Lehetséges fúvókakialakítások

Korábbi cikkemben már körüljártuk a fröccsöntés technológiájában alkalmazott csigatípusokat, ezzel ismertetve a műanyagiparnak ezen ágában használt gyártóberendezések egyik fontos részének, a plasztikáló egységnek központi szereplőjét. Akkor viszont még nem tértünk ki részletesen a plasztikáló egység és a szerszám kapcsolatát létrehozó fúvókára (szakzsargonban: dűzni).

Ez a részegység a fröccsöntés technológiájában nélkülözhetetlen szerepet tölt be, helytelen megválasztása pedig adott alapanyag esetében nagymértékben megnehezítheti, vagy akár teljes mértékben meggátolhatja a megfelelő plasztikálást. Ebből következően jelen cikkemben röviden szeretném ismertetni a leggyakrabban alkalmazott fúvókatípusokat, azok felépítését, működését és alkalmazhatóságát.

1. ábra: A rosszul illeszkedő fúvóka komoly gondokat okozhat (főleg, ha már csak ilyen szélsőséges esetben észleljük a problémát)

1. ábra: A rosszul illeszkedő fúvóka komoly gondokat okozhat (főleg, ha már csak ilyen szélsőséges esetben észleljük a problémát)

Ahogy azt a bevezetőben is említettem, a fúvóka legfontosabb szerepe a plasztikáló egység és a szerszám közötti kapcsolat megteremtése, ezzel biztosítva a műanyag ömledék szerszámba juttatását. Ahhoz, hogy az ömledék teljes mértékben a szerszámba kerüljön három fő paraméternek kell teljesülnie. Elsőként említendő, hogy a fúvókának tökéletesen fel kell feküdnie a szerszám beömlő perselyére, ezzel biztosítva a megfelelő tömítettséget. Ez a feltétel akkor teljesülhet, hogyha mindkét felület tökéletesen sík, vagy ha a beömlőpersely érintkező felületének sugara nagyobb, mint a fúvóka felületének sugara. Ezen kívül nélkülözhetetlen, hogy a fúvóka furatának sugara kisebb legyen, mint a beömlő perselyé. Ha ez nem így történne, az érintkező felületen egy hirtelen irányváltású tér alakulna ki, mely a nagy sebességű befröccsöntés során az alapanyag degradációját, végeredményben pedig a terméken fekete pontok vagy elszíneződés megjelenését eredményezheti. Végül, de nem utolsó sorban meg kell említeni, hogy a tökéletes érintkezéshez nélkülözhetetlen, hogy a plasztikáló egységet adott erővel a szerszámhoz szorítsuk, ezzel biztosítva a megfelelő kapcsolatot. Ezen a ponton már könnyen belátható, hogy – egy speciális esetet kivéve – miért nem alkalmazunk síkfelületű fúvóka és beömlő persely kombinációt. A válasz abban rejlik, hogy két érintkező síkfelület egymáshoz szorításakor azok elmozdulhatnak, így az egytengelyűség (és az ebből következő tökéletes anyagbejuttatás) már nem biztosítható.

A fúvókák felépítését megvizsgálva általánosságban elmondható, hogy a hengerhez menetes véggel csatlakoznak, így károsodásuk esetén könnyen cserélhetővé válnak. Geometriai paramétereik nagymértékben függnek a gép és az adott szerszám méreteitől. A furat átmérője általánosságban 3-10 mm, míg a fúvóka teljes sugara pedig 30-50 mm között mozog.

Ahhoz, hogy átlássuk azt, hogy mikor, milyen fúvókát célszerű alkalmazni elsődlegesen is tekintsük át a fröccsöntési ciklus egy kisebb szakaszát. A szerszám zárását követően a plasztikáló egységet előremozgatjuk, majd megfelelő erővel a beömlő perselynek szorítjuk. Ezt követően történik meg a csiga előremozdulásával a befröccsöntés, melyet az utónyomás követ, mely egészen a gát (a termék előtt elhelyezkedő kisebb keresztmetszetű rész) lefagyásáig tart. Ekkor két lehetőség áll rendelkezésünkre; vagy a csiga forgómozgásának segítségével előállítjuk a következő ciklushoz szükséges ömledék mennyiséget és hátrahúzzuk a fröccsegységet, vagy először hátra mozgunk, majd azt követően végezzük el a plasztikálást. Ennek a két lépésnek a sorrendje két dologtól függ: a feldolgozandó anyag adott hőmérsékleten való ömledékviszkozitásától, illetve az alkalmazott fúvóka típusától is. És miért is fontos a sorrend? Azzal, hogy az adott részfolyamatokat egymással párhuzamosan el tudjuk végezni, értékes időt nyerhetünk, megrövidítjük a ciklusidőt, ezzel pedig a gyártást gyorsabbá és gazdaságosabbá tehetjük. Sokakban felvetődik a kérdés, hogy a fröccsöntési ciklus során miért fontos a plasztikáló egység folyamatos mozgatása, hiszen ennek kihagyásával szintén rengeteg időt spórolhatnánk. Sajnos a plasztikáló egység folyamatos szerszámon való tartásakor káros hőtranszport indul meg; a temperált szerszám elkezdi hűteni a meleg fúvókát, mely csökkenti az ott található ömledék viszkozitását, rosszabb esetben pedig a fúvóka teljes „befagyásához” vezet. (Ez alól a forrócsatornás szerszámok kivételt képeznek, ott a plasztikáló egységgel nem mozgunk le a szerszámról.)

