Să înţelegem forţa de închidere a maşinilor de turnare prin injecţie

James Hines și Darren Vater-Hutchison, ingineri tehnologi și instructori la Sumitomo (SHI) Demag UK, explică de ce este importantă reglarea corectă a forței de închidere a mașinilor de turnare prin injecție.

Forța de închidere reprezintă presiunea necesară pentru a contracara presiunea materialului în faza de injecție și menținere în cadrul procesului de turnare prin injecție a maselor plastice. Umplerea matriței în această fază se efectuează la o presiune ridicată care trebuie contracarată pentru ca matrița să nu se deschidă ca urmare a forțelor aplicate. Aceasta este de obicei măsurată în tone metrice, tone imperiale sau, corect tehnic, kiloNewtoni (kN). La Sumitomo (SHI) Demag mașinile sunt prevăzute cu forțe de închidere cuprinse între 250 kN și 20.000 kN.

Opţiuni de proiectare a mecanismelor de închidere

Există doar două moduri principale de a construi o unitate de închidere: o pârghiemecanică acționată fie hidraulic, fie cu ajutorul servomotoarelor electrice (cum ar fi un sistem cu genunchi) sau un sistem complet hidraulic cu cilindri de închidere și un cilindru de strângere.

Sistemele cu genunchi sunt cele mai frecvent construite și folosite în Europa. Aproape două treimi din toate mașinile de turnare prin injecție cu o forță de închidere de peste 100 de tone folosesc mecanismul cu genunchi ca sistem de închidere. Proiectarea acestora este dezvoltată și optimizată în permanență, acesta fiind cel mai fiabil și mai sigur tip de sistem de închidere, caracterizat prin avantaje tehnice și economice distincte.

În cazul unei mașini cu închidere cu genunchi forța de închidere este generată de întinderea coloanelor din oțel, - cu cât este mai mare întinderea coloanelor, cu atât este mai ridicată forța de închidere aplicată matriței. Valoarea întinderii induse este menținută în limitele proporționalității pentru coloanele din oțel selectate și este monitorizată folosind extensometre liniare pentru a asigura stabilitatea aplicării forței.

Selectarea forței adecvate pentru o anumită combinație de mașină, matriță și material constituie un factor important, care trebuie luat în considerare în primele faze ale procesului de fabricație și la achiziția unei mașini de turnare prin injecție. Motivul este că, odată stabilită, forța de închidere nu poate fi reglată ulterior în funcție de necesități.

Deseori mașinile sunt reglate la forța de închidere maximă disponibilă (de exemplu, 100t, 300t, 750t). Însă o astfel de setare a forței de închidere poate să nu fie neapărat cea necesară matriței. În consecință, tehnicienii pot merge pe calea greșită a corectării procesului, ceea ce poate duce la alte probleme legate de proces. Cele mai frecvente sunt:

• Uzura prematură a matrițelor. Atunci când matrițele sunt construite, acestea sunt concepute cu canale de aerisire în oțelul matriței. Funcționarea îndelungată cu o forță de închidere prea mare le va distruge, rezultând arsuri și bule de gaz pe piese.
• Consum energetic crescut - utilizarea forțelor de închidere ridicate are drept rezultat principal un consum de energie mai mare.
• Uzură mai rapidă a mașinii, ce duce la pe rioadele de întreținere mărite și reducerea OEE (eficiența generală a echipamentului).

Deși, în general, cu cât piesa este mai mare, cu atât este mai mare forța necesară pentru a contracara presiunea materialului, forța de închidere nu este calculată, așa cum se crede adesea, în funcție de mărimea fizică a matriței, ci în funcție de poziția în care plasticul este injectat în interiorul acesteia. Este o funcție a geometriei și a tipului de material prelucrat. Factorii importanți de considerat sunt:

• Vâscozitatea plasticului și adăugarea unei umpluturi (filler) - forța de închidere crește pentru materialele plastice cu vâscozitate mai mare și invers, scade pentru masele plastice cu vâscozitate redusă
• Numărul cavităților matriței
• Lungimea traseului de curgere - forța de închidere necesară va crește pentru un material plastic ce curge la un unghi de 90°față de duza de alimentare a matriței.

