Wady wyprasek w przetwórstwie tworzyw sztucznych

Wady wyprasek to nieodłączny temat procesu wtryskiwania tworzyw sztucznych. Niepożądane efekty i wszelkiego rodzaju niezgodności nie tylko negatywnie wpływają na wizualną jakość produktu, ale przede wszystkim zmieniają jego właściwości fizyczne, co w wielu przypadkach dyskwalifikuje otrzymany produkt.

Najczęstsze powody wad wyprasek

• Błędny projekt formy wtryskowej,
• Błędy w wykonaniu formy wtryskowej,
• Niepoprawne parametry wtryskiwania,
• Błędy technologiczne procesu wtryskiwania,
• Nieodpowiednio przygotowane tworzywo sztuczne.

Jak powstaje wypraska?

Wypraska to produkt otrzymywany w procesie wtryskiwania tworzyw sztucznych. Jej formowanie zaczyna się podczas napełniania gniazda formującego uplastycznionym tworzywem. Jej kształt jest wcześniej dokładnie zaprojektowany podobnie jak konstrukcja formy wtryskowej.

Wtryskiwanie tworzyw sztucznych to technologia wykorzystywana w produkcji elementów w wielu gałęziach przemysłu. Jej ogromną zaletą jest niski koszt wytworzenie detalu w produkcji seryjnej i masowej. Jednak ze względu na złożoną technologiczność procesu wymaga dużej wiedzy, doświadczenia i zaplecza konstrukcyjno-produkcyjnego.

Wady wyprasek wtryskowych – przyczyny powstawania i sposoby eliminacji

W artkule przedstawimy najczęściej występujące wady wyprasek, omówimy przyczyny ich występowania oraz sposoby zapobiegania powstawania. Omówimy zarówno wady polegające na deformacji, przebarwieniach jak i zmianie rozmiaru i właściwości mechanicznych.

Zobacz również: Formy wtryskowe – projektuj z VISI Mould.

Wypaczenia – odkształcenie przez skręt

W pierwszym momencie po uformowaniu wypraski jej kształt jest zgodny z projektem. Jednak po pewnym czasie geometria zaczyna się skręcać. Efektem są zmiany niektórych wymiarów i pofałdowane powierzchnie. Dzieje się tak wówczas, gdy świeżo utworzona wypraska posiada w różnych miejscach swojej geometrii inną tendencję do skurczu. Różnice zdolności skurczowych zależą od orientacji makrocząstek w poszczególnych miejscach wypraski oraz niejednorodności strukturalnej wtryskiwanego tworzywa.

Aby zapobiec wypaczeniom należy:

• Stosować odpowiednio duże ciśnienie wtrysku i docisku oraz równomierne wypełnienie gniazda formy,
• Zapewnić jednorodną gęstość stopu wzdłuż linii płynięcia strugi tworzywa,
• Zwiększyć prędkość wypełniania gniazda formy,
• Zadbać, aby chłodzenie wypraski przebiegało symetrycznie i równomiernie,
• Zastosować polimer o mniejszym skurczu np. tworzywo amorficzne,
• W pewnych przypadkach warto uwzględnić zjawisko paczenia w konstrukcji formy. W tym celu gniazdo powinno mieć taki kształt, aby dopiero po wypaczeniu wypraska uzyskała zakładaną w projekcie geometrię,
• Orientować włókna wzmacniające na kierunku prostopadłym do osi wokół której występuje paczenie,
• W miejscach pogrubień redukować duże różnice grubości ścianek,
• W strefach podatnych na paczenie stosować usztywnienia, np. żebro, załamania, uwypuklenia.

Skłonność do pękania i łamliwości

Pękanie i łamliwość to cecha znacząco pogarszająca właściwości mechaniczne wyprasek, co przekłada się na ich trwałość. Zazwyczaj przyczyna leży w źle dobranych parametrach procesu takich jak temperatura formy i czas pojedynczego cyklu. Powodem kruchości może być też zbyt duży dodatek składników wzmacniających.

Problem kruchości i łamliwości można rozwiązać przez:

• Dobór właściwych parametrów procesu takich jak, temperatura formy, ciśnienie wtrysku, czas pojedynczego cyklu,
• Optymalizacja procesu przez wykonywanie testów próbnych na różnych parametrach,
• Dobór materiału bez zanieczyszczeń,
• Zmniejszenie ilości stosowanego regranulatu,
• Odpowiednio zaprojektowany detal i forma zapewniające minimalną ilość naprężeń w wyprasce.

