סרטון תדמית חברת REILOY יצרנית הברגים לתעשיית הזרקת הפלסטיק המובילה בעולם

תכנון בסיסי משתנים והשפעתם

כדי לתכנן ברגים לתעשיית הזרקת הפלסטיק צריך למצוא את הבורג המתאים לעיבוד חומר מסוים או חומרים מסוימים. לשם כך דרושה הבנה בסיסית באשר למשתני הבורג ולהשפעתם על התהליך.
קיימים חמישה משתנים, אשר משפיעים על התכנון של בורג סטנדרטי למכונת ההזרקה, שהוא בעל כריכה אחת ושלב עיבוד רציף, כלומר ללא חלק ערבול. משתנים אלה הם המשפעים המרכזיים בתהליך הפיכת החומר המוצק לעיסה (מצורף השרטוט המדגים את המשתנים).
תכנון הבורג במכונה מושפע מהשינויים באחד או יותר מהגורמים המפורטים להלן.
* יחס L/D;
* פרופיל הבורג;
* עומק התעלות;
* יחס הדחיסה;
* זווית הכריכה.
להלן נפרט את משתני התכנון הללו.

יחס L/D

יחס L/D מוגדר כיחס בין אורך הבורג (המרחק מהקצה הקדמי של פתח ההזנה לקצה הקדמי של הכריכות ה"עוברות" בבורג, כאשר הבורג נמצא במצב קדמי) לבין הקוטר החיצוני של הבורג. בתעשייה מקובל למדוד את אורך כל הברגים בחישוב היחס הזה. רוב בורגי המכונות הם ביחס של 20:1 עד 24:1 עם אקסטרודרים 24:1 עד 30:1, ובמקרים מסוימים היחס גבוה יותר.
יחס גבוה יותר, כלומר אורך כריכות גדול יותר, יתבטא בתופעות הבאות:
* יותר חום מכוח גזירה, שייווצר בצורה אחידה בתערובת מבלי לגרום להתפרקות (דגרדציה).
* יכולת ערבול טובה יותר, המתבטאת בהומוגניות טובה יותר של העיסה.
* שליטה טובה יותר בחום המוּלָך ובחום המופק מהגזירה, אשר מאפשרת מחזורי עבודה קצרים יותר.

פרופיל הבורג

פרופיל הבורג מוגדר בדרך כלל על פי האורך של חלקי הבורג, הנמדד במספר הקטרים לכל חלק. אזורי הבורג הם:
אזור הזנה – אזור כניסת חומר הגלם והובלתו לאורך עומק תעלה אחיד (כלומר קוטר אחיד של שורש הבורג).
אזור מעבר – האזור בו מתבצעות העברה, דחיסה והתכה של החומר. באזור זה קוטר השורש הולך וגדל בזווית קבועה.

* אזור מדידה – האזור בו העיסה המוכנה מתקדמת בתעלה בעלת עומק שורש אחיד כדי להגיע לטמפרטורה וצמיגות אחידים ולאפשר ייצור חלקים.
בורג אופייני ביחס L/D 20:1 לשימוש כללי יהיה בנוי בשיטת 10-5-5, כלומר 50% מאורך הכריכות (10 קטרים) יהיו מוקדשים לאזור ההזנה ו-25% מאורך הכריכות (5 קטרים) לכל אחד מהאזורים הנוספים – אזור המעבר ואזור המדידה.

אורכו של כל אזור בבורג משפיע על הדרך שבה העיסה מגיעה למצב, שבו היא "מוכנה להזרקה":
* אזור הזנה ארוך יותר מאפשר ספיקה גדולה יותר של חומר בבורג.
* אזור מעבר ארוך יותר משמעותו פחות חום גזירה מחד, ומאידך יותר זמן לדחיסה ולהתכה של החומר.
* אזור מדידה ארוך יותר מאפשר יותר לחץ דחיסה, החיוני מאוד לאקסטרוזיה.
* אזור מדידה קצר יותר מתבטא בזמן שהייה קצר יותר, שאינו מאפשר פיזור חום אחיד בעיסה.

באופן כללי ניתן לומר, שפולימרים אמורפיים, אשר מתרככים באופן הדרגתי בזמן החימום, דורשים אזור מעבר ארוך ויחס דחיסה נמוך כדי למנוע חימום יתר והרס החומר. פולימרים גבישיים (קריסטליים), אשר נשארים מוצקים יחסית עד נקודת ההיתך, "מעדיפים" אזור הזנה ארוך ואזור מעבר קצר ביחס דחיסה גבוה, ובכך מובטחים חימום מוקדם ועיסה מושלמת.

