Fröccsöntés

A fröccsöntés a polimerfeldolgozási technológiák egyik legfontosabb alakadási eljárása.

 A fröccsöntéssel

  • tetszőleges alakú 3D alkatrészeket és termékeket gyárthatunk,
  • zárt szerszámban történő formaadással,
  • nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével (injection molding, Spritzgiessen),
  • szakaszos üzemmódban.

A fröccsöntésnek nagy előnye, hogy gyakorlatilag hulladékmentes feldolgozást biztosít a hőre lágyuló polimerek plasztikus alakadása révén, a termék pedig újra feldolgozható marad (recycling).

Az eljárás rendkívül termelékeny és jól automatizálható, robotosítható. A fröccsöntés tipikusan szakaszos üzemű, mégis igen jó termelékenységű azáltal, hogy  nagy nyírósebességgel dolgozzuk fel, alakítjuk képlékenyen szerkezeti anyagunkat.

A fröccsöntés alapelve

A fröccsöntés alapelve, hogy a polimer ömledéket, – amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba vittünk, – nagy sebességgel, szűk beömlő nyíláson át zárt szerszámba „fecskendezzük”, és ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kihűlő polimerből alakul ki a tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal.

A kis ömledékviszkozitásra a bonyolult szerszámtér gyors és teljes kitöltése miatt van szükség. A szerszám kitöltés ideje tipikusan a másodpercek tartományába esik. A fröccsöntés, mint nagypontosságú és rendkívül termelékeny alkatrészgyártás mérethatárai rendkívül tágak: 50 mg-os fogaskerék és 50 kg-os kád egyaránt gyártható megfelelő méretű fröccsöntő gépen. Az elsősorban a hőre lágyuló polimerekre, tipikusan PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, PC, stb. anyagokra kidolgozott eljárás alkalmazható a hőre nem lágyuló polimerek feldolgozása terén is. A duromer anyagcsaládban (fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombinációk stb.), ill. az elasztomerek (gumik) esetében a térhálósítás magában a fröccsöntő szerszámban történik. Ez utóbbi eljárásokban, amelyeket reaktív fröccsöntésnek (RIM) nevezünk, sokszor prepolimerből (előpolimer) indulnak ki (pl. a szilikonok, poliuretánok esetében tipikusan két folyadékfázisú alapanyagból), és az ilyen fröccsöntést viszonylag kis nyomáson hajtják végre.

A fröccsöntő gép részei

A korszerű fröccsöntő gép alapvetően két fő részből áll: a fröccsöntő egységből és a szerszámhordozó, szerszám záró egységből. A fröccsöntő gépek legfőbb alkatrésze a csigadugattyú. Az ilyen típusú csigás fröccsöntő gép (reciprocating screw injection molding machine) tette lehetővé azt, hogy a visszavonuló dugattyúmozgás közben a forgó csiga az extruderhez hasonlóan megömleszti, (plasztikálja) és maga elé tolja a hőre lágyuló alapanyagot. Ezekkel a gépekkel ugyanakkor jelentős utónyomás (> 100 MPa), nagyfokú automatizálás, és korábban soha nem tapasztalt alkatrészgyártási sebesség, ill. hatékonyság valósítható meg.

A fröccsöntő gép egyik fő része tehát maga a fröccsöntő egység (fröccs-aggregát) (tipikusan a gép jobb oldalán), amelyhez a másik fő rész, a robosztus szerszám záró egység csatlakozik. Mivel a polimer ömledék igen nagy nyomása jelentős méretű felületen érvényesül, az osztott szerszám részeit összeszorító erő, amely 15–20 %-kal meg kell hogy haladja a szerszám üregben kialakuló nyomásból fakadó erőt, már a középméretű fröccsöntő gépeken is >106 N, vagyis több, mint 100 t záróerőt követel meg.

szerszám záró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfogó (függőleges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízszintes vezető oszlop vezeti. Újabb típusú gépeken a szerszámzárás egy nyitott, fekvő C alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását a 9.2 ábrán bemutatott változaton hidraulikus rendszer biztosítja, de gyakori a könyökemelős mechanizmus is.

A szerszám záró egység elülső és hátulsó része tehát mozdulatlan, míg középső része a függőleges szerszám felfogó lappal mozog, minden ciklusban egyszer összezárja, majd ciklus végén kinyitja a szerszámot.

A csigadugattyús fröccsöntő gép fröccsöntő egysége a hengerrel, csigadugattyúval és tartozékaival együtt szintén elmozdul a géphez képest minden egyes ciklusban: a szerszámzárás után rázár (szorosan csatlakozik) a szerszámra, majd a befröccsöntés befejeztével, alkalmas időpontban elszakad, (visszahúzódik) a szerszámtól. A szoros csatlakozásra a megfelelő (> 1000 bar) ömledéknyomás átadása miatt van szükség. Az ismételt elszakadást (eltávolodást) technológiai okok indokolják: a fröccsegység csúcsa, a fúvóka fűtött, míg a szerszám hűtött.

A fröccsöntő gépek csigájának tipikus átmérője 20 mm és 200 mm közötti, L/D értéke általában 20, de bármennyi lehet 18 és 25 között, – a csiga fordulatszáma 100 és 250 ford/perc közötti (nagyobb gépeké lassúbb).