Fröccsöntés

A fröccsöntés egy gyártási technológia, amellyel bonyolult alakú termékeket lehet gyártani. Főleg polimer termékeket gyártanak ezzel a technológiával, de használják fémeszközök készítésére is.

Fröccsöntő szerszám két lapja, a fröccsöntés legfontosabb gépszerkezeti eleme az alakadó szerszám

Műanyagok fröccsöntése

A fröccsöntő gépek felépítése

A fröccsegység

Fröccsöntőgép

A gép elvi vázlata

A fúvókát a hidraulikus munkahenger (13) mozgatja előre-hátra, míg a csiga (2) forgó és tengelyirányú mozgásait bordástengely és hüvely teszi lehetővé. A bordástengely (9) belülről hosszirányú hornyokkal van ellátva, míg ennek ellendarabja a bordás hüvely, amelynek hornyai a bordástengely hornyaiba illeszkednek. A bordás hüvely (10) külső része fogazott, így az egy másik fogaskerék közbeiktatásával a csigát forgató motorhoz csatlakozhat. Ez teszi lehetővé, hogy a csiga a forgás mellett tengelyirányban is elmozduljon. A garathűtés (15) azt a célt szolgálja, hogy az anyagtartályból a garaton (16) keresztül a plasztikáló hengerbe befolyó műanyag a fűtőtestek által termelt hő ellenére se olvadjon össze, vagyis az anyagellátás folyamatos legyen.

Az első ábrán bemutatott fröccsegységnél a csigát forgató és tengelyirányban működtető hidraulikus motorok egymás mögött, sorban vannak elhelyezve. Ennek a hátránya, hogy a csiga forgatásával egyidejűleg forog a fröccsdugattyú (18) a munkahengerben (19), aminek következtében a dugattyún lévő tömítések viszonylag hamar tönkremennek.

A második megoldásnál a csiga forgó és tengelyirányú mozgatása párhuzamos elrendezésű. Ebben az elrendezésben a hidraulikus motor közvetlenül forgatja a csigát, míg a két fröccsdugattyú a csapágyházzal együtt váljtja ki a tengelyirányú mozgatást. Ez az elrendezés a fröccsegység rövidebb kialakítását is lehetővé teszi.

A csiga

A csigát geometriailag általában három szakaszra osztják (háromzónás csiga, magprogresszív), a technológiai folyamatoknak megfelelően:

• behúzó szakasz,
• kompressziós szakasz,
• homogenizáló szakasz.

A csiga hátsó szakasza az etető, vagy más néven behúzó zóna, amely a szilárd granulátumot az etető tölcsérből a fúvóka felé szállítja. A csiga középső része az ömlesztő, vagy más néven kompressziós zóna, ahol az anyag megolvad, tömörödik és légtelenedik. A kitoló, vagy homogenizáló zónában történik az anyag homogenizálása.

A fröccsöntés folyamata

Fröccsöntőgép, a behúzó és a szerszámzáró egységgel

1. Szerszámzárás

A szerszám egyik fele az álló szerszámfelfogó lapra, a másik pedig a mozgó lapra van felerősítve. A mozgó szerszámfelfogó lap a ciklusidő csökkentése miatt gyorsan zár, de az álló laptól egy bizonyos távolságra a sebességet, majd a szerszámfelfogó lapra ható nyomást is csökkenteni kell. Ezt az ún. szerszámvédelmet azért szükséges a lehető leggondosabban beállítani, nehogy a szerszám megsérüljön egy esetleg el nem távolított fröccstermék, vagy egy véletlenül a helyéről kimozdult betét miatt. Ha a szerszám ezzel a kis sebességgel és erővel akadálytalanul összezárt akkor épül fel a záróerő, amely a szerszámba befröccsöntött ömledéknek a szerszám szétfeszítésére irányuló erőt ellensúlyozza.

2. Fúvóka előre mozgása

Ha a szerszám összezárt, akkor a fúvóka addig mozdul előre, amíg fel nem fekszik az álló szerszámfelfogó lapon.

3. Befröccsöntés

A befröccsöntés során a műanyag ömledéket a csigadugattyú előre mozogva – dugattyúként működve – a szerszámba juttatja.

A gyártásnál komoly problémát okoz, hogy a műanyagok fajtérfogatának változása jóval meghaladja más anyagokét. Ez azt jelenti, hogy a műanyag fajtérfogata az ömledék állapotba jutás során az egyre nagyobb hőmérséklet miatt rohamosan nő, lehűléskor pedig csökken. Műanyag termékek csak úgy gyárthatók, ha ezt kompenzálják. Ezért a befröccsöntési folyamatot két részre osztjuk, mégpedig szerszám kitöltésre és a kompenzálásra, azaz közvetlen befröccsöntésre és utónyomásra.

