Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
TECHNOLOGIE VÝROBY STROJNÍCH SOUČÁSTÍ Z PLASTŮ Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Josef Filípek, CSc.
Jan Kudělka
Brno 2007
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy
Agronomická fakulta 2006/2007
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Řešitel
Jan Kudělka
Studijní program
Zemědělská specializace
Obor
Provoz techniky
Název tématu:
Technologie výroby strojních součástí z plastů
Zásady pro vypracování: 1.
Uveďte technologie výroby strojních součástí z plastů.
2.
Po dohodě s vedoucím práce vytypujte výrobní technologie a zhotovte interaktivní animace. K tomu využijte vhodný software.
Rozsah práce:
15 - 25 s. Součástí práce bude funkční animace na CD
Seznam odborné literatury: 1.
FILÍPEK, J. Technické materiály : (přednášky). 1. vyd. Brno: VŠZ, 1988. 196 s.
2.
FOTR, J. Macromedia Flash MX : podrobná příručka. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2002. 355 s. ISBN 80-7226-677-2.
Datum zadání bakalářské práce:
prosinec 2005
Termín odevzdání bakalářské práce:
duben 2007
Jan Kudělka řešitel bakalářské práce
doc. Ing. Josef Filípek, CSc. vedoucí bakalářské práce
doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu
prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF MZLU v Brně
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma TECHNOLOGIE VÝROBY STROJNÍCH SOUČÁSTÍ Z PLASTŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně,dne……………………….….. Podpis diplomanta……………………
PODĚKOVÁNÍ
Na tomto místě bych rád poděkoval doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc., vedoucímu bakalářské práce za jeho odborné vedení, cenné rady a pomoc při vzniku této bakalářské práce.
ANNOTATION
Multimedial tutorial made up by the help of a software Macromedia Flash MX clearly reflects basic operating technologies for manufacturing of plastics in all of their conjunctions. Thanks to the animation program, the student obtains further idea about how the plastic products are produced in reality and from what technological processes the production is composed. The animation may be managed through the use of buttons. This program is fully working and applicable for the education. CD ROM with its own multimedial tutorial is integral part of this thesis.
OBSAH
1. ÚVOD………………………………………………………….……….8 2. VÝVOJ A HISTORIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ…...……………...8 3. TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTICKÝCH HMOT…….11 3.1 Zpracování plastických hmot v tekutém stavu………..………..11 3.1.1 Lití………………………..…………………………………………......11 3.1.2 Odlévání………….........………………………………………………..11 3.1.3
Máčení……………….………………………………………………....12
3.1.4
Zpěňování………….………………………………………………......12
3.2 Tváření plastických hmot……………………..…………………12 3.2.1
Lisování………………………………………………………………...13
3.2.2
Vstřikování...……………………...…………………………………...13
3.2.3
Vytlačování……………………………………………...………….….14
3.2.4
Válcování………………………………………...………………….…15
3.2.5
Tvarování………………………………..………………………….…16
3.3 Spojování plastických hmot…………………………..…………17 3.3.1
Lepení………………………...………………………………………..17
3.3.2
Svařování………………………………………………………………18
3.4 Následná úprava plastických hmot…………………………..…18 3.4.1
Barvení…………………...…………………………………………….19
3.4.2
Leštění………………………………………………………………….19
3.4.3
Matování………………………...……………………………………..19
3.4.4
Lakování……………………...………………………………………..19
3.4.5
Potiskování…………………………………...………………………..19
4. CÍL PRÁCE…………..………………………………………………20 5. METODIKA…………………………..……………………………...20 6. VLASTNÍ PROJEKT…...……………………….…………………..22 6.1 Lisování plastů……..……………………………………………..24 6.2 Vyfukování plastů…………………….……………………….....26 6.3 Vytlačování plastů…………………………..…………………....28
6.4 Tvarování plastů………….…………………………………...…28 6.5 Válcování plastů…………………..…………………………...…31 6.6 Vstřikování plastů …………………………..…………………...31 6.7 Lití plastů ………………..……………………………………….34 7. ZÁVĚR………………………………………………………………..36 8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY………………………………37
1. ÚVOD Používání plastů pro nejrůznější průmyslové výrobky prošlo různými stádii vývoje. Zpočátku se plasty aplikovaly na spotřební zboží, protože nároky na funkční vlastnosti nebyly velké a zpracování plastů bylo poměrně snadné a rychlé. Nejproblematičtější oblastí pro širší použití plastů dlouho zůstávalo strojírenství. Strojírenské výrobky, jmenovitě strojní součásti, jsou často vystaveny mechanickému a tepelnému namáhání a proto vyžadují poměrně vysoké hodnoty pevnosti a modulu pružnosti používaných materiálů v příslušném rozsahu provozních podmínek. Navíc musí být strojní součásti relativně přesné a musí splňovat dostatečnou rozměrovou a tvarovou stabilitu. To vše splňují kovové materiály. Plasty na rozdíl od kovů nabízejí jiné výhody, jako korozivzdornost, mechanickou plasticitu, nízkou hmotnost a především velmi laciný způsob zpracování tvářením, který proti tradičnímu způsobu obrábění podstatně snižuje pracnost při výrobě. Jelikož se cena finálního výrobku stala v posledních desetiletích průmyslové výroby hlavním kritériem, začínají se plasty taky uplatňovat i ve strojírenské výrobě. V této práci se tedy budu zabývat základními výrobními technologiemi zpracování plastů, mezi které patří lití, tváření, spojování či následná povrchová úprava zhotoveného výrobku. Námětem mé bakalářské práce se staly právě tyto technologické metody, u kterých jsem se zaměřil na nutné principy a potřebné technologie pro vznik finálního komponentu z plastické hmoty. Úkolem bylo vytvořit výukový program, který by umožnil snadnější pochopení fyzikálních principů, které se využívají při zpracování plastů. Pomocí vhodného software byl vytvořen program, obsahující animace základních způsobů pro zpracování. Všechny animace byly vybaveny interaktivními tlačítky, kterými se program ovládá.
