Położenie wlewaka przy projektowaniu i obliczaniu wyrobów z tworzyw

Prezentujemy kolejną część poradnika firmy DuPont. Tym razem jego autorzy analizują zagadnienie położenie wlewaka przy projektowaniu i obliczaniu wyrobów z tworzyw sztucznych.

Przy projektowaniu i obliczaniu wyrobów z tworzyw sztucznych konstruktor powinien uwzględniać również położenie wlewka. Musi założyć właściwy typ układu wlewowego, a także liczbę i rozmieszczenie przewężek, ponieważ czynniki te mogą wywierać znaczny wpływ na jakość wypraski.

Oprócz trudności technologicznych duży wpływ na jakość wyrobu może wywierać rodzaj układu wlewowego i położenie wlewka. Dlatego też problem położenia wlewka powinien być rozpatrywany już na etapie projektowania wyrobów.

Położenie wlewaka decyduje o takich własnościach wyrobu jak: charakterystyka napełniania gniazda, wymiary końcowe - tolerancje, skurcz i wypaczenie, własności mechaniczne oraz jakość i estetyka powierzchni. Optymalizacja parametrów procesu tylko w nieznacznym stopniu pozwala usunąć skutki nieprawidłowego zaprojektowania przewężek.

Orientacja decyduje o własnościach wyrobu głównie w kierunku płynięcia stopionego tworzywa. Następstwem tego jest zróżnicowanie własności wyrobu zależnie od kierunku płynięcia tzw. anizotropia. I tak np. wytrzymałość w kierunku płynięcia jest znacznie większa niż w poprzek do tego kierunku. Wpływ włóknistych wzmacniaczy jest przy tym wyraźnie większy od wpływu samej orientacji makrocząsteczek. Orientacja jest dodatkowo przyczyną zróżnicowania skurczu w kierunku wzdłużnym i poprzecznym, co może powodować paczenie się wyrobów.

Linie łączenia powstają w miejscu spotkania się dwóch lub więcej strumieni stopu. Sytuacja taka ma miejsce w momencie, gdy np. stop musi opłynąć wstawkę formującą lub gdy wypraska wtryskiwana jest w kilku miejscach. Ponadto przyczyną powstawania linii łączenia może być podział czół płynięcia stopu spowodowany różnymi grubościami ścian wyrobu.

Wtrącenia powietrza powstają wtedy, gdy wypychane z gniazda formy powietrze zostanie otoczone i zamknięte przez strumienie stopu. Linie łączenia i wtrącenia powietrza uwidaczniają się jako wady powierzchni. Oprócz pogorszenia jakości powierzchni powodują znaczne pogorszenie własności mechanicznych zwłaszcza przy naprężeniach udarowych.

Jeśli chodzi o skutki niewłaściwego położenia wlewka, to warto zauważyć, że ponieważ wlewki zawsze pozostawiają wyraźne ślady, to nie należy ich umieszczać na widocznych powierzchniach, które muszą charakteryzować się dobrą jakością. W obszarze każdej przewężki występuje duże obciążenie materiału (ścinanie), a następstwem tego jest znaczne pogorszenie własności stosowanego tworzywa. Niewzmocnione tworzywa sztuczne zapewniają lepszą jakość linii łączenia aniżeli tworzywa wzmocnione.

Współczynniki pogorszenia własności w okolicy linii łączenia wyraźnie zależą od rodzaju i ilości napełniaczy lub dodatków wzmacniających. Szkodliwy wpływ wywierają ponadto dodatki np. środków ułatwiających przetwórstwo lub środków ograniczających palność. Dlatego też trudno jest oszacować przypuszczalny stopień pogorszenia wytrzymałości. Należy również pamiętać o tym, że w obszarze linii łączenia - charakteryzującym się wystarczająco dobrą wytrzymałością na rozciąganie - udarność i wytrzymałość na obciążenia przemienne wcale nie musi być równie dobra. Przy stosowaniu włóknistych wzmacniaczy, włókna układają się w okolicy linii łączenia w kierunku poprzecznym do kierunku płynięcia. Następstwem tego jest znaczne pogorszenie własności mechanicznych w tym miejscu wypraski.

Jeśli chodzi o prawidłowe położenie wlewka, to w wyrobach o skomplikowanym kształcie geometrycznym najczęściej nie można uniknąć linii łączenia. Jeśli w żaden sposób nie da się zmniejszyć ich liczby, to należy je przesunąć do obszarów, które z punktu widzenia jakości powierzchni i wytrzymałości mechanicznej nie są obszarami krytycznymi. Można to uzyskać przez zmianę położenia wlewka lub przez zwiększenie/zmniejszenie grubości ścianek wypraski.

Podstawowe zasady przy tego rodzaju czynnościach, to nie umieszczanie przewężek w strefach narażonych na duże obciążenia, wykluczenie możliwość tworzenia się linii łączenia tworzywa w wyprasce i ograniczenie liczby linii łączenia do minimum. Trzeba tez pamiętać o tym, by nie dopuszczać do tworzenia się linii łączenia w obszarach wypraski narażonych na duże obciążenia oraz o tym, że w przypadku wzmocnionych tworzyw sztucznych położenie przewężki decyduje o skłonności wypraski do paczenia się. Koniecznie trzeba też wykluczyć możliwość zamykania powietrza, zapewniając wystarczające odpowietrzenie formy.