az alakadó szerszám. A fröccsöntőszerszám képezi ki, fogja körül azt a zárt üreget, amelybe a forró polimer ömledéket fröccsöntjük nagy sebességgel, nagy nyomással. A fröccsöntőszerszám tehát nagyszilárdságú acélból készült, sokféle mozgó elemet is tartalmazó, nyitható és igen pontos illesztéssel zárható üreges berendezés, célgép (9.8 ábra). Egy-egy fröccsgépen szerszámcserével igen sokféle polimeralkatrészt gyárthatunk, egy fröccsöntő géphez tehát több szerszám tartozhat.

A fröccsöntő szerszám működési elve

9.8 ábra:A fröccsöntő szerszám működési elve

A fröccsöntő-, sajtoló- és extrudáló szerszámok tervezése és gyártása önmagában terjedelmes tananyag, külön studiumok tárgya, amelyekhez számos szakkönyv áll rendelkezésre napjainkban [9.8 – 9.11]. E fejezetben csak a szerszámépítés alapelveit, a szerszámok alaptípusait mutathatjuk be.

A fröccsöntő szerszámban lapok közé illesztjük a gyártandó 3D-s alkatrészt, úgy hogy azt lehetőleg egy megtöretlen osztósíkkal képzeletben megosztjuk, majd ezen osztósík két oldalán képezzük ki az acélszerszám konkáv domborulatait, amelyek az üreget zárják, 9.9 ábra.

Szabványosított, előre gyártott építőelemek fröccsöntőszerszám előállításához

9.9 ábra:Szabványosított, előre gyártott építőelemek fröccsöntőszerszám előállításához [9.14]

Az acéllapokra bontható szerszám építési elve lehetővé teszi azt is, hogy manapság a szerszámgyártásban egyre több szabványosított, előre gyártott építő elemet alkalmazzunk.

A fröccsöntőszerszám főbb részei a következők:

  • beömlőcsatorna

  • elosztó csatornák (több fészkes szerszám esetén)

  • gát (szalag-gát, tűhegy-gát, alagút-gát, stb.)

  • hagyományos, ill. melegcsatornás beömlőrendszerek

  • kidobórendszerek (a késztermék kilökésére a nyitott szerszámból)

  • hűtő, ill. temperáló rendszerek, a szerszám megkívánt hőmérsékletének állandó szinten tartására.

A beömlőcsatornán keresztül áramlik át nagy sebességgel a polimer ömledék a fröccsöntő gép fúvókájából a szerszámba. Ez a csatorna tipikusan 2,5 ÷ 5,0 mm átmérőjű, a szerszám felé bővülő, kúpos alakú, hogy a beledermedő polimeranyag a szerszám nyitásakor a termékkel együtt eltávolítható legyen. A hőre lágyuló polimer termék csatornamaradéka kihűlt állapotban természetesen visszaőrölhető, újrafeldolgozható. A fröccsöntés gyakorlatilag hulladékmentes technológia.

Az elosztó csatornákra tipikusan több munkahelyes, több fészkes szerszámok esetén van szükség, de az is sokszor előfordul, hogy egy bonyolult térformájú alkatrészhez több csatornán vezetjük oda az anyagáramot. Ezek a csatornák is tipikusan kör-, vagy félkör szelvényűek, induló keresztmetszetük összegét nem választjuk nagyobbra, mint a beömlőcsatorna végső keresztmetszetét. Sokfészkes szerszámban a csatornákat úgy kell megtervezni, hogy a polimeranyag minden egyes fészek gátjához ugyanabban az időpillanatban, és azonos nyomáson érkezzen el.

A gát az elosztó csatorna és a tervezett munkadarabot megvalósító szerszámüreg találkozási pontja, a kapu, amelyen át a polimer az üregbe lép. Szűkített keresztmetszete azt a célt szolgálja, hogy a késztermékről a csatornamaradékot könnyen, nyomtalanul el lehessen távolítani. A gát tehát erősen leszűkített keresztmetszetű hozzávezető csatorna, amelyen áthaladva a felgyorsuló, felmelegedő polimer ömledék viszkozitása lecsökken. A gát alakja és elhelyezése szerint megkülönböztetünk filmszerű beömlést, ill. gátat, szalaggátat, tűhegy-gátat és alagút-gátat. Az alagút-gát (l. 9.11 ábra) az alkatrészhez rendszerint oldalirányból érkező erősen leszűkített csatorna, amely olyan ponton van az alkatrészen elhelyezve, hogy a szerszám nyitásakor, az alkatrészkidobó erőhatására a lehűlt csatornamaradékot maga a szerszám lenyírja, így nincs szükség sorjázásra.

