Konstrukce vstřikovacích forem pro termoplasty s využitím CA technologií

Konstrukce vstřikovacích forem pro termoplasty s využitím CA technologií vypracoval: Jiří Dušek vedoucí práce: Ing. Zdeněk Píša, Ph.D. Obor Aplikovaná mechanika Specializace Počítačová podpora konstruování 2005

0 ÚÚvod 0 Úvod

strana 1

strana 2

1 Analýza současného stavu vstřikovacích forem

0 ÚÚvod 0 Úvod

strana 3

strana 4


0 ÚÚvod Prohlášení

strana 5

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci Konstrukce vstřikovacích forem pro termoplasty využitím CA technologií vypracoval samostatně pod vedením Ing. Zdeňka Píši, Ph.D. a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a odborné zdroje. V Brně dne 17. května 2005 vlastnoruční podpis autora

strana 6


0 ÚÚvod Poděkování

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Zdeňkovi Píšovi, Ph.D., za odborné vedení mé práce, podmětné připomínky a cenné rady, kterými přispěl k vypracování této diplomové práce. Dále bych rád poděkoval všem zaměstnancům společnosti Isolit – BRAVO, spol. s r.o., kteří mi nějak pomáhali a zvláště panu Bc. Čermákovi, který mi byl odborným poradcem, Ing. Kožnarovi a celému týmu konstrukčního oddělení za jejich ochotu, vstřícnost a čas, který mi věnovali a za spoustu odborných poznatků vycházejících z dlouholeté praxe, o které se se mnou podělili.

strana 7

strana 8


0 ÚÚvod Obsah

Anotace Tato diplomová práce se zabývá konstrukcí vstřikovací formy pro zadanou plastovou součást. První část diplomové práce je věnována teorii možných konstrukcí vstřikovacích forem. V druhém bodě jsou tyto teoretické poznatky využity k návrhu konstrukce dané formy. Na základě návrhu byl vytvořen 3D model formy v systému PRO/ENGINEER a technická dokumentace. A poslední bod diplomové práce jsou kontrolní výpočty vstřikovacího procesu v CAE systému CADMOULD. Annotation The main aim of the thesis is to create design of injection mould for given injection part. The first part deals with teoretical conception of various design of injection mould. In second one I used the knowledge of design conception about moulding tool and in point three I create assigned injection mould.in CAD/CAM/CAE systém PRO/ENGINEER with drawing documentation. Then I set up the parameters for control analysis for injection process and finally I describe the results of this analysis.

strana 9

strana 10

Obsah

0 ÚÚvod Obsah

Obsah Prohlášení .............................................................................................................5 Poděkování ...........................................................................................................7 Anotace.................................................................................................................9 Annotation ............................................................................................................9 Obsah ..........................................................................................................................11 Přehled použitých zkratek a symbolů, použitých jednotek ................................14 1 ÚVOD.................................................................................................................15 2 ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU VSTŘIKOVACÍCH FOREM ..............16 2.1 Historie výroby plastů ................................................................................16 2.2 Popis funkčních částí vstřikovací formy ....................................................17 2.2.1 Tvářecí komponenty vstřikovací formy ............................................17 2.2.2 Rám vstřikovací formy .......................................................................17 2.2.3 Vtoková soustava vstřikovací formy ..................................................18 2.2.4 Vyhazovací systém výstřiku...............................................................18 2.2.5 Ovládací mechanismy vstřikovací formy ...........................................18 2.2.6 Temperační okruh vstřikovací formy .................................................18 2.2.7 Řídící a regulační systémy vstřikovací formy ....................................18 2.3 Konstrukční rozdělení vstřikovacích forem ...............................................19 2.3.1 Konstrukční řešení vstřikovacích forem (příloha č.1) ........................19 2.4 Pracovní cyklus vstřikovací formy .............................................................20 2.4.1 Forma s vyhazovacími deskami .........................................................20 2.4.2 Forma se stírací deskou ......................................................................21 2.5 Konstrukční systémy rámů forem ..............................................................22 2.5.1 Základní sestavy rámů forem .............................................................22 2.5.2 Speciální konstrukce rámů forem .......................................................23 2.5.3 Bezodpadové konstrukce rámů forem ................................................25 2.6 Teoretická část – plastické materiály..........................................................30 2.6.1 Základní rozdělení plastů....................................................................30 2.6.2 Mechanické chování plastů ................................................................31 3 NÁVRH KONSTRUKCE A ANALYTICKÉ KONSTRUKČNÍ VÝPOČTY FORMY PRO ZADANOU SOUČÁST .....................................................................33 3.1 Zadání pro konstrukci vstřikovací formy dané součásti.............................33 3.2 Vlastnosti materiálu součásti ......................................................................34 3.3 Návrh konstrukce vstřikovací formy ..........................................................37 3.3.1 Volba velikosti rámu formy................................................................37 3.3.2 Volba jednotlivých desek formy ........................................................37 3.4 Vstřikovací stroj .........................................................................................41 3.4.1 PLUS 350 BATTENFELD.................................................................41 3.5 Kontrola uzavírací síly a maximálního objemového zdvihu šneku vstřikovacího stroje ................................................................................................42 3.5.1 Kontrola uzavírací síly vstřikovacího stroje.......................................42 3.5.2 Kontrola maximálního objemového zdvihu šneku vstřikovacího stroje 44 3.6 Návrh vtokové soustavy vstřikovací formy................................................46 3.6.1 Návrh průměru rozváděcího kanálu ...................................................46 3.6.2 Návrh ústí vtoku do tvarové dutiny formy .........................................48 3.7 Pevnostní výpočty desek rámu formy ........................................................49 3.7.1 Průhyb desek a napětí v ohybu v deskách ..........................................49

strana 11

strana 12

Obsah

3.7.2 Dovolený průhyb desek a dovolené napětí v ohybu v deskách ......... 49 3.7.3 Desky formy jako nosníky obdélníkového průřezu........................... 50 3.7.4 Desky formy jako tenké izotropní desky malého průhybu ................ 52 3.7.5 Zpřesněná teorie pružných izotropních desek – deskový pás............ 52 4 VYTVOŘENÍ 3D MODELU VSTŘIKOVACÍ FORMY V CAD SYSTÉMU PRO/ENGINEER A VÝKRESOVÉ DOKUMENTACE.......................................... 55 4.1 Uživatelské nastavení systému PRO/ENGINEER .................................... 55 4.2 Postup při konstrukci v systému PRO/ENGINEER částí formy a jejich sestavení................................................................................................................. 55 4.2.1 3D model součásti.............................................................................. 57 4.2.2 Tvárník............................................................................................... 58 4.2.3 Konstrukce dalších 3D modelů komponent formy ............................ 59 4.2.4 Vyvložkování tvarové dutiny formy.................................................. 62 4.2.5 Sestava vstřikovací formy pro zadanou součást ................................ 62 5 Provedení kontrolních výpočtů vstřikování plastu do formy pomocí CAE systému CADMOULD .............................................................................................. 64 5.1 Proces vstřikování...................................................................................... 64 5.2 Vady výstřiku způsobené vstřikováním..................................................... 65 5.2.1 Příčiny vad na vstřikované součásti................................................... 65 5.3 CADMOULD ............................................................................................ 66 5.3.1 Zadávané parametry do systému CADMOULD a analýza procesu vstřikování ......................................................................................................... 66 5.4 Výsledky simulace vstřikování v software CADMOULD (grafické výstupy analýzy).................................................................................................................. 69 5.4.1 Wall thickness (tloušťka stěn výstřiku) ............................................. 69 5.4.2 Wall Temperature Filling (teplota povrchu dutiny během fáze plnění) 70 5.4.3 Wall Temperature Cooling (teplota povrchu dutiny po ochlazení) ... 70 5.4.4 Level-Based Filling Pattern (postupné plnění tvarové dutiny formy) 71 5.4.5 Air Trap + Weld Lines (vzduchové kapsy a studené spoje) .............. 71 5.4.6 Pressure Distribution 98% (šíření tlaku v dutině během plnění) ....... 72 5.4.7 Pressure Loss (tlaková ztráta) ............................................................ 72 5.4.8 Velocity when filled (rychlost šíření taveniny v dutině formy)......... 73 5.4.9 Temperature when filled (teplota taveniny během fáze plnění) ........ 73 5.4.10 Temperature Distribution after Filling (teplota po ukončení fáze plnění) 74 5.4.11 Frozen Layer Thickness after Filling (tloušťka zmrzlých vrstev po fázi plnění) 74 5.4.12 Time-Based Filling Pattern + Surface Orientations (orientace plniva v tavenině na povrchu výstřiku)......................................................................... 75 5.4.13 Time-Based Filling Pattern + Center-Line Orientations (orientace plniva v tavenině ve středu stěn výstřiku) ......................................................... 75 5.4.14 Ejection Time (čas vyhození výstřiku z formy)................................. 76 5.4.15 Volume Shrinkage after Filling (objemové smrštění po fázi plnění) 76 5.4.16 Volume Shrinkage after Packing (objemové smrštění po fázi dotlaku) 77 5.4.17 Frozen Layer Thickness after Packing (tloušťka zamrzlých vrstev po fázi dotlaku) ....................................................................................................... 77

0 ÚÚvod Obsah 5.4.18 X Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení v e směru osy x)..................................................................................................78 5.4.19 Y Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení ve směru osy y)...................................................................................................78 5.4.20 Z Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení ve směru osy z) ...................................................................................................79 5.4.21 Warpage (deformace) .........................................................................79 5.4.22 Heat transfer Coefficient (koeficient odvodu tepla) ...........................80 5.4.23 Heat flow efficiency (efektivnost odvodu tepla) ................................80 5.4.24 Diagrams cl_force (diagram potřebné uzavírací síly stroje) ..............81 5.5 Tabulkový výstup analýzy..........................................................................81 Mold "9891_vylisek040630_002"......................................................................81 Material...............................................................................................................82 Process ................................................................................................................83 Flow-Rate/Pressure Input ...................................................................................83 Packing-Pressure Input .......................................................................................83 Shrinkage + Warpage Analysis ..........................................................................83 Runner Segments................................................................................................83 6 ZÁVĚR...............................................................................................................85 7 LITERATURA ...................................................................................................86 8 PŘÍLOHY...........................................................................................................87 8.1 Konstrukční řešení vstřikovacích forem.....................................................87 8.2 Rozdělení bezodpadových konstrukcí rámů forem ....................................90 8.3 zadávací list ................................................................................................91 8.4 schéma technického výkresu součásti .......................................................92 8.5 Katalogový list od firmy DME...................................................................93 8.6 Převodní tabulka materiálů.........................................................................95 8.7 Battenfeld 350 plus.....................................................................................96 8.8 Schématické znázornění sestav ..................................................................97 8.9 Schéma výkresu sestavy ...........................................................................100

strana 13

strana 14

Přehled použitých zkratek a symbolů, použitých jednotek

Přehled použitých zkratek a symbolů, použitých jednotek Veličina Jednotka Název veličiny fD [mm] dovolený průhyb desky fo [mm] průhyb na určitou délku Rm [MPa] mez pevnosti oceli v tahu ReO [MPa] mez kluzu v ohybu σDO [MPa] dovolené ohybové napětí kII součinitel způsobu zatížení pro míjivé zatížení (0.8) n míra bezpečnosti F [N] skutečná síla od tlaku taveniny ve formě 2 S [mm ] plocha průmětu dutiny formy do dělící roviny σVZ [MPa] tlak taveniny ve formě E [MPa] modul pružnosti v tahu oceli ( E = 2.1.105 MPa) -2 I Kg.m ] moment setrvačnosti desky MO max [N.mm] maximální ohybový moment 3 WO [mm ] modul průřezu v ohybu l [mm] (délka strany desky – šířka obou rozpěrek) b [mm] délka strany desky h [mm] tloušťka desky (tvárník plus opěrná deska) D [N.mm-1] ohybová tuhost desky P [MPa] tlak na desku wmax [mm] maximální průhyb desky mmax [N.mm.mm-1] max. ohybový moment desky (v místě vetknutí x = 0, x = a) σx, σy [MPa] maximální napětí v desce σR [MPa] redukované napětí a [mm] délka strany desky. L [mm] minimální doporučená délka vtokového kanálu. D [mm] průměr vtokového kanálu k konstanta vlivu tloušťky stěny výstřiku. p materiálový parametr V1 [cm3] objem rozváděcích kanálů a zbytku vtoku z vtokové vložky. V2 [cm3] objem výstřiku V [cm3] objem všech výstřiků a rozváděcích kanálů ve formě. 3 Vs max [cm ] teoretický maximální objem vstříknutého materiálu stroje n násobnost formy S1 [mm2] plocha průmětu výstřiku do dělicí roviny formy. S2 [mm2] plocha průmětu rozváděcích kanálů do dělicí roviny formy F [N] potřebná uzavírací síla vstřikovacího stroje. Fmax [N] maximální uzavírací síla vstřikovacího stroje

0 ÚÚvod 1 Úvod

1

ÚVOD

V dnešní době jsme čím dál více obklopováni výrobky z plastů. V mnoha případech nahrazují původní materiál u produktů, které se vyrábějí už po řadu let, nebo vznikají výrobky zcela nové. V dnešní době, kdy se hledí zejména na design a vyrábí se spotřební zboží s omezenou životností je výhoda plastů nesporná. Trend neustálého růstu je potřeba uspokojit dostatečnou kapacitou výroby. Konstrukce vstřikovacích forem a vstřikováním termoplastů je dnes považováno za jeden z perspektivních směrů ve strojírenství. Proto jsem si vybral diplomovou práci, která se zabývá tímto tématem, v mém případě konkrétní formou. K tomuto tématu jsem prostudoval několik odborných materiálů, které se tématu konstrukce vstřikovacích forem a technologie vstřikování věnují. Velkým teoretickým přínosem mi byla kniha: HENDRYCH, J., WEBER, A., DOLEŽEL, J. Standardizace rámů forem a součástí forem pro vstřikování termoplastů. Odkud jsem načerpal všeobecný přehled o možných variantách konstrukčních systémů vstřikovacích forem a jejich funkčních celcích. Určitou nevýhodou je stáří této knihy (1986), na druhou stranu standardy rámů forem jsou natolik propracovány, že kromě drahých novinek, které zatím v sériové výrobě nenajdou uplatnění, jsou dnes v podstatě na stejné úrovni. Tato kniha je vyhovujícím základem všeobecných poznatků z oboru konstrukce vstřikovacích forem a dnešní katalogy firem nabízejících konstrukce rámů forem, v podstatě nabízejí v této knize uváděné konstrukční typy. Další literaturou zabývající se konstrukcí forem mi byli: Řehulka, Z. Konstrukce výlisků z plastů a forem pro zpracování plastů, kde jak autor uvádí, publikace vznikla z jeho písemných materiálů ze seminářů a přednášek, které přednášel. Také jsem čerpal z titulů: Ing. NOVÁK, Csc., J., Ing. JURNEČKOVÁ, J. Základy vstřikování termoplastů, KOMPOZITY BRNO Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem(studijní text), Ing. KOLOUCH, J. strojní součásti z plastů. Cílem mé diplomové práce bylo navrhnout a zkonstruovat vstřikovací formu pro zadanou součást a vytvořit tak pomocnou metodiku pro nastupující konstruktéry bez praxe v tomto oboru. K dosažení úspěšného cíle diplomové práce jsem měl k dispozici vynikající softwarové vybavení firmy Isolit-BRAVO, spol. s r.o., systémy CAD/CAM/CAE PRO/ENGINEER a CAE CADMOULD, a hlavně vynikající kolektiv, který byl ochotný podělit se o informace nabité dlouholetou praxí v oboru. Po získání dostatečných informací o problematice jsem začal s návrhem formy, tj. navržením základních rozměrů a výběrem komponent z katalogů rámů forem. Po provedení analytických výpočtů, které byli součástí návrhu konstrukce, jsem vytvořil 3D model vstřikovací formy a výrobní dokumentaci. Závěrečným bodem bylo zkontrolování navrhnuté tvarové dutiny vstřikovací formy pomocí výpočtů v programu CADMOULD, což je důležitá část konstrukce formy k ověření správné funkčnosti formy. Konstrukce vstřikovacích forem pro termoplasty je velice široká oblast vědění a poznatků, o které by se dalo napsat mnoho stran důležitých informací, které jsou už mimo rámec této diplomové práce. Forma obsahuje spoustu funkční celků, jako například temperační okruhy, které sami o sobě jsou dostačujícím tématem na vypracování samostatné diplomové práce.

strana 15

1

strana 16


2

2

ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU VSTŘIKOVACÍCH FOREM

2.1

2.1 Historie výroby plastů V dnešní době jsou plasty součástí běžného života a neustále přibývá nových plastických výrobků, které původně byli z jiného materiálu. Plasty mají oproti kovům spoustu výhod pro dnešní svět založený na principech ekonomicko-tržní společnosti.Ve většině běžných upotřebení jsou jejich mechanické vlastnosti dostačující. K tomu, aby se mohl vyrobit plastický výrobek je zapotřebí vstřikovací forma. Výroba vstřikovací formy je poměrná náročný konstrukčně-technologický proces. Forma je složitý nástroj, skládající se z několika funkčních celků, které nejsou zrovna konstrukčně jednoduché. Záleží na složitosti geometrie požadovaného výrobku. Vzhledem k tomu, že výrobků z plastických hmot neustále přibývá je konstrukce vstřikovacích forem zajímavým a perspektivním oborem. S rozvojem techniky se mění i způsoby konstrukce forem a věřím, že za několik dalších let se dnešní konstrukční návyky v této oblasti posunou zase o něco dále. Počátky zpracování plastických materiálů jsou zaznamenány již od poloviny devatenáctého století. Jeden z prvních plastů – vulkánfíbr se používal od roku 1859. Byl získán chemickou cestou z přírodních látek. O deset let později byl vyroben nitrát celulosy. Na přelomu století jsou známy už určité druhy pryskyřic, do kterých se přidávali plniva a vyráběli se z nich výlisky z poměrně dobrými vlastnostmi. To byla doba, kdy se o plastické materiály začal zajímat širší vědecký okruh lidí a začal vznikat systematický výzkum ohledně nových materiálů. Jeden z vědců, který se podílel na tomto výzkumu byl holandský chemik Beakeland. Ten v roce 1907 připravil pryskyřičnou látku na bázi fenolu a formaldehydu. Postupně byli objeveny další druhy plastů a v období před druhou světovou válkou vznikali plasty používané dodnes – polyethylen, polypropylen, epoxidy, polyestery, atd. Většina nových plastů vznikala v experimentálních pokusech chemických reakcí. Když vznikla sloučenina dobrých vlastností, vznikl nový plast. Po druhé světové válce nastal rychlý rozvoj využívání plastů v praxi, což mělo za následek další rozvoj jejich výroby, tzn. i vývoje a studie plastů. V roce 1940 se ve světě vyrobilo celkem 0,5 mil. tun plastů V r. 1950 to už bylo 1.5 mil. tun a v roce 1975 40 mil. tun. V dnešní době výroba plastů přesahuje i výrobu kovů.1 Výroba plastů a s tím spojené nahrazování jiných materiálů plastickými, je způsobeno jejich dobrými vlastnostmi o proti kovům: • velmi nízká hustota (v průměru 20% vzhledem k běžným kovům), • vysoká chemická odolnost, • elektroizolační a tepelně izolační vlastnosti, 1

Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 11 s.

