Jak wtryskarka robi plastikowe wiadro

W garażu pękło mi wiadro, w którym od lat trzymałem piasek do posypywania podjazdu. Zanim wylądowało w worku, zabrałem je do szkoły i zapytałem uczniów, jak je zrobiono. Padło: wylane, wycięte, sklejone z kawałków. Dopiero kiedy obróciłem je do góry dnem, ktoś zauważył na środku małą wypukłą kropkę i drobne okrągłe ślady przy krawędziach. Kropka to punkt wtrysku, a kółka to ślady po wypychaczach. Wiadro powstało w całości, w jednym cyklu jednej maszyny.

Z czego się składa

1. Lej zasypowy - zbiornik na granulat, czyli drobne ziarenka tworzywa wielkości ziarna ryżu.
2. Cylinder z grzałkami - gruba stalowa rura opasana opaskami grzejnymi, podzielona na strefy temperatury.
3. Ślimak - długi wał z gwintem w środku cylindra, który topi, miesza i wtryskuje tworzywo.
4. Dysza - końcówka cylindra, która dociska się do formy.
5. Forma - dwie stalowe połówki z wydrążonym kształtem wyrobu, kanałami chłodzącymi i wypychaczami.
6. Jednostka zamykania - mechanizm, który zamyka formę i trzyma ją z ogromną siłą podczas wtrysku.
7. Napęd i sterowanie - hydraulika albo silniki elektryczne oraz komputer, który pilnuje każdej sekundy cyklu.

Ślimak pracuje też jako tłok

Granulat z leja zsypuje się do cylindra. Ślimak się obraca i jak ślimak w maszynce do mięsa przesuwa granulat do przodu. Po drodze tworzywo się topi. Część ciepła dają grzałki na cylindrze, ale dużo daje samo tarcie i ścinanie tworzywa między zwojami ślimaka a ścianką. Na końcu cylindra, przed dyszą, zbiera się porcja stopionego tworzywa gotowa do wtrysku, a ślimak, odpychany przez tę porcję, cofa się. Ten etap nazywa się uplastycznianiem albo plastyfikacją.

Kiedy porcja jest gotowa, ślimak przestaje się obracać i zaczyna działać jak tłok. Pchnięty do przodu wtłacza stopione tworzywo przez dyszę do formy z dużą prędkością, pod ciśnieniem liczonym w setkach barów. To jest właśnie wtrysk.

W zimnej formie tworzywo od razu zaczyna stygnąć i się kurczyć. Dlatego po wtrysku jest jeszcze docisk: ślimak przez chwilę naciska dalej i dopycha do formy tyle tworzywa, ile ubyło przez skurcz. Bez docisku na grubszych ściankach zrobiłyby się zapadnięcia.

Forma próbuje się rozejść

Tu przydaje się jednostka zamykania. Ciśnienie stopionego tworzywa działa na całą powierzchnię wypraski i rozpycha połówki formy. Przy dużej powierzchni, a wiadro ma jej sporo, wychodzą z tego ogromne siły. Dlatego wtryskarki opisuje się siłą zwarcia, w kilonewtonach albo w tonach. Maszyny do wiader i skrzynek mają ją bardzo dużą, maszyny do drobnych części znacznie mniejszą. Jeśli siła zwarcia jest za mała, forma się uchyla i na styku połówek wypływa cienka błonka tworzywa. Fachowo mówi się na to wypływka.

Formę zamyka się hydraulicznie, dużym siłownikiem, albo układem dźwigni kolanowych napędzanym silnikiem lub siłownikiem. Dźwignia kolanowa działa tak samo jak szczypce do zdejmowania zawleczek: pod koniec ruchu niewielka siła daje ogromny docisk.

Najdłużej trwa chłodzenie

Po docisku wypraska musi wystygnąć na tyle, żeby nie odkształciła się przy wyjmowaniu. W formie są kanały, którymi płynie woda albo olej z termostatu. Chłodzenie to zwykle najdłuższy etap cyklu, opracowania o wtrysku podają, że potrafi zająć nawet większość całego czasu. W tym czasie maszyna nie stoi, bo ślimak już się obraca i szykuje porcję na następny wtrysk.

Na koniec forma się otwiera, wypychacze wysuwają się z jednej połówki i zrzucają wyrób. Coraz częściej odbiera go chwytak robota, zwykle zasilany sprężonym powietrzem z tej samej sieci, o której pisałem przy sprężarce śrubowej. Forma się zamyka i wszystko zaczyna się od nowa. Cały cykl trwa od kilku sekund przy drobnych częściach do kilkudziesięciu przy większych i grubszych wyrobach.

Liczy się też droga tworzywa od dyszy do gniazda formy. W prostszych formach stop płynie kanałami wyciętymi w samej formie i zastyga w nich razem z wyrobem jako tak zwany wlewek, czyli plastikowy patyczek albo drzewko łączące wypraski. Wlewek się odcina, mieli i dosypuje z powrotem do granulatu. W bardziej złożonych formach są gorące kanały, czyli podgrzewane rozdzielacze, w których tworzywo aż do samego gniazda pozostaje płynne. Odpadu wtedy nie ma, ale forma jest droższa i ma w środku grzałki, które też potrafią się zepsuć.

Niektóre granulaty trzeba suszyć

Część tworzyw chłonie wilgoć z powietrza. Poliamid potrafi wchłonąć jej tyle, że wyraźnie przybiera na masie. Wilgoć w stopie zamienia się w parę i zostawia na wyrobie smugi i pęcherze, a czasem osłabia go od środka. Takie tworzywa przed przetwórstwem suszy się w suszarkach. Polipropylen, z którego często robi się wiadra, jest pod tym względem mniej kłopotliwy i zwykle suszenia nie wymaga.

Co się psuje we wtryskarce? Grzałki i termopary, bo cały czas pracują w cieple. Uszczelnienia hydrauliki. Ślimak i cylinder, które ściera tworzywo z napełniaczami, na przykład z włóknem szklanym. Najdroższe są jednak formy. Forma to duży blok obrobionej stali, a jedna wypraska zapomniana między połówkami potrafi ją przy zamykaniu uszkodzić. Dlatego maszyny mają zabezpieczenie formy, które wyczuwa opór przy zamykaniu i zatrzymuje ruch.