”Hyvä Tietää Muovista” on MuoviPlast-lehdessä jo vuodesta 2012 lähtien ilmestynyt artikkeleiden sarja, joissa esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista.
Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy.
Tässä jaksossa tutustutaan tavallisen kaksilevymuotin rakenteeseen.
- Muotin tehtävä
- Valukanavisto – avokanava
- Valukanavisto – kuumakanava
- Kylmätulppatasku/valutapin veto
- Temperointi- ja jäähdytysjärjestelmä
- Ilman poisto
- Ulostyöntö
- Päästökulmat
Kaksilevymuotin rakenne:
- Suuttimen keskitysholkki
- Valutappi eli kanava koneen suuttimesta muotin valukanavistoon
- Valukanavisto joka ohjaa materiaalin valutapista muottipesän portille
- Portti jonka läpi materiaali virtaa sisään muottipesään
- Muottipesä, joka muovaa lopullisen kappaleen
- Kylmävalutasku
- Temperointi- tai jäähdytyskanavat
- Ulostyöntöjärjestelmä/-tapit
- Ilmauskanavat
- Päästökulma muottipesässä
A. Ruiskuvalumuotin tehtävät
Ruiskuvalumuotin on täytettävä monta eri vaatimusta, jotta voidaan valmistaa korkealaatuisia kappaleita:
- Oikea mitoitus
- Muottipesien täyttäminen materiaalia vahingoittamatta
- Hyvä ilmanpoisto täyttymisen aikana
- Hallittu muovisulan jäähdytys oikean raaka-ainerakenteen saavuttamiseksi
- Kappaleen ulostyöntö välttäen sen muovaamista
B. Valukanavisto – avokanava
Valukanavisto voidaan jakaa useaan osaan:
- Valutappi (engl.=sprue)
- Valukanavat (engl.=runner)
- Portti (engl.=gate)
Valutappi 1. kuvassa alhaalla on yhteys koneen suuttimesta muotin valukanavaan 2. Useimmissa tapauksissa se on muodoltaan kartiomainen, jottei se jää kiinni muottiin, vaan irtoaa helpommin kiinteästä muottipuoliskosta kun muotti avataan ruiskuvalujakson lopussa. Tietyillä osakiteisillä muoveilla, kuten asetaalimuovilla, voi valutappi olla sylinterimäinen. Suuttimen reiän halkaisija on mitoitettava niin että se on noin 1 mm pienempi kuin valutapin pienin halkaisija.
Kuvassa valukanavisto. 1 on valutappi, 2 on valukanava ja 3 näyttää portin sijainnin.
Valukanavat ohjaavat sulan materiaalin valutapilta muottipesiin. Mikäli muotissa on monta pesää, on valukanavien oltava tasapainotettuja, siten että muottipesät täyttyvät samalla tavalla. Eli valukanavassa sama painehäviö matkalla kaikkiin muottipesiin.
Sula muoviraakamateriaali johdetaan muottipesään portin tai syötön kautta. On tärkeää että portti on oikein mitoitettu siten että osakiteiset muovit eivät jäädy liian nopeasti. Lisäksi portin on oltava pyöristetty niin että ruiskutuksen aikana ei synny liian korkeista leikkausvoimia, jotka tuhoavat materiaalia.
Portin sijoituksella suhteessa kappaleeseen on suuri merkitys, koska se yhdessä mahdollisten yhtymäsaumojen kanssa on kappaleen heikoin kohta. Portti on lisäksi sijoitettava kohtaan, jossa kappaleen seinämäpaksuus on suurin. Muutoin on riskinä että kappaleen kutistumista ei voida tarpeeksi kompensoida jälkipaineen aikana. Alla muutamia tyypillisiä portteja:
Erilaisia portteja. Lähde: DuPont
C. Valukanavisto – kuumakanava
Kuumakanavajärjestelmän eri osia, jossa keltainen kanava kuvaa sulaa muovia ja numerot:
- Kuumakanavaholkki (engl.=hot sprue bush)
- Kuumakanavapalkki (engl.=manifold)
- Kuumakanavasuutin (engl.=hot runner nozzle)
Kaikki osat lämmitetään sähköllä, jolloin raaka-aine on sulassa tilassa koko ajan.