Przypalenia gazowe

Przypalenia to miejsca, w których powierzchnia wypraski styka się z gorącym tworzywem lub gorącymi powierzchniami formy wtryskowej. Skutkiem tego w punktowych miejscach powierzchnia otrzymanej kształtki pokryta jest ciemnymi plamami. Powodem tego zjawiska jest nadmierna temperatura formy jak i surowca.

Środki pomocnicze i zaradcze:

• Kontrolowanie temperatury surowca i formy wtryskowej oraz nie dopuszczanie do jej nadmiernego wzrostu,
• Utrzymywanie parametrów chłodzenia pozwalających na szybkie schłodzenie wypraski i uniknięcie jej przypalenia,
• Dokładne wyczyszczenie formy i kanałów odpowietrzających,
• Zmniejszenie siły zamykania wtryskarki, podczas gdy gniazdo formy odpowietrzane jest za pośrednictwem płaszczyzny podziału formy,
• Zmiana miejsca wtrysku w celu bardziej wydajnego uchodzenia powietrza z gniazda za pośrednictwem kanałów odpowietrzających,
• Wprowadzenie dodatkowych kanałów odpowietrzających.

Nierówna powierzchnia 

Wyraźne nierówności i nieregularne zagłębienia w powierzchni pojawiają się podczas gdy mamy do czynienia z zanieczyszczeniami formy lub uszkodzeniem powierzchni gniazda formy. Rzadziej wynika to z nieodpowiednio dobranych parametrów procesu. Powierzchnia otrzymanego detalu może mieć uszkodzenia, chropowatości i wiele zagłębień, które niweczą oczekiwany efekt wizualny. 

Aby zapobiegać tego rodzaju defektom należy:

• Dokonywać regularnych przeglądów form wtryskowych i poddawać je czyszczeniu, konserwacji, a w razie potrzeby naprawie,
• Stosować dostatecznie wysokie ciśnienie oraz temperaturę tworzywa,
• Stosować dostatecznie wysokie przeciwciśnienie,
• Utrzymywać gniazdo formy w idealnej czystości,
• Zadbać o dobre wysuszenie tworzywa,
• Może też pomóc zmniejszenie prędkości wtryskiwania.

Linie łączenia tworzywa

Linie łączenia płynnego tworzywa uwidaczniają się, podczas gdy różne strumienie spotykają się ze sobą. Tworzywo z dwóch strumieni łączy się tworząc widoczne linie na powierzchni detalu. Efekt ten uznaje się za negatywny ze względu na naruszenie estetyki wyrobu. 

Efektowi łączenia linii możemy zapobiec poprzez:

• Dobór tworzywa o wysokich zdolnościach łączenia się w postaci ciekłej,
• Zaprojektowanie formy wtryskowej, punktów wtrysku oraz kątów strumieni tak, aby zapewnić możliwość lepszego połączenia się docierającego z różnych stron materiału przed zastygnięciem.

Srebrzyste smugi

Srebrzyste smugi to rodzaj wady powierzchniowej. Jej pojawianie się ma związek ze stosowaniem dodatków wzmacniających. Podczas gdy dodatki nie zostaną dokładnie rozmieszane z surowcem, pojawiają się na powierzchni w postaci smug. Jest to wynik separacji lub wymycia niepołączonych ze sobą składników.

Srebrzystym smugom możemy zapobiec poprzez następujące działania:

• Zapewnienie dostatecznego mieszania surowca przed wtryskiem i skutecznego wymieszania stosowanych dodatków,
• Korzystanie z surowców o wysokiej jakości i optymalnej ilości dodatków wzmacniających,
• Kontrolowanie surowca w celu eliminacji zanieczyszczonego tworzywa.

Wybłyszczenie – zbyt duży połysk

Wada polegająca na nadmiernym połysku, negatywnie wpływa na estetykę. Najczęstszą przyczyną tego zjawiska jest zbyt wysoka temperatura formy wtryskowej w połączeniu z za wysokim ciśnieniem. Nadmierne rozpuszczenie tworzywa skutkuje wyraźnym połyskiem zwłaszcza jeśli zastosowane zostało wysokie ciśnienie wtrysku. 