0 ÚÚvod 2 Analýza současného stavu vstřikovacích forem • • • • • • •

strana 17

úspora energie a pracovní kapacity při výrobě, snadná tvarovatelnost, materiálový odpad při výrobě (lisování), který netvoří více než několik procent materiálu, možnost úplné automatizace výrobních procesů, odpadnutí nákladných povrchových úprav, prakticky nulová údržba plastických výrobků, a jeden z největších aspektů je jejich surovinová základna - ropa. Těžba ropy v porovnání s těžbou kovových rud je podstatně levnější.

S tímto vývojem plastů nastal také vývoj nástrojů na jejich tváření. Po druhé světové válce se již vyráběly různé normalizované součásti i celé sestavy pro výrobu nástrojů na tváření plechů - nůžek, raznic, ohýbadel. Zde také začali snahy o normalizaci součástí vstřikovacích forem. Postupně přišli na svět první normalizované systémy rámů pro výrobu vstřikovacích forem. Vzniklo poměrně hodně výrobků s často povedenými konstrukcemi univerzálních rámů forem, ale s rozměrově odlišnou součástkovou základnou, která neumožňovala vzájemnou zaměnitelnost dílů. Tyto normalizované systémy rámů vstřikovacích forem se velmi rychle prosadili u firem zabývajících se jejich výrobou. Práce v konstrukčních odděleních se tak urychlila, a soustředila hlavně na návrh tvářecích součástí forem, a ostatní deskové součásti, vodící a spojovací elementy pro výrobu forem se nakupovali. Dosáhlo se výrazného zkrácení doby výroby formy a následkem toho zvýšení produkce. Postupně se vývoj rámů forem ustálil na v několika velkých firmách, které měli prostředky na jeho vývoj a dosáhlo se tak určité normalizace rámů forem. Po roce 1980 se základní konstrukční systémy rámů forem do značné míry sjednotili a vznikly tři skupiny: • základní sestavy rámů forem • speciální konstrukce rámů forem • bezodpadové vtokové soustavy forem2

2.2 Popis funkčních částí vstřikovací formy

2.2

Vstřikovací forma je tvořena z několika komponent, které můžeme rozdělit do různých funkčních skupin: 2.2.1 Tvářecí komponenty vstřikovací formy Jsou to součásti formy obsahující tvarové dutiny, do nichž se vstřikuje požadovaný roztavený plastický materiál, který po ztuhnutí udává tvar finálnímu výstřiku (výrobku). Jsou to: tvárník, tvárnice, stírací pouzdra, různé tvarové vložky, které jsou součástí tvárníku nebo tvárnice a tvoří povrch složitějších částí výstřiku.

2.2.1

2.2.2 Rám vstřikovací formy Je to základní konstrukční stavba formy, říká nám jak bude veliká forma, jaké bude mít uspořádání jednotlivých komponent. Skládá se ze součástí tvořících nosnou konstrukci tvářecích dílů a ovládacích mechanismů formy, které zajišťují chod

2.2.2

2


strana 18


(otvírání a zavírání) formy na tvářecím stroji. Jsou to desky, vodící a spojovací prvky. 2.2.3

2.2.4

2.2.3 Vtoková soustava vstřikovací formy Je to souhrn všech vtokových kanálů a vtoků ve vstřikovací formě. Slouží k přivedení taveniny plastu z trysky vstřikovacího stroje do tvarové dutiny vstřikovací formy. Jsou to vtokové kanály, vtoky, vtoková ústí, různé konstrukce vtokových vložek, rozváděcích bloků a desek, vodivých trysek, torpéd a ventilů včetně topných elementů. 2.2.4 Vyhazovací systém výstřiku Je to funkční systém, zajišťující vyhození dostatečně ochlazeného výstřiku ven z formy. Používají se dva systémy a to rám formy s vyhazovacími deskami a vyhazovači, nebo rám formy se stírací deskou. Součásti vyhazovacího systému: válcové, trubkové a ploché vyhazovače, vyhazovací desky a součásti jejich vedení (vodicí sloupky, tyče, pouzdra), stírací desky, nárazníky, omezovače zdvihu, vzduchové ventily, apod. Další podskupinou vyhazovacího systému je vyhazování vtoku. Jedná o stejnou skupinu funkčních součástí jako u vyhazovacího systému výstřiku. Jejich úkolem je oddělit vtokový zbytek od výstřiku a vyhodit jej z formy. Skládá se ze stírací desky nebo lišty, přidržovačů a vytrhovačů vtoku, odtlačovacích čepů a pružin.

2.2.5

2.2.5 Ovládací mechanismy vstřikovací formy Používají se u složitějších typů konstrukce forem,kde je potřeba ovládat určité desky při otevírání a uzavírání formy. Většinou to jsou řetězové, hydraulické nebo pneumatické tahače, různé mechanické pohony (pohybové šrouby), zpožďovací mechanismy apod.

2.2.6

2.2.6 Temperační okruh vstřikovací formy Je to funkční skupina prvků zajišťující rozvod temperanční kapaliny ve vstřikovací formě. Jsou to nejrůznější typy hadic, náustků, kolen, přípojek, spojek a hrdel pro připojení těchto hadic k formě, stroji a popřípadě temperačnímu přístroji (regulátoru).

2.2.7

2.2.7 Řídící a regulační systémy vstřikovací formy Je to funkční skupina prvků zajišťující správnou teplotu formy pro tuhnutí plastické taveniny ve formě, tak aby nedošlo k degradaci materiálu, popř. zbytečně velkým deformacím výstřiku. Podstatnou většinu těchto řídících prvků má zabudován vstřikovací stroj, který zajišťuje správný chod formy. Kontroluje a řídí teploty temperační kapaliny a teploty formy. Jsou to různé typy snímačů, regulátorů a kontrolní aparatury.

0 ÚÚvod 2 Analýza současného stavu vstřikovacích forem

2.3 Konstrukční rozdělení vstřikovacích forem3

strana 19

2.3

V této kapitole se popisuje různá konstrukční řešení stavby vstřikovacích forem, kde jednotlivé řešení se mohou mezi sebou prolínat a vznikat tak složitější konstrukce forem. Nejdříve jsou zde uvedeny dvě základní konstrukční varianty vyhazovacího systému forem, které se používají ve všech dalších možných konstrukčních řešení. Toto rozdělení je uvedeno jako první z důvodu odlišného pracovního cyklu formy. Na těchto dvou různých konstrukčních typech formy je také popsán pracovní cyklus vstřikovací formy. • •

vstřikovací formy se studenou vtokovou soustavou vstřikovací formy s horkou vtokovou soustavou

• •

vstřikovací formy s vyhazovací deskou a vyhazovači vstřikovací formy se stírací deskou

•

vstřikovací formy s jednou dělící rovinou • vstřikovací formy se dvěmi dělícími rovinami 2.3.1 Konstrukční řešení vstřikovacích forem (příloha č.1) Nejjednodušší, a proto i nejpoužívanější jsou vstřikovací formy se studenou vtokovou soustavou, užívané pro svoji jednoduchou konstrukci převážně pro malé a střední série výrobků. U těchto forem probíhá proces vstřikování tak, že tavenina se tlakem vstřikovacího stroje vhání do rozváděcích kanálů a jimi se vede do tvářecích dutin formy. Rozváděcí kanály se stejně jako forma ochlazují a po ochlazení se ztuhlé výstřiky i s vtokovou větví automaticky vyhazují z formy, popřípadě u složitých tvarů výstřiku, kde není jiná možnost se ručně vyndávají (kombinace plastů a kovů na výrobku). Konstrukce takovéto formy může mít jednu, nebo dvě dělicí roviny, kde druhá dělicí rovina slouží k vyhazování vtokového zbytku. U těchto konstrukčních systémů forem vzniká při každém pracovním cyklu vtokový zbytek, který lze u většiny typů plastů znovu zpracovat a použít. Vyžaduje to však další náklady na drcení nebo mletí, popřípadě regeneraci a opětnou granulaci plastu. Čím menší je hmotnost výstřiku a vyšší násobnost formy, tím větší jsou také vtokové zbytky a náklady na výrobu. Tento problém řeší formy s horkou vtokovou soustavou, užívané hlavně pro hromadnou a velkosériovou výrobu. Vstřikovací jednotka stroje při použití takovéto soustavy vtlačuje taveninu do vyhřívaného rozváděcího bloku, rozváděcím kanálem se vede k tryskám a jimi se vhání do tvářecích dutin formy. V ústí toku je proud taveniny silně zaškrcen, kde vlivem teplotního rozhraní mezi horkou vtokovou soustavou a chladnější formou plast ztuhne a dojde k oddělení výstřiku. U těchto forem nevzniká vtokový zbytek při každém zdvihu formy, ale jen když dojde k zanesení rozváděcích kanálů nesprávnou teplotou, nebo při zastavení výroby výstřiků na formě. Všechny formy podobné konstrukce nazýváme formy s bezodpadovou vstřikovací soustavou.

3


2.3.1

strana 20

2.4


2.4 Pracovní cyklus vstřikovací formy Pracovní cyklus popisuje základní funkci formy. Začíná uzavřením formy, kdy stroj přitlačí k sobě obě části formy (levá strana je pohyblivá a vykonává pohyb, pravá strana je upevněna ke stroji a je k ní přitlačena vstřikovací tryska) předepsaným tlakem a poté dojde k vstříknutí taveniny do formy (fáze plnění a fáze dotlaku). Nastává chladnutí plastu ve formě, následné otevření formy a vyhození výstřiku ven. Pro podrobný popis pracovního cyklu, jsou zde uvedeny formy dvou různých konstrukčních řešení a mají proto trochu odlišný způsob vyhazování výstřiku ven z formy.

2.4.1

2.4.1 Forma s vyhazovacími deskami Tavenina plastu vytlačovaná z trysky stroje e, protéká vtokovou vložkou 35 do tvarové dutiny formy. Při rozevírání formy přidržuje vytrhovač vtoku 39 ztuhlý vtokový zbytek z vtokové vložky. Vtokový zbytek je zachycen kuželovitým rozšířením ve vytrhovači vtoku, kde dno tvoří válcový vyhazovač vtoku 30 ukotvený ve vyhazovací kotevní desce 12. Ve stejné vyhazovací desce jsou ukotveny také různé tvary vyhazovačů (válcové 30, 31 nebo ploché 97), jejichž čela tvoří část tvarové dutiny formy, a vratné kolíky k zhotovené z válcovacích vyhazovačů k zajištění správného návratu vyhazovacích desek do původní polohy při zavírání formy. Hlavy vyhazovačů se opírají o opěrnou vyhazovací desku 13. Obě desky jsou pevně spojeny šrouby a jsou opatřeny vodícími pouzdry se středěním 24. Pohybují se na vodících sloupcích 23 ukotvených v upínací desce 10 a v poloze uzavřená forma se opírají tzv. stop buttonama o upínací desku. V opěrné vyhazovací desce je vyrobena díra se závitem do které se našroubuje vyhazovací čep f stroje, který je takto pevně spojen s vyhazovacími deskami, ten vysune vyhazovací desky s vyhazovači proti směru rozevírání formy (doprava) o rozměr h. Vyhazovače vysunou výstřik d do volného prostoru otevřené formy. Při

Obr. 2.1 Vstřikovací forma s vyhazovacími deskami a – tvarová deska, b – vložková deska, c – opěrná deska


strana 21

zavírání formy se nejdříve vysune vyhazovací čep stroje, který je pevně spojen s vyhazovacími deskami, z formy a vyhazovací desky se přesunou zpět do základní polohy. Při selhání se o návrat vyhazovacích desek postarají vratné kolíky k opírající se v dělící rovině o pevnou část formy. Po uzavření formy může začít další vstřikovací cyklus. Obr. 2.2 Otevřená forma s vyhozením výstřiku

2.4.2

Forma se stírací deskou

Plnění formy taveninou je stejné jako u předcházející formy. Odstranění ochlazených výstřiků z formy se liší. Při rozevírání formy vytahuje přidržovač vtoku 36 ztuhlý vtokový zbytek z vtokové vložky 35 a rozváděcích kanálů. Vtokový zbytek je v něm přidržován zastříknutým tvarovým kuželíkem, zhotoveným na konci přidržovače. Druhý konec, opatřený hlavou, je upevněn šroubem 38 k vložkové desce a. Výstřik, spojený Obr. 2.3 vstřikovací forma se stírací deskou s vtokovým zbytkem, zůstává na tvárnících. Ve stírací desce b jsou volně uložená stírací pouzdra c tvořící část tvarové dutiny formy. K desce jsou přišroubovány vodicí tyče 34 uložené ve vodicích pouzdrech 20 a spojené s deskovým nárazníkem 29. Ještě než se upínací desky úplně rozevřou, narazí deskový nárazník na vyhazovací čep stroje a posune stírací desku b vpravo o rozměr h. Tato popisovaná konstrukční varianta se liší od dnešního typu konstrukce pružinami e, současná konstrukce formy se stírací deskou je odlišná vytvořením díry se závitem v deskovém nárazníku 29 a přišroubováním vyhazovacího čepu k desce. V minulosti vstřikovací stroje neměli ovládací mechanismus vyhazování a tak byli pružinové konstrukce rozšířené. Stírací pouzdra c strhnou výstřiky g z tvárníků a současně stírací pouzdro vtoku d strhne

2.4.2

strana 22


z přidržovače vtokový zbytek z. Ten i s výstřikem propadne do volného prostoru otevřené formy. Při zavírání formy nejprve ustoupí vyhazovací čep stroje a stírací deska b se přesune zpět do základní polohy tlakem pružin e umístěních mezi upínací desku a nárazník. Po uzavření formy může nastat další pracovní cyklus.

Obr. 2.4 Deskový nárazník ve vyhazovacím prostoru

Na obr.2.4 je deskový nárazník umístěn do vyhazovacího prostoru vytvořeného mezi deskami formy tvarovými rozpěrkami 14. Toto provedení je sice nákladnější a zvětšuje celkovou výšku formy, ale vyhazovací mechanismus je chráněn proti poškození.

Obr. 2.5 Otevřená forma se stírací deskou

2.5

2.5 Konstrukční systémy rámů forem4 Kromě různých konstrukčních řešení vyhazovacího systému stavby formy existují jak už bylo zmíněno, tři skupiny konstrukčních systémů rámů forem: -

2.5.1

základní sestavy rámů forem speciální konstrukce rámů forem bezodpadové konstrukce rámů forem

2.5.1 Základní sestavy rámů forem • •

4

kmenové sestavy rámů vstřikovacích forem stavebnicové sestavy rámů vstřikovacích forem


0 ÚÚvod 2 Analýza současného stavu vstřikovacích forem 2.5.1.1 Kmenové sestavy rámů forem Jsou to kompletní, předem sestavené rámy s různým stupněm vybavenosti dalšími součástmi, např. vtokovými vložkami, vyhazovači apod. Dodávají se převážně ve dvou základních typech: • •

strana 23

2.5.1.1

rámy s vyhazovacími deskami a vyhazovači. rámy se stíracími deskami.

Kmenové rámy forem se dodávají s maximálně možným dokončením, to znamená, že součásti jsou již vzájemně perfektně slícované. Stačí dokončit tvarové dutiny, vyhazování, temperační kanály a rozvody a osadit ovládací mechanismy. Tvářecí dutiny se zhotovují buď přímo do tvarových desek rámu, nebo se do rámů osazují vložky s tvarovými plochami – tzv. tvarové vložky. Základní sestavy kmenových rámů je možné doplňovat dalšími deskami nebo vyměnitelnými tvarovými bloky. Tvarový blok umožňuje využít rámu pro vstřikování několika tvarově a rozměrově podobných výstřiků. Po ukončení výroby jednoho druhu výstřiku se vymění jen předem zhotovený tvářecí blok, základní rám se nemění. 2.5.1.2 Stavebnicové sestavy rámů forem Stavebnicové sestavy rámů forem se vyznačují tím, že umožňují kromě již jmenovaných základních typů sestavovat libovolná konstrukční řešení forem. Ponechávají tak konstruktérovi mnohem více tvůrčí volnosti. Součásti stavebnicových systémů nejsou již v takové míře dokončeny jako u kmenových rámů–univerzální desky. Tím se zvyšuje jejich univerzálnost, snižuje se počet různých provedení a zvyšuje se četnost součástí, což znamená jejich efektivnější výrobu.

2.5.1.2

Většinou se jedná o desky s jen vyvrtanými dírami pro vodící sloupky a pouzdra. U kmenových rámů jsou již umístěny i vratné kolíky, trhač vtoku a šrouby pro montáž pohyblivé části formy. Opět to jsou rámy s vyhazovacími deskami, nebo se stírací deskou. 2.5.2 • •

Speciální konstrukce rámů forem

2.5.2

rámy čelisťových vstřikovacích forem rámy vytáčecích vstřikovacích forem

2.5.2.1 Rámy čelisťových vstřikovacích forem Tyto formy se využívají pro vstřikování součástí s různými výstupky, oboustrannými přírubami (např. cívky), nebo s vnějšími závity. Pro vyjímání výstřiku z formy je forma opatřena druhou dělicí rovinou kolmou na upínací desky. Rámy čelisťových forem jsou řešeny tak, že k základnímu typu kmenového nebo stavebnicového rámu se připojují další normalizované celky nebo součásti, jako čelisti, vodítka, rozvírací mechanismy apod.

2.5.2.1

strana 24


Obr. 2.6 Čelisťová konstrukce formy

Stavebnicová konstrukce rámu je na obr.1.5.2.1.1, kde rám formy s vodícími sloupky a pouzdry, opěrkami, šrouby je ze základní stavebnice a přídavná čelisťová část rámu je řešena jako sestavný komplet s přídavky na slícování. Skládá se z uzavíracího bloku 1, opěrných lišt 2, mezidesky 3, vodítek 4, páru čelistí 5, šikmých vodících sloupků 6. Čelisti se používají v dodávaném stavu, nebo se mohou tepelně zpracovávat až na tvrdost HRC 62. Ovládání čelistí se řeší individuálně, je možné použít šikmých vodících sloupků, nebo posouvacích mechanismů, popřípadě speciálních úprav (např. ovládání pomocí speciálním kulisovým mechanismem). Na obr.2.7 je zobrazeno ovládání čelistí posouvacím mechanismem: 1. 2. 3. 4.

uzavírací blok čelist ozubené tyče držáky mechanismu

Obr. 2.7 Ovládací mechanismus čelistí

2.5.2.2

2.5.2.2 Rámy vytáčecích vstřikovacích forem Jsou to formy pro výrobu výstřiků s vnitřními závity, u kterých je nutné vyšroubovat z výstřiku před jeho vyhozením tvárník. K tomuto účelu musí být formy vybaveny pohonem pro rotační pohyb tvárníků. Rotační pohyb je většinou odvozen od přímočarého pohybu zavíracího mechanismu vstřikovacího stroje. Přímočarý pohyb stroje se mění na točivý pohybovým šroubem se strmým závitem a pohybovou maticí, spojenou s hnacím ozubeným kolem. To pak pohání ozubená kola tvárníků buď přímo, nebo přes vložené ozubené kolo (podle určení násobnosti formy). Na obr. je konstrukce stavebnicového rámu vytáčecí formy, kde do stavebnicovitého rámu základního provedení jsou vloženy další desky s ukotvenými součástmi pohonu tvárníků. Tvárníky s ozubenými koly se dodávají bez tvarového zakončení, tj. bez závitu jako polotovary. Nevýhodou všech vytáčecích forem je složitá konstrukce převodových mechanismů. Pohybový šroub s maticí je velmi silně namáhán a rychle


strana 25

se opotřebovává. Pracovní cyklus do značné míry prodlužuje čas, potřebný k vyšroubování tvárníku z výstřiku. 1. nosná deska převodu 2. krycí deska převodu 3. valivé ložisko 4. pohybový šroub 5. pohybová matice 6. tvárník s ozubeným kolem 7. vložené ozubené kolo Obr. 2.8 Rám vytáčecí formy s vloženým ozubeným kolem a bezodpadovou vtokovou soustavou

2.5.3 Bezodpadové konstrukce rámů forem Základní rozdělení bezodpadových konstrukcí rámů je v diagramu – příloha č.2. Na předchozích stránkách popisované konstrukční systémy (základní sestavy a speciální konstrukce rámů) patří do již zmiňované skupiny forem se studenou vtokovou soustavou.