2. VÝVOJ A HISTORIE ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ Plasty jsou jednou z nejmladších skupin konstrukčních materiálů. První technologicky využitelnou makromolekulární látkou byl přírodní kaučuk, zpracováván v Evropě od roku 1811.
8
Prvního obchodního využití se z plastů dostalo gutaperče a to v r. 1843, když si malajsijský lékař Dr. William Montogomerie všiml, že tamní domorodci z ní vyrábějí rukojeti k nožům a bičům. Z jeho popudu pak byla pryskyřice vytékající po naříznutí z některých stromů sbírána a zasílána do Anglie k vědeckému zkoumání a průmyslovému zpracovaní. Známý fyzik Michael Faraday zjistil, že gutaperče je výborným izolantem elektrického proudu a to i v prostředí kapalné vody. Pak již nebylo daleko ke gigantickému propojení Evropy s Amerikou transatlanským kabelem. Realizován byl pomocí tehdy největší lodi Great Eastern v 60. letech 19. století. Ačkoliv první syntetický plast polyvinylchlorid (PVC) byl připraven H.V. Regnaultem, který také zavedl termín polymer, již v r. 1835. Průmyslová výroba byla zavedena v Německu až v roce 1925 společnosti Farbenindustrie ( I. G. Farben), z jehož názvu bylo také odvozeno komerční označení igelit. Americkým průkopníkem plastikářského průmyslu se stal John W. Hyatt, tiskař z New Yorku. V roce 1868 ho zaujal inzerát nabízející odměnu za navržení náhradního materiálu za gutaperču a slonovinu pro výrobu kulečníkových koulí. Hyatt uspěl s hmotou, kterou získal změkčováním pyroxinidu (nitroceluóza s malým obsahem dusíku) kafrem. Nová hmota dostala název Celuloid a brzy nahradila do té doby používané výbušnější nitrocelulózové plasty.
Počátkem 20. století se pozornost chemiků zaměřila na další druh přírodního polymeru- bílkoviny- v souvislosti se zjištěním, že jsou podstatou vlny a přírodního hedvábí. V roce 1935 patentoval Ital Fereti výrobu vláken z bílkovin získaných ze soji, podzemnice olejné a klíčků kukuřice. V roce 1931 získal E. Hubert vlákno z polyvinylchloridu, čímž zahájil etapu rozvoje vláken ze syntiteckých polymerů. O čtyři roky později připravil W.H. Carothers se spolupracovníky polyamidové vlákno z kyseliny adipové hexamethylendiaminunylonu, známého dnes pod označením nylon 66. V Německu připravil v roce 1938 P. Schlack další vláknotvorný polyamid- nylon, což se Carothersovi nepodařilo. V roce 1941 se rozvinula výroba polyesterových vláken. Téměř ve stejné době připravili v Německu a USA vlákna z polyakrylonitrilu. V Japonsku se rozvinula výroba vláken z polyvinylalkoholu. V poslední době se rozšířila vlákna polypropylenová.