Există câteva moduri de a calcula forța de închidere, însă unele informații nu sunt ușor de obținut. Ca regulă generală, forța de închidere poate fi calculată folosind o formulă simplă de principiu.

• IMAGINEA 1. În cazul unei mașini cu închidere cu genunchi, precum IntElect, forța de închidere este generata de întinderea coloanelor din oțel

Mai întâi, măsurați debitul plasticului la un unghi de 90 de grade față de duza de alimentare a matriței, apoi înmulțiți suprafața cu formula 0,3t/cm2 (vâscozitate scăzută) la 0,6t/cm2 (vâscozitate ridicată). Aceasta este o aproximare și tre­buie să se ia în considerare și dacă se utilizează un sistem de canale calde sau reci și numărul de cavități. Un inginer cu experiență poate fi în măsură să optimizeze mai mult forța de închidere în timpul reglajului reducând forța de închidere cu mici trepte de ajustare și observând orice modificare a greutății/dimensiunilor care nu se încadrează în criteriile de calitate impuse.

După realizarea calculelor necesare și/sau formularea specificațiilor derivate pe baza soft­ware-ului, estimatorul va aplica, de regulă, un factor de siguranță, în general de aproxima­tiv 10-15%. De exemplu, o forță de închidere prevăzută de 270 de tone metrice va fi rotunjită la 300 de tone.

 Tehnici avansate

Un avantaj al utilizării acestei formule este acela că un inginer sigur și experimentat o poate folosi pentru a determina cursa de dozare pentru o anumită piesă care, dată fiind geometria matriței, nu poate fi supusă unui ciclu de injecție scurt. Cu alte cuvinte, piesa aderă la matriță.

De exemplu, în cazul folosirii polipropilenei având 0,3 t/cm2 aceasta reprezintă o valoare de 300 kgf/cm2 și o presiune specifică de 300 de bari. Presupunând că raportul de multiplicare al unei mașini este de 10:1, puteți regla presiunea de injecție la o presiune hidraulică de 30 de bari (sau presiune specifică de 300 de bari), și să permiteți injecția unui cilindru plin în matriță și să observați avansul maxim al șnecului pentru a stabili cursa de dozare finală. Scopul este acela de a crea un echilibru între presiunea de injecție și presiunea de închidere pentru ca forța de închi­dere să nu fie depășită de presiunea materialului.

Pentru a conduce un astfel de exercițiu este necesară siguranță în inginerie și competență tehnică. Mai mult, în cazul matrițelor cu canale reci trebuie să se acorde atenție deosebită în ceea ce privește lungimea sistemului de canale și căderea de presiune, precum și în ceea ce privește alegerea temperaturii topiturii și matriței și a vitezei de injecție.

Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery UK Ltd. este o filială deținută 100% de Demag Plastics Group din Schwaig, Germania, înființată în 1956. Demag Plastics Group este specializat în proiectarea mașinilor de turnare prin injecție cu forțe de închidere între 250 kN și 20.000 kN. Cu ajutorul tehnologiei Demag, folosită de numeroși producători din domeniul turnării prin injecție din întreaga lume, se fabrică piese din plastic confecționate din mase termoplastice, elastomeri și materiale ter­morezistente pentru o gamă largă de industrii utilizatoare finale. Acestea includ industria auto, IT, a ambalajelor, electrică/electronică, medicală și farmaceutică, a produselor pentru construcții și de agrement. În prezent, Sumitomo (SHI) Demag UK oferă servicii pentru peste 4.000 de mașini de turnare prin injecție din Regatul Unit și Irlanda și are aproximativ 200 de clienți (Procter & Gamble, Philips Avent, GCS Group și and Hozelock sunt printre cei mai cunoscuți).