2.5.3

Formy s bezodpadovou vtokovou soustavou tvoří formy s tzv. horkou vtokovou soustavou a jsou výsledkem neustálé snahy o co nejvyšší automatizaci a mechanizaci vstřikovacích procesů a samozřejmě také vzhledem k cenám plastů donuceným vývojovým prvkem. Protože tyto formy nemají vtokových zbytek, tak zanikají i dodatečné úpravy po ústí vtoku na výstřiku, ale hlavní důsledkem jsou odpadající náklady na opětovné obnovení použitelnosti materiálu z vtokového zbytku. 2.5.3.1 Formy s izolujícími kanály •

bez ohřívaného ústí vtoku

Mají rozváděcí bloky pracující s teplotami nižšími, než je bod tavitelnosti zpracovávaného plastu. Rozváděcí kanály vedoucí k jednotlivým tvarovým dutinám formy mají velký průřez. Proudící tavenina se na chladných stěnách kanálu ochlazuje a vytváří tepelně izolující vrstvu ztuhlého plastu ve formě trubky. Uvnitř této trubky proudí horký plast. V místě kuželovitého ústí vtoku plast rychle ztuhne a při vyhození výstřiku se vtok oddělí. Při dalším vstřiku se ústí vtoku horkou taveninou pod vstřikovacím tlakem opět otevře.

2.5.3.1

strana 26


1. upínací deska 2. rozváděcí deska 3. rozváděcí deska 4. vtoková vložka 5. tryska 13. svorka 15. izolační deska a – dělící rovina výstřiku b – dělící rovina vtokové větve k – rozvodný kanál Výhody této konstrukce: - relativně nízké náklady na výrobu (oproti soustavám s ohřívaným způsobem ústí vtoku). - nižší spotřeba energie (nepotřebuje regulační přístroje k řízení teploty formy). nepodléhá znatelným Obr. 2.9 Forma s izolujícími kanály bez ohřívaného ústí vtoku roztažnosti. - velmi dobrá těsnost proti taveniny. - snadný a jednoduchý přechod na jiný druh nebo barvu plastu.

vlivům unikání

Nevýhody této konstrukce: - časově omezené vstřikovací cykly, doba mezi dvěma výstřiky nemá být delší než 20 s. - vyžaduje nepřetržitý provoz; při krátkodobém přerušení nebo při delším cyklu než 20 s, může částečně ztuhlá tavenina vniknout do formy a negativně ovlivnit kvalitu výstřiku. - při delším přerušení ztuhne tavenina v celém průřezu rozváděcího kanálu a musí se vyjmout ztuhlá vtoková větev (proto se tyto typy konstruují tak, aby se daly snadno a rychle rozvírat přímo na vstřikovacím stroji). - při větším kolísání vstřikovací teploty dochází ke strhávání plastu z izolující vrstvy (ovlivnění kvality výstřiku). •

s ohřívaným ústím vtoku

Pracují na stejném principu s tím rozdílem, že není nutné dodržovat tak omezeně vstřikovací cykly, ale nedovoluje je ani moc prodlužovat. Teplo se do prostoru ústí vtoku dodává válcovým topným tělískem uloženým v torpédu, které tímto zamezuje ztuhnutí materiálu v ústí vtoku do té míry, aby bylo možno plast prostříknout do tvarovací dutiny. Nevýhodou tohoto řešení je neustálá teplota vstřikování taveniny v ústí vtoku; to má za příčinu tendenci vystřelovat hmotu do tvarové dutiny během jednotlivých cyklů.

0 ÚÚvod 2 Analýza současného stavu vstřikovacích forem a) dělící rovina výstřiku b) dělící rovina vtokové větve (rozváděcího kanálu) 1 – upínací deska 2 – rozváděcí deska 4 – vtoková vložka 9 – torpédo 10 – válcové topné těleso 12 – zarážka torpéda

Obr. 2.10 Forma s izolujícím rozvodovým kanálem a ohřívaným ústím vtoku

•

s ohřívaným uzavíratelným ústím vtoku

V době, kdy nepůsobí vstřikovací tlak uzavře torpédo ústí vtoku tlakem pružiny a tím zamezí vystřelování taveniny do tvarové dutiny. Vstřikovací tlak při dalším cyklu odtlačí torpédo a otevře ústí vtoku. Výhodou je, že umožňuje prodloužení vstřikovacího cyklu až do doby degradace materiálu. Narůstá ovšem spotřeba energie a náklady na výrobu (topné tělíska, torpéda, regulace teploty). Naopak nevýhodou je, že vlivem vysokých teplot je zde velmi namáhaná pružina, což má za následek její zmenšenou trvanlivost. 1 – upínací deska 2,3 – rozváděcí deska 4 – vtoková vložka 6 – předkomorová vložka

Obr. 2.11 Forma s izolujícím rozváděcím kanálem s ohřívaným uzavíratelným ústím vtoku

7 – tvárnice 8 – vyhazování vtokové větve 9 – torpédo

strana 27

strana 28


10 – válcové topné těleso 11 – pružina torpéda 12 – zarážka torpéda 13 – svorka 2.5.3.2

14 – přípojka elektrického vedení 15 – izolační deska 16 – vodící pouzdro torpéda

2.5.3.2 Formy s ohřívanou vtokovou soustavou •

Vtokové soustavy s vnějším ohříváním rozvodu

Uložení rozváděcího kanálu je provedeno do ohřívaného rozváděcího bloku nebo desky. Rozváděcí blok je vložen mezi tvarovou a upínací desku formy. Jsou v něm vyvrtány rozváděcí kanály, do kterých přestupuje teplo z topných elementů, které jsou taktéž umístěny v rozváděcím bloku. Pro tyto vtokové soustavy existuje celá řada konstrukčních řešení ústí vtoku: otevřené ústí vtoku, ohřívané otevřené ústí vtoku, uzavíratelné ústí vtoku. Pro jejich značnou podobnost s konstrukčním řešením forem s izolovanými kanály je nebudu popisovat. Rozdíl oproti formám s izolovanými kanály je v co největší izolaci rozváděcího bloku od zbývajících částí formy, a tím zamezení přechodu tepla. Nevýhodou těchto vtokových systémů je délková roztažnost rozváděcího bloku po zahřátí na tvářecí teplotu. Z tohoto důvodu je nutné provádět výpočty, zvláště u použití kombinace s tryskou, kde je nutné dávat pozor na pohyb hrotu trysky při chladnutí, nebo naopak při ohřevu formy, aby se nepoškodil hrot trysky nebo nepřeváděl teplo do předkomorové vložky, což by mělo za následek chybnou funkci systému.

Obr. 2.12 Různé konstrukční řešení rozváděcích bloků

a) rozváděcí blok s válcovými topnými tělesy b) rozváděcí blok s topnými deskami c) rozváděcí blok s topnými tyčemi

0 ÚÚvod 2 Analýza současného stavu vstřikovacích forem •

Vtokové soustavy s vnějším ohříváním rozvodu blokovými tryskami

V tomto systému rozvodu taveniny se teplo přenáší z mohutných ohřívaných blokových trysek z vysoce vodivé slitiny mědi do rozváděcího bloku a k vtokové vložce tedy opačně, než u předchozích sestav. Potřebnou tepelnou rovnováhu zajišťuje velká hmotnost tepelně vodivých součástí rozvodu. Tento systém je efektivní z hlediska funkční pohotovosti, provozní spolehlivosti a rychlosti dosahování provozní teploty, vhodný pro zpracování plněných plastů. Výrobní náklady jsou ovšem velké oproti ostatním systémům bezodpadových soustav (značné použití drahých kovů). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

deska formy tvárnice tvárník bloková tryska rozváděcí blok vtoková vložka rozpěrný izolační kroužek 8. tyčové topné těleso 9. středící kroužek 10. ocelový těsnící kroužek 11. šroub

Obr. 2.13 Vtoková soustava s blokovými tryskami MOLD MASTERS

•

Vtokové soustavy s vnitřním ohříváním rozvodu

Přívod tepla do taveniny vtokové soustavy je zajištěn topným elementem, uloženým uprostřed rozváděcího kanálu, který je obtékán taveninou až k vtokovému ústí, ve kterém je umístěna ohřívaná tryska. U systémů s nepřímým přestupem tepla je přestup tepla veden stěnou vložené topné trubky, u systémů s přímým přestupem tepla z povrchu topného elementu. Jeden z hlavních faktorů ovlivňující zvolený druh konstrukce vstřikovací formy je produkce vyráběné součásti. Závisí na ní volba násobnosti, životnosti a koncepci řešení. Konstrukční řešení formy velmi podstatně ovlivňuje ekonomickou stránku výroby. Pro malé výrobní série a krátkou dobu výroby jsou navrhovány formy co nejjednodušší a nejlevnější, pro hromadnou výrobu výstřiku formy s vysokou životností, vyšší násobností, s automatickým vyhazováním výstřiku a minimálními vtokovými zbytky.

strana 29

strana 30


1 - rozváděcí blok 2 - rozváděcí kanál 3 - topný element 4 - vyhřívané torpédo 5 - vtoková vložka

Obr. 2.14 Vtoková soustava s vnitřním ohříváním rozvodu

2.6 2.6.1

2.6 Teoretická část – plastické materiály 2.6.1 Základní rozdělení plastů5 Plasty jsou makromolekulární látky = POLYMERY. Jejich struktura i chování je jiné než u kovů, jsou tvořeny makromolekulárními řetězci, tj. dlouhými molekulami s opakujícími se základními strukturními jednotkami, a tyto řetězce mohou nebo nemusí být mezi sebou propojeny chemickými vazbami. Lineární polymery – mají makromolekulární řetězce buď hladké, nebo s bočními chemickými skupinami – rozvětvené polymery. Tyto řetězce jsou následkem tepelného Brownova pohybu prostorově nepravidelně uspořádané, což představuje pro plasty typickou amorfní strukturu. U lineár.polymerů (většinou s hladkou strukturou řetězců) mohou vznikat pravidelné uspořádání makromolekul mezi amorfními oblastmi – krystalické útvary ⇒ semikrystalická struktura. Zesíťované polymery – mají řetězce příčně propojené chemickými vazbami (prostorová trojrozměrná síť). Dodáváním tepelné energie zvětšuje tato síť svou pohyblivost, ale řetězce se od sebe neoddělí, tyto plasty se nedají roztavit. Zesíťování nastává při až při tváření plastu vlivem tepla a tlaku (popř. působením katalyzátorů). Tyto plasty se nazývají REAKTOPLASTY. Jsou amorfní, příčné chemické vazby nedovolují těsné uložení řetězců. TERMOPLASTY – jsou to polymery, u kterých se při ohřevu (Brownův pohyb) rozkmitávají úseky makromolekul a energie tohoto kmitání působí proti soudržným mezimolekulárním silám. Dochází ke změknutí plastu, popř. se stává viskózně tekutým.

5

Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 12 s.


2.6.2

strana 31

Mechanické chování plastů6

2.6.2

Teplota skelného přechodu Tg - hranice mezi stavem sklovitým (tuhým) a viskózním (kapalným). Mezi těmito stavy ještě existuje pro plasty charakteristický stav kaučukovitý. Sklovitý stav (pod Tg) – platí zde Hookův zákon lineární úměrnosti napětí a deformace. Polymer je v tomto stavu tvrdý a křehký. Dochází k pružným deformacím. Oblast skelného přechodu (kolem Tg) – hmota měkne, modul pružnosti klesá, schopnost tlumit vibrace a rázy dosahuje maxima, deformace se zvětšují. Kaučukovitý stav (nad Tg) – při mechanickém napětí po určité době dochází k rozvinutí řetězců, po uvolnění napětí dochází opět k neuspořádanému stavu. Tato zpožděná elastická deformace se nazývá viskoelastická deformace. Amorfní termoplasty a elastomery jsou v tomto stavu měkké a pružně tvárné, semikrystalické termoplasty jsou pevné a houževnaté, reaktoplasty měknou jen nepatrně. Oblasti nejčastějšího funkčního použití plastů jsou u reaktoplastů a amorfních termoplastů ve stavu sklovitém, u elastomerů a semikrystalických termoplastů ve stavu kaučukovitém. RP – reaktoplasty kTP – semikrystalické

log E ( MPa )

termoplasty EL – elastomery aTP – amorfní termoplasty

RP kTP EL aTP

Tg

Tf

Tm

T ( °C ) Graf 2.1 Schéma závislosti modulu pružnosti různých skupin plastů na teplotě

6

Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 13 s.

strana 32


Přísady (plniva) -

účelně mění vlastnosti základního polymeru. prášková (mění fyzikální vlastnosti). vláknitá (vyztužují hmotu a podstatně zvětšují její pevnost a modul pružnosti). změkčovadla (pro tvrdé polymery – získání měkkosti a ohebnosti). barviva. stabilizátory (zlepšují odolnost polymeru proti oxidaci, zvýšeným teplotám, ultrafialovému záření). nadouvadla (uvolňují při zpracování plyny → pěnová struktura hmoty).

Vlastnosti - technologické podmínky při výrobě součásti jako teplota taveniny, teplota formy, tlaky, vstřikovací rychlost, atd. mají velký vliv na výsledné vlastnosti daného termoplastu. Ovlivňují hustotu, rozměry, vnitřní pnutí hotové součásti. Krystalinita – podmínky při zpracování semikrystalických termoplastů ovlivňují velikost krystalických útvarů – sferolitů, a procento krystalinity. Čím je krystalinita vyšší, tím vyšší je pevnost, modul pružnosti, odolnost proti opotřebení, tvarová stálost za tepla, naopak se zmenší tažnost, rázová a vrubová houževnatost. Molekulární orientace – při vstřikování termoplastu do formy dochází v kanálech a tvarových dutinách k orientaci makromolekul, řetězce se srovnávají ve směru proudění taveniny. Což má za následek anizotropii vlastností hmoty, pevnost je ve směru orientace makromolekul vyšší atd.. Pokud se termoplast používá nad teplotou Tg dochází postupně k pozvolné dezorientaci těchto makromolekul, z čehož vyplývá, že dojde ke smrštění ve směru orientace s následkem nepravidelné malé deformace hotové součásti, ve stavu sklovitém může dojít ke vzniku trhlinek v oblastech vysokého pnutí. Smrštění při tváření – pro každý typ plastu existují tabulkové hodnoty. Tyto hodnoty se dají ještě upřesnit, protože závisí nejen na materiálu, ale i na tvaru výrobku, na druhu a umístění vtoku a technologických podmínkách (teploty, tlaky, časy). Smrštění při tváření měříme 24 hodin po vyjmutí výrobku z formy při t = 20 °C a ϕ = 65%.

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást

3

NÁVRH KONSTRUKCE A ANALYTICKÉ KONSTRUKČNÍ VÝPOČTY FORMY PRO ZADANOU SOUČÁST

3.1 Zadání pro konstrukci vstřikovací formy dané součásti Tato diplomová práce mi byla zadána firmou Isolit – BRAVO, spol. s r.o., kde mi bylo také umožněno ji vypracovat. Firma Isolit – BRAVO, spol. s r.o., je poskytovatelem služby pro automobilovou firmu Automotive Lighting, GmbH, kde poskytovanou službou je výroba formy pro zadanou součást a výroba samotné součásti. Mým zadáním ve firmě byla konstrukce této formy. Zadání bylo dáno: zadávacím listem, technickým výkresem součásti, 3D modelem součásti (CATIA). Zadávací list (příloha č.3) obsahuje informace dodané zákazníkem a doplněné fy Isolit – BRAVO. Jsou zde základní údaje ohledně konstrukce formy, které zákazník požaduje. Jako konstruktér jsem byl povinen se těmito údaji řídit a byli pro mě základním vodítkem při návrhu formy. Jedná se o tyto informace: - typ lisu na kterém se bude zadaná součást vstřikovat, - násobnost formy, - materiál pro vyráběnou součást, - základní smrštění součásti, - zvolený druh vtoku, - množství roční výroby, - vnitřní firemní označení zakázky a data s ní spojené (číslo zakázky, termín dokončení, atd.). Technický výkres (příloha č.4) součásti je doplněn o důležité údaje, které se vztahují k výrobě formy. Jedná se především o požadavky na kvalitu výstřiku, např. určité části výstřiku musí splňovat zadanou přesnost a kvalitu povrchu. Na výřezu z technického výkresu výstřiku je zobrazen detail s požadavky na určité rozměry. Kóta v oválném rámečku značí funkční rozměr a kóta v oválném rámečku s písmeny SPC značí statisticky měřený rozměr. Technický výkres obsahuje: - rozměry a tolerance podle ISO norem. - materiál, požadovaný barevný odstín a hmotnost výstřiku. - označení ploch s různými nápisy, označení -

vzhledových ploch. dále zadávací technický výkres může obsahovat označení dělících ploch, či požadovaného umístění ústí vtoku.

Obr. 3.1 Detail z výkresu výstřiku

strana 33

3

3.1

strana 34

3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást

3D model součásti se použije při tvorbě formy v systému PRO/ENGINEER, který je ve firmě používán v konstrukčním oddělení. Pomocí tohoto modelu se vytvoří tvarové dutiny formy. Postup při práci s tímto CAD/CAM/CAE systémem je popsán v dalším bodě této diplomové práce.

Obr. 3.2 3D model zadané součásti

3.2

3.2 Vlastnosti materiálu součásti PBT GF 30, Crastin SK 605 natur7 PBT (PBTP) – polybutylentereftalát, semikrystalický termoplast, má poněkud nižší pevnost a vyšší houževnatost oproti polyalkylentereftalátům (skupina lineárních polyesterů, do které, patří PBT (PBTP), PET (PETP)), rozměrově přesný a stabilní, s velkou mezí únavy. Nízký součinitel tření za sucha a dobrá odolnost proti opotřebení. Je odolný proti řadě uhlovodíků, olejům, pohonným směsím, slabým kyselinám a zásadám, neodolává horké vodě a chlorovaným uhlovodíkům. Má dobré elektroizolační a dielektrické vlastnosti. Teplotě odolný od –60 °C do +100 °C. Používají se na výrobu ozubených kol, ložisek, kluzných prvků, nosných těles. PBT plněné sekanými skleněnými vlákny mají značně vyšší pevnost a tuhost, nachází své uplatnění pro přesné a značně namáhané součásti. Následující hodnoty (tabulky, grafy) byly zjišťovány na zkušebních tělískách za přesně definovaných technologických podmínek, proto jsou pouze orientačními výchozími hodnotami, které mohou být zkresleny tvarem výlisku, linearitou makromolekulárních řetězců, krystalinitou a technologickými podmínkami při zpracování. 8

Tab. 3.1 Porovnání PBT a PBT+30%SV

PBT PBT+30%SV

Obchodní označení

Hustota (g.cm-3)

Smrštění při tváření (%)

Stupeň hořlavosti

Tvrdost podle Brinella (při 23°C)

Ultradur(BASF) Alox(GE)

1,29

1,7-2,3

3

100-140

0,5-1

2

140-230

0 – nehoří, 1 – samozhášivý, 2 – hoří velmi pomalu, 3 – hoří pomalu, 4 – hoří rychle

7 8

Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 24 s. Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 33 s.

