Súčasným typom vyhrievaných vtokových sústav predchádzal rad jednoduchších sústav, ktoré sa postupne zdokonaľovali. Najprv sa pracovalo so zosilnenými vtokmi, izolovanými vtokovými sústavami a predkomôrkami. Dnešné vyhrievané vtokové sústavy majú trysky  charakterizované minimálnym poklesom tlaku i teploty v systéme a optimálnym tokom taveniny [1, 2].

 

Princíp horúcej vtokovej sústavy

Horúca vtoková sústava predstavuje predĺženie plastickej komory vstrekovacieho stroja. Roztavený plast sa tu však ďalej homogenizuje, je len vedený priamo do dutiny formy, alebo je tok taveniny rozdelený do viacerých  tvarových dutín, pričom sa plast vo vtokovej sústave stále udržiava v stave taveniny. To dovoľuje použiť len bodové vyústenie s malým prierezom, ktoré je vhodné pre širokú oblasť vyrábaných výstrekov. I napriek tomu možno pracovať s dotlakom. Vyhrievanú trysku s jej jednotlivými časťami zobrazuje obr. 1.

 

Formy s horúcou vtokovou sústavou sa od foriem so studenými vtokmi líšia tzv. horúcou polovicou formy, v ktorej sa plast vstrekovaný zo vstrekovacej jednotky stroja ďalej udržiava v stave taveniny rovnakej teploty, s akou opustil trysku vstrekovacieho stroja a prostredníctvom vyhrievaných rozvádzacích kanálikov sa dopravuje do dutiny formy. Jednotlivé konštrukčné časti ohrievanej vtokovej sústavy zobrazuje obr. 2.

 

Druhy horúcich vtokových sústav

V praxi sa prevažne uplatňujú tri hlavné typy horúcich vtokových sústav:

•          izolovaná vyhrievaná horúca vtoková sústava,

•          vnútorne vyhrievaná horúca vtoková sústava,

•          externe vyhrievaný horúci vtokový systém.

Horúce vtokové sústavy môžeme deliť podľa počtu a využitia horúcich trysiek (vtokových ústení vzhľadom na počet vstrekovaných plastových dielcov) – obr. 3 takto:

•          viac ako jeden plastový diel na jednu trysku – tvorí sa časť studeného vtoku,

•          jeden plastový diel na jednu trysku – jednobodové vstrekovanie,

•          viac trysiek na jeden plastový diel – viacbodové vstrekovanie [4].

 

Izolovaná vyhrievaná horúca vtoková sústava

Izolované vtokové sústavy pracujú na princípe vlastnej termoplastickej izolácie vtokových kanálov alebo predkomôrky. V tomto systéme tryska nemá vlastné vyhrievanie. Jej teplotu udržiava buď väčšia vrstva taveniny svojou tepelnoizolačnou schopnosťou, alebo sa ohrieva nepriamo. Kanáliky izolovanej vtokovej sústavy majú oveľa širší priemer (10 až 15 mm).

Pri vstrekovaní dielcov z termoplastu s vysokou teplotou tavenia vznikajú problémy spôsobené väčším rozdielom teploty taveniny, termoplastu a formy. Vplyvom šírky kanálikov izolovanej horúcej vtokovej sústavy zostáva termoplast v jadre týchto kanálikov dostatočne tekutý, kým stuhnutá vrstva termoplastu v blízkosti stien vtokovej sústavy tvorí tepelnú izoláciu horúceho jadra vtoku [6].

Izolovaná vtoková sústava je relatívne lacná na výrobu a ideálna pre termoplasty citlivé na degradáciu vplyvom tepla. Rovnako dobre ju možno použiť aj v prípade, ak treba veľmi často meniť farbu plastových dielcov. Jej konštrukcia je podobná studenej vtokovej sústave s koncepciou trojdoskovej formy, ako je uvedené na obr. 4 [7].

Vnútorne vyhrievaná horúca vtoková sústava

Túto vtokovú sústavu tvoria širšie vtokové kanáliky, napríklad s kruhovým alebo trapézoidným tvarom prierezu, ale s vnútornými vyhrievacími vložkami vo všetkých kanálikoch tejto sústavy. Plast prúdiaci okolo povrchu vyhrievacích vložiek sa udržiava v stave taveniny pomocou kazetových ohrievačov a termočlánkov, ktoré sú zabudované vo vnútri týchto vložiek.

Steny vtokovej sústavy formy netreba temperovať na vysokú teplotu ako vyhrievané vložky. V prípade stuhnutia vrstvy plastu na stenách vtokovej sústavy stuhnutá vrstva slúži ako tepelná izolácia. Pre väčšinu technických plastov je neprípustné, ak v horúcej vtokovej sústave dochádza k stuhnutiu taveniny, opätovnému roztaveniu a následnému obnoveniu pohybu termoplastu. Tento jav sa vyskytuje hlavne v tzv. stagnačných zónach, teda v miestach, kde má tavenina plastu istý čas nulovú rýchlosť toku [8].

Tento systém je vhodný pre vysoko objemovú výrobu termoplastov, ktoré nie sú tepelne citlivé (napríklad PE, PP ). Cena vnútorne vyhrievaného horúceho vtokového systému je nižšia ako externe vyhrievaného vtokového systému, ale jeho čistenie vyžaduje demontáž formy a výmenu tlakových tesnení vyhrievaných vložiek, pričom hrozí poškodenie formy.

