Pobierz Charakterystyka wtryskarek elektrycznych elektrycznych i więcej Publikacje w PDF z Disegno Di Macchine tylko na Docsity! Teka Kom. Bud. Ekspl. Masz. Elektrotech. Bud. – OL PAN, 2008, 41–46 CHARAKTERYSTYKA WTRYSKAREK ELEKTRYCZNYCH Tomasz Jachowicz*, Marcin Iwanicki** *Katedra Procesów Polimerowych,
[email protected] **Katedra Procesów Polimerowych,
[email protected] Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, 20-533 Lublin, Streszczenie. W artykule przedstawiono ogólne informacje o budowie wtryskarek elektrycznych oraz scharakteryzowano główne wady i zalety tej grupy maszyn przetwórczych w porównaniu z wtryskarkami klasycznymi z napędem hydraulicznym lub hydrauliczno-mechanicznym. Słowa kluczowe: wtryskiwanie, wtryskarki elektryczne, parametry procesu, wady, zalety, inno- wacyjność konstrukcji WSTĘP Wtryskarki elektryczne (ang. all-electric injection molding machines) stanowią naj- nowszą i najnowocześniejszą odmianę wtryskarek do przetwórstwa tworzyw polimero- wych metodą wtryskiwania. W liczącej ponad sto trzydzieści lat historii tych maszyn przetwórczych wtryskarki z bezpośrednim napędem elektrycznym już zajęły znaczące miejsce, a ich pozycja wśród wtryskarek z napędem hydraulicznym bądź hybrydowym sukcesywnie się umacnia. Dzięki wielu zaletom (charakteryzującym napęd elektryczny) mają obecnie w grupie maszyn o małej i średniej sile zamykania formy wtryskowej wiodące miejsce i skutecznie wyparły wtryskarki hydrauliczne [Jachowicz 2007, Strony internetowe]. Intensywny rozwój konstrukcji silników elektrycznych, układów pomiarowych oraz techniki komputerowej wpłynął na wyraźne zwiększenie możliwości układu sterowania i regulacji wtryskarki, co pozwoliło na efektywne wykorzystanie nowoczesnych silni- ków elektrycznych do napędu poszczególnych ruchów tej maszyny. Znaczący wpływ na wykorzystanie napędu elektrycznego we wtryskarkach miały czynniki związane z ochroną środowiska oraz zasobów energetycznych, m.in. takie jak mniejsze zużycie energii przez maszynę, niższy poziom hałasu, mniejsza emisja ciepła do otoczenia oraz nieużywanie oleju hydraulicznego [Jachowicz 2007, Katalogi firm]. 42 Tomasz Jachowicz, Marcin Iwanicki BUDOWA We wtryskarkach elektrycznych, podobnie jak w innych, niezależnie od rodzaju na- pędu, zastosowanego rozwiązania konstrukcyjnego, rozmiarów i przeznaczenia, wyróż- nia się następujące układy funkcjonalne: uplastyczniający, napędowy i narzędziowy. Wszystkie te układy są wyposażone w podzespoły zapewniające prawidłowość ich pracy oraz wtryskarki jako całości, które wyodrębnia się jako czwarty układ, zwany układem sterowania i regulacji [Johannaber 2000, Greener i Wimberger-Friedl 2006]. We wtryskarkach elektrycznych wyróżnia się kilka rodzajów układu narzędziowego oraz wynikającego z nich sposobu napędu zespołu zamykająco-otwierającego [Jacho- wicz 2005]. Niektóre z nich korzystają z wieloletnich doświadczeń klasycznych rozwią- zań z napędem hydraulicznym, stosowanych w układach narzędziowych o konstrukcji trójpłytowej, natomiast część to rozwiązania nowe, wykorzystujące unikalne możliwości silników elektrycznych nowej generacji. Najczęściej występujące rozwiązania konstruk- cyjne układów narzędziowych z napędem elektrycznym to układ trójpłytowy z kolum- nami prowadzącymi, dwupłytowy z kolumnami prowadzącymi oraz dwupłytowy bezko- lumnowy z ramą pośrednią [Jachowicz 2007]. We współczesnych wtryskarkach przeważają jednoślimakowe układy uplastycznia- jące [Johannaber 2000, Jachowicz 2007]. Wszystkie ruchy, zarówno ślimaka wewnątrz cylindra, jak i całego układu uplastyczniającego względem wtryskarki są wykonywane za pomocą odrębnych silników elektrycznych. Przekazywanie ruchu obrotowego może odbywać się bezpośrednio na ślimak (który jest zintegrowany ze stojanem silnika) lub poprzez odpowiednio sprzęgane przekładnie zębate. Ruch liniowy ślimaka jest wywoły- wany przez parę kinematyczną