9
Chemická vlákna se dnes neuplatňují jen v oděvním průmyslu. Používají se především pro technické účely, např. pro gumárenství, strojní a stavební součásti. Důležité mezníky v historii zpracování polymerů •
1493- Objev přírodního kaučuku Evropany ( při druhé Kolumbově objevné cestě)
•
1736- První vzorky přírodního kaučuku v Evropě
•
1811- První evropská továrna na zpracování přírodního kaučuku založena ve Vídni
•
1820- Objev plastikace kaučuku
•
1835- Laboratorní příprava polyvinylchloridu ( H.V. Regnault)
•
1837- Vyvinuty stroje pro natírání tkanin kaučukem ( T. Hancock)
•
1839- Objev vulkanizace kaučuku sírou ( Charlesem Goodyearem)
•
1845- Pneumatiky na jízdní kola ( ideový návrh)
•
1860- Průmyslová výroba gutaperčí
•
1890- První továrna na výrobu pneumatik ( pro jízdní kola a vozy)
•
1895- Vyvinutí pneumatik pro automobily
•
1910- Průmyslová výroba pneumatik pro letadla
•
1914- Průmyslová výroba polydimethylbutadienu na zpracování na tvrdou pryž
•
1920- Vyvinutí hnětacího stroje na míchání kaučukových směsí
•
1925- Průmyslové využití polyvinylchloridu
•
1935- Příprava prvého polyamidového vlákna
•
1938- Objev polytetrafluorethylenu, průmyslové využití polystyrenu, polyamidů
•
1965- Průmyslové využití termoplastických eleastomerů
•
1966- Zahájení výroby standardního malajského kaučuku
•
1970- Firma Bayer rozvijí termoplastické eleastomery na polyuretanové bázi.
•
1979- Zahájení výroby bezpečnostních pneumatik ( schopnost ujet po defektu tj. v nenahuštěném stavu až 1600 km)
•
1992- Průmyslová realizace polymerace katalyzované metaloceny ( výroba polyethylenu nové generace)
•
1999- Poloprovozní výroba zpěňovatelného polyethylenreftalátu.
10
3. TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ PLASTICKÝCH HMOT
Ke zpracování plastů se používá řada technologií. Použitelnost způsobu zpracování plastů je závislá na tvaru a funkci výrobku, kterou má během své životnosti plnit. Plastické hmoty se zpracovávají různými technologickými způsoby a to ve stavu tekutém, tvářením a spojováním a v mnohých případech se jako konečná technologie provádí i jejich povrchová úprava. Podle vztahu mezi plastem vstupujícím do procesu a výsledkem tohoto procesu lze technologie pro zpracování plastů rozdělit do následujících skupin.
3.1 Zpracování plastických hmot v tekutém stavu 3.1.1 Lití Litím se rozumí nepřetržité lití tekuté plastické hmoty na větší plochu ( na licí stůl, dopravní pás a pod.) s cílem vyrobit folie a filmy pro obaly konfekcí, foto materiál a. j. (Obr. 1). Zpracovávají se tak termoplasty, které se buď rozpouštějí v rozpouštědlech nebo se dispergují a po odpaření rozpouštědel srážením nebo želatinací se vytváří film.
Obr. 1
3.1.2 Odlévaní Odlévání je výrobní postup, při kterém se hmota v tekutém stavu plní bez tlaku do formy, kde ztuhne a nabude její tvar. Odlévají se především termosety, které se buď tvrdí katalyzátorem ( tvrdidlem) za studena, nebo účinkem zvýšené teploty, někdy
11
obojím způsobem. Při beztlaké odlévání termoplastů působí obtíže velké objemové smrštění při polymeraci. V praxi se odlévání používá v různých případech např: •
k přímé výrobě spotřebního zboží
•
k výrobě polotovarů (trubek, tyčí, desek)
•
k zalévaní různých předmětů, např. elektrických vodičů, šroubů a matic pro jejich upevnění do jiné konstrukce
•
k přípravě modelů a prototypů
Materiál který se používá na formy je různý, podle způsobu výroby, požadovaných tvarů a vlastností výrobku, např. nízkotavitelné slitiny, sklo pružné formy a pryže nebo plasty.
3.1.3 Máčení
Máčení je výrobní proces, při kterém se předmět nebo forma, která má být opatřená povlakem, namáčí do disperze nebo roztoku plastické hmoty. Vysušením se získá souvislý povlak. Vyrábí se tak například ochranné rukavice, duše nafukovacích míčů, ochrana drátěného pletiva a podobně.
3.1.4 Zpěňování
Principem této metody je to, že upravená syntetická pryskyřice se chemickými činidly nebo fyzikálním způsobem expanduje ve formě, kde tuhne vlivem chemické reakce (termosety), nebo chlazením (termoplasty). Pryskyřičná pěna má pak zpravidla charakter konečného výrobku, například podle určité součásti tvarované obaly, výplně.
3.2 Tváření plastických hmot Zahrnují technologie, při kterých se tvar výchozího materiálu mění zásadním způsobem, tzn. že dochází ke značnému přemísťování částic materiálu. Tváření probíhá za působení teploty a tlaku nebo obou vlivů současně. Patří sem vstřikování, vytlačování, lisování, válcování, ale i odlévání, laminování, vypěňování, apod. Výsledkem je buď zhotovení konečného dílu a nebo výroba polotovaru.