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást Tab. 3.2 Mech. vlastnosti při t = 20 °C.

σKt, σPt (Mpa)

9

Houževnatost Tažnost δ Houževnatost ráz. an (kJ.m-2) vrub. ak (kJ.m-2) (%)

E (Mpa)

PBT

50-60 (σKt)

2600-2800

100-200

N

4-5

PBT+30%SV

110-150 (σPt)

11 000

2-3

40-45

10

N – zkušební tyč se nezlomí 10

Tab. 3.3 Tepelné vlastnosti. Měrná tepelná kapacita cp (kJ/kg.K)

Tepelná Krátkodobá Dlouhodobá vodivost λ teplot.mez teplot.mez (W/m.K) (°C) (°C)

Teplota Křehnutí (°C)

Tvarová stálost za tepla R 75/A (°C)

PBT

1,0

0,25

170

110

-60

70

PBT+30%SV

0,9

0,32

170

110

-60

200

R 75/A → metoda ISO/R75: plastová tyčinka podepřená na obou koncích se zatěžuje uprostřed takovou silou, aby vzniklo teoretické ohybové napětí 1,85 Mpa → výsledek: při určité teplotě dosáhne tyčinka předepsaného průhybu. Zkouška se provádí v olejové lázni. Tab. 3.4 Elektrické vlastnosti při t = 20 °C.

PBT PBT+30%SV

11

Měrný odpor

Elektrická pevnost (kV/mm)

vnitřní (Ω.cm)

povrchový (Ω)

24 34

1016 1016

1014 1014

Zvyšováním teploty klesá u všech plastů pevnost a modul pružnosti, mizí mez kluzu. Vzhledem k tomu že PBT obsahuje 30% SV (skleněná vlákna) stává se z něho tvrdý plast bez meze kluzu. U tvrdých plastů se dovolené napětí σDt vztahuje k mezi pevnosti σPt: σDt = σPt / k. Za teploty T = 20 °C se přibližně volí k = 1,25. Stejně tak u plastů měkkých se mez kluzu nevyskytuje, zde ale uvažujeme dovolené napětí jako napětí, při kterém vzniká trvalá deformace 1 %. U většiny semikrystalických termoplastů vzniká výrazná mez kluzu, tuto mez bereme jako horní přípustnou hranici namáhání: σDt = σKt / k, kde k volíme k = 2,5.

9

Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 39 s. Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 71 s. 11 Viz. ING. KOLOUCH, J.; Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 75 s. 10

strana 35


Graf 2.1

Graficky znázorněná hodnota σPt byla zjišťována tahovou zkouškou za deformační rychlosti 2-5 % za minutu. Při větších deformačních rychlostech materiál křehne: napětí σPt by narůstalo a tažnost δ by klesala.

Závislost charakteristického napětí σPt, na teplotě pro PBT+30%SV 140 120

σPt (MPa)

100 80 60 40 20 0 0

40

80

120

160

T (°C)

Graf 2.2

Z á v is lo s t m o d u lu p r u ž n o s t i v t a h u E n a te p lotě T 14 000

PBT +30% S V PBT

12 000 10 000 E (MPa)

strana 36

8 000 6 000 4 000 2 000 0 -4 0

0

40

80

T (°C )

120

160

V oblasti skelného přechodu PBT (PBT+30%SV), tj. při teplotě Tg, nastává náhlý pokles modulu pružnosti E. Na posun hranice oblasti skelného přechodu mají vliv změkčovadla, přísady (skleněná vlákna,atd.), u navlhavých plastů obsah vody.


3.3 Návrh konstrukce vstřikovací formy

strana 37

3.3

Po zapracování se v konstrukčním oddělení firmy, tj. seznámení se s vnitřní metodikou konstruování v systému PRO/Engineer, konstrukčními návyky a pravidly v oblasti vstřikovacích forem, se jako první krok navrhla dělicí rovina na modelu součásti a velikost rámu formy vzhledem k rozměrům součásti. Tyto základní a prvotní parametry formy jsem konzultoval s hlavním konstruktérem p.Čermákem, který mi byl zvolen jako odborný poradce pro diplomovou práci. Po dohodě a upřesnění jsem navrhl rám formy.

3.3.1 Volba velikosti rámu formy Při volbě velikosti rámu se vychází z velikosti výrobku (výstřiku), tzn. velikosti dutin ve formě a jejich počtu – násobnost formy. Tyto údaje jsou obsaženy v zadávacím listu nástroje (příloha č.1). V Isolit – BRAVO, spol. s r.o., kde jsem vykonával svou diplomovou práci se pro konstrukci forem používají stavebnicové rámy forem od firmy DME. Po konzultaci, jak jsem zde již zmínil jsem zvolil rám z katalogu DME (příloha č.5) a to rám:

3.3.1

L 156 x 156 mm Euro-standard

Obr. 3.3 Typ zvoleného rámu z katalogu DME

3.3.2 Volba jednotlivých desek formy Poté co se vybere základní velikost rámu formy, vyberou se postupně jednotlivé desky z katalogu určené pro typ rámu L 156 x 156 mm Euro-standard.

3.3.2

3.3.2.1 Tvárník, tvárnice Jako první desky se vybírají tvárník a tvárnice. Jak už sem zmínil tloušťka těchto desek je vybrána s ohledem na velikost výstřiku, tzn. Je zapotřebí ponechat dostatečnou délku pod dutinou tvaru pro tvarové (ploché) vyhazovače. V katalogu jsem měl na výběr ze dvou nabízených možností, a to buď desky označené L 35/156-156, 35/156-156 nebo desky L 40/156-156. Rozdíl mezi těmito dvěma komponenty je ve velikosti děr na vodící pouzdra pro vodící sloupky, na kterých forma vykonává pohyb při pracovním cyklu (otevírání a zavírání formy). Zatímco desky pod označením L 35/156-156 mají díry vyhotovené na rozměr Ø 20 H7, desky L 40/156-156 mají Ø 19.7 mm.

3.3.2.1

strana 38


První typ desek (L 35) s vystruženým průměrem děr se používá do forem, kde tato deska slouží jako rám do kterého se vkládají kalené tvarové vložky. Z toho vyplývá, že tento rám se už nebude tepelně upravovat a tak nedojde k deformacím, které by mohly ovlivnit přesné vedení formy. Druhý typ se používá pro formy tam, kde je tato deska přímo částí tvarové dutiny výstřiku. Tzn. poté co se na ní provedou všechny tvarové úpravy obráběním, se tato deska tepelně upravuje,a to kalením. Poté se dokončí přesné soustružení vodicích děr. Z tohoto katalogu jsem zvolil pro tvárník desku L 40/156-156 o tloušťce 36 mm a pro tvárnici desku L 40/156-156 o tloušťce 46 mm. Vzhledem k velikosti vstřikované součásti jsem provedl úpravu návrhu stavby této formy. Finančně (nákup desek) i časově (výrobní časy) bylo výhodné vypustit z katalogového navrhovaného modelu upínací desku na pravé straně (pevné části) formy. Proto má tvárnice tl. 46 mm a plní tak funkci jak tvárnice, tak upínací desky. Obě dvě desky jsem zvolil z materiálu 1.2343, což je označení z německých norem DIN. Materiály na jednotlivé desky formy jsem vybíral z firemní tabulky (příloha č.6), kde součástí této tabulky je i převod označení materiálů z DIN do ČSN. 3.3.2.2

3.3.2.2 Upínací deska Zde katalog nabízí ze tří možností výběru upínacích desek. První dvě varianty jsou desky které mají vždy jeden ze základních rozměrů větší, druhá varianta má větší rozměr o 90° pootočen vůči první, a třetí varianta má základní rozměry rámu, tj. 156 x 156 mm. Tyto zvětšené rozměry slouží k upnutí formy do vstřikovacího stroje (lisu). U třetího typu se vyfrézují upínací drážky do boku upínacích desek, za které je forma upnuta. Vzhledem k mé modifikaci stavby formy, kde jsem nahradil na pevné části formy upínací desku přímo tvárnicí, jsem si vybral třetí variantu – desku L 30/156-156 o tl. 22 mm, materiál 1.1730. Tato deska nemá na rozdíl od desky L 25/156-156 válcové vybrání pro středící kroužek. Má zhotoveny díry pro středící pouzdra o Ø 20 H7 [mm] a díry s válcovým zahloubením pro hlavy spojovacích šroubů M10 k upevnění pohyblivé části formy. Obr. 3.4 Upínací drážky na zadané formě

3.3.2.3

3.3.2.3 Opěrná deska U výběru podpěrné desky jsem měl na výběr ze dvou možných variant a to desky o tl. 27 mm a 36 mm. Opět rozhodovala velikost výstřiku, zvolil jsem desku L 45/156156 o tl. 27 mm, materiál 1.1730.

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást 3.3.2.4 Rozpěrky Zde bylo důležité při výběru rozpěrek zajistit, aby mezi kotevní vyhazovací deskou a podpěrnou deskou byl zajištěn potřebný délkový rozměr pro vyhození výstřiku. Tzn. vybrat rozpěrky o takové výšce,aby vyhazovací desky s vyhazovači měli potřebný prostor pro pohyb k vyhození výlisku. Vybral jsem rozpěrky L 50/156-156 o výšce H = 46 mm, materiál 1.1730. Rozpěrky mají zhotovené vystružené díry Ø 20 H7 [mm] pro středící pouzdra a Ø 11 [mm] pro spojovací šrouby.

strana 39

3.3.2.4

Obr. 3.5 Řez z výkresu sestavy, s kótou znázorňující popisovaný rozměr L = 17 mm

3.3.2.5 Vyhazovací kotevní deska Tato deska slouží k ukotvení hlav vyhazovačů. Katalog nabízí jen jednu tloušťku pro desku L 55/156-156 a to desku o tl. 9 mm, materiál 1.1730. Tato deska má již předvrtané díry se závitem M8 pro montáž s vyhazovací deskou opěrnou.

3.3.2.5

3.3.2.6 Vyhazovací opěrná deska S kotevní deskou tvoří soustavu vyhazovacích desek sloužících k vyhození výlisku z formy. Opěrná deska zajišťuje upevnění vyhazovačů a dorazových kolíků. Vybral jsem desku L 60/156-156 o tl. 17 mm a materiálu 1.1730, která má zhotoveny závity M4 pro tzv. stop buttony (popis v kap.3) a díry s válcovým zahloubením pro hlavy šroubů M8 k montáži s kotevní vyhazovací deskou.

3.3.2.6

3.3.2.7 Vodící sloupky Vodící sloupky zajišťují otevření a uzavření formy při pracovním cyklu. Jsou upevněny v pevné části formy. Vybral jsem vodící sloupek R 01 46-14/15 x 35. Kde R 01 je typové označení, 46 [mm] je délka části sloupku v tvárnici, 14/15 [mm] jsou průměry vodících částí. Vzhledem k velkým nárokům na přesnost slícování hotové formy, což vyžaduje ruční úpravy před uvedením do provozu, se vždy volí 3 sloupky o stejném průměru a čtvrtý o průměru jiném. Toto konstrukční zpracování zaručí jak při výrobě formy, tak i při její údržbě tomu, aby se jednotlivé desky při opětovné montáži formy vždy nasadily na středící a vodící prvky ve správné poloze. Číslice 35 [mm] vyjadřuje délku vodící části sloupku, po které dochází k pohybu pohyblivé části formy.

3.3.2.7

strana 40


Další vodící sloupky vyžaduje vyhazovací systém, zde fy DME nedodává sloupky požadovaných rozměrů k tomuto rámu (L 156 x 156 mm Euro-standard) a tak jsem vybíral z katalogu fy HASCO. Opět volím jeden sloupek s větším průměrem a jeden s menším, čímž zajišťuji správné umístění vyhazovacích desek při opětovných montážích. 3.3.2.8

3.3.2.8 Vodící pouzdra Jsou to opět vodící prvky, které tvoří rám vstřikovací formy. Jsou umístěny v tvárníku. R 04 22-14/15 označení pouzdra, které jsem vybral. R 04 je typové označení, 22 [mm] je číslice vyjadřující délku pouzdra v tvárníku, 14/15 [mm] jsou vnitřní průměry vodících pouzder 3 x 15 mm, a 1 x 14 mm. Dále jsem zde vybral vodící pouzdra typu R 05 20 x 80, která jsem použil jako pouzdra středící k vystředění desek na pohyblivé části formy. R 05 je typové označení, 20 [mm] vnější průměr pouzdra, 80 [mm] délka pouzdra. Další vodící pouzdra jsem volil do vyhazovacího systému, stejně jako u vodících sloupků jsem použil katalog fy HASCO. Volím zde stejné konstrukční řešení jako u předcházejícího.

3.3.2.9

3.3.2.9 Vtoková vložka Tento prvek je součástí vtokového systému formy a byl vybrán později při jeho návrhu. Vybral jsem vtokovou vložku DHR 78 12-46-3.5-40, kde DHR 78 je typové označení, 12 [mm] je vnější průměr vtokové vložky, 46 [mm] je délka vložky, 3.5 [mm] je průměr ústí vtokového kanálu, 40 [mm] je délka kolíku pro tuto vložku.

3.3.2.10

3.3.2.10 Stop button Jsou součástí vyhazovacího systému formy. Jsou to kalené, velmi tvrdé podložky, které jsou přišroubovány na opěrnou vyhazovací desku a slouží jako doraz této desky při zavírání formy na desku upínací. Když dochází k uzavírání formy, tak nejprve vyhazovací čep stroje vrací vyhazovací desky formy do původní polohy. Tyto prvky brání otlačení a deformování vyhazovacích desek a jsou tak levnou variantou, díky níž se nemusí opěrná vyhazovací deska kalit. Všechny tyto popisované komponenty byli nakoupeny od fy DME. Další normalizované součásti jako jsou vyhazovače výstřiku a vyhazovač vtokového zbytku, šrouby, podložky, matice, se nakupují od fy HASCO.

3.3.2.11

3.3.2.11 Vyhazovače Vyhazovače se doplňují do formy až po celkovém složení a navržení formy. Zadaná součást je tak malá, že umístění vyhazovačů vyžadovalo důkladné zvážení všech možných variant. Na podruhé bylo schváleno jejich umístění a zvolené druhy vyhazovačů – 2 ploché a 1 válcový.

3.3.2.12

3.3.2.12 Náustky, ucpávky (temperance formy) Poté co jsem navrhl temperanční okruhy formy, průměry chladících kanálů, vybral jsem z katalogu HASCO náustky a ucpávky pro zvolený okruh.


strana 41

3.3.2.13 Izolační desky V pořadí jako poslední uvádím izolační desky, které nebyli nakoupeny, ale vyrobeny ve firmě. Jsou to desky 6 mm silné a vyrobené ze Sklotextitu. Tyto desky slouží k ochraně formy.

3.3.2.13

3.4 Vstřikovací stroj

3.4

Vzhledem k tomu, že vstřikovací stroj mi byl určen v zadávacím listě (příloha č.3), uvedu jen základní kritéria pro výběr takového stroje. Je potřeba určit vhodnou velikost vstřikovacího stroje: 1. Zajistit potřebné rozměry uzavírací jednotky dle velikosti formy - vzdálenost mezi vodícími sloupy, velikost upínací desky, velikost otevření stroje, průměr středění, zdvih vyhazovače. 2. Stanovit uzavírací sílu stroje - je to síla potřebná k udržení zavřené formy po dobu vstřikování plastu, která působí proti tlakové síle od vstřikované taveniny při plnění a dotlaku (má snahu formu otevřít). 3. Stanovit kapacitu plastikačního válce - objem výstřiku by měl představovat 30 – 90 % kapacity plastifikačního válce, optimální využití je 70 – 80 %. Dále je nutno zajistit dostačující vstřikovací tlak, tzn. zvolit odpovídající průměr výtlačného šneku. 4. Zkontrolovat plastikační výkon stroje - výkon by měl být úměrný celkové hmotnosti zpracovaného materiálu na stroji za hodinu (technická dokumentace stroje kg/hod). Stroj se vybere s ohledem na vybavení konkrétní firmy, která požadovaný výrobek vyrábí. Z těchto 4 bodů se vybere vstřikovací stroj, který splňuje základní parametry: uzavírací síla [kN], vstřikovací tlak [MPa], tavicí výkon [kg/hod], max. zdvihový objem šneku [cm3], max. plošný obsah výstřiku [cm2], nebo max. hmotnost výstřiku [g].

3.4.1 PLUS 350 BATTENFELD V zadávacím listě, jak už sem uvedl byl vybrán vstřikovací stroj. Tento stroj se vybírá ze seznamu strojů lisovny Isolit – BRAVO. V této tabulce jsou základní parametry strojů, které jsem pro kontrolní výpočty rozšířil o údaje poskytované výrobcem. Byl mi zadán stroj PLUS 350 BATTENFELD (příloha č.7). V tab. 2.5 a tab 2.6 jsou uvedeny vybrané parametry vstřikovacího stroje. Tab. 3.5 Vybrané parametry vstřikovacího lisu PLUS 350 BATTENFELD Stroj Jedno Komponentní PLUS 350 BATTENFELD

Uzavírací síla

Hmotnost výhozu

Vzdálenost mezi vodícími tyčemi

Výška formy (max)

Délka uzávěru

kN

g

mm

mm

mm

350

24.5

270 x 220

250

200

Řídící sys.