עומק התעלות

עומק התעלות באזור המדידה נקבע על פי סוג החומר שרוצים לעבד בעזרת הבורג. עומק התעלות באזור ההזנה ובאזור המעבר תלוי בבחירת יחס הדחיסה ופרופיל הבורג.
תעלה רדודה בבורג תשפיע בדרכים הבאות:
* תגדל חשיפת החומר לחום מדפנות התנור.
* יגדל שיעור הגזירה (הפולימר נגזר בין התנור לבורג).
* ייווצר יותר חום. תקטן הספיקה
חומרים רגישים לחום יעובדו בברגים בעלי תעלה עמוקה יותר ובמהירות קטנה יותר, עקב עליית שיעור הגזירה ככל שעומק התעלה רדוד יותר או שמהירות הבורג עולה. חומרים אמורפיים יעובדו בדרך כלל בתעלות מעט עמוקות יותר מאשר חומרים גבישיים, הדורשים שימוש בתעלות מעט רדודות יותר באזור המדידה.

יחס הדחיסה

היחס בין עומק התעלות באזור ההזנה לעומק התעלות באזור המדידה מוגדר כיחס הדחיסה. כאשר מעבדים חומרים תרמופלסטיים יחס הדחיסה נע בין 1.5:1 ל-4.5:1. רוב בורגי ההזרקה, המוגדרים כברגים לשימוש כללי, הם בעלי יחס דחיסה, הנע בין 2.5:1 ל-3.0:1. כאשר מעבדים חומרים תרמוסטיים היחס הוא בדרך כלל 1.0:1.
יש גורמים רבים, המשפיעים על ההחלטה באיזה יחס דחיסה לבחור. הגורם המשמעותי ביותר הוא המבנה המלקולרי של החומר. לחומרים אמורפיים נדרשים יחסי דחיסה נמוכים (1.5:1 עד 2.5:1) ולחומרים גבישיים מומלצים יחסים גבוהים (3.0:1 ו-5.0:1).
יחס דחיסה גדול יגרום לתופעות הבאות:
* יותר חום גזירה בחומר;
* יותר אחידות טמפרטורה בעיסה;
* יותר מאמצים פנימיים בחלק מהחומרים;
* יותר צריכת אנרגיה.

זווית הכריכה

זווית הכריכה מוגדרת כזווית שבין הכריכה לבין המישור הניצב לציר הבורג. למרות שזווית הכריכה אינה משתנה בדרך כלל מהפסיעה הריבועית הסטנדרטית ואילך, שינוי כזה יכול להיות בעל השפעה משמעותית. בעבר היה שינוי בזווית הכריכה נפוץ יותר בברגים דו-שלביים ובבורגי ערבול מיוחדים. עקב עלייה במורכבות החומרים מצביע המחקר המדעי בעשר השנים האחרונות על עלייה ביתרונות השימוש בזווית כריכה מבוטנת (פרבולית) בברגים בעלי יחס L/D קטן. שינוי זה מאפשר קבלה של עיסה אחידה יותר.
הקטנה של זווית הכריכה מתבטאת ביותר כריכות לקוטר ומביאה לתוצאות הבאות:
* הקטנה של אורך ההתכה הצירית;
* הסעה של חומרים קשים בקלות רבה יותר ותוך הפעלת פחות כוח (טורק נמוך יותר);
* הקטנה של שיעור הסעת החומר.

עיבוד נכון בבורגי הזרקה למכונות הזרקת פלסטיק

במניעת שחיקה ושבר בברגים ובשסתומים. יתרה מזו, תהליכים לא תקינים מאיצים את השחיקה על סוגיה השונים. חלקים שחוקים משפיעים לא רק על התהליך, אלא גם על הרווחיות ועל אחוזי הפחת בייצור.
הגורמים המשפיעים המרכזיים על שחיקת החלקים הם:
* נהלים להפעלת הייצור ולסיום העבודה;
* הרחקת הלחות;
* כיוון פרופיל הטמפרטורה;
* הלחץ הנגדי.

נהלים להפעלת הייצור ולסיום העבודה

* זמן המתנה קצר מדי למעבר החום לפני סיבוב החילזון עלול לגרום לשברים בשסתומים ולפגיעה בשטח הפנים של הצילינדר.
* זמן המתנה ארוך מדי, כלומר השהָיה ממושכת של החומר בצילינדר ללא עבודה, עלול לגרום לשחיקה קורוזיבית, כאשר חומרים וחומצות, הנמצאים בחומר הגלם ו/או בצבע, מאיצים את פעולת התקיפה כתוצאה מחום רב, המתפתח בזמן השהייה.
* ריקון לא מסודר של חומר גלם בתהליכי העצירה עלול לגרום לאותן בעיות הנזכרות בהקשר לתחילת העבודה. בורג שנשאר מלא חומר מקשה על תהליך ההתחלה מחדש, ובזמן הארוך הנדרש לחימום חומר הגלם מחדש מופרשים ממנו חומרים מזיקים לצילינדר.

הרחקת הלחות

מקובל, שיש צורך לייבש את כל חומרי הגלם הפולימריים, פרט לפוליאתילן, פוליסטירן ופוליפרופילן, או להשתמש בתנור מאוורר כדי להרחיק מהם את הלחות – זאת בעיקר לשם מניעת סימני פסים והתזה או היווצרות בועות בחלקים. כאשר החומר לא עבר ייבוש מספיק והוא מעובד בטמפרטורה גבוהה ובזמן שהייה ארוך, הוא עלול להיהרס ולגרום לשחיקה הנובעת מקורוזיה בתנור. בחומרים מסוימים, כגון FEP ,PU ,PVC וחומרים צלולוזיים, הבעיה הזו משמעותית יותר .

