Tolerancje to czynnik podwyższający koszty w przetwórstwie tworzyw

Wyrobów wtryskowych nie można produkować z tolerancjami identycznymi jak dla wyrobów produkowanych metodą obróbki wiórowej. Chociaż wszyscy o tym wiedzą, to jednak zdarza się, że wymagane są tolerancje niemożliwe do uzyskania lub uniemożliwiające ekonomiczną produkcję.

Ogólnie rozróżnia się trzy klasy jakości. Są to wtrysk wyrobów ogólnego przeznaczenia, wtrysk wyrobów technicznych i wtrysk wyrobów precyzyjnych. W normie DIN 16901 określono odpowiednie tolerancje ogólne oraz wymiary bezpośrednie z odchyłkami szeregu 1 i szeregu 2.

Czym cechują się podstawowe trzy klasy jakości?

Wtrysk "ogólny" wymaga niewielkich nakładów na kontrolę przy stosunkowo niedużej liczbie wyrobów wybrakowanych i krótkich czasach produkcji. Drugi z wymienionych, czyli wtrysk techniczny wymaga już wyraźnie większych nakładów, ponieważ wymagania stawiane formie i procesowi technologicznemu są wyższe, a ponadto konieczna jest też kontrola jakości, wskutek czego liczba wyrobów wybrakowanych może się zwiększyć.

Trzecia z przywoływanych klas jakości, czyli wtrysk precyzyjny, wymaga form precyzyjnych, optymalnych warunków produkcji i całkowitego nadzorowania produkcji z ciągłą kontrolą jej jakości. Wpływa to na czasy cykli i w związku z wyższymi nakładami na produkcję i kontrolę na jednostkową cenę wyrobu.

Ponieważ konstruktor jest w dużej mierze odpowiedzialny za koszty wyrobu wtryskowego, więc powinien zapewnić ekonomiczne tolerancje wypraski.

Jak to zrobić?

Na pewno nie może przyjmować tolerancji tak wąskich, jak to tylko możliwe, lecz jedynie tak małe, jak to niezbędne. Jako ekonomiczną wartość tolerancji produkcyjnej można podać 0,25 - 0,3 proc. wymiaru zadanego, jednak wartość tę należy sprawdzić pod kątem stawianych wymagań. Należy pamiętać również o tym, że dzięki własnościom takim jak duże wydłużenie i sprężystość, termoplasty nie wymagają tak wąskich tolerancji jak ma to miejsce w przypadku metali. Metale charakteryzują się bowiem dużą sztywnością, małym wydłużeniem i niewielką sprężystością.

Jeśli chodzi o elementy wywierające wpływ na tolerancje, to aby świadomie uniknąć stosowania zbyt wąskich tolerancji dla wyrobów technicznych z tworzyw sztucznych, należy zrozumieć, jakie czynniki wywierają wpływ na dokładność wymiarową wypraski.

Oto bowiem zmiany wymiarów wyprasek wtryskowych wynikają z tolerancji przy produkcji formy, tolerancji przy przetwórstwie, tolerancji zależnych od tworzywa, skłonności do paczenia się w wyniku geometrii wyboru, orientacji, naprężeń własnych, różnych warunków chłodzenia. Wynikają one także ze zmiany wymiarów wskutek wchłaniania wilgoci i rozszerzalności.

Formę można wykonać w bardzo wąskim zakresie tolerancji. Konstruktor wyrobu nie powinien jednak zapominać, że dla zapewnienia łatwego usuwania wypraski z formy niezbędne są odpowiednie zbieżności. Problematyczne staje się zachowanie tolerancji w przypadku różnych materiałów i różnych grubości ścian. Wielkość skurczu zależy więc od kierunku oraz grubości ścian.

Własność ta uwidacznia się szczególnie wyraźnie przy przetwórstwie tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym. Różnica pomiędzy wzdłużną i poprzeczną orientacją włókna może być przyczyną istotnej różnicy skurczów, a następstwem tego jest rozrzut wymiarów. Ponadto wpływ na skurcz, a tym samym i na tolerancje wywiera geometria wyrobu.

Przy produkcji skomplikowanych wyprasek o wąskich tolerancjach niezbędne jest wykonanie formy prototypowej, gdyż tylko wtedy można uzyskać dokładniejsze informacje o rzeczywistej wielkości skurczu i tendencji do wypaczeń.

Analizując relacje pomiędzy takimi czynnikami jak tolerancja produkcyjna i tolerancja funkcjonowania, należy pamiętać, że przy odbiorze obowiązuje tylko wymiar i tolerancja produkcyjna, różniące się zasadniczo od wymiaru i tolerancji użytkowej, ponieważ termoplasty reagują na wpływy otoczenia.

Konstruktor wyrobu musi to uwzględnić w dokumentacji ofertowej. Pod względem niezawodności działania decydującą rolę odgrywają wahania rozszerzalności cieplnej, która często jest dziesięciokrotnie większa od rozszerzalności metali oraz np. dla poliamidów - bardzo wyraźna tendencja do pęcznienia wskutek wchłaniania wilgoci.

W przypadku tworzyw częściowo krystalicznych należy ponadto uwzględniać skurcz wtórny, który przede wszystkim w zależności od warunków wtrysku powoduje późniejsze zmiany wymiarów wyrobów. Kontroli wymiarów nie należy prowadzić bezpośrednio po usunięciu wypraski z formy. Norma DIN 16901 zaleca wykonywanie pierwszego pomiaru dopiero po upływie 16 godzin w warunkach normalnych (23 st. C, wilgotność powietrza 50 proc.) lub po odpowiedniej obróbce stabilizacyjnej.

Jako punkt wyjścia przy ustalaniu warunków ekonomicznej produkcji wyrobów można przyjmować tolerancje według normy DIN 16901. Nowoczesne wtryskarki pozwalają jednakże na znaczne zawężenie podanych tam wartości tolerancji.

Poszczególne gałęzie przemysłu opracowały specjalne tabele tolerancji dla precyzyjnych wyrobów wtryskowych, ponieważ ustalenia normy DIN 16901 są w tym zakresie niewystarczające. Jeżeli wymagane są wąskie tolerancje, to zawsze należy przedyskutować z producentem wyrobów wtryskowych lub dostawcą surowców problem, czy z punktu widzenia ograniczeń technologii produkcji możliwe jest dotrzymanie takich tolerancji i czy produkcja tak wąsko tolerowanych wyrobów będzie ekonomiczna.

Skurcz wtórny termoplastów częściowo krystalicznych jest znacznie wyższy niż termoplastów amorficznych. Termoplasty wzmocnione mają różne skurcze w kierunku wzdłużnym i poprzecznym do kierunku orientacji włókna szklanego. Duże grubości ścian są przyczyną zapadnięć, odchyłek wymiarowych i wypaczeń. Kształt wypraski i warunki przetwórstwa są często czynnikami decydującymi o możliwości dotrzymania wymaganych tolerancji. Ciepło i wilgoć powodują zmiany wymiarów, co należy uwzględniać przy rozpatrywaniu tolerancji użytkowych.