 

Externe vyhrievaný horúci vtokový systém

Externe vyhrievaný horúci vtokový systém väčšinou tvoria vyvážené vtokové kanáliky s hladkým povrchom bez tzv. stagnačných oblastí. V dôsledku toho sa zlepšuje kvalita vyrobených dielcov (z hľadiska mechanických vlastností), znižuje sa počet nepodarkov a obmedzuje sa prerušovanie výroby. Na ohrev sa používajú rôzne typy systémov, napríklad kazetové alebo trubicové ohrievače, ohrievače v tvare cievky, resp. ohrievače v tvare vločiek a ďalšie [7].

Funkciou ohrievačov je zabezpečiť úplný prenos tepla pri dostatočne rýchlom nábehu na pracovnú teplotu. Navrhujú sa na prenos vysokých vstrekovacích tlakov (až 200 MPa) a vysokých teplôt s ohľadom na rozdielnu teplotnú rozťažnosť častí horúcej vtokovej sústavy a oceľových dosiek formy, v ktorých je horúca vtoková sústava uložená. Na vstrekovanie možno použiť rôzne spôsoby vstrekovania ako ukazuječ obr. 5.

Vtokové ústie horúcich trysiek

V externe vyhrievaných horúcich vtokových sústavách je dôležitý najmä použitý typ trysiek. Výber typu trysiek je ovplyvnený zložitosťou plastového dielca, hrúbkou stien, dĺžkou tokových dráh a šmykovým napätím vznikajúcim v tavenine plastu pri toku vtokovým systémom, ktorý je časťou horúcej trysky. Jednotlivé typy vtokových vyústení ukazuje obr. 6.

Tryska má byť dostatočne veľká vzhľadom na veľkosť vstrekovanej dávky a viskozitu taveniny plastu. Vzhľad vtokového zvyšku závisí od typu vtokového ústia, viskozity taveniny a typu plastu (semikryštalický, amorfný, plnený, neplnený).

 

Záver

Veľmi častým zdrojom problémov je pri aplikácii horúcich vtokových sústav kontrola teploty. Veľmi dôležitý je vysoký stupeň tepelnej homogenity v horúcej vtokovej sústave, aby sa zabránilo degradácii plastu a dosiahnutiu rovnomerného plnenia, dotlaku, zmrštenia, vzhľadu a pod. Z toho vyplývajú výhody a nevýhody použitia týchto systémov. Jednou z veľkých nevýhod je náročná konštrukcia vstrekovacej formy.

K výhodám v rámci zavedenia horúcich vtokov patria:

•          zlepšenie kvality plastových dielcov,

•          zkrátenie doby vstrekovacieho cyklu,

•          dosiahnutie rovnomernej viskozity počas celej doby toku,

•          lepšia kvalita vstrekovacieho tlaku,

•          redukcia veľkosti vstrekovanej dávky materiálu

•          nakoľko nedochádza k stuhnutiu vtokovej sústavy, netreba riešiť jej oddelenie a následnú recykláciu [11,12].

 

Horúce vtokové systémy sa používajú na vstrekovanie dielcov malých rozmerov vo viacnásobných formách, napríklad malé plastové ozubené kolesá, alebo na viacbodové vstrekovanie dielcov väčších rozmerov, napríklad palubné dosky, nárazníky ako je na obr. 7.

Tento článok bol vytvorený realizáciou projektu ,,Technological and design aspects of extrusion and injection moulding of thermoplastic polymer composites and nanocomposites“ (PIRSES-GA-2010-269177) na základe podpory medzinárodného projektu realizovaného v rámci 7. rámcového projektu (FP 7), Marie Curie Actions, PEOPLE, International Research Staff Exchange Scheme (IRSES).

 

Literatúra

1. GREŠKOVIČ, F. et al.: Nástroje na spracovanie plastov vstrekovacie formy, Košice TU, SjF – 2010, 220 s., ISBN 978-80-553-0350-5.

2. John P.  BEAUMONT. J.: Runner and Gating Design Handbook: Tools for Successful Injection Molding, 2nd Edition, Carl Hanser Verlag, Munich, 2007, str. 156 – 180

3. MOLD-MASTERS – firemné materiály

4. CAMPO, Alfredo: Complete Part Design Handbook: For Injection Molding of

Thermoplastics [online]. Hanser Publishers, 2006

5. Synventive Molding Solutions. Hot runner guide: Layout and Design [online].

Trademark of Synventive Molding Solutions, 2008

6. HANZLÍK, S.: Inovativní a progresivní technologie společnosti Incoe international, 47. Mezinárodní strojírenský veletrh, TT 18/2005, str. 9

7. UNGER, P.: Hot Runner Technology, Hanser Publishers, 2006

8. KANDUS, Bohumil: Technologie zpracování plastů (HTZ). Přednášky a cvičení. Odbor technologie tváření kovů a plastů, Ústav strojírenské technologie, Fakulta strojního inženýrství VUT Brno, 2009.

9. EWIKON – firemné materiály, Systémy horkých vtoků a regulační technika

10. LANXESS Inc. Engineering Plastics: Part and Mold Design [online]. LANXESS      registered trademark. Printed in U.S.A., 2007

11. ORYCON – firemné materiály, Systémy horkých vtoků, regulátory, komponenty

12. SPINA. R.:  Injection moulding of automotive components: comparison between hot runner systems for a case study, Proceedings of the International Conference on Advances in Materials and Processing , Volumes 155 – 156, 30 November 2004, Pages 1 497 – 1 504

13. SYNVENTIVE –  firemné materiály.

 

TEXT/FOTO: Ing. Ján Varga, PhD., Ing. Ľudmila Dulebová, PhD., KTM, SjF TU Košice