Problem zbyt intensywnego połysku należy rozwiązywać stosując:

• Optymalną temperaturę formy wtryskowej i temperatury cylindra, dzięki której tworzywo nie będzie zbyt ciekłe,
• Ciśnienie pozwalające uniknąć nadmiernego mieszania tworzywa w momencie wtrysku,
• Optymalną temperaturę chłodzenia wypraski, aby stężenie tworzywa przy jej powierzchni było wystarczające,
• Mniejsze ciśnienie docisku,
• Większą siłę zamykania formy,
• Zmniejszenie prędkości i ciśnienia wtrysku.

Tygrysie linie

Tygrysie linie to prostopadłe do kierunku płynięcia linie w postaci cieni pojawiających się na powierzchni wyprasek, które w swojej formie przypominają sierść tygrysa. Powodem tego defektu jest pulsacyjny sposób płynięcia tworzywa. Ma to miejsce zazwyczaj podczas stosowania wielofazowych mieszanek.

Aby temu zapobiec należy:

• Zwiększyć temperaturę tworzywa,
• Stosować tworzywo o większej płynności,
• Zwiększyć przekrój poprzeczny wlewka lub wlewków,
• Zwiększyć grubość ścianek wypraski.

Pęcherze powietrza

Niewielkie bąbelki gazu mogą powstawać wewnątrz wyprasek w momencie wtrysku. Najczęstszą przyczyną jest zbyt duża wilgotność surowca oraz zbyt wysokie ciśnienie wtrysku.

Podczas gdy tworzywo nie zostanie dokładnie wysuszone, wilgoć pod wpływem wysokiej temperatury zaczyna parować zamieniając się w gaz. Natomiast przy zbyt wysokim ciśnieniu substancje gazowe wypełniające wnękę formy nie mają możliwości ujścia przed zastygnięciem tworzywa, tworząc pęcherze.

Zjawisku powstawania pęcherzy można zapobiec poprzez:

• Odpowiednie przygotowania surowca i usunięcie z niego wilgotności,
• Dobranie właściwego ciśnienia i prędkości wtrysku,
• Dostosowanie temperatury formy do właściwości używanego tworzywa,
• Kontrola drożności otworów odpowietrzających i ich regularne czyszczenie,
• Stosowanie tworzywa o wysokiej jakości bez zanieczyszczeń.

Niedolewy 

Niedolewy to widoczne miejsca wypraski, które nie zostały wypełnione tworzywem na etapie wtryskiwania. Takie wady mogą być spowodowane złym ustawieniem formy wtryskowej oraz niedostateczną ilością wtryśniętego tworzywa do gniazda formy. Tego typu wada całkowicie wyklucza detal z możliwości wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, gdyż traci on swoją funkcjonalność.

Aby nie dopuścić do pojawiania się niedolewów należy:

• Stosować optymalną ilość materiału podczas wtryskiwania,
• Stosować odpowiednio wysoką prędkość wtryskiwania, czas wtrysku jak i ciśnienie,
• Korzystać z systemów umożliwiających symulację procesu oraz technologii wtryskiwania (np. VISI Flow) w celu określenia czy zaprojektowana forma umożliwia całkowite wypełnienie gniazda,
• Stosować odpowiednio wysoką temperaturę formy, aby nie dopuścić do przedwczesnego krzepnięcia tworzywa,
• Zapewnić drożność otworów odpowietrzających.

Za duży rozmiar wypraski

Zbyt duży rozmiar wypraski może być spowodowany niewłaściwym ustawieniem formy wtryskowej przez co nie może ona odwzorować prawidłowych wymiarów zaprojektowanego modelu. Dodatkowo rozrost tworzywa w formie może być spowodowany źle dobranymi parametrami wtrysku.

W celu eliminacji tego problemu należy:

• Przeprowadzać regularne przeglądy formy wtryskowej w celu ograniczenia luzów i utrzymywanie odpowiedniego dopasowania,
• Zoptymalizować czas wtrysku w celu jego zmniejszenia,
• Podwyższyć temperaturę formy i tworzywa,
• Zmniejszyć ciśnienie docisku, ciśnienie i prędkości wtryskiwania,
• Wykonywać testowe wypraski w celu optymalizacji parametrów procesu.