12
3.2.1 Lisování
Lisováním se rozumí způsob tváření materiálu v kovové formě mezi tvárníkem a tvárnicí, při kterém hmota účinkem tlaku a teploty je tvářena do požadovaného tvaru. (Obr. 2) Cyklus lisování je obdobný jako u vstřikování pouze s tím rozdílem, že při lisování reaktoplastů musí dojít k vytvrzení a tedy doba chlazení je nahrazena dobou vytvrzování (ohřev formy), která výrazně ovlivňuje celkový cyklus výroby. Platí, že na každý milimetr tloušťky stěny výlisku je podle teploty zpracování a podle použité hmoty potřeba 15 až 60 s. Doba vytvrzování závisí kromě tloušťky výrobku na druhu plastu a technologických podmínkách. Dalším rozdílem je dávkování hmoty do formy o větším objemu, než je objem dutiny formy: tato přebytečná hmota je na výrobku ve formě přetoku a po skončeném cyklu musí dojít k očištění nástroje. Důležitým parametrem je teplota formy (ovlivňuje jak plnění formy, tak i průběh vytvrzování), která musí být pro obě poloviny nástroje stejná. Lisovací formy jsou konstruovány jako jednonásobné nebo vícenásobné a jsou vytápěny elektrickými topnými patronami nebo pásovým topením. Podle použitého lisovacího tlaku rozlišujeme lisování na nízkotlaké a vysokotlaké ( hranicí je lisovací tlak 3,5 MPa).
Obr. 2 3.2.2 Vstřikování
Vstřikování je způsob tváření plastů, při kterém je dávka zpracovávaného materiálu z pomocné tlakové komory vstříknuta do dutiny formy. Tlaková komora je součástí vstřikovacího stroje a zásoba vstřikovaného materiálu se v ní stále doplňuje během cyklu. (Obr. 3)
13
Vstřikování patří k nejrozšířenějším a nejdůležitějším technologiím zpracování termoplastů. Výrobky zhotovené vstřikováním se vyznačují velmi dobrou rozměrovou i tvarovou přesností a vysokou reprodukovatelností mechanických a fyzikálních vlastností. Jejich tvar může být velice jednoduchý, ale stejně tak i značně složitý a jejich hmotnost může činit třeba jen zlomky gramu, zatímco nejtěžší výrobky váží až několik desítek kilogramů. Vstřikovací proces probíhá na moderních strojích většinou plně automaticky, takže se dosahuje vysoké produktivity práce. K přednostem vstřikování rovněž patří vysoké využití zpracovávaného materiálu, které se často blíží 100 %. Tím se splňují požadavky kladené na bezodpadovou technologii. Pořizovací cena strojního zařízení i vstřikovací formy je však značně vysoká. Technologie je proto vhodná pro velkosériovou a hromadnou výrobu. Vstřikování se provádí na vstřikovacích lisech, které jsou pro tuto technologii zkonstruovány v různých typech, odlišujících se ve způsobu provádění předplastifikace hmoty, vertikálním nebo horizontálním uspořádání, váhovém množství zpracované hmoty a řadě jiných parametrů. Dosahuje se na nich vstřikovacích tlaků až 230 MPa, s vysokou kadencí 25 až 30 vstřiků za minutu. Uvedený způsob je analogický tlakovému lití do kovových forem ve slévárenství.
Obr. 3
3.2.3 Vytlačování
Vytlačování se na rozdíl od vstřikování liší tím, že je to nepřetržitý proces, při kterém je tavenina vytlačována do volného prostoru. (Obr. 4) Ve vytlačovacím stroji se granulovaný polymer dopravuje vyhřívaným válcem pomocí šneku. Vytlačovací válec je ukončen vytlačovací hlavou s trubicí, která tvaruje výrobek. Hubice je vyměnitelná a pro každý druh výrobku speciálně upravena.
14
Vytlačováním se vyrábějí geometricky jednoduché výrobky jako desky, fólie, tyče trubky, profily.
Obr. 4
3.2.4 Válcování
Válcováním se surová hmota homogenizuje popřípadě plastikuje mezi válci kalandru, vytápěnými párou. (Obr. 5) Válcování se používá ke kontinuální výrobě folií v tloušťce od 0,08 do 1 mm a šířce do 1500 mm. Homogenizace válcované hmoty je zaručena nestejnou obvodovou rychlostí válců (skluzem). Vyrábí se tak potahové krytiny umělá kůže, fólie pro obalovou techniku.
v1
Obr. 5
15
v2
3.2.5 Tvarování
Ve všech dříve uvedených operacích byl plast zpracováván v plastickém stavu. Při tvarování za tepla je postup zpracování odlišný. Plast ve formě polotovaru (fólie, desky) je předehřátý na teplotu odpovídající kaučukovitému stavu, pak je vhodným způsobem tvarován a po dosažení definitivního tvaru je ochlazen. V dnešní době se tvarováním zpracovávají desky do tloušťky 10 mm a fólie od tloušťky 0,1mm. Typická je výroba velkoplošných výlisků. (Obr. 6) Tvarování za tepla se provádí různými způsoby. Zásadně rozeznáváme pozitivní a negativní tvarování. Častěji používané negativní tvarování umožňuje širší variabilitu procesu tvarování uplatněním vakua, tlakového vzduchu, přetvarování tvárníkem či stlačeným vzduchem atd. Podle působícího tlaku se tvarování dělí na mechanické a pneumatické, které podle tlaku vzduchu lze potom rozdělit na tvarování podtlakové, přetlakové a kombinované. Při prostém tvarování se dosahuje stupně tvarování cca 40% průměru formy, zatímco při použití přetvarování se dosahuje 100 až 250 %, v extrémních případech 400 až 500 %.
