Hasco zmniejsza czas cyklu w formach wtryskowych

Koncern Hasco opracował innowacyjną technologię, która umożliwia skracanie czasu cyklu w formach wtryskowych. Osiągnięcie firmy o którym mowa to 8-gniazdowa forma na nakrętki.

Czas cyklu ma kluczowe przełożenie na kwestie finansowe każdego przedsięwzięcia przetwórczego. Jest tak, bowiem czynnik ten bezpośrednio wpływa na koszt końcowego wyrobu, a tym samym na konkurencyjność danego producenta. I właśnie z myślą o swojej większej konkurencyjności koncern Hasco przystąpił do opracowywania technologii, która przyniosłaby znaczną redukcję czasu cyklu w formach wtryskowych.

Zdanie stworzenia 8-gniazdowej formy do produkcji nakrętek był realizowany w ramach współpracy Hasco z jednym z największym producentów opakowaniowych, amerykańską firmą Berry Plastics. W tworzeniu nowości udział brał też producent maszyn firma Arburg oraz dostawca peryferii niemiecki GWK. Wspólnie przygotowano koncepcję formy, która pomogłaby w jak największym stopniu skrócić czas cyklu.

Proces wtrysku można podzielić na kilka faz. Zawsze będzie to wtrysk, docisk, chłodzenie oraz wyformowanie. Celem wspólnego projektu było jak najlepsze zoptymalizowanie poszczególnych faz procesu wtrysku w celu jak najlepszej optymalizacji czasu wtrysku.

Doprowadzono do sytuacji, w której faza wtrysku i docisku są regulowane przez precyzyjne sterowanie iglic w nowych, specjalnie zaprojektowanych do przetwórstwa poliolefin dyszach Hasco. Specjalnie dla tego projektu została wykonana również wnikliwa analiza termicznych właściwości procesu wtrysku oraz bilansu temperaturowego formy. Kalkulacje termodynamiczne oraz optymalizację procesu przeprowadzono przy zastosowaniu symulacji programowej EFD (ang. Engineering Flui Dynamics) firmy Nika z Niemiec. Optymalny czas chłodzenia został uzyskany dzięki wykorzystaniu systemów GWK.

Głównym zagadnieniem pojawiającym się przy wtrysku nakrętek jest formowanie gwintu. Zwykle w takich przypadkach stosuje się rdzenie wykręcane. Tymczasem Hasco zdecydowało się na mniej konwencjonalną metodę wyformowania za pomocą rdzeni do formowania podcięć. To wszystko pozwoliło w efekcie na skrócenie czasu cyklu o ponad 50 proc.

Oczywiste jest, że wyprodukowanie nowoczesnej formy wtryskowej na nakrętki wymaga sięgania po wiele niestandardowych symulacji. Tak było i tym razem. W efekcie jednak pierwsze próby formy przeprowadzono już po 14 tygodniach od rozpoczęcia prac.

Jednym z głównych czynników prowadzonych prac było zagadnienie chłodzenia formy. Ma ono bowiem bezpośredni wpływ na czas cyklu formy. Podczas tej fazy detal musi się schłodzić do temperatury wyformowania. Najważniejszym aspektem procesu jest rozproszenie ciepła dostarczanego wraz z tworzywem. Układ chłodzenia wkładek został zaprojektowany w ten sposób, by rozpraszanie ciepła nie było zakłócone przez ciepło doprowadzane z rozdzielacza. Aby zapewnić jak najlepszą separację termiczną we wkładkach, obiegi chłodzenia wykonano możliwie jak najbliżej gniazd według systemu „close to cavity”.

Ciepło przepływające przez tytanowy pierścień uszczelniający w przedniej części dyszy jest rozpraszane z formy przez kanały chłodzenia znajdujące się bardzo blisko gniazda. Wkładki formy zostały wykonane w technologii zgrzewania próżniowego przez firmę GWK. Składają się one z kilku części, jednak po specjalnym zgrzewaniu uzyskały właściwości i wytrzymałość monolitu. Jakość łączonych powierzchni została sprawdzona ultradźwiękowo. Aby dodatkowo sprawdzić uszczelnienie zostały również wykonane testy szczelności wkładek pod wysokim ciśnieniem. Badania miały również na uwadze sprawdzenie natężenia przepływu wody przez kanały wkładek w celu zapewnienia oczekiwanego czasu cyklu.

Dostarczona przez GWK technologia pozwaliła na zastosowanie możliwie najbardziej optymalnego położenia kanałów chłodzenia, które w porównaniu z konwencjonalnymi kanałami wierconymi przyczyniły się do skrócenia czasu chłodzenia nawet o 30 proc. oraz uzyskania lepszej jakości produkowanych detali.

