Katedra konstruování strojƽ Fakulta strojní
KϬ5ͲPLASTOVÉ1>z
HORKÉ VTOKY
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv
verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpoētem eské republiky
Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na KatedƎe konstruování strojƽ Katedra konstruování strojƽ je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západoēeské univerzitĢ v Plzni a patƎí na fakultĢ k nejvĢtším. Fakulta strojní je moderní otevƎenou vzdĢlávací institucí uznávanou i v oblasti vĢdy a výzkumu uplatŸovaného v praxi. Katedra konstruování strojƽ disponuje modernĢ vybavenými laboratoƎemi s poēítaēovou technikou, na které jsou napƎ. studentƽm pro studijní úēely neomezenĢ k dispozici nové verze pƎedních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémƽ. LaboratoƎe katedry jsou ve všední dny studentƽm plnĢ k dispozici napƎ. pro práci na semestrálních, bakaláƎských ēi diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na katedƎe je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se prƽbĢžnĢ, zejména po absolvování jednotlivých semestrƽ, podílejí všichni studenti. V souēasné dobĢ probíhá na katedƎe konstruování strojƽ významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní uēební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledkƽ této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedƎe také do spolupráce s pƎedními strojírenskými podniky v plzeŸském regionu i mimo nĢj. \ada studentƽ rovnĢž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahraniēí. Nabídka studia na katedƎe konstruování strojƽ: BakaláƎské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program
B2301: strojní inženýrství („zamĢƎený univerzitnĢ“)
B2341: strojírenství (zamĢƎený „profesnĢ“)
ZamĢƎení
Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Design prƽmyslové techniky Diagnostika a servis silniēních vozidel Servis zdravotnické techniky
Magisterské studium (2roky, titul Ing.) Studijní program ZamĢƎení
N2301: Strojní inženýrství Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západoþeská univerzita v Plzni, 2013
ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller
HORKÉ VTOKY POPIS KOMPONENT •
Horký vtok je sestava vyhřívaných komponent (hlavní vtok, rozvodová deska, trysky a ovládání jehly), které udržují vstřikovaný polymer při konstantní teplotě do dutiny formy. Polymer má zaručenou stálou viskozitu v celém průřezu a délky rozváděcího systému od začátku vtoku, až do ústí dutiny formy. Ovládání jehly
Tryska
Hlavní vtokový kanál s tepelnou bandáží
Rozvodový blok
Středící kroužek
Distanční prvky
Topení rozvodového bloku
Ústí trysky
Obrázek 1 Řez horkým vtokem s jehlou Zdroj http://www.incoe.com/pdf/INCOE_PC_AMR_Sec_5.pdf
Výhody -
Časové snížení výrobního cyklu Není zapotřebí výroba vtokových kanálů Eliminace odpadu, z tohoto důvodu klesají náklady na dokončovací operace Odpadá obnova vtokové soustavy Doba vstřikování je snížená v důsledku odstranění vtokových kanálů Výrazné zmenšení tlakových ztrát v důsledku dopravení horké taveniny přímo do dutiny formy, Dopravovaná tavenina je do vstřikované dutiny, dopravena pod menším tlakem oproti studenému vtoku Ovládání (regulace) teploty se ovlivní vlastnosti vstřikovaného výrobku Modularita jednotlivých systémů Relativně jednoduchá výměna poškozeného vtoku Možnost postupného otevírání jednotlivých trysek – řízená poloha studených spojů Menší uzavírací síla stroje (odpadá vtoková soustava)
Nevýhody -
náročnější konstrukční zástavba do formy Větší pořizovací náklady, větší nároky na obsluhu Konzultace s dodavatelskou firmou při první zástavbě Zvýšení provozních nákladů Obtížné dodatečné změny polohy vtoků, v porovnání se studenou soustavou (komplexní změna formy) Nelze použít pro některé materiály s velkou citlivostí na teplo
• Horké vtoky se dělí do dvou hlavních skupin rozvaděč a tryska. Výrobci: ORYCON EU, GÜNTHER, SYNVENTIVE, HASCO, MÄNNER, HUSKY, MOLD MASTERS, INCOE,THERMOPLAY, HEITEC
Základní doporučení -
Blok horkého rozvodu musí být ve formě uložen s dostatečnou vůlí, aby byla možná jeho tepelná dilatace (rozdíl teploty vtoku a okolní formy může v některých případech dosáhnout až 200°C) Blok horkého rozvodu by měl být co nejlépe odizolován od zbytku formy a od stroje Okolí vtoku musí být dostatečně chlazené, aby se kompenzovalo teplo přecházející z horkého rozvodu Konkrétní konstrukce by vždy měla být konzultována s výrobcem zvoleného systému. Horký vtok lze kombinovat se studeným rozvodem. Příkladem je rozvedení taveniny horkou soustavou k jednotlivým kavitám, a následný krátký studený rozvod do jednotlivých vtokových ústí.