Manipulátor

UNILOG 1020

NE

3.4.1

strana 42


Tab. 3.6 Vybrané parametry vstřikovacího lisu PLUS 350 BATTENFELD Stroj Jedno Komponentní PLUS 350 BATTENFELD

Plastikační výkon

Vstřikovací tlak

Průměr výtlačného šneku

Teoretický vstříknutý objem plastu

Vyhazovací síla

g/s

MPa

mm

cm3

kN

6.5

303

18

25.4

26.2

Obr. 3.6 PLUS 350 BATTENFELD

3.5

3.5.1

3.5 Kontrola uzavírací síly a maximálního objemového zdvihu šneku vstřikovacího stroje12 3.5.1 Kontrola uzavírací síly vstřikovacího stroje Ve formě působí tlak od vstříknutého plastu, který má snahu otvírat formu v dělící rovině. Uzavírací síla stroje proto musí být větší než tlak v dělící rovině od vstřikovaného plastu. Vzorec pro kontrolu uzavírací síly vstřikovacího stroje: F ≤ 0.9 ⋅ Fmax [N]

(1)

Kde: F [N] – potřebná uzavírací síla vstřikovacího stroje. Fmax [N] – maximální uzavírací síla vstřikovacího stroje. Doporučuje se, aby maximální uzavírací síla byla minimálně o 10 % větší než vypočítaná potřebná uzavírací síla. Vzorec pro potřebnou uzavírací sílu stroje: F = S ⋅ σ VZ

[N]

(2)

Kde: 12

Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 196 s

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást F [N] – potřebná uzavírací síla vstřikovacího stroje. S [mm2] – celková průmětná plocha tvarových dutin a rozváděcích kanálů formy. σVZ [MPa] – tlak taveniny ve formě. Tlak taveniny ve formě je závislý na více faktorech – na vstřikovacím tlaku stroje, na druhu vstřikovaného plastu, na složitosti (tvaru) tvarových dutin ve formě. Je to tabulková veličina, která se podle uváděných parametrů pro kontrolní výpočty zvolí. Z odborných literatur, které jsem používal při psaní této diplomové práce jsem vyčetl tyto hodnoty pro plast PBT + 30 % SK (skleněná vlákna), který patří do skupiny technických polymerů: 50 – 80 MPa, 50 – 70 MPa, 80 – 100 MPa. Pro zajištění bezpečnosti jsem pro výpočet zvolil horní hranici doporučovaného tlaku taveniny ve formě σVZ = 100 MPa. Dále je nutné stanovit celkovou plochu průmětů dutin a rozváděcích kanálů S [mm2]. S = n ⋅ S 1 + S 2 [mm2] (3)

Kde: n – násobnost formy S1 [mm2] – plocha průmětu výstřiku do dělicí roviny formy. S2 [mm2] – plocha průmětu rozváděcích kanálů do dělicí roviny formy. Třetí bod mé diplomové práce je vytvoření 3D modelu vstřikovací formy v sytému PRO/ENGINEER. V tomto systému jsem vytvořil model tvárníku a pomocí funkce: ANALYSIS → MEASURE → AREA → SURFACE jsem změřil požadovanou průmětnou plochu tvarových dutin a rozváděcích kanálů do dělící roviny. Nejdříve jsem na vymodelovaném tvárníku vytvořil pomocné plochy, které tvarem odpovídají průmětům tvarových dutin a kanálů do dělící roviny. K tomu jsem využil funkce v menu: EDIT → FILL Obr. 3.7 Vybraná průmětná plocha v PRO/ENGINEERu.

strana 43

strana 44


(PRO/E WILDFIRE 2), která odpovídá funkci: CREATE → SURFACE → NEW → FLAT v předchozí a v dnešní době nejrozšířenější verzi PRO/ENGINEER (2001). Plocha se vytvoří nakreslením ve skicáři, kde pro vytvoření hraniční křivky plochy jsem využil funkce USE EDGE, pomocí níž vyberu požadované hrany z modelu. Výhoda této funkce je, že se vybrané prvky (hrany) stanou automaticky referenčními prvky skici. Vybrané hraniční křivky vytvářené plochy musí být uzavřené. Tímto způsobem se tvoří jednoduché rovinné plochy se složitější hraniční architekturou. Takto vytvořené plochy, znázorněné na obr. 2.7 jsem využil k měření povrchu. Měření povrchu v sys. PRO/E jsem popsal v předchozím textu. Provedl jsem výběr ploch a zvolil položku COMPUTE. Důležité před započetím jakékoliv analýzy je důležité mít správně nastavené základní jednotky SI. To se provede výběrem položky: EDIT → SETUP → UNITS, v nově otevřeném okně se vybere jedna z nabízených možností základních jednotek. Jsou zde přednastaveny jednotky SI, anglické a americké míry. Je zde i možnost navolit si jednotky podle svého uvážení.Naměřená hodnota průmětné plochy: S = 800.438 mm2

Mám všechny hodnoty a můžu provést kontrolní výpočet uzavírací síly stroje:

F = S ⋅ σ VZ = 800.438mm 2 ⋅ 100 MPa = 80043.8 N = 80.044kN F ≤ 0.9 ⋅ Fmax ⇒ 80.044kN ≤ 0.9 ⋅ 350kN ⇒ 80.044kN ≤ 315kN Podmínka kontrolního výpočtu uzavírací síly stroje je splněna. 3.5.2

3.5.2 Kontrola maximálního objemového zdvihu šneku vstřikovacího stroje Tato kontrola se provádíz toho důvodu, aby nedošlo k nechtěnému nedostříknutí tvarové dutiny formy. V tabulce parametrů stroje od výrobce (příloha č.7) je uvedeno, že teoretický maximální objem vstříknutého materiálu do formy Vs max = 25.4 cm3. Doporučená bezpečnost kontrolního výpočtu uvádí, že objem všech výstřiků s rozváděcími kanály by měl být minimálně o 10 – 30 % menší než Vs max.

Výpočet pro kontrolu objemového zdvihu šneku: V ≤ 0.7 ÷ 0.9 ⋅ V s max

[cm3] (4)

Kde: V [cm3] – objem všech výstřiků a rozváděcích kanálů ve formě. Vs max [cm3] – teoretický maximální objem vstříknutého materiálu stroje.

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást K výpočtu objemu požadovaných dutin ve formě sem opět využil sys. PRO/ENGINEER. K určení objemu výstřiku jsem použil jeho model a ke změření objemu rozváděcích kanálů + zbytku z vtokové vložky jsem vytvořil 3D model (obr. 2.8). Tento model jsem vytvářel v modulu ASSEMBLY. Nejdříve jsem založil nový part (rozváděcí kanál) → poté jsem otevřel sestavu → zaktivoval part ASSEMBLY → MODIFY → MOD PART → a pomocí funkce: FEATURE → CREATE → SURFACE → COPY okopíroval plochy rozváděcích kanálů z partu tvárník do nového partu rozváděcí kanál. Takto jsem získal 3D model rozváděcích kanálů na kterém jsem mohl provést analýzu výpočtu objemu, kde postup je stejný jak u Obr. 3.8 Plocha vtokové soustavy partu výstřik. U měření objemu daných partů jsem postupoval následovně: ANALYSIS → MODEL ANALYSIS → MODEL MASS PROPERTIES, po tomto výběru se otevře okno, kde si můžu vybrat z různých možných analýz 3D modelu, zde je důležité mít správně nastavenou hodnotu accuraci (přesnost). Tato hodnota vyjadřuje s jakou přesností na desetinná místa má systém provádět výpočet. Tato analýza vypočítá celkový objem, plochu, hmotnost (musím mít zadanou hustotu materiálu v menu edit → setup → units ), těžiště 3D modelu. Naměřený objem v systému PROENGINEER: V1 = 859.225 mm3 V2 = 1441.105 mm3 Vs max = 25.4 cm3

(tab. 2.6)

V1 [cm3] – objem rozváděcích kanálů a zbytku vtoku z vtokové vložky. V2 [cm3] – objem výstřiku. V = V1 + 2V2 = 859.225mm 3 + 2 ⋅ 1441.105mm 3 = 3741.435mm 3 = 3.741cm 3 Provedu kontrolní výpočet maximálního objemového zdvihu šneku stroje, pro zajištění bezpečnosti volím koeficient 0.7: V ≤ 0.7 ÷ 0.9 ⋅ V s max ⇒ 3.741cm 3 ≤ 0.7 ⋅ 25.4cm 3 ⇒ 3.741cm 3 ≤ 17.78cm 3 Podmínka kontrolního výpočtu je splněna. Vstřikovací stroj je použitelný pro výrobu zadané součásti v navrhnuté vstřikovací formě.

strana 45

strana 46

3.6


3.6 Návrh vtokové soustavy vstřikovací formy Úkolem vtokové soustavy je zajistit dopravu taveniny plastu z plastikační komory do tvarové dutiny formy. Vtoková soustava má velký vliv na kvalitu vstříknutého materiálu. Průměr, tvar a povrch rozváděcích kanálů ovlivňuje proudění taveniny a její parametry. Vtoková soustava – souhrn všech vtokových kanálů a vtoků ve vstřikovací formě. Vtokový kanál – vede taveninu plastu od místa vstupu do vstřikovací formy po vtokové ústí. Vtok – různé konstrukční provedení přechodových částí mezi vtokovým kanálem a tvarovou dutinou formy. Vtokové ústí – je průřez vtokem v místě ústí do tvarové dutiny vstřikovací formy.

3.6.1

3.6.1 Návrh průměru rozváděcího kanálu13 Délka vtokových kanálů se volí s ohledem na rovnovážné plnění všech tvarových dutin vstřikovací formy, aby se zajistili co nejshodnější tlakové a teplotní poměry ve všech ústí vtoku. Vzhledem k rovnovážnému umístění dutin ve formě budou mít rozváděcí kanály jednotný průměr. Průměr rozváděcího kanálu by měl být vždy minimálně o 20 % větší než největší tloušťka stěny výstřiku k zajištění ztuhnutí vtokové větve jako poslední, až po ztuhnutí výstřiku. Tím se zajistí správný průběh plnění tvarových dutin taveninou plastu. Průřezy vtokových kanálů se zvětšují čím větší je hmotnost výstřiku a tenčí jeho stěny, čím delší je dráha toku taveniny (rozváděcího kanálu), čím horší je tekutost plastu.

Teoreticky nejvýhodnější pro zajištění co nejmenších hydraulických ztrát a nejpomalejšímu ochlazování materiálu během tečení v rozváděcích kanálech do tvarových dutin formy je zajistit, aby průřez těchto rozváděcích kanálů byl kruhového tvaru. Rozváděcí kanály se volí co nejkratší, s hladkými stěnami. Při velkých požadavcích na kvalitu povrchu výstřiku se leští celý vtokový systém. Pro běžné požadavky postačuje drsnost 0.8. Příliš malá drsnost povrchu kanálu (0.2) sice vylepšuje povrch výstřiku, ale protože dochází k přilnutí povrchu vtokového zbytku ke stěnám kanálu, dochází při následném vyhazování ke komplikacím.14 V praxi se pak používá tvarů, které se kruhovému přibližují, ale jsou méně náročné na výrobu. V mém případě se jedná o nerozvětvený kanál lichoběžníkového průřezu. A) kruhový průřez rozváděcího kanálu, který se umísťuje do obou polovin formy. B) lichoběžníkový průřez kanálu, který je pro snadnější výrobu nejpoužívanější. Obr. 3.9 Rozváděcí kanály vtokové soustavy vstřikovací formy

13 14

Viz. Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem. Brno: Kompozity Brno, 1999. 34 s. Viz. Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem. Brno: Kompozity Brno, 1999. 42 s.

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást Vzorec pro výpočet průměru vtokového kanálu: Tab. 3.8 Vliv tloušťky stěny výlisku.

d = k ⋅ p ⋅ S [mm] 4

Kde: d [mm] – průměr vtokového kanálu. k – konstanta vlivu tloušťky stěny výstřiku. p – materiálový parametr S [mm2] – povrch tvarové dutiny formy.

(5)

maximální tloušťka stěny [mm] 0.75

Tab. 3.7 Materiálové parametry.

materiál

parametr p

PP, PS, PE

0.6

PA, POM, PETB, PBTP

0.7

PMMA, PC, CA, CAB

0.8

PVC

0.9

konstanta k 0.54

1.00

0.62

1.25

0.70

1.50

0.76

1.75

0.83

2.00

0.88

2.25

0.93

2.50

0.97

2.75

1.01

3.00

1.04

3.50

1.07

4.00 1.10 Výpočet průměrů vtokových kanálů podle tohoto vzorce je 4.50 1.13 z experimentálního ověřování předimenzované. Proto se postupně uvádějí k tomuto vzorci další parametry, nebo se upravují stávající parametry. Jedním z ovlivňujících faktorů je také faktor plnění polymeru, hmotnost výstřiku.

U výstřiků o hmotnosti menší než 5 g, kde všeobecně platí zásada vstřikování tekutějších materiálů, se doporučuje snížit materiálový parametr p o 0.1 až 0.2.15 Využil jsem snížení parametru p o 0.15. Pro získání hodnoty povrchu tvarové dutiny formy využiji 3D modelu výstřiku na kterém provedu analýzu v sys. PRO/ENGINEER:

ANALYSIS → MODEL ANALYSIS → MODEL MASS PROPERTIES

S = 2043.089mm 2 k = 0.83 p = 0.7 − 0.15 = 0.55 Mám potřebné hodnoty, mohu provést výpočet průměru rozváděcího kanálu:

d = k ⋅ p ⋅ 4 S = 0.83 ⋅ 0.55 ⋅ 4 2043.089mm 2 = 3.069mm Navrhnul jsem pro vtokovou soustavu rozváděcí kanál lichoběžníkového průřezu o průměru d = 3 mm. 15

Viz. Ing. NOVÁK, Csc, J.; Ing. JURNČKOVÁ, J.; Základy vstřikování termoplastů, část II. 1.vyd. 2000. 38 s.

strana 47

strana 48


3.6.2 Návrh ústí vtoku do tvarové dutiny formy Umístění vtoku do tvarové dutiny je zásadní pro kvalitu výstřiku. Ovlivňuje zatečení taveniny do tvarové dutiny formy, a jeho nevhodné umístění má za následek deformace a povrchové vady výstřiku. Často bohužel nemá konstruktér možnost umístění vtoku měnit kvůli požadavkům zákazníka. Je dobré dodržovat určité zásady při návrhu:

- vtok je vhodné umístit do nejsilnější stěny výstřiku (využití dotlaku pro eliminaci vtaženin, ovlivnění velikosti smrštění). - vtok umístit tak, aby nedošlo k volnému toku taveniny, tzv. „volný paprsek“ taveniny (na výlisku vzniká vzhledový defekt). Zamezení toho jevu se docílí postavením nějaké překážky do toku taveniny po vstupu do tvarové dutiny formy, tzn. volit umístění tak, aby hned došlo k lomení proudu taveniny v dutině formy.

Obr. 3.10 Detail z výkresu sestavy – vtokové ústí

- nevolit místo vtoku tam, kde bude docházet k namáhání výstřiku. Místo vtoku na výstřiku je z důvodů koncentrace pnutí, vždy nejslabším místem výstřiku.

- při rozhodování o poloze vtoku je zapotřebí také zohlednit možnosti úniku vzduchu z tvarové dutiny a vyhnout se jeho uzavření. - je potřeba vědět kde budou na výstřiku vzhledové plochy a snažit se vyhnout umístění vtoku do těchto ploch. Stopa po vtoku by neměla snižovat estetikou hodnotu výstřiku. V zadávacím listu mi byl předepsán druh ústí vtoku – tunelový vtok. Významnou výhodou tunelového vtoku je jeho automatické oddělení od výstřiku během otevírání formy. Pro bezproblémové oddělení vtoku od výstřiku je dostatečná elasticita materiálu. U křehkých materiálů se nedoporučuje. Tunelové vtoky se vyrábí vyjiskřováním, což zaručuje jeho přesné rozměry a tvary (důležité pro kvalitu výstřiku). Při konstrukci tunelového vtoku se musí dodržet minimální vzdálenost mezi vtokovým ústím a vyhazovačem vtokového kanálu (vtokový zbytek).16 Doporučuje se, aby tato vzdálenost byla minimálně 4.d, kde d je Ø vtokového kanálu:

Obr. 2.11 Detail

16

Viz. Ing. NOVÁK, Csc, J.; Ing. JURNČKOVÁ, J.; Základy vstřikování termoplastů, část II. 1.vyd. 2000. 39

3.6.2


strana 49

Výpočet délky vtokového kanálu: L = 4 ⋅ d = 4 ⋅ 3mm = 12mm (6) Kde: L [mm] – minimální doporučená délka vtokového kanálu. d [mm]– průměr vtokového kanálu.

Jednotlivé úhly tunelu vtoku jsou navrženy podle odborných literatur17 a po konzultaci s mým odborným poradcem p. Čermákem (odborný poradce pro diplomovou práci). K dispozici mi bylo spousta schematických náčrtů vtoků s doporučením vhodných rozpětí úhlů tunelu. Průřez ústí vtoku může být eliptický, půleliptický (půlkruhový), kruhový. Půlkruh zajišťuje nejmenší vytrhávání materiálu ze zmíněných tvarů, kruhový je vhodný pro materiály s vyšším erozním opotřebením a eliptický je vhodný pro pružné materiály. Vtokový průřez má elipsovitý tvar (obr.2.9 ).

3.7 Pevnostní výpočty desek rámu formy18

3.7

Z možných pevnostních výpočtů je u vstřikovacích forem zajímavý pouze výpočet průhybu desek a to u velkých namáhaných forem, které mají nestandardní umístění rozpěrek. Průhyb desek je omezen funkčními podmínkami formy, pevnost v ohybu se nepočítá. Funkčními podmínkami je myšleno zajištění těsnosti formy (ovlivnění velikosti přetoků). Mě zadaná forma je malých rozměrů, s malými objemy tvarových dutin a proto výpočet má charakter čistě teoretický. V praxi by z důvodů dlouholetých zkušeností konstrukčních firemních oddělení prováděn nebyl. 3.7.1 Průhyb desek a napětí v ohybu v deskách Z celé vstřikovací formy je nejvíce na průhyb namáhán tvárník s opěrnou deskou (už podle názvu – opěrná deska, je zřejmé její funkční využití v rámu formy) a proto výpočty budou prováděny na tvárník a opěrnou desku. Pro výpočty jsou tyto dvě desky brány jako jedna deska o společné tloušťce.

3.7.1

3.7.2 Dovolený průhyb desek a dovolené napětí v ohybu v deskách V odborné literatuře19, kterou jsem používal k nastudování problematiky se uvádí, že průhyb desek by neměl být větší než fo = 0.02 mm na 100 mm délky desky:

2.7.2

fD =

fo 0.02mm ⋅l = ∗ 156mm = 0.0312mm 100 100mm

(7)

Kde: fD [mm] – dovolený průhyb desky. 17

Viz. Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem. Brno: Kompozity Brno, 1999. 51 s. Viz. ŘEHULKA, Z.; Konstrukce výlisků z plastů a forem pro zpracování termoplastů. Brno: Uniplast Brno, 2001. 141 s. 18 Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 219 s 19 Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 219 s.

strana 50


fo [mm] – průhyb na určitou délku. l [mm] – délka desky. Dovolený průhyb desek je 0.0312 mm. Pro výpočet dovoleného napětí v ohybu nejprve zjistím Rm materiálů pro tvárník a opěrnou desku. Z firemních materiálů jsem využil tabulky – ocele pro výrobu forem.20 Z Rm jsem určil mez kluzu v ohybu Reo.

ReO ≅ 0.7 ⋅ Rm [MPa]

(8)

Kde: Rm [MPa] – mez pevnosti oceli v tahu. ReO [MPa] – mez kluzu v ohybu. Dovolené ohybové napětí pro míjivé zatížení desek:

σ DO = k II ⋅

ReO [MPa] n

(9)

σDO [MPa] – dovolené ohybové napětí. kII – součinitel způsobu zatížení pro míjivé zatížení (0.8). n – míra bezpečnosti. Pro tvárník, který je vyroben z oceli DIN 1.2343 (ČSN 19 552) je Rm = 780 MPa. Míru bezpečnosti jsem použil doporučenou odbornou literaturou21:

σ DO = 0.8 ⋅

0.7 ⋅ 780 MPa = 218.4MPa 2

Pro opěrnou desku, která je vyrobena z oceli DIN 1.1730 (ČSN 19 083) je Rm = 640 MPa. Míru bezpečnosti je stejná:

σ DO = 0.8 ⋅

0.7 ⋅ 640 MPa = 179.2MPa 2

Vzhledem k tomu, že „deska“ (tvárník + opěrná deska) s kterou provádím výpočty pro určení napětí v ohybu je „nesourodá“ (tvárník z mat. 1.2343 a opěrná deska z mat. 1.1730), uvádím zde výpočty dovoleného napětí pro oba dva materiály. Pro bezpečnost zvolím jako kontrolní dovolené napětí v desce menší z nich. 3.7.3

3.7.3 Desky formy jako nosníky obdélníkového průřezu Desky rámů rozměrů do 370 x 440 mm jsou vždy na dvou protilehlých stranách podepřeny rozpěrkami. Do této kategorie rozměrů rámu spadá také mě zadaná vstřikovací forma (rám formy – 156 x 156 mm). Při výpočtu budu uvažovat desky za 20

Viz. Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem. Brno: Kompozity Brno, 1999. 28 s. Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 219 s.