Kuumakanava on englanniksi hot runner. Useimmat ruiskuvalumuoteista, joita edellisessä jaksossa esiteltiin, voidaan varustaa kuumakanavajärjestelmällä. Kuumakanavan etuna on se että valmistuksessa ei synny sivutuotteena valukanavistoja, jotka täytyy rouhia. Siten jopa 100 % neitseellisestä raaka-aineesta saadaan käytettyä suoraan tuotteisiin.
Huonona puolena on pitemmät tuotannon käynnistysajat sekä se että kaikki muoviraaka-aineet eivät sovellu kuumakanaville, koska pitemmät viipymäajat saattavat hajottaa raaka-ainetta.
Kuvassa ylempänä kuumakanavan mutka epäedullisella taskulla, johon materiaali jää paikalleen. Alla oikein muotoiltu kulma ilman materiaalitaskua. Lähde: DuPont
Kuumakanavan mitoittaminen oikein suhteessa kappaleen iskutilavuuteen sekä kuolleiden kulmien välttäminen (katso edellinen kuva) on ensisijaisen tärkeää. Raaka-aine joka jää kuolleisiin kohtiin hajoaa ja aiheuttaa mustia pilkkuja muovikappaleeseen. Mustilla pisteillä on taipumus esiintyä aina silloin tällöin.
D. Kylmätulppatasku/valutapin veto
Kylmätulppataskulla (engl.=cold slug) on kaksi tehtävää. Ensimmäinen on mahdollisen kylmätulpan vangitseminen. Sellainen voi syntyä koneen suuttimessa annostus-, avaus-, ulostyöntö- ja muotin sulkuvaiheessa varsinkin ruiskuvalettaessa osakiteisiä muoviraaka-aineita.
Toinen tehtävä on valutapin vetäminen avauksen aikana liikkuvan muottipuoliskon mukana irti kiinteästä muottipuoliskosta ennen ulostyöntöä. Erilaisia ratkaisuja valutapin vetoon (engl.=puller) on esitelty seuraavissa kuvissa.
Eri ratkaisuja valutapin vetoon:
- Kylmätulppatasku rengasmallisella uralla
- Kylmätulppatasku n.k. Z-vetäjällä
- Kylmätulppatasku kartiomaisella vastapäästöllä
- Vetäjä nupilla
Viimeisessä vaihtoehdossa ei ole kylmätulppataskua ja sitä on vältettävä osakiteisillä muoveilla.
E. Temperointi- ja jäähdytysjärjestelmä
Englanniksi tempering tai cooling system. Kuvassa muottipesän ja valukanavan temperointi (sininen väri). Oikein suunniteltu temperointijärjestelmä on tärkeä, jotta tuotannon aloituksessa tai keskeytyksen jälkeen saavutetaan nopeasti oikea muottilämpötila. Järjestelmän kapasiteetin on oltava riittävä jotta muotin lämpötila vaihtelee mahdollisimman vähän sekä muotin käyntijakson aikana että koko tuotantosarjan aikana riippumatta huonelämpötilasta tai vuorokauden vuodenajan aiheuttamista vaihteluista.