Obr. 6
3.3 Spojování plastických hmot Dílce a polotovary z plastických hmot se mohou spojovat jak mechanickým způsobem ( šroubováním, nýtováním a pod.), ale i lepením a svařováním.
16
3.3.1 Lepení
Lepení plastických hmot je způsobem nerozbitného spojení, při čemž se dvě plochy pevně spojí tenkou vrstvu lepidla, které se mezi ně nanese, nebo které je podmíněno jednak přilnavostí částic lepidla k povrchu hmoty (adhezí), jednak jejich soudružností (kohezí). Jednotlivé způsoby lepení vyplývají z charakteru lepených hmot: ( Obr. 7 ) •
Lepení prostřednictvím rozpouštědel lepené hmoty, kdy lepidlem je roztok, vzniklý částečným rozpuštěním povrchu- používá se u termoplastů
•
Lepení pomocí monomeru, kdy lepidlem je jednak monomer, který za přítomnosti iniciátoru polymeruje, jednak roztok, vznikající současně rozpuštěním povrchu lepené hmoty- používá se u některých termoplastů
•
Lepení pomocí roztoku speciálních syntetických pryskyřic- používá se pro termosety i termoplasty
Obr. 7
3.3.2 Svařování
Svařování plastických hmot je nerozebiratelné spojování působením tepla, popř. i tlaku někdy za použití přídavné plastické hmoty stejného nebo podobného složení. (Obr. 8)
17
Je to velmi hospodárná metoda spojování některých termoplastických hmot. V praxi se používá několik způsobů svařování. •
Horkým vzduchem, který se ohřívá elektrickým teplem ve svařovací pistoli.
•
Dotykovým teplem se svařují například polyetylenové fólie. Svařované plochy se zahřevnou kovovou podložkou vhodného tvaru a tlakem se spojí.
•
Vysokofrekvenčním svařováním vzniká teplo přímo ve spojovaném materiálu vnitřním třením molekul, které je způsobeno rychlým střídání směru proudu. Teplo je v materiálu stejnoměrně rozloženo, takže spojované částice změknou a menším tlakem se dosáhne trvanlivého spojení.
Obr. 8
3.4 Následná úprava plastických hmot Slouží k úpravě finálních výrobků z plastické hmoty a také recyklaci. Mezi základní doplňkové technologie zahrnujeme barvení, leštění, pokovování, lakování a. j.
3.4.1 Barvení
Barvení způsobuje trvalou změnu přirozeného odstínu hmoty. Podle charakteru hmoty a podmínek jejího zpracování se provádí barvení ve hmotě, kdy barvivo se
18
vpravuje do hmoty během homogenizace a povrchové barvení, kdy je povrch hmot přístupný difusi barviv.
3.4.2 Leštění
Spočívá ve vyrovnání a uhlazení povrchu na nejvyšší možnou míru. Leštění zahrnuje několik operací, broušení na hrubo, na jemno, předběžné leštění a dolešťování příslušnými brusnými kotouči nebo pásy, plstěnými a hadrovými kotouči za použití brusných past a vídeňského vápna.
3.4.3 Matování
Matování je způsob úpravy výrobku odstraňováním lesku na části nebo celé ploše jejich povrchu. Jednostranným matováním např. fólií se zabrání vzájemnému přilnutí znesnadňujícímu manipulaci, nebo se může dosáhnout speciálních efektů dekoračních vrstvených materiálech. Matuje se buď pomocí jemné smirkové pasty nebo leptáním kyselinou. Lze také použít pískování za mokra.
3.4.4 Lakování
Lakování plastických hmot je povrchová úprava, při niž se nanáší tenká vrstva lakového roztoku. Po jeho vysušení, vypálení nebo polymeraci vznikne na výrobku souvislý lesklý film.
3.4.5 Potiskování
Potiskování je nanášení barvy na povrch výrobku v přesně ohraničeném vzoru. Nejvíce užívané metody jsou hlubotisk, tisk z výšky, tisk přenášením a filmový tisk.