Zapadnięcia

Obszary zapadnięć widocznych na powierzchni wyprasek są powodem nieprawidłowej geometrii detalu i najczęściej elementy z takimi wadami nie przechodzą kontroli jakości. Zapadnięcia charakteryzują się miejscowo niższą wysokością lub pojawianiem się odkształceń przypominających wciśnięcie.

Zapadnięcia to wada powodowana najczęściej przez za niskie ciśnienie wtrysku lub temperaturę formy. W gorszych przypadkach przyczyna może leżeć w błędnej konstrukcji formy wtryskowej.

Aby nie dopuścić do występowania zapadnięć, należy:

• Zadbać o dostatecznie długi czas chłodzenia,
• Zwiększyć długość sezonowania po wtrysku,
• Zadbać o równomierne i dostateczne chłodzenie przed usunięciem wypraski z gniazda formy,
• Sprawdzić czy grubości ścianek nie są za małe,
• Po etapie wypełnienia gniazda zwiększyć ciśnienie w początkowej fazie docisku,
• Sprawdzić poprawność funkcjonowania zwrotnego zaworu na końcu ślimaka,
• Zwiększyć ciśnienie docisku.

Pustki

Pustki to przestrzenie wewnątrz detalu, które nie zostały wypełnione tworzywem w czasie wtrysku. Takie wady powstają przez niewydajne napełnianie gniazda formy.  Mogą się pojawiać przy stosowaniu zbyt niskiego ciśnienia wtrysku lub źle ustawionej formie oraz niedostatecznej ilości tworzywa wtryśniętego do gniazda.

W celu zapobiegania pustkom należy zadbać o wystarczającą ilość materiału podczas wtrysku i dobieranie optymalnych parametrów procesu tj. ciśnienie, prędkość i czas wtrysku. 

Oto co należy zrobić jeśli w wyprasce pojawią się pustki:

• Sprawdzić czy podawana zostaje odpowiednia ilość tworzywa,
• Podnieść ciśnienie wtrysku,
• Zwiększyć czas wtrysku lub rozmiar otworu wtryskowego i kanałów doprowadzających, aby zapewnić laminarny przepływ tworzywa,
• Upewnić się, że materiał jest dobrze wysuszony,
• Zapewnić drożność otworów odpowietrzających.

Przykład narzędzia pozwalającego wyeliminować wady wyprasek

VISI Flow to narzędzie do analizy przed i po produkcyjnej oraz równoczesnego projektowania formowanych wtryskowo komponentów plastikowych. Dostarcza kompletne rozwiązanie dla konstruktorów i ustawiaczy form wtryskowych, od analizy wypełnienia poprzez obliczenia odkształceń aż po optymalizację termiczną.

Kluczowe korzyści z modułu Flow do analizy wtrysku

• Zintegrowana aplikacja CAD/CAE,
• Unikalna, opatentowana technologia bryły siatki,
• Krótki czas przygotowania obliczeń i modelu,
• Dokładna symulacja wypełnienia,
• Identyfikacja problemów estetycznych,
• Wielokrotne formowanie,
• Orientacja włókien,
• Baza materiałowa tworzyw sztucznych,
• Przewidywanie odkształceń,
• Analiza termiczna,
• Optymalizacja układu chłodzenia,
• Import systemu chłodzenia i zasilania,
• Symulacja wtrysku wspomaganego gazem, dwu komponentowego i obtryskiwanie.

Podsumowanie: problemy w procesie wtrysku – wady wyprasek

Wady wyprasek to problem, który nie powinien pojawiać się przy dobrze zaprojektowanej formie wtryskowej i odpowiednio dobranych parametrach procesu oraz stosowaniu wysokiej jakości tworzywa.

Jednak ze względu na wysoki stopień zaawansowania technologii przetwórstwa tworzyw sztucznych zdarzają się nawet w przedsiębiorstwach z wieloletnim doświadczeniem w budowie form wtryskowych i produkcji elementów z tworzywa sztucznego.

Wiele z przedstawionych powyżej wad całkowicie wyklucza produkt z użyteczności, dlatego ważne jest, aby tak zoptymalizować cały proces, by jakiekolwiek wady wyprasek nie powstawały. Kluczowe jest także odpowiednie przygotowanie tworzywa i regularne przeglądanie stanu narzędzi biorących udział w procesie. Wszystko po to, aby produkować wysokiej jakości produkty z tworzyw sztucznych, które zgodne z wymaganiami projektu, będą przez długi czas zachowywać swoje właściwości.