2. ábra: egyszerű, nyitott fúvókák általános használatra

2. ábra: egyszerű, nyitott fúvókák általános használatra

A fúvókáknak két fő típusát különböztetjük meg, úgymint a nyitott és az önzáró fúvókákat. A nyitott fúvókák viszonylag egyszerű belső geometriával rendelkeznek, mely nagymértékben függ a feldolgozandó anyag paramétereitől is. A legtöbb polimer esetében a plasztikálást a teljes egység hátramozgása előtt végezzük el, mivel ellenkező esetben, a kisebb ömledékviszkozitás miatt mindig kis mennyiségű alapanyag a szabadba áramolna. Ez anyagveszteséget, pontatlan illeszkedést, degradációt és akár selejtes terméket is eredményezhet. Ezzel szemben, a nagy ömledékviszkozitással rendelkező polimereknél egyáltalán nem okoz gondot, hogyha az egység hátramozgását hamarabb végezzük el, mint a plasztikációt, hiszen kis folyóképességük miatt esély sincs arra, hogy a szűk keresztmetszetű fúvókán keresztül a szabadba jussanak.

A nyitott fúvókák egyik speciális változatát képzik az általában síkfelületű, úgynevezett merülő fúvókák. Ezeket leggyakrabban forrócsatornás vagy önszigetelt csatornás szerszámok esetében alkalmazzák, de megfelelően kialakított szerszámszerkezet és hidegcsatorna lehetővé teszi a hőre keményedő műanyagok fröccsöntésekor való alkalmazásra is. A fentebb felvázolt egytengelyűség problémáját úgy küszöbölhetjük ki, hogy a fúvóka a szerszám adott, megfelelő méretpontossággal kialakított furatába „merül”.

3. ábra: Rugóval (bal) és pneumatikus munkahengerrel (jobb) záródó fúvóka

3. ábra: Rugóval (bal) és pneumatikus munkahengerrel (jobb) záródó fúvóka

Vannak olyan polimerek (PA, PBT), melyek olyan kis ömledékviszkozitással rendelkeznek, hogy hiába végezzük hamarabb a plasztikálást, majd kismértékű dekompressziót (a csiga hátra felé húzása, melynek segítségével az ömledék nyomásmentes állapotba kerül), a plasztikáló egység hátra felé történő elmozdulásakor az ömledék a fúvókán keresztül gyakorlatilag kifolyik a hengerből. ebből következően ezek az anyagok gyakorlatilag csak önzáró fúvókák segítségével dolgozhatóak fel. Ezek a speciális kialakítású fúvókafejek működésének alapja, hogy a fúvóka furatát valamilyen módon lezárjuk, így az csak a befröccsöntés pillanatában engedi át az ömledéket. Maga a zárás kialakítástól függően létrejöhet az ömledék vagy egy rúgó által kifejtett nyomás, illetve sűrített levegő vagy hidraulika olaj által mozgatott emelőkar segítségével is. Zárható fúvókákat manapság már nem csak azokban az esetekben alkalmazunk, amikor az alapanyagunk ezt megkívánja, sokkal inkább a gyártás meggyorsítása, gazdaságosabbá tétele a cél.

4. ábra: Fúvóka a beépíthető statikus keverőelemekkel

4. ábra: Fúvóka a beépíthető statikus keverőelemekkel

Korábbi cikkemben már szó volt arról, hogy egyes esetekben a fúvóka különleges funkciót is betölthet. Nem megfelelő ömledék homogenitás esetében a homogenizációt keverőelemek beépítésével fokozhatjuk. Ezek közül a statikus keverőelemeket erre a célra gyártott, nagyobb kezdeti furattal rendelkező fúvókában helyezik el.

Összefoglalómban láthattuk, hogy a fröccsöntőgépek esetében milyen fontos szerepet tölt be a fúvóka. Helyes kiválasztásával egyes esetekben növelhetjük a termelékenységet, más anyagokat pedig feldolgozhatóvá tehetünk.

Források:
Dominick V. Rosato, Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato: Injection Molding Handbook
Dunai Antal – Macskási Levente: Műanyagok fröccsöntése, Lexica Kft. (2003).
https://www.arburg.com/hu/hu/szolgaltatasok/froeccsoentes/eljaras/hore-kemenyedo-muanyagok-froeccsoentese/
https://media.licdn.com/mpr/mpr/p/8/005/09d/15d/28e8b8c.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/Shut-off_nozzle_spring_sn.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Shut-off_nozzle_needle_actuator_hp.jpg
http://www.stamixco-usa.com/Images/products/P-05.0Injection%20Molding%20Static-Mixing-Nozzle%28tiqhq3%29.jpg