21

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást nosník na obou koncích vetknutý a uprostřed zatížen osamělou silou. Výška nosníku = tloušťka tvárníku + opěrné desky.

M O max =

F ⋅l [Nmm] 8

M O max ≤ WO ⋅ σ D WO =

[

1 ⋅ b ⋅ h 2 mm 3 6

(10) (11)

]

F = S ⋅ σ VZ [N ]

(12)

f max = I=

F ⋅l3 [mm] 192 ⋅ E ⋅ I

[

1 ⋅ b ⋅ h 3 Kg ⋅ m − 2 12

(14)

]

(15)

M O max = WO ⋅ σ O max [Nmm] (16)

(13)

Kde: F [N] – skutečná síla od tlaku taveniny ve formě. S [mm2] – plocha průmětu dutiny formy do dělící roviny. σVZ [MPa] – tlak taveniny ve formě. E – modul pružnosti v tahu oceli ( E = 2.1.105 MPa). I [Kg.m-2] – moment setrvačnosti desky. MO max [N.mm] – maximální ohybový moment. WO [mm3] – modul průřezu v ohybu. σD [MPa] – dovolené napětí v ohybu. l [mm] – (délka strany desky – šířka obou rozpěrek) → 156 − 2 ⋅ 32 = 92mm b [mm] – délka strany desky. h [mm] – tloušťka desky (tvárník plus opěrná deska). Po dosazení (13) a (15) do rovnice (14) bude průhyb desky: f max = 0.0625 ⋅

S ⋅ σ VZ ⋅ l 3 [mm] E ⋅ b ⋅ h3

f max = 0.0625 ⋅

800.438mm 2 ⋅ 100 MPa ⋅ 92 3 mm = 0.00048mm 2.1 ⋅ 10 5 MPa ⋅ 156mm ⋅ 63 3 mm

Po dosazení (10) a (12) do (16) a po úpravě, bude maximální napětí v desce:

σ O max =

σ O max

3 S ⋅ σ VZ ⋅ l [MPa] ⋅ 4 b ⋅ h2

3 800.438mm 2 ⋅ 100MPa ⋅ 92mm = ⋅ = 8.920MPa 4 156mm ⋅ 63 2 mm

Kontrola splnění podmínek bezpečnosti: f max [mm] ≤ f D [mm] ⇒ 0.00048mm ≤ 0.0312mm

strana 51

strana 52


σ O max [MPa ≤ σ DO [MPa]] ⇒ 8.920MPa ≤ 179.2MPa Obě podmínky kontrolních výpočtů byly splněny za předpokladu, že desky jsou nosníky obdélníkového průřezu na obou koncích vetknuté. Pro výpočet napětí v ohybu a průhybu desek u rámu formy jako nosníku obdélníkového průřezu by charakteru zatížení desek tlakem taveniny ve formě více odpovídalo spojitému zatížení než zatížení osamělou silou. Porovnají-li se ale výsledky výpočtů desek jako obdélníkových nosníků se zatížením osamělou silou a se zatížením spojitým s výpočty desek podle teorie tenkých desek, odpovídají výsledky s osamělým silovým zatížením více výsledkům teorie tenkých desek než nosníky zatížené spojitým zatížením. Výpočty napětí v ohybu a průhybu desek jako obdélníkových nosníků jsou vhodné pro rychlé orientační výpočty, zejména u rámů malých rozměrů. 3.7.4

3.7.4 Desky formy jako tenké izotropní desky malého průhybu Izotropní materiál znamená, že se jedná o stejnorodý materiál s mechanickými vlastnostmi ve všech směrech shodnými. Tato teorie je založena na určitých předpokladech, které popisují desky a jejich chování při zatěžování. - materiál desek je úplně pružný, - materiál desek je izotropní a řídí se Hookovým zákonem pro všechny druhy namáhání, - materiál desek je homogenní, - tloušťka desky je konstantní, - tloušťka desky je malá proti ostatním rozměrům ( doporučuje se, aby poměr tloušťky ke kratší straně nebyl větší než 1/5), - vlákna desky kolmá ke střední rovině zůstanou kolmá i po zatížení ohybem, - normálové napětí kolmé k rovině desky je zanedbatelné, - průhyby desky jsou tak malé, že křivost v jakémkoliv směru je dána druhou derivací průhybu v tomto směru, - v rovině desky nepůsobí žádná normálová napětí, tj. ve střední rovině nedojde k přetvoření, - vlastní hmotnost desky je malá a neuvažuje se.

K výpočtu jsem použil zjednodušený postup, připravený pro výpočet desek rámů forem. Kde postupuji podle předem daných algoritmů. Jeden předpoklad desky v mě zadané formě nesplňuji. Je to doporučené kritérium tloušťky desky vůči ostatním rozměrům desky. Pro takový případ mohu využít (a využiji) zpřesněné teorie pružných desek (složková teorie).22 3.7.5

3.7.5 Zpřesněná teorie pružných izotropních desek – deskový pás Zde je kromě účinků ohybu uvažován také vliv příčných smykových deformací. Nejjednodušším případem složkové teorie je deskový pás. V jednom směru (x) délkově omezený a druhém (y) neomezený. Tento výpočet je vhodný pro desky rámů 22

Viz. HENDRYCH, J.; WEBER, A.; DELEŽEL, J.; Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 235 s

Úvod 3 Návrh konstrukce a analytické konstrukční výpočty formy pro zadanou součást forem do rozměru 370 x 440 mm. Druhý délkový rozměr (y) omezíme na šířku desky b. Ve výpočtu postupuji podle uvedených upravených vzorcích pro výpočet průhybu a napětí v deskách:

[

D=

E ⋅ h3 N ⋅ mm −1 2 12(1 − µ )

p=

S ⋅ σ VZ [MPa] a⋅b

wmax

]

(17)

(18)

2 p ⋅ a4 ⎡ 48 ⎛h⎞ ⎤ = ⋅ ⎢1 + ⋅ ⎜ ⎟ ⎥[mm] 384 ⋅ D ⎣⎢ 5 ⋅ (1 − µ ) ⎝ a ⎠ ⎦⎥

m max = −

p ⋅ a2 [Nmm / mm] 12

(20)

σx =−

6 ⋅ m max [MPa] h2

(21)

σy =−

6 ⋅ µ ⋅ m max [MPa] h2

(22)

σ R = σ x − µ ⋅ σ y [MPa]

(19)

(23)

D [N.mm-1] – ohybová tuhost desky p [MPa] – tlak na desku wmax [mm] – maximální průhyb desky mmax [N.mm.mm-1] – max. ohybový moment desky (v místě vetknutí x = 0, x = a) σx, σy [MPa] – maximální napětí v desce σR [MPa] – redukované napětí E [MPa] – modul pružnosti v tahu oceli ( E = 2.1*105 MPa) a [mm] – délka strany desky. h [mm] – tloušťka desky (tvárník plus opěrná deska) D=

2.1 ⋅ 10 5 MPa ⋅ 63 3 mm = 4.80859 ⋅ 10 9 N ⋅ mm −1 12 ⋅ 1 − 0.3 2

p=

800.438mm 2 ⋅ 100MPa = 3.289 MPa 156mm ⋅ 156mm

(

)

strana 53

strana 54


wmax =

3.289 MPa ⋅ 156 4 mm 384 ⋅ 4.80895 ⋅ 10 9 N ⋅ mm −1 m max = −

2 ⎡ 48 ⎛ 63mm ⎞ ⎤ ⋅ ⎢1 + ⋅⎜ ⎟ ⎥ = 0.0034mm ⎢⎣ 5 ⋅ (1 − 0.3) ⎝ 156mm ⎠ ⎥⎦

3.289 MPa ⋅ 156 2 mm = −6670.092 N ⋅ mm ⋅ mm −1 12

σx =−

6 ⋅ (− 6670.092)N ⋅ mm ⋅ mm −1 = 10.083MPa 63 2

σy =−

6 ⋅ 0.3 ⋅ (− 6670.092)N ⋅ mm ⋅ mm −1 = 3.025MPa 63 2

σ R = 10.083MPa − 0.3 ⋅ 3.025MPa = 9.176 MPa Podmínky kontrolních výpočtů dovoleného průhybu a ohybového napětí v deskách: wmax [mm ] ≤ f D [mm ] ⇒ 0.0034 mm ≤ 0.0312 mm

σ R [MPa ] ≤ σ D [MPa ] ⇒ 9.176 MPa ≤ 179.2 MPa K maximálnímu průhybu desky dochází uprostřed desky, a k maximálním ohybovým napětím ve vetknutých koncích desky. Porovnám-li výsledky výpočtů „deska jako nosník“ a „deska jako deskový pás“, zjistím, že maximální ohybová napětí v deskách byli vypočítány oběmi metodami s poměrně stejnými výsledky. Kdežto u výpočtu maximálního průhybu desky už obě použité metody dávaly rozdílné výsledky. Metoda deskových pásů dává výsledky s dostatečnou přesností pro určení průhybu a ohybového napětí v deskách. Tab. 3.7 Porovnání výsledků obou metod Maximální průhyb desky [mm]

Maximální ohybové napětí v desce [MPa]

Deska jako nosník obdélníkového průřezu

0.00048

8.920

Deska jako izotropní deskový pás

0.0034

9.176

Úvod 4 Vytvoření 3D modelu formy v CAD systému PRO/E a výkresové dokumentace

4

VYTVOŘENÍ 3D MODELU VSTŘIKOVACÍ FORMY V CAD SYSTÉMU PRO/ENGINEER A VÝKRESOVÉ DOKUMENTACE

strana 55

4

Při mé praxi ve firmě Isolit – BRAVO, která byla nezbytnou přípravou na diplomovou práci, se v konstrukčním oddělení firmy používal PRO/ENGINEER verze 2001. Nejdříve jsem se seznamoval s konstrukcí formy na technologickém oddělení, kde jsem pracoval s technickými výkresy a nabýval tak vědomostí ohledně stavby rámu formy. První měsíc jsem se učil postupy práce v PRO/ENGINEERu při tvorbě částí formy. Pro tvorbu takto členité sestavy jakou je forma, je zapotřebí si osvojit správnou metodiku tvorby prvků v partu. K vědomostem o tvorbě prvků je nutné přidat znalosti ohledně sestavování jednotlivých partů (komponent) do sestav. Správné postupy šetří čas a hlavně zaručují úspěšné dokončení tvorby velkých sestav.

4.1 Uživatelské nastavení systému PRO/ENGINEER

4.1

Velkým usnadněním práce je nastavení systémového souboru config. V tomto souboru jsou nastaveny základní informace o uživatelském prostředí programu. Pokud se v něm změní nastavení určité položky, bude se takto pozměněná položka načítat při každém spuštění aplikace. K zefektivnění práce při tvorbě 3D modelů se ve firmě používá mapování „cest“. V podstatě se jedná o funkci, která nahrazuje výběr položek v menu manager při tvorbě nějakého prvku. UTILITIES → MAPKEYS – zobrazí se okno pro nastavení mapování cest, zvolím název mapování, klávesnici k vyvolání funkce a nakonec zapnu nahrávání cesty. Postupně se proklikám v menu manager k vytvoření nějakého prvku a uložím nahranou postupovou cestu. Záleží na uživateli jak hluboko do tvorby prvku si cestu namapuje, neboť tím snižuje možnost výběrů různých funkcí při definici prvku. Konfigurační a uživatelské úpravy systému ve firmě tvoří hlavní změny, které jsem si musel osvojit a naučit. Po zažití, je nastavení systému a mapování cest velkým zlepšením poměru kvalita konstrukce / čas konstruování.

4.2 Postup při konstrukci v systému PRO/ENGINEER částí formy a jejich sestavení Při konstrukci formy jsem postupoval podle firemních metod tvorby partů a assembly. Pro správné sestavení částí formy (partů) do sestavy (assembly) se postupuje tak, že se nejdříve vytvoří sestavy: 000_obe.asm – tato sestava obsahuje celou vstřikovací formu ve třech podsestavách: 000_pevna.asm – sestava komponent pevné části vstřikovací formy. 000_pohyb.asm – sestava komponent pohyblivé části formy. transport.asm – sestava transportního můstku formy sloužící k přepravě formy.

4.2

strana 56

4 Vytvoření 3D modelu formy v CAD systému PRO/E a výkresové dokumentace

(Schématické znázornění sestav je v příloze č. 8.) Jako první krok vytvořím základní sestavu 000_obe.asm. V této sestavě vytvořím podsestavy v menu: ASSEMBLY → COMPONENT → CREATE → SUBASSEMBLY. K umístění podsestavy se použije možnost sjednocení koordinačních systému sestav. Tímto způsobem vytvořím všechny tři podsestavy. První part, který bude udávat parametry jiným partům je tvárník. Po založení (automaticky se vytvoří koordinační systém a základní roviny) tento part uložím a poté vložím do podsestavy 000_pohyb.asm. Zaktivuje se daná podsestava postupem: ASSEMBLY → MODIFY → SUBASSEMBLY, a vloží se part tvárník: COMPONENT → ASSEMBLE po tomto výběru se zobrazí okno nastaveného pracovního adresáře, kde je uložen part tvárník. Při vkládání zvolím jako referenční prvek použití koordinačního systému. Takto budu vkládat všechny komponenty. Vkládání partů přes prvky vytvořené během konstrukce jednotlivých partů není vhodné z toho důvodu, protože když je později potřeba upravit part a musí se zmodifikovat i tento nevhodně zvolený referenční prvek, sestava se bortí a je potřeba nadefinovat nové reference. Koordinační systém je s pomocnými rovinami prvním prvkem při založení partu, a tím je dána jeho vhodnost použití jako referenčního prvku při vkládání komponenty do sestavy. Je to jednoduchý způsob jak zajistit, že všechny party budou mít orientovány pomocné roviny ve stejném směru, sestava se tím stává přehlednější pro úpravy. V tomto okamžiku začíná samotná práce s komponenty. Základní funkce tvorby 3D modelu zde nebudu popisovat, jedná se o jednoduché úkony známé každému uživateli velkých CAD/CAM/CAE systémů. Zaměřil jsem se na konstrukční prvky, a popis důležitých funkcí v modulu part a assembly k úspěšnému dokončení vytvoření sestavy vstřikovací formy.


4.2.1 3D model součásti

Při chladnutí výstřiku dochází ke smrštění materiálu. Na zadávacím listu je předepsaná velikost smrštění zadaného materiálu 0.6 % (smrštění je rozdíl mezi rozměrem dutiny formy a příslušným rozměrem výstřiku, vyjádřený v % z rozměru dutiny Obr. 4.1 Kontrola technologických úkosů formy). Nejdříve se tedy 3D model musí zvětší o velikost smrštění, aby se dal použít pro vytvoření tvarové dutiny formy: SET UP → SHRINKAGE → BY SCCALING → SCALE FACTOR. Zde se provede výběr ve všech třech osách – x, y, z, zadáním hodnot smrštění. 0.6 % = 0.006. Další důležitou úpravou 3D modelu součásti je vytvoření, popřípadě kontrola technologických úkosů potřebných k odformování výstřiku z formy. Potřebný úkos na odformování výstřiku je 0.5 °. FEATURE → CREATE → SOLID → TWEAK → DRAFT → NEUTRAL CURVE. Zvolí se neutrální křivka, (další možná volba je rovina), ke které se provede úkos jednotlivých ploch. Poté se vyberou plochy na kterých je potřeba úkos vytvořit a zvolí se směr úkosu. Provede se kontrola úkosů na výstřiku. Je to přehledné grafické znázornění, které okamžitě odhalí plochy bez úkosu (obr. 3.1). Vzhledem k členitosti geometrie výstřiku je dělící rovina zalomená, tvořená po hranici tvarových vložek vsazených do tvárnice a tvárníku. Takto upravený model je připraven pro zkopírování ploch do tvářecí dutiny formy. Vytvoří se sestava, kde party sestavy jsou tento upravený model a quilt (uzavřená plocha) ve tvaru hranolu. Zkopíruje se povrch modelu do quiltu, zaktivuje a nakopíruje se do něho požadovaná plocha modelu výstřiku:

strana 57

4.2.1

strana 58


ASSEMBLY → MODIFY → PART (aktivace quiltu). FEATURE → CREATE → SURFACE → NEW → COPY (kopírování povrchu). Tímto způsobem vytvořím hranol quilt a plochy výstřiku. Tyto dva prvky se mezi sebou ořežou pomocí funkce (merge). Výsledkem je použitelný merge (v tomto případě složená uzavřená plocha) pro vložení tvaru do tvárníku a tvárnice. Stejným způsobem se znovu vytvoří sestava – tvárník x hranol (quilt). A vytvoří se požadovaná dutina v tvárníku.

Obr. 4.2 Merge přpravený pro vložení do tvárníku

4.2.2 Tvárník

Začne se konstrukcí podle katalogu DME, ze kterého se vybrala deska (viz. bod2). Vytvoří se díry pro vodící sloupky, závitové díry pro sešroubování pohyblivé části formy. Sražení jednoho rohu, které slouží k správnému sestavení jednotlivých dílů formy při montáži. Všechny desky mají jeden roh sražen, aby je nebylo možno vůči sobě natočit. Dalším prvkem je vybrání na rozích desky sloužící k oddělení desek Obr. 4.2 Dokončený 3D model tvárníku od sebe při demontáži, které jsou spojené vlivem adhezních sil. Díry pro vratné kolíky, které slouží k zajištění vrácení vyhazovacích desek do původní polohy při zavírání formy. Další postup následoval po úpravě modelu vyráběné součásti jeho vložením do desky. Jako poslední se ve tvárníku vytvoří vtokový kanál s kuželovou dírou pro vytrhovače vtoku a díry pro vyhazovače výstřiku a zbytku vtokové soustavy. Výškový rozměr pro kužel vytrhovače vtoku je v DME katalogu (příloha č.5).

4.2.2


strana 59

Umístění vyhazovačů v dutině formy bylo problematické vzhledem k velikosti výstřiku a podléhalo schválení zadavatelskou firmou. První navrhované umístění 6 vyhazovačů, z toho 2 tvarových a 4 kruhových průřezů nebylo schváleno. Druhá a schválená verze obsahovala 3 vyhazovače, z toho dvou tvarové a jeden kruhového průřezu. Plochy na výstřiku vhodné pro umístění vyhazovačů byli poměrně malé. Pro představu menší z tvarových vyhazovačů má rozměry vyhazovací obdélníkové plochy 0.8 x 3.8 mm.

Obr. 4.3 První a druhá, schválená verze umístění vyhazovačů v tvárníku

4.2.3 Konstrukce dalších 3D modelů komponent formy Zde se už využívá výhod parametrizace, asociativity a závislosti (lokální reference v sestavě) systému PRO/ENGINEER.