zawierającą śrubę pociągową wraz z nakrętką kulkową. ZALETY Porównywanie maszyn o podobnych cechach użytkowych (na przykład siła zamy- kania formy i objętość wtryskiwania) jednoznacznie wskazuje na lepsze właściwości wtryskarek elektrycznych, które są oceniane według wielu kryteriów, wśród których ważniejsze to wskaźniki energetyczne, technologiczne, ekonomiczne i jakościowe, a także ekologiczne oraz ergonomiczne. Podstawową zaletą wtryskarek elektrycznych rozpatrywaną z punktu widzenia ja- kości i dokładności otrzymywanych wyprasek wtryskowych jest przede wszystkim bar- dzo mały zakres rozkładu masy wyprasek, otrzymywanych w kolejnych cyklach prze- twórczych. Ocenia się, że różnica masy wyprasek otrzymywanych na wtryskarkach z napędem całkowicie elektrycznym nie przekracza 0,1÷0,2% średniej masy wypraski, podczas gdy we wtryskarkach hydraulicznych mogą to być wartości nawet 10-krotnie większe [Strony internetowe]. Następną z cech charakterystycznych wtryskarek elektrycznych jest duża dyna- miczność pracy i szybkość ruchów elementów wtryskarki w poszczególnych fazach procesu. Bezpośredni napęd z silników typu High Torque oraz rozdzielenie w dźwi- gniowym mechanizmie zamykająco-otwierającym funkcji wytworzenia siły oraz funkcji pozycjonowania płyty ruchomej pozwoliło na wydatne skrócenie czasu zamykania i otwierania formy, który w tak zwanym cyklu suchym osiąga wartość poniżej 1,5 se- CHARAKTERYSTYKA WTRYSKAREK ELEKTRYCZNYCH 45 Wyeliminowanie z konstrukcji wtryskarki elektrycznej wentylatorów jest równo- znaczne z brakiem turbulencji powietrza, które unosiło pył materiałowy oraz cząsteczki oleju, w efekcie czego we wtryskarkach hydraulicznych często dochodziło do zanie- czyszczenia obszaru roboczego i wnętrza formy wtryskowej [Katalogi firm]. Dzięki całkowitej likwidacja narażonego na przecieki układu hydraulicznego, wtryskarki z napędem elektrycznym należą do maszyn przetwórczych o bardzo wysokiej klasie czystości [Katalogi firm, Strony internetowe]. Jednocześnie należy wskazać na ekolo- giczne aspekty konstrukcji tych maszyn przetwórczych – brak zanieczyszczenia olejem i konieczności utylizacji zużytego medium oraz niska emisja ciepła do atmosfery. WADY Podstawową wadą wtryskarek całkowicie elektrycznych jest ograniczona konstruk- cją silników elektrycznych wartość uzyskiwanej siły zamykania formy. W związku z tym, w grupie wtryskarek o dużej i bardzo dużej sile zamykania nadal wiodącą rolę odgrywają wtryskarki z napędem hydraulicznym [Jachowicz 2007]. Z uwagi na wymiary zewnętrzne dużych wtryskarek masa poszczególnych zespołów i podzespołów oraz związany z nimi moment bezwładności są na tyle znaczące, że moc osiągana z współczesnych silników elektrycznych jest niewystarczająca, aby zapewnić poprawną realizację procesu wtryski- wania. Inną z wad wtryskarek elektrycznych jest nadal większy koszt wykonania. Te ma- szyny przetwórcze nadal są droższe od maszyn hydraulicznych lub hybrydowych, aczkol- wiek z biegiem lat różnica w cenie między maszynami z tych grup sukcesywnie maleje. PODSUMOWANIE Wtryskarki elektryczne stały się synonimem innowacji w konstrukcji maszyn do przetwórstwa tworzyw. Wieloletnia dominacja wtryskarek z napędem hydraulicznym i hydrauliczno-mechanicznym została zachwiana w stosunkowo krótkim czasie, a więk- szość liczących się światowych producentów wtryskarek szybko wprowadziła do pro- dukcji maszyny all-electric. Przesłanki do tego typu działań są bardzo czytelne – ilość korzyści osiąganych z zastosowania bezpośredniego napędu elektrycznego wielokrotnie przewyższała ograniczenia i wady. Wymagania jakościowe i ekonomiczne, z uwagi na własne możliwości technolo- giczne i przetwórcze, wtryskarki z napędem elektrycznym spełniają w stopniu o wiele większym niż wtryskarki hydrauliczne. Klasyczne wtryskarki hydrauliczne i hydrauliczno- mechaniczne ustępują wtryskarkom elektrycznym przede wszystkim na polu