Muotin lämpötila on erittäin tärkeä prosessiparametri joka vaikuttaa tuotteen laatuun monella eri tavalla:
- Pinnan laatu
- Mekaaninen lujuus (muoviraaka-aineen rakenne)
- Mitat (muottikutistuma)
- Kieroutuminen
- Täyttyminen
- Yhtymäsaumojen lujuus
Oikean muottilämpötilan saavuttamiseksi käytetään ulkoisia temperointilaitteita tai koko ruiskuvaluhallin käyttöön tarkoitettua keskitettyä temperointijärjestelmää. Temperoitaessa muotti yli huoneenlämpötilan on mieluiten käytettävä omaa laitetta kummallekin muottipuoliskolle tai temperointipiirille. Tavallisimmat käytettävät temperointinesteet ovat vesi ja öljy. Matalapainejärjestelmällä päästään vedellä 95°C ja korkeapainejärjestelmällä jopa 200°C lämpötilaan. Öljytemperoinnilla voidaan saavuttaa jopa 350°C lämpötila, joka vaaditaan esim. haluttaessa hyvälaatuisia kappaleita PEEK muovista. Muotin keernojen temperointi voi olla erityisen haastavaa ja seuraavissa kuvissa on eritelty muutamia ratkaisuja:
Muottien keernat kuumenevat helposti ja ne on vaikea temperoida. Kuvassa muutamia esimerkkejä muottipesän sisäpuoleisen keernan temperoimiseksi:
- Putkijäähdytys
- Spiraalijäähdytys
- Kääntöjäähdytys välipellillä
- Kuparista valmistettu jäähdytyspinna
F. Ilman poisto
Muotin ilmanpoisto järjestelmä on englanniksi venting system. Kun muotti ruiskutetaan täyteen sulaa muovimassaa, on muottipesissä ja valukanavistossa olevan ilman päästävä jostain ulos. Tämän mahdollistamiseksi on muottiin rakennettava ilmanpoistokanavia niihin paikkoihin, joihin ilma muuten kerääntyisi.
Kuvassa ilmanpoistokanavat keltaisella kuvattuna. Mikäli ilmanpoisto ei ole riittävän tehokasta voi muottipesien täyttymisen kanssa olla ongelmia. Lisäksi muottiin jäänyt kuumentunut kokoonpuristunut ilma saattaa aiheuttaa kappaleen pintaan palojälkiä.
Kuvassa näkyy kapea rako 1 joka yhdistää muottipesän (punainen) ilmanpoistokanavaan 2. Ulostyöntötapissa 3 on hiotut urat, jotka myös johtavat ilmaa ulos muotista.
Ilmanpoistokanavien paksuudelle ja leveydelle on olemassa tiettyjä perussääntöjä.
Ilmanpoistokanavan leveys on 2 mm ja syvyys 0,3 mm. Raon pituus on alle 0,8 mm ja sen syvyys on sovitettava käytettävän raaka-aineen viskositeetin mukaan. Kuvassa mainittu D < 0,03 mm on sopiva esim. asetaalimuoville. Lähde: DuPont
G. Ulostyöntö
Ulostyöntöjärjestelmän englanninkielinen nimi on ejector system. Tavallisin ulostyöntötyyppi on ulostyöntötapit, joka on kuvattu alla.
Kun muotti aukeaa työntää muotin ulostyöntötanko 1 ulostyöntölevyä 2, jolloin siihen kiinnitetyt ulostyöntötapit 3 irrottavat kappaleen 4 ja valutapin 5.
Mikäli valukappale on pyöreä, voidaan ulostyöntötapit korvata ulostyöntörenkaalla. Useissa tapauksissa ulostyöntötapit voidaan korvata ulostyöntölistoilla tai ulostyöntölevyllä. Alla oleva kori on valmistettu ulostyöntölevyllä varustetulla muotilla.
H. Päästökulmat
Edellisessä kuvassa näkyy että korin laidalla on tietty päästökulma (engl.=draft angle). Tämä on pakollinen jotta kappaleen ulostyöntö muotista onnistuisi hyvin. Päästökulma saa mielellään olla niin suuri kuin mahdollista. Peukalosääntönä on 1–2° kulma sileäpintaisille kappaleille. Mikäli kappaleen pinta on kuvioitu pitää lisätä 0,6° per 0,01 mm etsaussyvyyttä.
Muotissa olevan kappaleen (punainen väri) päästökulma on a°.