Parametrický návrh Geometrii modelu PRO/ENGINEERu řídí kóty. Je možné vytvářet vztahy, které umožňují automatický výpočet parametrů pomocí hodnot jiných parametrů. Změny těchto kót se okamžitě odráží v geometrii modelu. Asociativita PRO/ENGINEER je plně asociativní systém, tj. jakákoliv změna v návrhu modelu v libovolném okamžiku vývojového procesu se šíří celým návrhem a automaticky proběhne oprava provázaných objektů včetně sestav, skic a obráběcích dat. Závislosti vzniklé umístěním Použije-li se pro umístění komponenty dané podsestavy nějaká geometrie, která není součástí dané komponenty, vzniká lokální závislost. Použije-li se pro vytvoření geometrie na jedné komponentě geometrie z jiné komponenty jako referenční, vzniká externí závislost. Těchto vlastností systému PRO/ENGINEER se využije při sestavování. Opěrnou deska se opět založí jako part, uloží a vloží do podsestavy 000_pohyb.asm. Zaktivuje se a ve skicáři při tvorbě základních rozměrů se využije jako referenční geometrie základní rozměry tvárníku. Zde se využije funkce USE EDGE – jde o výběr existujících hran (tvárník), kde vybráním hran tvárníku vznikne jak geometrie tak

4.2.3

strana 60


reference. Po dokončení prvku protrusion extrude vzniká asociace mezi tvárníkem a opěrnou deskou. Což znamená, že pokud změním základní rozměry tvárníku (156 x 156 mm), tak se změní i základní rozměry opěrné desky. Této vlastnosti se využívá při tvorbě celé sestavy. Význam této vlastnosti se hlavně ocení při dodatečných úpravách na formě, např. při změně geometrie výstřiku, kdy je konstruktér nucen změnit polohu vyhazovačů. V mém případě to bylo přímo při konstrukci. Změní se umístění děr v tvárníku a dojde k automatické změně umístění závislých děr v opěrné desce, vyhazovací desce kotevní a vyhazovací desce opěrné. Na druhou stranu to má i své nepatrné nevýhody. A to když závislé prvky přijdou o své externí reference. Poté je zapotřebí předefinovat tyto reference ve skice závislého prvku.

Obr. 4.3 Použití funkce use edge

Dalším prvkem napomáhajícím k rychlejší tvorbě je prvek patern. Při tvorbě prvků, které mají opakující se charakter na modelu jako jsou díry pro vodící pouzdra a kolík se této funkce využije. Vytvořím díru: FEATURE → CREATE → HOLE, kde naskicuji její profil a zbylé tři díry vytvořím pomocí fce patern. Nejdříve se vyberou paternové kóty, zadá se jejich velikost a počet prvků v daném směru (směrů paternu může být více, v mém případě 2). Takto se rychle vytvoří závislé prvky na původním prvku. Zmodifikuje-li se jeden z prvků, změní se všechny. Zde je vhodné umístit prvek k paternování do rohu se zkosením a to z toho důvodu, že se dá provádět patern i na úrovni sestavy jako externě závislé prvky. K tomu je ale zapotřebí znát původní prvek (rodič). Je to dobrý návyk, který usnadní práci s paternem. Příklad využití této funkce: Vytvořil jsem patern děr pro vodící pouzdra v tvárníku. Při tvorbě díry v opěrné desce pro vodící pouzdro jsem využil jako referenci pro skicu díry rodičovský prvek z paternu tvárníku. Tzn. rodič paternu tvárníku je na stejné ose jako budoucí rodič paternu v opěrné desce. Takto zůstala zachována data pro patern jako externí referenci a odpadá tím nastavování paternu v opěrné desce. Patern se vytvoří sám po výběru položky. Je to nejrychlejší způsob tvorby násobných prvků v sestavě, jako daň si nese závislosti mezi prvky různých partů – rodič x potomek.

Úvod 4 Vytvoření 3D modelu formy v CAD systému PRO/E a výkresové dokumentace Dalším ochranným prvkem (ve smyslu správného sestavení komponent) při demontáži a opětné montáži vstřikovací formy jsou dva různé průměry vodících sloupků a pouzder (tři stejné průměry stejné velikosti a jeden menší). A to jak na rámu formy, tak i u vyhazovací soustavy.

Obr. 4.4 Ochranný prvek formy- 3 stejné průměry vodících sloupků a jeden menší.

strana 61

strana 62

4.2.4


4.2.4 Vyvložkování tvarové dutiny formy Vzhledem k složitosti geometrie povrchu výstřiku, bylo zapotřebí použití tvarových vložek. Tvarové vložky umožňují vyrobitelnost součásti, popřípadě zjednodušují nákladnou výrobu tvarových dutin. Většina povrchu tvarových dutin se vyrábí elektrointenzivní vyjiskřovací metodou. Je zapotřebí zkonstruovat vyjiskřovací elektrody, které mají tvar potřebné části povrchu výstřiku zmenšený o pohyb elektrody při vyjiskřování ve všech pracovních směrech. Je to poměrně náročná práce s plochami, kde je potřeba praxe. Konstrukci elektrod k této formě jsem neabsolvoval. Žlutá vložka je ukotvená v tvárnici a fialová v tvárníku.

Obr. 4.5 Tvarové vložky v dutině formy 4.2.5

4.2.5 Sestava vstřikovací formy pro zadanou součást

Na tvárnici se sfrézuje plocha tvořící dělící rovinu o 0.5 mm. Původní plocha se ponechá jen v bezpečné vzdálenosti kolem tvarových dutin. Tímto způsobem se docílí přesnějšího dosednutí tvárníku na tvárnici (slícování) při zavírání formy. Po dokončení práce s 3D modely jsem pracoval na vytvoření technické dokumentace určené k výrobě formy Obr. 4.6 Pevná část vstřikovací formy. v nástrojárně firmy. Postup byl obdobný jako u tvorby 3D modelů. Nejdříve se vytvoří výkres sestavy, kde se okótují základní rozměry formy (délka, šířka, výška). Pohledy jsou na otevřenou pohyblivou část formy, otevřenou pevnou část formy a na bok formy. Dále je zde potřebný počet řezů formou k označení všech komponent v sestavě.

Úvod 4 Vytvoření 3D modelu formy v CAD systému PRO/E a výkresové dokumentace Výkres sestavy také obsahuje kusovník všech komponent s příslušným katalogovým označením, podle kterého se objednávají součásti formy (katalogy DME a HASCO). Po výkresu sestavy se postupně nakreslí všechny výkresy částí, které se budou vyrábět, popřípadě se budou upravovat jejich rozměry (délka vyhazovačů, délka vtokové vložky, atd.). Obr. 4.7 Pohyblivá část vstřikovací formy.

Obr. 4.8 Pevná část vstřikovací formy.

strana 63

strana 64

5

5 Kontrolní výpočty vstřikování plastu do formy pomocí CAE systému CADMOULD

5

Provedení kontrolních výpočtů vstřikování plastu do formy pomocí CAE systému CADMOULD

Hlavním úkolem vstřikovací formy je kvalitní výroba zadané součásti. Pro ověření funkčního procesu vstřikování se ve firmě Isolit – BRAVO, spol. s r.o. používá program CADMOULD. CAE (Computer Aided Engineering) – je software určený pro tvorbu výpočtů a analýz. Pro správný průběh vstřikování je důležité navržení vtokové soustavy, která výrazně ovlivňuje kvalitu výstřiku, nastavení vhodných technologických podmínek, navržený materiál výstřiku, zvolený vstřikovací stroj. 5.1

5.1 Proces vstřikování23 Proces vstřikování se dělí na fáze, kde v každé fázi se nastavují určité technologické parametry, které mají vliv na kvalitu výstřiku: - plastikace, - fáze plnění, - dotlaková fáze, - ochlazování. Plastikace Je fáze, která rozhoduje o tvorbě krystalického podílu, homogenitě taveniny pomocí nastavení vstřikovacích teplot a tlaků. Důležitou informací pro plastikaci je teplotní profil plastikačního válce stroje. Pro materiál PBT s plnivem je vhodný stoupající profil, kdy teplota ve válci postupně vzrůstá a nejvyšší je v poslední zóně válce, odkud dochází ke vstřikování materiálu. Nastavení těchto parametrů je dáno tabulkovými hodnotami závislými na druhu vstřikovaného plastu. Tab. 5.1 Pevná část vstřikovací formy. Materiál

Teplota poslední zóny válce [C°]

Teplota formy [C°]

Smyková rychlost x1000 [1/s]

Teplota krystalizace [C°]

PBT

230 - 270

40 - 80

50

220 - 225

Plnění v této fázi dochází nejdříve k plnění tvarové dutiny objemově. Postupně se naplňuje dutina materiálem – tlak taveniny v dutině stoupá až dosáhne mezní hodnoty. Rozhodující pro tuto fázi je vstřikovací tlak, teplota taveniny, vstřikovací rychlost. Vstřikovací tlak zaručuje, že vstřikovací rychlost během procesu vstřikování neklesne pod nastavenou hodnotu. Čím vyšší je rychlost vstřikování, tím menší je teplotní rozdíl taveniny v tvarové dutině. Tento teplotní rozdíl má vliv na orientaci makromolekul (vnitřní pnutí). Rychlost plnění je omezena hodnotou smykového napětí materiálu. Rozmezí hodnot vstřikovacího tlaku a teplot jsou opět pro různé materiály udávány v tabulkách. Dotlaková fáze V poslední fázi plnění dutiny formy dojde k přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak. Sníží se vstřikovací rychlost tak, aby tlak ve formě měl funkci plynulé křivky a nedošlo k tlakové špičce, která nepříznivě ovlivňuje vnitřní pnutí. Při této fázi je 23

Viz. Ing. NOVÁK, Csc, J.; Ing. JURNČKOVÁ, J.; Základy vstřikování termoplastů, část II. 1.vyd. 2000. 18 s

Úvod 5 Kontrolní výpočty vstřikování plastu do formy pomocí CAE systému CADMOULD

strana 65

dodáno do formy ještě asi 10 % materiálu. Dotlak výrazně snižuje smrštění během fáze chladnutí ve formě (zachování rozměrů výstřiku), ovlivňuje hmotnost výstřiku, homogenitu. Dotlak se nastavuje na 40 – 60 % tlaku vstřikovacího. Důležitým údajem je čas přepnutí z tlaku vstřikovacího na dotlak. Přepínání se řídí časově, objemově, nebo v závislosti na tlaku v dutině. Chladnutí Ovlivňuje krystalinitu, anizotropii struktury výstřiku. Ochlazování začíná už při samotném plnění dutiny taveninou a pokračuje až do vyhození výstřiku. Minimální zbytková doba chlazení (po ukončení dotlaku) musí zaručit určitou tuhost materiálu potřebnou k vyhození výstřiku z formy. Doba trvání zbytkového chlazení je kompromisem mezi kvalitou výrobku a ekonomií výroby.

5.2 Vady výstřiku způsobené vstřikováním

5.2

Vady způsobené při vstřikování jsou následkem nevhodného zvolení technologických parametrů, nevhodnou konstrukcí formy, nebo vstřikované součásti. Vady se dělí na: - vady vizuální - povrchové (propadliny, zvlnění, stříbření, tokové čáry, změny barevných odstínů, povrchové mikrotrhlinky) - vady vizuální – tvarové (odchylky rozměrů a tvarů, nedostříknutí, přetoky a otřepy, zvýšená nasákavost). - skryté vady (vnitřní pnutí, studené spoje, orientace makromolekul, vnitřní dutiny). 5.2.1 Příčiny vad na vstřikované součásti

5.2.1

Tab. 5.2 Vady na výstřiku a jejich příčiny

závada Viditelný paprsek taveniny Stříbřité pruhy

Příčina na straně formy - nevhodné místo vtoku, - malý vtok. - malý vtok, - nedostatečné odvzdušnění formy.

Tokové čáry kolem vtoku -

nevhodné místo kolem vtoku, malý vtok, nízká teplota formy.

Spálená místa

malý vtok, nedostatečné odvzdušnění formy, velká uzavírací síla. malý vtok, nedostatečné odvzdušnění formy, vysoká teplota formy.

Propadliny

-

Příčina na straně stroje - nízká teplota taveniny, - vysoká vstřikovací rychlost. - nedostatečně vysušený granulát, - nízká teplota taveniny, - nízký vstřikovací tlak, - vadná uzavírací tryska. - nízká teplota taveniny, - vysoká vstřikovací rychlost.

-

vysoká vstřikovací rychlost, vysoká teplota taveniny, vadná uzavírací tryska. nízký vstřikovací tlak, vysoká teplota taveniny.

strana 66


Bubliny, lunkry

-

Švy, svary vtoku

-

nedostatečné odvzdušnění formy, nízká teplota formy, nevhodné rozložení tloušťek stěn. nízká teplota formy.

Přetoky

-

malá uzavírací síla, netěsná forma.

-

-

nízký vstřikovací tlak, vysoká teplota taveniny.

-

nízká vstřikovací rychlost,

-

nízká teplota taveniny.

-

vysoká vstřikovací rychlost, vysoká teplota taveniny.

Štěpení Pruhy, skvrny 5.3

-

nízká teplota formy.

černé

-

cizí polymery.

vysoká teplota taveniny, přehřátá tavenina, vadná uzavírací tryska.

5.3 CADMOULD Aby se předešlo chybám při vstřikování (vzniku vad na výstřiku), které mají za následek prodlužování výrobního času nástroje (formy), provádí se ve firmě Isolit – BRAVO analýza vstřikování pomocí systému CADMOULD. Předchází se tak nutným opravám formy při zjištění závad až během prvních zkušebních testů formy, které jsou časově a hlavně finančně velmi nákladné. Pomocí systému CADMOULD se provádí komplexní analýza vstřikovacího procesu, která odhalí případné chyby už v průběhu konstrukce a dává tím možnost oprav samotné konstrukce před výrobou formy. Tato analýza sestává z analýzy plnění tvarových dutin (časový průběh plnění tvarové dutiny, polohy studených spojů, místa s uzavřeným vzduchem, orientace skleněných vláken, tlak, teplota, smykové napětí, rychlost proudění taveniny), analýzy dotlaku (velikost a doba dotlaku, vliv na smrštění a deformaci) a analýzy smrštění a deformace výstřiku (doba chlazení), analýza chlazení (přestup tepla v temperanční kapalině), přídržná síla vstřikovacího stroje.Výpočty pomocí systému CADMOULD ušetří spoustu času a práce a jsou nezbytnou součástí konstrukce formy.

5.3.1

5.3.1 Zadávané parametry do systému CADMOULD a analýza procesu vstřikování K simulaci je nutné mít 3D model dutiny, tj. 3D model výstřiku. Jedním z formátů, s kterými tento software pracuje je formát STL (stereolithography – format). Připravený 3D model se do tohoto formátu převede v PRO/ENGINEER pomocí funkce:

FILE → SAVE AS COPY,

Obr. 5.1 Zesíťovaný povrch modelu

kde vyberu příslušný formát souboru. V této fázi také nastavuji vlastnosti zesíťování modelu. Velikost tětivy elementu (chord height) = 0.02 mm,


strana 67

kontrola úhlu (angle control) = 0.1 mm. Zesíťovaný model je na obrázku. Vtokové ústí a vtokový kanál se nadefinují v CADMOULDU podle rozměrů na technickém výkresu tvárníku. V prvním kroku importuji STL soubor 3D modelu výstřiku do CADMOULDu. Při načítání modelu vyberu z nabízených rozměrových jednotek (milimetry, palce). Poté pokračuji v nabídce runner segment, kde nadefinuji vtok. Otevře se okno, v kterém zadám rozměry vtokového kužele ústí vtoku – počáteční a koncový průměr, délku. Také zde zadávám umístění vtoku vzhledem k tvarové dutině (kliknutím myši na místo vtoku a zadáním úhlu v jedné ze tří prostorových os). V tomto okně též určím, že se jedná o studenou vtokovou soustavu. Takto nadefinuji i vtokový kanál. Opět v nabídce runner segment kliknu na položku swap, čímž přenesu koordinační systém na konec vtokového kužele a můžu definovat rozměry segmentu 2 v prostoru. Dalším krokem je nastavení temperančního okruhu a teplotní analýza stěn dutiny: 5.3.1.1 Nastavení teplotní analýzy stěn tvarové dutiny Nejdříve se definuje temperační okruh heating/cooling system. V systému PRO/ENGINEER se v modulu assembly zaktivoval part výstřiku, a vytvořili se v něm křivky kopírující osy temperančních okruhů v tvárníku a tvárnici. Poté se part výstřiku uloží do formátu IGES. Při ukládání si mohu vybrat, které prvky chci v tomto formátu uložit, vyberu si datum curves and points. Tímto způsobem je získána poloha křivek vůči koordinačnímu systému výstřiku ve formátu IGES. Křivky otevřu v CADMOULDU a přidám k modelu výstřiku. Umístění se definuje pomocí koordinačních systémů. V nabídce heating/cooling system se tyto křivky označí a nadefinují se jako temperační okruh. Zde také navolím průměr kanálů 8 mm. Heating/cooling circuit – zde se zadávají hodnoty průtokové rychlosti, nastavena na = 166 cm3/s. Tato hodnota vychází s praktických poznatků analytika firmy. A hodnota teploty přiváděné kapaliny = 50 °C. Určí se kde kapalina vstupuje do temperančního okruhu. V menu options wall temperature analysis navolím materiál. Nejprve materiál výstřiku, vyberu z knihovny materiálů PBT GF 30, Chrastin SK 605 natur, poté materiál temperanční kapaliny (výběr z knihovny kapalin – voda), materiál formy obklopující tvarovou dutinu (z knihovny materiálů - 1.2343 DIN). Cycle – definuje čas plnění = 0.5 s, čas chlazení = 7 s, zbytkový čas chlazení = 10s (zbytkový čas chlazení udává dobu chlazení po ukončení dotlaku). Heat flow – zadání teploty okolí (20 °C), a součinitele přestupu tepla (ponechá se přednastavená hodnota). Element lenght – zde se určí délková velikost elementů, na které si systém rozdělí temperanční kanál k výpočtům. Hodnota nastavena na 10 mm. V menu simulation se nastaví poslední kritéria pro teplotní analýzy stěn. Zde se omezí doba výpočtu této analýzy podmínkami – po kolika cyklech se má ukončit

5.3.1.1

strana 68


analýza, nastaveno = 20 cyklů, při změně teploty stěn dutiny formy mezi cykly menší než – nastaveno = 2 K. Následuje teplotní analýza stěn dutiny. Výsledky jsou použity v dalších simulačních výpočtech znázorňujících plnění a chladnutí dutin formy. Ve výpočtu bylo dosáhnuto ustálení teplot na stěnách po čtvrtém vstřikovacím cyklu a teplotní analýza byla uložena pro další výpočty. Po ukončení předchozích výpočtů pokračuji v nastavení parametrů: Dalším krokem je položka Gate (vtok). Po vybrání této ikony se zobrazí informace o kontrole propojení všech segmentů vtokové soustavy a dutiny, je to kontrola nezbytná k pokračování definování analýzy. Následuje volba materiálu materiál selection, kde se v databázi materiálů vybere PBT GF 30, Chrastin SK 605 natur. Process parameters – v této nabídce se definují technologické parametry vstřikování. Zobrazí se zde některé předdefinované parametry pro zvolený materiál, které se automaticky nastaví pokud zvolím nabídku default. Zde jsem vybral tyto parametry: - čas plnění dutiny = 0.5 s , - přepnutí z tlaku vstřikování na dotlak – udává se v procentech naplnění dutiny = 99 %, - teplotu taveniny = 270 °C, - teplotu stěny dutiny ve formě = 80 °C, - teplotu výstřiku při otevření formy = 120 °C. Také zde aktivuji simulaci Packing phase a Shrinkage and Warpage forecast. První analýza simuluje děje při dotlaku a druhá definuje smrštění a deformaci výstřiku. Dále se nastavuje Flow rate/pressure input profile pod ikonou filling time, kde se pomocí funkce split bar dají nastavit různé hodnoty vstřikovacího tlaku během fáze plnění a fáze dotlaku (nastavení je určováno podle procenta naplnění tvarové dutiny). Také se zde nastavuje maximální uzavírací síla stroje, maximální vstřikovací tlak stroje. Mohu měnit nastavení přepínání vstřikovacího tlaku na dotlak v závislosti na čase, nebo procentu naplnění dutiny formy. Následuje nastavení parametrů pro výpočet smrštění a deformaci. Zde je podmínkou, že v databázi plastů jsou u zvoleného plastu i data s PVT parametry a mechanickými vlastnostmi. Nastavuje se doba chladnutí ve formě po dotlaku = 18 s, teplota okolního prostředí = 20 °C. Dále se aktivuje ovlivnění hran modelu při tečení, izotropie a závislost součinitele přestupu tepla během plnění buď na tloušťce stěny, nebo se ponechá konstantní, popřípadě se může měnit po skupinách, do kterých si CADMOULD rozdělí model (dutiny) při jeho zesíťování. Nastavení se doporučuje pro malé výstřiky ponechat na přednastavené hodnotě konstantní jak během plnění, tak i při dotlaku. Simulation options – zde nastavuji parametry: - o modelu: Relative element size – nastavení přesnosti (od 0.1 -10), čím menší číslo, tím přesnější výpočet. Nastaveno na = 2 %.


strana 69

Automatic mesh refinement – vypnutí a zapnutí zhuštění zasíťování u přechodů geometrie modelu. Hodnota nastavena na zapnuto. Software si přebere síť z formátu STL. Pokud zesíťování není dostačující, dá se nastavit mesh ručně. Symmetry check – při zaškrtnutí této položky systém zkontroluje tvarové dutiny, rozpozná symetrii a využije jí při výpočtu. Urychlení výpočtu, nastaveno na zapnuto. Camping force – mohu nastavit zda chci rychlý výpočet, nebo výpočet který zohledňuje technologické vruby. Na mém modelu vruby nejsou → nastaveno na fast. - průběhu plnění dutiny taveninou: Result storage interval – zadání po kolika procentech naplnění má zapsat výsledek měření, nastaveno = 2 %. - průběhu dotlaku v dutině formy: Result storage interval – zadává se v jakém časovém intervalu se zapisují výsledky, nastaveno na = 0.05 s. Po nastavení popsaných parametrů mohu spustit simulaci vstřikování taveniny do tvarové dutiny formy. Doba výpočtu je závislá na nastavení velikosti kroků a přesnosti výpočtu a výkonnosti počítače, na kterém byla prováděna.