19
4. CÍL PRÁCE Cíl práce vychází ze zadání bakalářské práce: Sestavit multimediální program k dynamickému modelování a k procvičení základních způsobů zpracování plastických hmot. Student má možnost pomocí interaktivního animačního programu MACROMEDIA FLASH MX názorně sledovat technologické zpracování, a tudíž si udělat bližší představu, jak se plasty v praxi zhotovují. Vytvořené animace jsou ovladatelné pomocí tlačítek (start, stop, krok vpřed krok vzad). Sestavený interaktivní program FLASH MX je přiložen k bakalářské práci a je plně funkční a využitelný pro názornou výuku.
5. METODIKA Dnešní Macromedia Flash MX je efektivní nástroj pro tvorbu grafiky interaktivních animací prezentací a aplikací. Při práci a následné distribuci vytvořeného obsahu pracuje Flash se dvěma typy souboru zdrojovým a exportovaným. Zdrojový soubor, v němž se vytváří samotný obsah a provádí se jeho animace a dále se doplňuje o interaktivitu, pracující na bázi vektorové grafiky. Tolik výhodné interaktivity však nelze dosáhnout pouze grafikou proto Flash obsahuje také vlastní jazyk, kterým je interakce a vlastní animace řízena. Tento jazyk se jmenuje Actionsctript a je podobný více známému Javascriptu. Prostředí flash souboru se tedy skládá s pracovní plochy, do něhož se vkládají objekty, animace a kreslí potřebné situace (Obr. 9). Nad pracovní plochou se nachází časová osa rozdělena do jednotlivých vrstev. Objekty ve vrstvě, která je v seznamu výše, vždy na scéně překrývají objekty nacházející se ve vrstvě pod ní. Každá s využitých vrstev může být animována, čemuž slouží časová osa, která je rozdělena do jednotlivých snímků. Po stranách a na bocích se nacházejí záložky, které obsahují panely pracovních nástrojů. Když při práci na zdrojovém souboru dosáhneme vzhledu chování podle svých představ můžeme jej převést na klip Flashe a připravit jej tak pro distribuce. Tento způsob je znám pod názvem exportování (publikování). Při exportování zdrojového souboru na klip provede flash kompresi a optimalizaci exportovaných dat, takže výsledná scéna bude výrazně menší než původní flash soubor (fla.).Tento soubor je potom spustitelný s koncovkou (exe. či swf).
20
21 Obr. 9
6. VLASTNÍ PROJEKT Výukový program se skládá ze sedmi jednotlivých animací základních výrobních technologií pro zpracování plastických hmot, při kterých dochází k vzájemným mechanickým a tepelným změnám. (Obr. 10) Jejich ovládání je vesměs obdobné, proto nyní uvedu všechny společné prvky a následně budu zvlášť specificifikovat znaky jednotlivých animací. Po spuštění programu se nám zobrazí titulní strana s odkazy na jednotlivé multimediální animace.
Obr.10 Samotné technologie pro zpracování plastů následně pustíme pomocí odkazových tlačítek. ( Obr. 11 )
Zpracování plastů vyfukováním Zpracování plastů lisováním Obr. 11 Nyní se nám již otevřel námi vybraný způsob pro zpracování plastů. Ovládání těchto multimediálních animací je snadné.
22
Ovládají se pomocí tří interaktivních tlačítek krok vpřed, krok vzad a na start. (Obr. 12). Výhodou těchto tlačítek je to, že animaci můžeme pustit po jednotlivých snímcích, pokud na tyto tlačítka pouze klikáme . Zda-li však chceme, aby animace běžela průběžně, tlačítko přidržíme asi 3 sekundy a animace se spustí souvisle, ať už ve směru vpřed nebo vzad. V případě požadavku uživatele je možno použít tlačítko „na start“.
na start
na start
Obr. 12 Samozřejmě se musím zmínit o dalším důležitém tlačítku malování (Obr. 13). Toto tlačítko funguje jako elektronická tužka. Po jejím zapnutí muže uživatel do spuštěného programu vpisovat poznámky a poukazovat na důležité stránky procesu. malovat
vymaž Obr. 13 Nemohu zapomenout na dvě tlačítka stávající prezentace. Tyto odkazy umožňují návrat na úvodní scénu animace tlačítko konec (Obr. 14) a tlačítko které odkazu na další výrobní proces (Obr. 15). Vyfukování
Tvarování
Obr. 14
Obr. 15
V dalších kapitolách se zaměřím na popis jednotlivých základních způsobů zpracovaní plastu. Názorně vysvětlím jednotlivé technologie, které jsem zpracoval pomocí programu Macromedia Flash Mx 23
6.1 Lisování plastů Lisování je nejstarší způsob pro zpracování polymerů. Jeho počátky sahají do posledního desetiletí 19. století. Jedná se o tváření polymerů při zvýšených teplotách a tlacích, při čemž zadaný tvar dává materiál formy. Podle použitých tlaků se rozlišuje lisování nízkotlaké a vysokotlaké. Jako vysokotlaké se označuje lisování při tlacích nad 3,5 MPa. K vysokotlakému přímému lisování se používají výhradně hydraulické lisy. Stavějí se na celkovou uzavírací sílu do 10 MN. Tvar výlisku vymezuje lisovací forma, která je vhodně umístěna v lisu.
