Formy wtryskowe: regeneracja, naprawa czy uszlachetnianie?

Najprawdopodobniej każdy z nas jest w posiadaniu tzw. patelni z teflonu. Dlaczego teflon zrobił tak oszałamiającą karierę? Bo do takiej patelni po prostu nic nie przywiera. Wyjaśnienie tego zjawiska tkwi w budowie cząsteczki PTFE – długie łańcuchy atomów węgla związane są z atomami fluoru, których wiązanie jest tak mocne, że nie pozwala już na wiązanie się z innymi atomami.

Dzisiaj inżynierią powierzchni zajmują się doskonali, wyspecjalizowani naukowcy, a nauka o powłokach ma związek praktycznie z każdą gałęzią przemysłu. Nie omija również branży „tworzywowców”, gdyż z jednej strony pokrywamy powłokami/tworzywami narzędzia do przetwórstwa, a z drugiej – same tworzywa sztuczne. W przypadku formowania wtryskowego powłoki odgrywają szczególną rolę w odniesieniu do niezwykle istotnego elementu, jakim jest forma wtryskowa.

Forma jest złożonym narzędziem, które musi równocześnie podołać wielu różnym wymaganiom występującym w procesie wtryskiwania tworzyw. Jej podstawową funkcją jest umożliwienie wypełnienia płynnym tworzywem gniazd formujących i uformowanie wyrobu, który odzwierciedla kształt gniazd formujących. Forma wtryskowa musi również efektywnie i równomiernie odprowadzać ciepło od gorącego płynnego tworzywa oraz umożliwiać usuwanie wyprasek w szybki i powtarzalny sposób.

Formy, wykonane ze stali, stały się integralną i nieodzowną częścią przemysłu tworzyw sztucznych. Ich wykorzystanie usprawnia i przyspiesza prace na linii produkcyjnej, gwarantując niezawodny efekt. Z drugiej strony oznacza to, że formy wtryskowe poddawane są intensywnemu użytkowaniu, narażającemu je na znaczne obciążenie. Eksploatacja urządzeń doprowadza, wcześniej czy później, do wyraźnego ich zużycia oraz uszkodzeń. Bardzo często pierwsze defekty są trudne do zauważenia, a o ich obecności często świadczy pogarszająca się jakość wyprasek.

Naprawa form krok po kroku

Jak każdy wyrób, tak i forma wtryskowa podczas użytkowania od czasu do czasu wymaga regeneracji bądź też odpowiednich napraw. Formy wtryskowe ulegają uszkodzeniom mechanicznym oraz zużyciu na skutek nie tylko nadmiernej, ale nawet zrównoważonej eksploatacji. Naprawa form wtryskowych obejmuje usuwanie różnych usterek, które w efekcie utrudniają lub całkowicie uniemożliwiają korzystanie z urządzenia. Najczęstsze uszkodzenia to drobne zarysowania, znaczące ubytki i wykruszenia mostków oraz żeber. Dochodzi do nich w wyniku awarii mechanicznych, np. zablokowania się mechanizmu czy kolizji elementów, ale także naturalnych procesów związanych ze zużyciem materiału np. przez następujące z czasem ścieranie się powierzchni, powodujące że detale gotowego wyrobu stają się znacznie mniej dokładne i nie zachowują wymagań co do rozmiarów i jakości. Istnieją dwa wyjścia z tej sytuacji: regeneracja formy wtryskowej albo kosztowna wymiana uszkodzonego elementu.

Na czym polega proces regeneracji?

Proces naprawy form wtryskowych polega na ocenie stopnia zużycia formy wtryskowej, ustaleniu zakresu regeneracji, wytypowaniu usterek i ubytków w formie, a następnie uruchomieniu prac regeneracyjnych. W wielu przypadkach forma zostaje przekazana do działu analiz i badań, w którym przeprowadza się za pomocą różnego rodzaju maszyn i innych urządzeń ocenę elementów lub fragmentów, które uległy uszkodzeniu. Należy pamiętać, że czasami wad form nie widać gołym okiem i konieczna może być obserwacja mikroskopowa. Po ocenie, że dana forma nadaje się do naprawy, trafia ona do narzędziowni. Następnie narzędzie jest przekazywane do działu produkcji w celu sprawdzenia, czy wszystkie naprawy jakie zostały wykonane dały pozytywny rezultat. Na końcu przeprowadzane są testy, które pozwalają ostatecznie stwierdzić, czy forma nadaje się do tego, aby stosować ją podczas produkcji. Skuteczna regeneracja form wtryskowych wymaga dużego doświadczenia oraz dysponowania odpowiednim sprzętem gwarantującym zarówno wysoką jakość napawania, jak i późniejszej obróbki mechanicznej. Ważne, by w czasie naprawy nie dochodziło do powstawania porów, przepaleń czy innych zmian struktury metalu, które mogą przełożyć się na jego trwałość. Równie istotna jest precyzja obróbki skrawaniem oraz wykańczanie powierzchni.

Napawanie 

Jednym ze sposobów regeneracji formy wtryskowej jest uzupełnienie ewentualnych ubytków materiału, z jakiego jest wykonana i przywrócenie całemu elementowi właściwej geometrii. Do naprawy najczęściej wykorzystywane są różne technologie napawania, od tradycyjnego spawania TIG po napawanie laserowe. Proces ten polega na rozgrzaniu materiału w miejscu bezpośrednio przylegającym do uszkodzenia, a następnie wprowadzeniu dodatkowego upłynnionego metalu o składzie zgodnym ze stopem, z którego wytworzono dany element. W czasie napawania podobnie jak przy spawaniu dochodzi do połączenia się metalu z podawanego drutu spawalniczego z tym, z którego zrobiono napawaną część oraz wytworzenia jednorodnej i trwałej struktury o odpowiedniej wytrzymałości, twardości powierzchniowej czy odporności termicznej. W tym procesie naprawy często mamy do czynienia z tworzeniem się naddatku materiału, przez co dana część musi zostać odpowiednio obrobiona mechanicznie. W zależności od sytuacji może to wymagać dokonania pomiarów całego elementu i stworzenia jego wersji cyfrowej, albo wykorzystania istniejącego już projektu. W ramach obróbki nowo powstała powierzchnia jest zwykle frezowana lub jedynie szlifowana i wygładzana – w zależności od skali uszkodzenia i zakresu naprawy. W formach wtryskowych mamy do czynienia z wysokostopowymi stalami narzędziowymi, różniącymi się procentową zawartością C, Mn, Cr, Mo, W, V, w zależności od ich własności i przeznaczenia. W zasadzie stal jest łatwo spawalna, o ile przestrzegane są pewne reguły podgrzewania i normalizacji przed i po spawaniu. Sprawa staje się bardziej złożona, jeśli przy naprawie formy bierzemy pod uwagę możliwie znikomy wpływ termiczny podczas napawania. Dodatkowo bardzo duży wpływ na spawalność stali wywiera skład chemiczny stali narzędziowych.

Polerowanie