Archiwum – SENSORY 35

Archiwum – SENSORY 35

Sensory wtryskarki

Przemysł maszynowy produkujący obecnie bardzo szeroką gamę maszyn narodził się w XVIII wieku. Tradycyjnie jest uważany za gałąź przemysłu ciężkiego.

Bardzo silny przemysł maszynowy ma jeszcze USA, Japonia i Niemcy. Niemiecki przemysł maszynowy zatrudnia blisko milion pracowników w ponad 6 tysiącach firm.

Pierwszym tworzywem sztucznym stworzonym przez człowieka był Parkesine czyli nitroceluloza z 1862 roku. Na początku XX wieku ( 1907 ) produkowano Bakelit. W latach dwudziestych produkowano PVC. BASF produkował polistyren w latach trzydziestych. DuPont nylon czyli pierwszy syntetyczny poliamid wprowadził w 1939 roku ale jego szybko rosnąca rynkowa popularność została zahamowana w 1941 roku przystąpieniem USA do II Wojny Światowej. Całą produkcje włókna nylonowego skierowano na produkcje materiału z którego szyto spadochrony.

Polietylen rozpoczęto produkować w 1956 roku. Polipropylen rozpoczęto produkować w 1957 roku a Polyethylene terephthalate w 1958 roku. Największymi producentami tworzyw sztucznych są potężne koncerny petrochemiczne i chemiczne z USA, Niemiec i Japonii.

Polska jest w dziedzinie produkcji tworzyw sztucznych bardzo zapóźniona. Nawet w Czechosłowacji i NRD produkuje się ich per capita około 3 razy więcej. Produkcje tworzyw sztucznych w Polsce podjęto w skali przemysłowej dopiero po Wojnie.

W Polsce produkcje wtryskarek do tworzyw sztucznych podjęto w 1968 roku w Ponar - Żywiec po zakupie zakupie licencji od niemieckiej firmy Eckert&Ziegler. Maszyny następnie modyfikowano i unowocześniano. Są to najlepsze wtryskarki produkowane w RWPG ale jednak mocno zacofane w stosunku do maszyn zachodnich. Szczytowo produkcja odchodzi do 1000 maszyn rocznie, głównie na eksport do ZSRR.

Plastiki oprócz wielu ogólnie znanych zalet mają też sporo wad. Produkcja plastików jest energożerna. Energia do produkcji kilograma plastiku jest większa niż do wyprodukowania surówki z rudy żelaza i następnie wytworzenia stali. W przybliżeniu trzykrotnie oszczędniejsza energetycznie jest produkcja papieru. Tworzywa sztuczne w przyrodzie bardzo długo się rozkładają. Przy ich rozkładzie powstają toksyny. Plastiki zaśmiecają Planetę.

Przedmioty z termoplastycznych ( także termoutwardzalnych ) tworzyw sztucznych masowo produkuje się na wtryskarkach, które mają za sobą dekady rozwoju. Od początka lat sześćdziesiątych wtryskarka jest wyrobem rynkowym przemysłu maszynowego.

W 1975 roku pierwsza wtryskarka miała system sterowania z mikroprocesorem a w 1979 roku była przystosowana do komunikacji z systemem automatyzacji procesu wytwórczego co umożliwiało jej 100% integracje w linii produkcyjnej.

Wolna przestrzeń w dwóch silnie do siebie dociśniętych częściach formy odpowiada kształtowi przedmiotu. Kanały w formie służą do rozprowadzania wtłaczanego pod wysokim ciśnieniem gorącego, płynnego plastiku. Inne kanały służą do chłodzenia formy wodą. Formy mają także wypychacze które pod odsunięciu od siebie połówek form usuwają odlany przedmiot z formy. Duże formy wykonane są z wysokogatunkowych stali nisko i wysoko stopowych. Wymagania na dokładność przylegania do siebie połówek form są bardzo wysokie. Stąd zaprojektowanie i wykonanie dużej i skomplikowanej formy jest drogie a nawet bardzo drogie. Małe, tanie formy do wtryskarki o niewielkiej trwałości mogą być wykonane nawet z aluminium.

Liczba w nazwie wtryskarki często oznacza maksymalną siłę docisku form która w wielkich maszynach może przekroczyć 1000 ton.

Masa wykonanego na wtryskarce gotowego przedmiotu mieści się w granicach 0.3 mg do ponad 20 kg. Forma wtryskowa może być na kilkadziesiąt małym przedmiotów.

Granulat plastikowy ( mogą być zmieszane różne kolory granulatów lub może być dodany barwnik ) podany jest lejem do cylindra ze ślimakiem. Średnica ślimaka jest odrobinę (circa 2%) mniejsza od wewnętrznej średnicy cylindra. Ślimak obracany jest silnym silnikiem hydraulicznym. Plastik nagrzewa się głównie skutkiem bardzo silnego tarcia ale cylinder ślimaka jest też dodatkowo ogrzewany w miarę potrzeby. Temperaturę formy oraz cylindra ślimaka mierzona jest sensorami RTD PT100 ( rzadziej o innej oporności ) lub rzadziej termoparami. Regulacje chłodzenia formy i ogrzewania cylindra ślimaka wykonują proste regulatory PI. Za końcem obracanego ślimaka tworzy się stopiona masa plastiku, która pcha i przesuwa ślimak do tyłu.