Lisovací forma je tvořena dvěmi částmi horní tzv. patricí a dolní matricí, která je spojena s podstavcem. Tvárnice formy se před naplněním opatří jemným nánosem separačního činidla, aby se výlisek s formy snáze vyjímal. Následně se forma naplní vyžadovaným množstvím materiálu.Výchozí materiál může být prášek, aglomerát nebo granulát. (Obr. 16 a).
V uzavřené formě hmota tlakem a teplotou elektrického ohřívače změkne a vyplní dutinu formy, přičemž probíhá její vytvrzování. (Obr. 16 b).
Cyklus lisování pokračuje nadzvednutím horní formy (patrice) a současným chladnutím výlisku (obr. 16 c).
Posledním krokem je vyjmutí výlisku z formy většinou pomocí hydraulického pístu. (Obr. 16 d).
24
Obr. 16 a
Obr. 16 d
Obr. 16 b
25
Obr. 16 c
6.2 Vyfukování plastů
Vyfukování je technologický postup výroby dutých předmětů (láhví, tub, konví, kanystrů, popelnic apod.). Provádí se dvěma způsoby- výtlačným vyfukováním a vstřikovacím vyfukováním. Největší podíl vyfukovaných nádob (asi 90%) na techniku výtlačného vyfukování. Proto sem pro sem pro svou animaci zvolil právě tuto metodu.
Základem výtlačného vyfukování je vytlačování polymeru kruhovou štěrbinou. Průměr a tloušťka hadice jsou regulovány seřízením štěrbiny vytlačovací hlavy (Obr. 17 a).
Hadice je vytlačována do formy pomocí zahřívání polymeru a pohybu šneku. Vytlačený parizón je pak sevřen, uzavřen do formy (většinou dvoudílné) (Obr. 17 b)
Tlakem vzduchu je parizón rozfouknut do tvaru, který mu udělí forma. Následně je nádoba ochlazována většinou studeným vzduchem (obr. 17 c).
Po ochlazení je výrobek vyjmut (hydraulickým pístem), začištěn a tlakově zkoušen (Obr. 17 d)
26
Obr. 17 a
Obr. 17 d
Obr. 17 b
27
Obr. 17 c
6.3 Vytlačování plastů Vytlačování je nepřetržitý (kontinuální) způsob tváření, při kterém zplastizovaný polymer vytlačován z tlakové komory profilovacím zařízením tzv. hubicí.
Ve vytlačovacím stroji se granulovaný polymer dopravuje válcem pomocí šneku. Pohybem šneku se vytváří tlak ve formě (Obr. 18 a).
Granulovaný polymer je v tlakové komoře vyhříván elektrickými odporovými pásy. Polymer mění svou strukturu a stává se tekutým (Obr. 18 b).
Tlakem pohybujícího se šneku se materiál vytlačuje. Zároveň se průběžně doplňují granule do zásobovacího prostoru (Obr. 18 c).
Vytlačováním se vyrábí geometricky jednoduchý výrobek (tyčka, trubka a různé profily). Následuje odstřižení výrobku a doprava (Obr. 18 d). Děj se kontinuálně opakuje.
6.4 Tvarování plastů Plast ve formě polotovaru (fólie, desky) je přesunut k tvarovací formě(Obr. 19 a) Umístí se na tvarovací formu.
Následuje uzavření tvarovací formy topným tělesem (Obr. 19 b).
Polotovar je předehřátý pomocí topného tělesa na teplotu kaučukovitého stavu. Dochází k samotnému tvarování vlivem horkého vzduchu, který je odváděn vyfukovacím kanálkem (lze taky využít prostředí vakua) (Obr. 19 c).
V poslední fázi je vytvarovaný výrobek ochlazen. Topné těleso tvarovací formy je nadzvednuto a výlisek je vyzvednut tlakem vzduchu(Obr. 19 d)
28
Obr. 18 c
Obr. 18 a
29 Obr. 18 d
Obr. 18 b
Obr. 19 c
Obr. 19 a
30 Obr. 19 d
Obr. 19 b
6.5 Válcování plastů Válcování neboli kalandrování je způsob tváření polymerů, kterého se používá k výrobě fólií a desek mezi vyhřívacími válci válcovacích strojů.
Surová hmota se homogenizuje popřípadě plastikuje mezi válci kalandru vytápěnými párou (Obr. 20 a).
Homogenizace válcované hmoty je zaručena nestejnou obvodovou rychlostí válců, které posunují daný polymer válcovací formou až k chladícímu prostoru (Obr. 20 b).
Polymer je pomocí chladícího prostoru zchlazen, vytlačen a pomocí kráječe odstřižen(Obr. 20 c).