TRYSKA • •
•
Trysky jsou ohřívány pomocí elektrické kabeláže, která rozděluje trysky na topení s vnějším a vnitřním ohřevem. Vnější ohřev je zajištěn navinutým topným svazkem XX a tavenina prochází středovou osou trysky. V tryskách s vnějším ohřevem je nejmenší úbytek tlaku. Vnitřního ohřevu, tavenina obtéká zahřívací těleso a do středové osy trysky je vsunutá topná patrona. V tryskách s vnitřním ohřevem se lépe reguluje teplota taveniny u špičky, a je lépe tepelně izolovaná od okolí.
Obrázek 2 Reálná tryska 1 2 3 4 5 6
– Snadno vyměnitelné termočidlo - Kryt topení z nerez oceli - H13 kalená hlava - Odolné, vyměnitelné topení - Vyměnitelný uzavírací kroužek - Vyměnitelný beriliový hrot
Zdroj: http://www.oryconeu.cz/vstrikovaci-trysky-orycon.html http://www.thermoplay.it/en
Obrázek 3 Rozstřelená sestava trysky
Konstrukce trysek s vnitřním ohřevem se nedoporučují používat pro průhledné taveniny, materiály tepelně ovlivnitelné po zpracování nebo pro plochy se zvýšenou pozorností estetickými požadavky na kvalitu vzhledu. Pro průhledné díly s vysokými optickými nároky se horké trysky nedoporučují vůbec. Napětí, které se používá pro vyhřívání trysek a rozvodových desek je 5V,24V a 230V. Napětí 5V a 24V je vhodné použít pro výrobky malých hmotností a rozměrů. ZAVEDENÍ TRYSKY DO DUTINY Dva způsoby zakončení ústí trysky •
Ústí trysky zavedené do předkomůrky: Z předkomůrky roztavený plast vtéká do dutiny formy. Předkomůrka může být vytvořena na formovací desce nebo na krycím pouzdru trysky. Nevýhodou předkomůrky je zatékání taveniny do nepříslušných míst a jeho zatuhnutí. Dále nastává nežádoucí proces mísení plastů, které nastane při výměně barevné struktury vstřikovaného plastu. V předkomůrce se může hromadit více barev vstřikovaného materiálu, které výrobek znehodnotí z hlediska vzhledu.
2
1
3
4
Obrázek 5 Předkomůrka
1 – Tryska, 2 – Předkomůrka, 3 – výrobek, 4 – pouzdro
Obrázek 4 Zbylý plast v předkomůrce formy
•
Ústí trysky zavedené přímo do dutiny: vstřikovaná tavenina nezatýká do nevhodných prostor. Nenastává možnost barevného mísení plastů.
3
1
2
Obrázek 6 TRYSKA
1 – Tryska, 2 – Výrobek, 3 – Vzduchová mezera
KONSTRUKCE ZAKONČENÍ TRYSKY A OVLÁDÁNÍ JEHLY •
Druhy zakončení ústí hrotu – s hrotem – bez hrotu – uzavíratelné jehlou
Pouzdro trysky
Topení
Dutina pro taveninu Topení Hrot trysky Umístění termočidla A
Vzduchová mezera Ústí taveniny mezi tryskou a dutinou Pouzdro hrotu trysky Obrázek 7 Tryska s hrotem
•
Jehly jsou ovládané hydraulickými nebo pneumatickými válci. Moderní verze začínají používat i elektromagnetické ovládání. Tímto způsobem se odstraní zbytková stopa po vstřiku, dutina se díky většímu průřezu ústí trysky plní rychleji. Jsou vhodné pro objemnější a tvarově složitější výrobky.
Obrázek 8 Tryska bez jehly
Obrázek 9 Tryska s jehlou
Obrázek 10 Popis horkého vtoku
Zdroj: http://www.oryconeu.cz/katalogy-orycon-ke-stazeni.html
KRYCÍ POUZDRO TRYSKY •
Z důvodu tepelných rozdílů, kdy je forma udržovaná na 60-80 0C a vtok je temperován na teplotu okolo 1500C - 2000C, je nutné okolí horkého vtoku odizolovat od formy. Nejběžnější a nejčastější izolací je vzduchová mezera, která odděluje horký vtokový systém od zbytku formy. Další možností je použití krycího pouzdra trysky.
•
Používají se pro tepelné oddělení od formy. Zavádí se do dutin, která má rovinnou plochu.