כיוון פרופיל הטמפרטורה

החום הדרוש להתכת הפלסטיק בתנור מגיע משני מקורות: חום מוּלָך, אשר מיוצר על ידי גופי החימום ומועבר לחומר, וחום המופק כתוצאה מתהליך הגזירה. חום זה מופק כתוצאה מעבודת הבורג, הגוזרת את חומר הגלם בין הבורג לדפנות הצילינדר. חום גזירה נוצר גם כתוצאה משימוש בלחץ נגדי ובהתקני ערבול שונים המותקנים בבורג. חלק מחום הגזירה הכרחי כדי להשיג עיסה הומוגנית בפיזור הצמיגות והטמפרטורה שלה.
במקרה שחום הגזירה הוא ספק החום המרכזי או היחיד, טמפרטורת העיסה תהיה גבוהה, אבל זו תושג במחיר של עלות אנרגיה גבוהה וסיכון להרס של החומר עצמו. הטמפרטורה הגבוהה והרס החומר, בתורם, יגרמו לשחיקה גבוהה מאוד של הבורג והצילינדר. הניסיון מלמד, שחום המגיע משני המקורות במידה שווה בערך (בהנחה של מנת הזרקה בין 30%-70% מיכולת הבורג) נותן את התוצאה הטובה ביותר.

פרופיל הטמפרטורה הוא כנראה הגורם הפחות ברור לעוסקים בענף. פרופיל טמפרטורה לא נכון הוא מהגורמים המרכזיים לשחיקה של צילינדרים וברגים. הסיבה לכך נעוצה בנטייה להוריד את הטמפרטורה של גופי החימום בכל פעם שיש עלייה לא נשלטת בחום, בעוד שהדבר הנכון לעשות הוא להעלות את טמפרטורת גופי החימום כדי להקטין את כוח הגזירה, מכיוון שרוב חריגות הטמפרטורה נובעות מחום המופק מגזירה. גזירה לא מבוקרת של חומר גורמת לשחיקה אברזיבית, ובהמשך – כתוצאה מהטיה וחסימה של תנועת החומר – לשחיקה הנובעת מהדבקה.

הערה חשובה: אנו מציעים למדוד את כמות האנרגיה הדרושה לסיבוב מנוע החילזון בזמן המילוי. בדרך כלל, חום הגזירה צריך להיות בין 40%-60% מהאנרגיה הזמינה. אנרגיה דרושה גבוהה מדי מצביעה על כוח גזירה מופרז, ולהיפך: אנרגיה נמוכה מצביעה על מעט מדי גזירה של החומר.
השגה של פרופיל טמפרטורה מתאים היא פחות חשובה מחלוקת מקורות החום באופן שווה. למרות שפרופיל עולה נמצא בשימוש בהרבה מאוד מקרים, פרופיל "חטוטרת" (עולה יורד) או פרופיל יורד מייצרים, על פי ניסיוני, עיסה אופטימלית במחיר אנרגטי נמוך תוך שמירה על אורך חיי הבורג והצילינדר.

הלחץ הנגדי

לחץ נגדי נובע מהגבלת הרתיעה לאחור על הבורג בזמן המילוי. כתוצאה מכך, הבורג מתקשה יותר לעבד את החומר וטמפרטורת החומר עולה כתוצאה מחום המופק מגזירה. בצורה זו אפשר להעלות את טמפרטורת החומר ב-50*0*C או יותר רק על ידי שימוש בלחץ נגדי. לחץ נגדי עשוי לעזור בערבוב הצבע ובהגדלת צפיפות העיסה, וכתוצאה מכך בשיפור איכות המוצר. כאשר הבורג אינו מתאים לחומר המעובד אפשר לקבל שליטה על התהליך על ידי כיוון עדין של הלחץ הנגדי.
אין חוקים ברורים לעניין הלחץ הנגדי. לחץ נגדי מועט עוזר בעיבוד החומר ללא נזק לאיכות המוצר או לעלות הייצור. לחץ נגדי גבוה יותר מגדיל את השחיקה של הבורג, השסתום והצילינדר. לחץ נגדי גבוה מעלה את הטמפרטורה ומגביל את מהירות המילוי, תוך הגדלת זמן המחזור; עקב עבודת הבורג הקשה עולה צריכת האנרגיה ועלות הייצור יקרה יותר. במקרים שבהם מעבדים חומר עם סיבי זכוכית, לחץ נגדי גבוה שובר את סיבי הזכוכית ופוגע בתכונות המכניות של החומר. בכל מקרה, לחץ נגדי לא יכול להיות תחליף לפרופיל נכון או לבורג המתוכנן בצורה נכונה.