Výrobek je v poslední fázi dopraven na určené místo v našem případě sběrací nádoby(Obr. 20 d). Celý proces se kontinuálně opakuje.
6.6 Vstřikování plastů Vstřikování je jen o málo mladším způsobem zpracování polymerů než lisování. Jeho počátky spadají rovněž do konce 19. století. Je hlavním způsobem pro zpracování termoplastů. Technologicky je podobné přetlačování. Jedná se o jednorázový proces.
Při vstřikování se hmota v plastickém stavu vstřikuje do chladné ocelové formy, která je leštěná(Obr. 21 a). Forma se vlivem elektrických odporových pásů vyhřívá, polymer se taví (plastikuje) (Obr. 21 b). Vlivem pohybu pístu nastává ve formě přetlak, tavenina se vstříkne do vstřikovací formy, kde je výrobek ochlazován (Obr. 21 c). Forma s výrobkem je oddělena od vstřikovacího stroje. Výrobek je vyjmut pomocí vyhazovače. Zásobovací nádoba je doplněna granulemi (Obr. 21 d).
31
Obr. 20 c
Obr. 20 a
32 Obr. 20 d
Obr .20 b
Obr. 21 c
Obr. 21 a
33 Obr. 21 d
Obr. 21 b
6.7 Lití plastů
Lití plastů je nepřetržité lití tekuté plastické hmoty na větší plochu například dopravní pás. Zpracovávají se tak většinou termoplasty.
V první fázi licího procesu se tavící hmota z licí vany dopravuje na dopravní pás, kde je vlivem rotačních posunovačů taveniny pohybuje a tvaruje (Obr. 22 a).
Tavenina prochází chladícím prostorem kde je zchlazena na potřebnou teplotu, dále probíhá dosoušení pásu na potřebnou konzistenci (Obr. 22 b).
Následně se tavenina navine pomocí navíjecího zařízení které je umístěno na konci zařízení (Obr. 22 c).
V posledním kroku je výlisek odstřižen a dopraven z navíjecího zařízení. Tavenina se neustále doplňuje a děj probíhá nepřetržitě (Obr. 22 d).
34
Obr. 22 c
Obr. 22 a
35 Obr. 22 d
Obr. 22 b
7. ZÁVĚR Základním kamenem neustále se rozvíjejících oborů je využití informačních technologií. Veškerá odvětví se již bez použití počítačů neobejdou. Jinak tomu není ani ve školství. Počítače, výukové programy v moderním školství nejsou žádnou výjimkou. Mým úkolem bylo zhotovit interaktivní výukový program, který by zjednodušil práci vyučujícímu, ale především objasnil problematiku výrobních technologií studentům. Ve vědním oboru strojírenství se najde spousta témat, která by se dala počítačově zpracovat. Ovšem do mého projektu jsem si vybral výrobu strojních součástí z plastů. Sedm multimediálních animací představuje základní principy při zpracování plastických hmot. •
Lisování plastů
•
Vyfukování plastů
•
Vytlačování plastů
•
Tvarování plastů
•
Válcování plastů
•
Vstřikování plastů
•
Lití plastů
Hlavní předností této formy vzdělávání je názornost a přehlednost. Všechny animace jsou konstruovány obdobným způsobem. Ovládání programu je rovněž naprosto shodné, takže se student brzy naučí využívat všechny jeho funkce. Jednotlivé modely strojů jsou zjednodušené a části barevně odlišené. Pokud některé procesy probíhají příliš rychle, je zde možnost si animace zastavit v kterékoliv okamžiku a posunovat po snímcích ( krok vpřed, krok vzad). Obrázky ve skriptech a učebnicích nevykreslují daný problém dostatečně přehledne. Proto jsem tento program, přiložil na CD ROM. Doporučil bych jej zahrnout do výuky předmětů jako jsou nauka o materiálu či strojírenská technologie.
36
8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
[1] Filípek, J.: Technické materiály (přednášky). Brno VŠZ, 1988, 196 s. [2] Fotr, J.: Macromedia Flash Mx. Computer Press, Praha 2002. 355 s. IBSN 80-7226677-2. [3] Štěpek, J., Zelengr, Kuta, Technologie zpracování a vlastnosti plastů. SNTL, Praha 1989. 637 s. [4] Doubravský, M., a kol.: Technologie slévání, tváření a svařování. VUT, Brno 1985. 246 s. [5] Kolouch, J., Strojní součásti z plastů. SNTL, Praha 1981 [6] Ducháček, V., Polymery- výroba, vlastnosti, zpracování, použití. VŠCHT Praha 2006. ISBN 80- 7080-617-6. [7] Hugo, J., a kol.: Konstrukční plastické hmoty. SNTL, Praha 1965 [8] Knedla, B., Technická pryž. SNTL, Praha 1975 [9] Pánek, A, Topinka, M, Němec, M.,: Průvodce chemickými výrobky nejširší spotřeby. SNTL, Praha 1978
37