Wkładki formy zostały wyposażone w oddzielne obiegi chłodzenia, co pozwoliło na dokonanie bardzo dokładnej regulacji temperatury każdego z gniazd. Umożliwiło to także bezpośredni wpływ na profil temperaturowy formy w celu uzyskania optymalnego czasu cyklu i właściwości detalu. Chłodzenie formy wyposażono w dwa termostaty oraz osiem wkładek z indywidualnie poprowadzonymi kanałami chłodzenia GWK. Optymalny dobór został poprzedzony symulacjami termodynamicznymi formy.

Następnym etapem prac było jak najlepsze przeprowadzenie czynności związanych z wyformowaniem z technologią rdzeni do formowania podcięć.

Sposób wyformowania gwintu w detalu pełni jak wiadomo kluczową rolę w optymalizacji i skróceniu czasu cyklu. W tym celu bardzo ważne jest uzyskanie szybszych prędkości i mniejszych skoków wypychania. W konwencjonalnym systemie wykręcanym droga otwarcia formy jest zamieniana w ruch obrotowy rdzeni za pomocą przekładni zębatej. Taka przekładnia ma stosunkowo dużą inercję, co wprowadza konieczność stosowania mniejszych prędkości otwarcia formy.

W tym projekcie nie było możliwe zastosowanie elementów sprężystych do wyformowania ze względu na przewidywaną bardzo dużą liczbę cykli oraz bardzo szybką prace formy. Eksploatacja elementów sprężystych uległaby bardzo znacznemu skróceniu w związku z dużą ilością cykli pracy oraz powtarzającym się naciskiem.

Stosowanie sprawdzonej technologii rdzeni do formowania podcięć Hasco pozwoliło jednak na bardzo precyzyjne ruchy oraz kontrolę elementów rdzeni przy wszelkich zaletach w stosowaniu wynikającym ze zmniejszenia masy poruszających się elementów oraz zmniejszeniu wymaganej drogi otwarcia formy. Rdzenie zostały pokryte odpowiednią powłoką typu Balinit. Materiał ten charakteryzuje się niskim współczynnikiem tarcia i dobrymi właściwościami ślizgowymi.

Elementy rdzeni pełnią równie ważną rolę w przepływie ciepła jak ma to miejsce w odniesieniu do stosowanego sposobu chłodzenia formy. Ciepło doprowadzone przez tworzywo musi zostać odprowadzone również przez te elementy. W celu uzyskania jak najlepszej wydajności tego procesu rdzenie oraz wkładki wokół nich wyposażono w indywidualne obiegi chłodzenia. W rdzeniach centralnych zastosowano intensywne chłodzenie, które pozwoliło na przepływ ciepła i jego rozproszenie na pozostałe elementy ślizgowe rdzeni. Rozwiązanie to zagwarantowało optymalny poziom chłodzenia.

Przetwórstwo poliolefin w formie o bardzo szybkim czasie cyklu stawia szczególne wymagania odnośnie otwierania i zamykania przewężki. Dotyczy to głównie dokładności sterowania oraz trwałości iglicy oraz przewężki. Dla potrzeb omawianego projektu została skonstruowana nowa dysza Hasco do zaworów iglicowych.

Nowa iglica zapewnia szybkie i precyzyjne otwieranie i zamykanie przewężki, co przekłada się na poprawę jakości detalu oraz zmniejszenie zużycia formy. Jednolite wypełnianie gniazd dzięki zastosowaniu naturalnie zbalansowanego rozdzielacza wywiera też pozytywny wpływ na czas życia formy. Pozwala to na wyeliminowanie niekorzystnych sił bocznych powstających przy niezbalansowanym wypełnianiu. W połączeniu z równomierną fazą docisku przy jednolitym wypełnieniu poszczególnych gniazd umożliwia to uzyskanie stabilności wymiarowej formy. Dzięki zastosowaniu zaworów iglicowych możliwe jest unikanie wad wyprasek np. widocznych linii łączenia czy ciągnięcia nitki.

W nowych dyszach Hasco prowadzenie iglicy znalazło się bardzo blisko przewężki. Takie rozwiązanie zagwarantowało zastosowanie minimalnego skoku iglicy oraz dokładne wprowadzenie iglicy do przewężki. Redukuje to zużycie oraz czas przestoju serwisowego. Geometria komory wstępnej zabudowy zapobiega osadzaniu się tworzywa i zapewnia uzyskanie bardzo szybkiej zmiany koloru tworzywa. Elastyczne elementy grzejne pozwalają na serwis dysz bez demontażu gorącej połówki z wtryskarki. W przypadku awarii któregoś z gniazd można zabezpieczyć tłok zaworu iglicowego przed poruszaniem w pozycji zamkniętej i kontynuować produkcję.

Po 14 tygodniach prac powstał końcowy produkt. Innowacyjna koncepcja formy pozwoliła na obniżenie czasu cyklu o 50 proc. w porównaniu do istniejących form. Co umożliwia znaczne zmniejszenie kosztu wykonania produktu końcowego, czyli nakrętki.