A befröccsöntés során az ömledéknek tökéletesen ki kell töltenie a szerszámot. Az utónyomási szakaszban a fúvóka mögötti gyűjtőtérben lévő anyagpárnából kell a fajtérfogat változást kompenzálni.

Az utónyomás addig hatékony, amíg az ömledék a beömlő csatornában meg nem szilárdul. Az anyag megszilárdulását lepecsételődésnek nevezzük. Az utónyomási folyamatot a gépkezelő által beállított utónyomási idő határolja be. Ezt szükségtelen a lepecsételődési időnél nagyobbra állítani.

4. Hűlési idő

Ez az idő az utónyomás után veszi kezdetét. Úgy kell beállítani, hogy a fröccsöntött termékek kellően megszilárduljanak, azaz a szerszámból eltávolítás után ne deformálódjanak.

5. Plasztikálás

Az utónyomás után, a hűléssel párhuzamosan indul ez a folyamat. A csiga forogni kezd, miáltal az anyagtartályból a műanyag granulátumot a fúvóka irányába szállítja. Közben a csiga és a henger közötti térben, vagyis a csiga meneteiben a műanyag a súrlódás és a nyíró hatás miatt felmelegszik. Ehhez hozzáadódik a fűtőtestek által bejuttatott hő is.

E két hatás következtében a csiga elé kerülő műanyag már ömledék állapotú lesz.

Az ömledék a csigára nyomó hatást gyakorol, vagyis nemcsak forog, hanem hátrafelé is mozog. Ha a hátrafelé mozgást akadályozzuk akkor a keletkező ömledéknek nagyobb erőt kell kifejtenie a csiga hátra mozdításához, vagyis a műanyagra nagyobb súrlódási erő hat. Ezt a csigára ható ellentartási nyomást torlónyomásnak nevezzük. A csiga forgásának leállása után következik a dekompresszió, amely arra szolgál, hogy az ömledék nyomását csökkentsük, az ömledéket a fúvóka közvetlen közeléből "elszívjuk".

6. Fúvóka hátra mozgása

Ha a hűlési idő hosszú a fúvókát le kell járatni a hűtött szerszámról, mert a fúvókában lévő ömledék megdermedhet. Ha a fúvóka a szerszámon maradhat, akkor annak rászorítási nyomását még a szerszámnyitás előtt csökkenteni kell.

7. Szerszámnyitás

A hűlési idő, illetve a plasztikálás után a szerszám nyit, mégpedig először lassan, majd a teljes szétválás után gyorsan, a véghelyzet előtt pedig ismét lassan.

8. Kidobás

A terméket a szerszám kidobó rendszere löki ki a szerszámból. A kidobás végeztével a fröccsöntési ciklus véget ér, és a szerszámzárással új ciklus indul.

Műanyagok

Műanyag granulátum fröccsöntéshez

Műanyagok:

• LDPE – kis sűrűségű polietilén

Előállítás: etilén nagynyomású, gyökös polimerizációjával

• HDPE – nagy sűrűségű polietilén

Előállítás: szerves fémvegyület katalizátorokkal atmoszferikus nyomáson etilén heterogén oldat polimerizációjával

• PP – poliproplilén

Előállítás: propilén oldószeres vagy szterospecifikus polimerizációjával

• PA 6 – poliamid 6
• PMMA (plexi) – poli-metilmetakrilát
• PS – polisztirol

Előnyök

• Nagy sorozatoknál igen gazdaságos.
• Bonyolult térbeli formák állíthatók vele elő.
• Gyors és hatékony.
• Gyakorlatilag nem keletkezik hulladék:
  • Hidegcsatornás szerszámnál a technológiai hulladék, csatornamaradék (termékek nem felhasználható részei) újragranulálhatók, és ismét felhasználhatók fröccsöntésre.
  • Forrócsatorna esetén nincs csatornamaradék.
• A gép univerzális, vagyis gyakorlatilag bármilyen szerszámmal használható ugyanaz a gép.

Hátrányok

• A berendezés nagyon drága.
• A szerszám igencsak költséges, ezért kis sorozatok, egyedi termékek előállítása nem gazdaságos.

Források

• Fröccsöntés, hőre lágyúló műanyagok. sasovits.hu. (Hozzáférés: 2022. január 12.)
• Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János: A polimertechnika alapjai. Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ via tankonyvtar.hu, 2007. [2012. május 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. január 12.)

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Fröccsöntés témájú médiaállományokat.

• A fröccsöntés folyamata (animáció angol feliratokkal) Archiválva 2014. január 1-i dátummal a Wayback Machine-ben
• Fröccsöntő szótár (angol-magyar)