Jedna połówka formy jest nieruchoma a druga przesuwana (umocowana do stołu) siłownikami hydraulicznymi. Po dociśnięciu połówek formy ślimak w cylindrze jest przesuwany siłownikiem hydraulicznym wtłaczając pod dużym ciśnieniem ( powyżej 10 MPa ) w odpowiedniej ilości dokładnie dopasowaną dyszą gorący płynny plastik do formy.

W maszynach NC i CNC stosowano silniki krokowe bez sprzężenia zwrotnego ze wzmacniaczami hydraulicznymi lub bez nich. Do serwomechanizmowych silników hydraulicznych oraz elektrycznych prądu stałego DC i ostatnio zmiennego AC stosuje się sensor położenia: selsyn, induktosyn, incrementalny lub kodowy sensor optyczny.

Mankamentem serwomechanizmów hydraulicznych jest duża energia pożerana przez stale pracującą (nieregulowany silnik elektryczny ) pompę oleju i konieczność użycia chłodnicy oleju, zasobnika oleju hydraulicznego oraz filtrów. Nowością są japońskie wtryskarki z regulowanym silnikiem elektrycznym napędzającym pompy hydrauliczne. Mierzone sensorem ciśnienie oleju dostarczanego do elektroserwozaworów i dalej do silników hydraulicznych za pośrednictwem regulatora operuje zaworem trójdrożnym oleju. Emitowany jest przez zasilacz hydrauliczny spory hałas. W maszynach NC i CNC serwomechanizmy hydrauliczne wychodzą z użycia ( nawet mikro - wycieki oleju mają wykluczające z użycia konsekwencje ) jednak do poruszania mechaniki skrzydeł samolotów serwomechanizmy hydrauliczne są niezastąpione z uwagi na najniższą wagę.

Obrotowe i liniowe silniki hydrauliczne nie są specjalnie kłopotliwe w produkcji. Natomiast kłopotliwe i drogie są proporcjonalne elektroserwozawory. Dodatkowo są one bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia oleju.

Dosuwana połówka formy nie powinna uderzać o drugą połówkę formy bowiem skraca to ich żywotność a formy są drogie. W małej maszynie po osiągnięciu małej ustawionej odległości między połówkami dosuwanych form działa precyzyjny przełącznik krańcowy lub indukcyjny sensor zbliżeniowy. Logika układu sterowania na podstawie sygnału operuje zaworami hydraulicznymi. W nowszych wtryskarkach do pomiaru położenia przesuwanego stołu wraz z zamocowaną połówką formy stosuje się liniowy potencjometr, liniowy transformator różnicowy LVDT, selsyn, induktosyn oraz incrementalny lub kodowy sensor optyczny czyli te same sensory co w maszynach CNC poza potencjometrem.

Słowo „Wtryskarka” jest pojemne znaczeniowo. Wtryskarką jest mała prosta maszyna z prostym sterowanie logicznym zaworów oleju hydraulicznego ale też potężna maszyna ze sterowaniem komputerowym proporcjonalnych elektroserwozaworów a w wiodących technologicznie maszynach japońskich inwerterami sterującymi silnikami pomp hydraulicznych.

Znanych jest kilkanaście rodzajów wtryskarek – dwukolorowe, wielokolorowe, wielotworzywowe, z rozdmuchiwaniem lub porowaniem i do tworzyw termoutwardzalnych. W odlewie mogą być zalane częściowo elementy metalowe umieszczone przed wtryskiem w formie.

Produkcja elementów z tworzyw sztucznych stała się gałęzią nauki i techniki.

Duże plastiki mogą mieć dobre ceny. Na przykład ładna deska rozdzielcza samochodu osobowego lub ładna obudowa odbiornika TVC.

Konwencjonalna, pracochłonna obudowa TVC wykonana ze sklejki lub płyty wiórowej ma tylko detale plastikowe. Zwróćmy uwagę że zastosowanie scalonych procesorów Video i Audio, małej głowicy oraz miniaturowych elementów RC pozwala elektronikę prostego odbiornika TVC zmieścić na jednej dużej płycie drukowanej zmontowanej ( wkładanie elementów elektronicznych w PCB ) automatycznie. Cena takiego „technologicznego” odbiornika TVC może być mocno obniżona a przecież o to chodzi !

Ładne są plastikowe obudowy monitorów i drukarek do komputerów PC.

Wtryskarki pracują w procesie produkcyjnym. Robot przemysłowy lub dedykowana maszyna może wyjmować odlane przedmioty z wtryskarki i je odkładać. Przy dobrze zwieranych formach brzegi do obcięcia są małe lub w ogóle ich nie ma ale obcięcia może wymagać nadlew na gnieździe wtrysku. Póki co zadania te wykonuje pracownik.

W wtryskarce stosowane są sensory conajmniej:

- temperatury

- ciśnienia

- „analogowe” i binarne położenia