A fröccsöntés termelékenysége nagymértékben a szerszámkonstrukciótól függ. A termelékenységi mutató növelhető és a visszaforgatás (recycling) hányada is javítható, ha a munkadarabhoz vezető elosztócsatornában nem marad szilárd polimeranyag, a késztermékről eltávolítandó csatornamaradék (Anguss). A korszerű (több munkahelyes, „többfészkes”) szerszámszerkesztésben ezt úgy oldják meg, hogy a szerszámnak azt a lapját amely az elosztócsatornát foglalja magában – fűtik, hogy a polimeranyag ne dermedjen be, ezek az ún. fűtött csatornás vagy forrócsatornás szerszámok.

Lapokból összeépített pohárgyártó fröccsöntőszerszám metszete zárt és nyitott állapotban

9.10 ábra:Lapokból összeépített pohárgyártó fröccsöntőszerszám metszete zárt és nyitott állapotban [9.3]

Négyfészkes fröccsöntőszerszám nyers terméke kónuszos beömlőcsatornával, elosztócsatornákkal és tűhegy-beömlésű alagút csatornákkal

9.11 ábra:Négyfészkes fröccsöntőszerszám nyers terméke kónuszos beömlőcsatornával, elosztócsatornákkal és tűhegy-beömlésű alagút csatornákkal

A szerszám főtömegét hűteni kell. A 200–300 °C hőmérsékletű polimerömledék lehűtéséhez a szerszámban ma már nem elégedhetünk meg egyszerű csapvíz-hűtéssel. A késztermék zsugorodására, maradó feszültségeire, felületi minőségére, általában a pontos mérettartásra igen nagy hatással van a kiegyenlített, temperált (vagyis azonos hőmérsékletű hűtőfolyadékkal dolgozó) hűtés. A szerszámtemperálást külön hűtőkör valósítja meg, amelynek keringetését és elkülönített visszahűtését külön hűtőagregát végzi. A hűtőkör megtervezése a szerszámtervező fontos részfeladata. A 9.3 táblázat irányértékeket ad a legfontosabb hőre lágyuló polimerek fröccsszerszámának temperálásához.

9.4. táblázat - Néhány fontos hőre lágyuló polimer fröccsöntési és szerszámtemperálási hőmérséklete

AlapanyagFröccs-nyomás MPaFröccsöntési hőmérséklet °CA szerszám tem-perálás hőmérséklete °C
LDPE20–50200–25030–50
HDPE60–120250–30040–70
PP80–150250–30050–80
lPVC80–100160–18030–40
PS60–150160–24040–65
ABS60–120180–20060–80
PA-670–100230–26040–60
PMMA45–100210–24070–100

Ahogyan jeleztük, a fröccsöntő szerszám tervezésének még számos kritikus eleme, csínja-bínja van. Szoros összefüggésben a fröccsöntött anyag karakterével, gondosan meg kell tervezni

  • a szerszámkitöltés során az áramló ömledék útját,

  • az elosztó csatornák, gátak elhelyezését,

  • az anyag várható orientációját,

  • az ömledéknyomás csökkentését az egyes szerszámrészekben,

  • az összehegedési helyeket, vonalakat a munkadarabban (az esetleges akadályokat, oszlopokat megkerülő és egyesülő anyagáramok találkozási pontjánál),

  • a zsugorodást,

  • a kidobó rudak felfekvési helyét a munkadarabon,

  • az alámetszések kialakításához szükséges mechanizmusokat,

  • a csavarmenetek, egyéb üregek kialakításához és kiszabadításához (kiforgatásához) szükséges mechanizmusokat,

  • az optimális szilárdsági mutatók eléréséhez szükséges erősítéseket (bordák, támaszok),

  • a szerszám hűtőkörét, hőmérséklet-temperálásának módját,

  • magáta folyamatirányítást, a fröccsöntési ciklus részének időbeli programozását.

Mindebben igen sokat segít a modern számítástechnika, de mivel minden szerszám lényegében egyedi darab, a szerszámtervezés még sokáig a gépészmérnök egyéni konstrukciós találékonyságát igénylő, izgalmas alkotómunka marad.