szybkobież- ności, energochłonności, skuteczności sterowania i regulacji oraz dokładności wykonania wyprasek. Najważniejsze cechy charakteryzujące współczesne wtryskarki z napędem elektrycznym to szybkobieżność, duża szybkość wtryskiwania oraz precyzja działania i dynamiczność ruchu układu narzędziowego, a także małe zużycie energii i duża spraw- ność napędu, rozdzielanego na poszczególne zespoły w odpowiednich fazach procesu przetwórczego. Dzięki wielu nowoczesnym rozwiązaniom konstrukcyjnym we wtryskar- kach elektrycznych uzyskuje się nieporównywalnie wyższą powtarzalność i dokładność przebiegu procesu wtryskiwania, precyzyjny i bezpieczny dla formy ruch układu narzę- 46 Tomasz Jachowicz, Marcin Iwanicki dziowego, przy jednoczesnym zachowaniu jego dużej szybkości i dokładności pozycjono- wania, krótki cykl wtryskiwania oraz pełną kontrolę procesu na każdym z jego etapów. Zalety wtryskarek elektrycznych powodują, że są to obecnie maszyny o bardzo wy- sokich walorach użytkowych, wskutek czego szybko zajęły znaczącą pozycję wśród innych odmian wtryskarek, a niekiedy stały się wręcz niezastąpione w przypadku niektó- rych gałęzi przemysłu, wymagających bardzo wysokiej czystości, dokładności i jakości przetwórstwa. Jako przykłady można przytoczyć branżę optycznych nośników danych oraz przemysł optyczny, gdzie oprócz zapewnienia właściwych warunków wtryskiwania dokładnościowego należy wyeliminować naprężenia w tworzywie, które mogą spowo- dować zmianę właściwości optycznych wypraski. Duża dokładność pozycjonowania ślimaka, charakterystyczna dla wtryskarek elektrycznych jest nieodzowna w procesie mikrowtryskiwania. Czystości obszaru roboczego wtryskarki elektrycznej to warunek niezbędny do otrzymywania wyprasek w przemyśle farmaceutycznym, medycznym i spożywczym, gdzie zakres otrzymywanych wytworów jest bardzo szeroki, począwszy od bardzo dokładnych i wykonanych ze specjalnych tworzyw wyprasek wchodzących w skład aparatury medycznej, na sterylnych i pozbawionych zanieczyszczeń opakowaniach skończywszy. Zastosowanie wtryskarek z napędem całkowicie elektrycznym staje się wyjątkowo korzystnym rozwiązaniem, znajdującym oprócz uzasadnienia jakościowego i ekonomicznego także ekologiczne i innowacyjne. PIŚMIENNICTWO Greener J., Wimberger-Friedl R. 2006. Precision Injection Molding. Process, Materials and Appli- cations. Carl Hanser Verlag, München. Jachowicz T. 2005. Rozwiązania konstrukcyjne zespołów zamykająco-otwierających wtryskarek. Polimery 50, 2, 110–117. Jachowicz T. 2007. Wtryskarki elektryczne, Polimery 52, 2, 99–105. Johannaber F. 2000. Wtryskarki. Poradnik użytkownika. Plastech, Warszawa. Katalogi firm: Arburg, Battenfeld, Billion, Demag Plastic Group, Dr Boy, Engel, Fakuma, Ferro- matic Millacron, HPM, Husky, Italtech, Japan Steel Works, Krauss Maffei, Mitsubishi, Negri Bossi, Netstal, Sumitomo. Strony internetowe: Plastech (www.plastech.pl), www.tworzywa.pl, www.dopak.pl, www.eplastics.pl, www.tworzywa.com.pl, Modern Plastics Worldwide (www.mod-plas.com), Injection Molding Magazine (www.immnet.com), Plastics Machinery & Auxiliaries (www.pma-magazine.com), Kunststoffe (www.kunststoffe.de), ThomasNet (news.thomasnet.com). Sikora R. 2006. Przetwórstwo tworzyw polimerowych. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin. Zawistowski H. 2004. Użytkowanie i konserwacja wtryskarek i form. Plastech, Warszawa. ALL-ELECTRIC INJECTION MOLDING MACHINES ADVANTAGES AND DISADVANTAGES Summary. This article presents general information about the construction of all-electric injection molding machines. Main advantages and disadvantages of all-electric molding machines have been characterized and compared with the classical injection molding machines with hydraulic and electro-hydraulic drive. Key words: injection molding, all-electric molding machines, parameters of processing, advan- tages, disadvantages, innovation of construction