Obrázek 11 Pouzdro trysky
ROZVODOVÉ BLOKY •
Rozvodové bloky se používají pro rozvedení taveni ve více násobných formách. Tvary bloků a jejich uspořádání je závislé na velikosti a tvaru vyráběného dílů. Bloky jsou vyhřívané elektrickými odporovými vodiči, které jsou umístěné v drážkách na povrchu bloku. Pro správnou funkci je nutné rovnoměrné rozmístění vodičů na rozvodovém bloku. Aby nedocházelo ke zbytečným tepelným ztrátám, jsou vodiče zakryté plechy (levnější varianta) nebo v krytech topení, které jsou vyrobeny z vysoce tepelně vodivých materiálů (měď, mosaz). Vyprodukované teplo přechází přímo do bloku. Aby nedocházelo k přenosu tepla z rozvodového bloku na okolní komponenty formy, je mezi rozvodovým blokem a komponenty formy vzduchová mezera.
•
Druhý způsob jak vyhřívat bloky je použití topných patron, které se umístí přímo do vnitřní části rozvodového bloku. Tento systém se dnes používá pouze zřídka.
Obrázek 12 Rozvodový blok tvaru H
1 - Tělo rozvaděče - dodání různých profilů v: slitina, ocel nebo nerezová ocel 2 – Kanál - hladce leštěný, velikost a provedení na základě vstřikovaného materiálu, rozměrech formy a objemu vstřiku 3 – Koncovka - zabudovaná tak, aby předcházela vytékání vstřikovaného materiálu. Snímatelná pro případné čištění kanálu. 4 - Šikmý kolík - šikmý kolík vytváří tlak na koncovku, která brání vytékání taveniny. 5 - Seřizovací šroub - zajišťuje šikmý kolík. Umožňuje jednoduchou výměnu. 6 - Kryt topení - vyroben z kusové mosazi s vysokou tepelnou vodivostí, přitlačen přes topné těleso a zaformovaný do drážky topného kanálu. Zajišťuje správnou funkci topení a plně předává teplo rozvaděči. 7 - Tubulární topení Vedeno kolem obvodu rozvaděče, aby vyrovnávalo teplotní ztráty na povrchu bez místního přehřívání. 8 - Druhá sada topení Tubulární topení udržuje teplotu rozvodového bloku. Druhá sada topení udržuje rovnoměrnější vytápění bloku. Zdroj: http://www.oryconeu.cz/rozvadece-orycon.html
Typy provedení rozvodů – Přímé – Kruhové – Tvary typu H,T, X, Y – Speciální tvary
Obrázek 13 Svislý řez
Obrázek 14 Rozvodový blok přímý
Obrázek 15 Řez vodorovný
Obrázek 16 Rozvodový blok ve tvaru T
KABELÁŽ • • • • • •
Používá se pro řízení elektrických zařízení na formě (horké vtoky, čidla, snímače) Nejběžnější izolací jsou kabely z PVC materiálu Požaduje se odolnost vůči teplotě (až 2000C) nebo olejům. Používaný průřez okolo 0,5mm2(v závislosti použité konstrukce) Pro montáž se doporučuje řídící kabely prodloužit min. o 50mm - 70mm, vůči délce kabelu ve formě. Elektrické konektory jsou umístěny na rámu formy
Obrázek 17 Drážky kabeláže s krytováním
Obrázek 18 Konektor
KABELOVÝ KANÁL • • • • • • •
Kabely se ukládají do vyfrézovaných drážkách, které musí zajistit ochranu kabeláže proti mechanickému poškození (sevření, přestřižení) Průřez kanálu se volí na základě velikosti průřezu celého kabelového svazku. Obecně se doporučuje přídavek 3mm na každou stranu svazku. Kanál musí být zakrytý plechem, z důvodu ochrany kabeláže před mechanickým poškozením. Kryt nesmí překročit výšku bloku. Konstruovat zároveň s plochou bloku (méně vhodné) nebo zapustit max. 2mm (doporučuje se) viz. obr.19. Plech se připevní k bloku pomocí zápustných šroubů DIN 7991 o velikosti M3 nebo M4. Kanál nesmí obsahovat žádné ostré hrany, nutno zaoblit zkosit a ohranit viz.obr.19. Kabeláž nesmí být vedena v kontaktní ploše upínací desky formy s upínací deskou vstřikovacího lisu Kabeláž, která je vedená mimo rám formy, je nutné ustavit na formě pomocí kabelových upínek. Ty zabrání volnému pohybu kabelových svazků během výrobního a manipulačního procesu.
Zapuštění krytu vůči bloku Zkosení vnějších hran 0,5mm
Zaoblení vnitřních hran 3mm Obrázek 19 Zapuštění krytu
Obrázek 21 Zaoblení rohů - Méně vhodná varianta
Obrázek 20 Zaoblení všech rohů včetně zkosení
doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller
Ing. Eduard Müller͕
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/Ϯϴ.0Ϭϱϲ „hŬĄnjŬŽǀĠǀljǀŽũŽǀĠƉƌŽũĞŬƚLJnjƉƌĂdžĞ ƉƌŽƉŽƐşůĞŶşƉƌĂŬƚŝĐŬljĐŚnjŶĂůŽƐƚşďƵĚŽƵкЌƐƚƌŽũŶşĐŚŝŶǎĞŶljƌƽ“.