5.4 Výsledky simulace vstřikování (grafické výstupy analýzy)

v software

5.4.1 Wall thickness (tloušťka stěn výstřiku)

Kontrola tloušťek stěn zadaného 3D modelu.

CADMOULD

5.4

5.4.1

strana 70

5.4.2


5.4.2 Wall Temperature Filling (teplota povrchu dutiny během fáze plnění)

Grafický výstup ukazuje teplotu povrchu dutiny v okamžiku, kdy proud tavenina jim právě prochází. 5.4.3

5.4.3 Wall Temperature Cooling (teplota povrchu dutiny po ochlazení)

Tento výsledek uvádí teplotní pole povrchu dutiny po skončení doby chladnutí výstřiku ve formě.


5.4.4 Level-Based Filling Pattern (postupné plnění tvarové dutiny formy)

strana 71

5.4.4

Tento výstup ukazuje jak tavenina plastu postupovala tvarovou dutinou až k jejímu konečnému vyplnění. Tento grafický výstup dává informace o možných problémech plnění dutiny jako je nevyvážené plnění, kde následkem mohou vznikat vzduchové kapsy, studené spoje. 5.4.5 Air Trap + Weld Lines (vzduchové kapsy a studené spoje)

Bílé kuželíky na hranách výstřiku ukazují oblasti možných výskytů vzduchových kapes. Vzhledem ke konstrukci tvarové dutiny ve formě pomocí vložek, bude umožněn odchod vzduchu z dutiny právě na těchto inkriminovaných částí výstřiku.

5.4.5

strana 72

5.4.6


5.4.6 Pressure Distribution 98% (šíření tlaku v dutině během plnění)

Výsledek ukazuje šíření tlaku v dutině formy během celé fáze plnění až do přepnutí na dotlakovou fázi. Důležité je, aby se tvarová dutina formy vyplnila alespoň s 96 %, ale přitom zůstala nenaplněná na 100 % (kvůli tlakové špičce po přepnutí na dotlak). 5.4.7

5.4.7 Pressure Loss (tlaková ztráta)

Popisuje rozložení tlakového pole v dutině formy, po ukončení fáze dotlaku. Na kterém závisí vnitřní struktura materiálu, následné smrštění a deformace výstřiku.


5.4.8 Velocity when filled (rychlost šíření taveniny v dutině formy)

strana 73

5.4.8

Výsledek ukazuje lokální rychlost proudění taveniny během plnící fáze. Velmi nízká rychlost může zapříčinit zamrznutí proudu během plnění, naopak velmi vysoká rychlost může způsobit tzv. usmyknutí (překročení smykové rychlosti materiálu) což má za následek zvýšení teploty materiálu s následkem teplotní degradace materiálu. 5.4.9 Temperature when filled (teplota taveniny během fáze plnění)

Výsledek ukazuje zprůměrňovanou teplotu na tloušťku stěny během fáze plnění tvarové dutiny. Doporučuje se, aby rozdíl lokálních teplot v tvarové dutině nebyl větší než 10 - 20 °C.

5.4.9

strana 74

5.4.10


5.4.10 Temperature Distribution after Filling (teplota po ukončení fáze plnění)

Zobrazení lokálního rozložení teplotního pole taveniny po ukončení plnící fáze. Zde je důležité udržení teploty nad teplotou krystalizace (NF – no-flow = 200°C) v co největší míře materiálu pro nadcházející dotlak. Čím menší jsou teplotní rozdíly v dutině formy, tím lepší bude mít materiál vyrovnanost vnitřní struktury. 5.4.11

5.4.11 Frozen Layer Thickness after Filling (tloušťka zmrzlých vrstev po fázi plnění)

Výsledek ukazuje podíl zamrzlého materiálu po fázi plnění na tloušťku stěny. Průřez stěn Výsledek ukazuje podíl zamrzlého materiálu po fázi plnění na tloušťku stěny. Průřez stěnou výstřiku je rozdělen do deseti vrstev, které jsou kontrolovány. V místech


strana 75

zamrznutí se redukuje průřez dutinou pro proudění taveniny do zbývající dutiny formy. Žlutá vyjadřuje místa s možností výskytu staženiny, a červená místa označují pravděpodobný výskyt staženiny. 5.4.12 Time-Based Filling Pattern + Surface Orientations (orientace plniva v tavenině na povrchu výstřiku)

5.4.12

Výsledek ukazuje strukturu skleněných vláken v tavenině na povrchu výstřiku během plnící fáze. 5.4.13 Time-Based Filling Pattern + Center-Line Orientations (orientace plniva v tavenině ve středu stěn výstřiku)

Výsledek ukazuje strukturu skleněných vláken v tavenině ve středu stěn výstřiku během plnící fáze.

5.4.13

strana 76

5.4.14


5.4.14 Ejection Time (čas vyhození výstřiku z formy)

Je to čas měřený od počátku vstřikování (fáze plnění) do doby, kdy poklesne teplota pod hranici teploty vyhazovací. Teplota vyhazovací je definována jako teplota, za které může dojít k vyhození výstřiku aniž by došlo k jeho deformaci. 5.4.15

5.4.15 Volume Shrinkage after Filling (objemové smrštění po fázi plnění)

Výsledek vyjadřuje potenciální objemové smrštění po fázi plnění. Nesouvisí se smrštěním po fázi dotlaku, ale ukazuje místa, kde může dojít po ztuhnutí k deformacím. Cílem této analýzy je dosáhnout co nejmenších rozdílů v hodnotách potenciálního smrštění v jednotlivých částech dutiny.


5.4.16 Volume Shrinkage after Packing (objemové smrštění po fázi dotlaku)

strana 77

5.4.16

Tento obrázek ukazuje objemové smrštění na konci fáze dotlaku. Ani zde to není údaj určující konečné smrštění. Hlavním kritériem tohoto měření je dosáhnout co nejmenších rozdílů naměřených hodnot v dutině formy. To zajistí rovnoměrné ztuhnutí bez následných tvarových deformací na výstřiku. 5.4.17 Frozen Layer Thickness after Packing (tloušťka zamrzlých vrstev po fázi

dotlaku)

Zde je vidět z kolika procent je výstřik ztuhlý po fázi dotlaku. Zde je důležitým hlediskem, aby po ukončení dotlaku byl výstřik z co největší části ve stavu „zamrzlém“, z důvodu zpětného úniku materiálu do vtokové soustavy.

5.4.17

strana 78

5.4.18


5.4.18 X Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení v e směru osy x)

Tento výsledek reprezentuje hodnoty ukazující deformaci výstřiku ve směru osy x po ochlazení na okolní teplotu. Je to separovaný údaj bez ohledu na smrštění v ostatních směrech. Šedý je originální tvar, deformace je schválně zvětšená, aby byl názorně vidět její směr. 5.4.19

5.4.19 Y Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení ve směru osy y)

Tento výsledek reprezentuje hodnoty ukazující deformaci výstřiku ve směru osy y po ochlazení na okolní teplotu.


5.4.20 Z Deformation after Cooling (deformace výstřiku po době ochlazení ve směru osy z)

strana 79

5.4.20

Tento výsledek reprezentuje hodnoty ukazující deformaci (smrštění a zvlnění) výstřiku ve směru osy z po ochlazení na okolní teplotu. 5.4.21 Warpage (deformace)

Je to snímek z animace postupné deformace výstřiku. Tato analýza dává korektní údaje ohledně deformací po ochlazení výstřiku na okolní teplotu ve všech třech prostorových osách současně. Je zde nutné po výpočtu zvolit referenční bod, ke

5.4.21

strana 80


kterému se mají deformace projevit (bod během výpočtu je nastaven programem a není zjistitelný). 5.4.22

5.4.22 Heat transfer Coefficient (koeficient odvodu tepla)

Výsledek popisuje velikost koeficientu odvodu tepla v prostředí mezi povrchem temperančního kanálu a kapalinou. 5.4.23

5.4.23 Heat flow efficiency (efektivnost odvodu tepla)

Výsledek výpočtu ukazuje efektivnost odvodu tepla v nadefinovaných segmentech temperačních kanálů.


5.4.24 Diagrams cl_force (diagram potřebné uzavírací síly stroje)

strana 81

5.4.24

Diagram popisuje potřebnou uzavírací sílu stroje během vstřikování. Nejvyšší hodnoty dosahuje při přepnutí vstřikovacího tlaku na dotlak = 9.963 kN.

5.5 Tabulkový výstup analýzy

5.5

Mold "9891_vylisek040630_002" Total Cavity

Surface

4075.16 mm²

Volume

3830.74 mm³

Centroid

0.014 , 30.053 , -8.056 mm

Mass

5.86 g Part 1

Surface

2037.58 mm²

Volume

1435 mm³

Centroid

-0.000 , -0.538 , -4.241 mm

Mass

2.2 g Part 2

Surface

2037.58 mm²

Volume

1435 mm³

strana 82


Centroid

0.028 , 60.644 , -4.241 mm

Mass

2.2 g Runner

Volume

960.741 mm³

Centroid

0.014 , 30.053 , -19.452 mm

Mass

1.47 g

Material Basic Data

Name

CRASTIN SK 605

Type

PBT

Manufacturer

DU PONT Thermal Data

Thermal Conductivity

0.28 W/(mK)

Thermal Diffusivity

0.118866 mm²/s

No-Flow Temperature

200 °C PVT Parameters

PS1

25395.9 bar cm³/g

PS2

0.893232 bar cm³/(gK)

PS3

2867.17 bar

PS4

36733.9 bar

PF1

34410.5 bar cm³/g

PF2

0.533069 bar cm³/(gK)

PF3

3576.25 bar

PF4

52987.2 bar

PF5

0.000762 cm³/g

PF6

0.0228115 1/k

PF7

0.0003941 1/bar

PK1

201 °C

PK2

0.0073333 K/bar

Density (23 °C)

1.53 g/cm³

Mechanical Data

Young's Modulus in Fiber Direction E1(T) = E10 + E11·T + E12·T² + E13·T³, [T] = °C

E10

15798.2 MPa

E11

-249.639 MPa/K

E12

1.4868 MPa/K²

E13

-0.00302 MPa/K³

Mechanical Data

Young's Modulus normal to Fiber Direction E2(T) = E20 + E21·T + E22·T² + E23·T³, [T] = °C

E20

7019.3 MPa

E21

-137.356 MPa/K

Úvod 5 Kontrolní výpočty vstřikování plastu do formy pomocí CAE systému CADMOULD E22

0.92745 MPa/K²

E23

-0.00206 MPa/K³

Mechanical Data

Coefficient of Thermal Expansion in Fiber Direction

3e-005 1/K

K

Process Recommended Process Parameters

Melt Temperature

250 °C

Wall Temperature

80 °C

Ejection Temperature

180 °C Process Parameters

Filling Time

0.5 s

Pressure-Controlled Filling

99 %

Melt Temperature

270 °C

Wall Temperature Distribution

55.3 / 53.6 °C

Ejection Temperature

120 °C

Heat Transfer Coefficient Mold (Filling) Wall Thickness Dependent Heat Transfer (Packing)

Coefficient

Mold

1000 W/(m²K)

Flow-Rate/Pressure Input No

Time [s]

Level [%]

Flow Rate [cm³/s]

Pressure [bar]

1

0.500

100.0

7.661

-

Packing-Pressure Input No

Packing Time [s]

Cycle Time [s]

Packing / Final Injection Pressure [%]

Pressure [bar]

1

4.799

5.299

70.661

458.12

2

7.000

7.500

21.505

139.43

Shrinkage + Warpage Analysis Process Parameters

Heat Transfer Coefficient Mold

1000 W/(m²K)

Cooling Time inside Mold after Filling

25 s

Heat Transfer Coefficient Ambient

8 W/(m²K)

Ambient Temperature

20 °C

Runner Segments No Type

Point 1 [mm]

Point 2 [mm]

1 Cold

0.014 , 10.103 , -

0.014 , 15.053 , -

Displacement Length Hydraulic Hydraulic X Section [mm] [mm] Ø 1 [mm] Ø 2 [mm] -0.000 , 4.950 , 4.950

7.000

1.000

3.000

Circular

strana 83

strana 84


11.451

6.501

0.014 , 2 Cold 15.053 , 6.501

0.014 , 0.000 , 15.000 30.053 , 15.000 , 0.000 6.501

3.000

3.000

Trapezoidal (rounded)

0.014 , 3 Cold 30.053 , 6.501

0.014 , 30.053 , 56.501

-0.000 , 0.000 50.000 , -50.000

4.000

3.500

Circular

0.014 , 4 Cold 30.053 , 6.501

0.014 , 30.053 , 1.501

-0.000 , 0.000 , 5.000

5.000

4.000

4.000

Circular

0.014 , 5 Cold 30.053 , 1.501

0.014 , 30.053 , 3.499

0.000 , 0.000 , 5.000 5.000

4.000

4.500

Circular

0.014 , 30.053 , 5.499

-0.000 , 0.000 , 2.000

2.000

3.000

3.000

Circular

0.014 , 7 Cold 50.003 , 11.451

0.014 , 45.053 , 6.501

0.000 , -4.950 , 4.950

7.000

1.000

3.000

Circular

0.014 , 8 Cold 45.053 , 6.501

0.014 , 0.000 , 30.053 , 15.000 15.000 , 0.000 6.501

3.000

3.000

Trapezoidal (rounded)

6 Cold

0.014 , 30.053 , 3.499

Úvod 6 Závěr

6

ZÁVĚR

Konstrukce vstřikovacích forem je důležitým prvkem v technice dnešního světa. Výrobky z plastických hmot jsou všude kolem nás, a produkce těchto materiálů neustále stoupá. Navrhování a konstruování vstřikovacích forem není jednoduchou záležitostí a vyžaduje mnoho poznatků o samotné konstrukci formy, technologickém procesu vstřikování a použitých plastických materiálech na výrobu výstřiků. Dobrým konstruktérem vstřikovacích forem se člověk nestává po roce práce v oboru, ale po letech. Každý konstruktér vstřikovacích forem byl ovšem jednou na začátku své profese, kdy potřeboval získávat informace o svém oboru, aby se mohl dále rozvíjet ve své činnosti. Účelem a cílem této práce je poskytnout návod jak takovou formu zkonstruovat. Tím, že mi bylo zadáno zkonstruovat formu pro určitou součást, jsem prošel celým procesem tvorby vstřikovací formy a mohl jsem vytvořit ucelený postup konstruování formy. Věřím, že tato diplomová práce bude užitečným vodítkem začínajícím konstruktérům ve firmě Isolit-BRAVO, spol. s r.o., a pomůže jim pochopit a naučit se základní postupy při návrhu a konstrukci vstřikovacích forem. Určitě by našla své uplatnění i na této vysoké škole, kde by mohla posloužit jako vodítko pro studenty zabývající se touto problematikou. Tato diplomová práce popisuje návrh a konstrukci vstřikovací formy pro zadanou součást od samotného začátku až po její úspěšnéé zkonstruování. Forma byla úspěšně odzkoušena a v dnešní době na ní probíhá sériová výroba zadaných součástí. V prvním bodě diplomové práce jsem popsal jednotlivé části a funkční soustavy vstřikovacích forem a uvedl jejich možné konstrukční varianty. Jsou to důležité teoretické znalosti, bez jejichž poznání se nedá konstruovat vstřikovací forma. Druhý bod začíná zadáním součásti, která se má vyrábět. Obsahuje 3D model zadané součásti, její technický výkres a zadávací list. V tomto bodě popisuji jak vybírat z katalogu komponenty formy, navrhuji na nich konstrukční prvky a ověřuji je analytickými výpočty. Třetí bod představuje vyhotovení 3D modelu formy v systému PRO/ENGINEER a výkresové dokumentace. V tomto bodě jsem rozebral metodiku jak postupovat při tvorbě složitých sestav a výhody postupu používaného ve firmě, kde jsem absolvoval tuto práci. Čtvrtý bod se zabývá zadáním parametrů pro výpočet procesu vstřikování termoplastu do formy a vyhodnocením výsledků této komplexní analýzy procesu. Výpočet v systému CADMOULD je neodmyslitelnou součástí konstrukce formy. Ověřuje správnou funkčnost a dává tak předpoklad dlouhé životnosti formy.

strana 85

6

strana 86

7

7 Literatura

7

LITERATURA

Publikace: |1| HENDRYCH, J. - WEBER, A. - DELEŽEL, J.: Standardizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1986. 360 s. |2| ING. KOLOUCH, J.: Strojní součásti z plastů. 1.vyd. Praha: SNTL, 1981. 260 s. |3| Kurz návrh a konstrukce vstřikovacích forem Brno: Kompozity Brno, 1999. 130 s. |4| ING. NOVÁK, Csc, J. - Ing. JURNČKOVÁ, J.: Základy vstřikování termoplastů, část II. 1.vyd. 2000. 45 s. |5| ŘEHULKA, Z.; Konstrukce výlisků z plastů a forem pro zpracování termoplastů. Brno: Uniplast Brno, 2001. 175 s.

Úvod 8 Přílohy

8

PŘÍLOHY

8.1 Konstrukční řešení vstřikovacích forem Vstřikovací forma se studenou vtokovou soustavou s jednou dělicí rovinou: Příloha č.1 1/3

1. tvářecí části: 1.1- tvárník, 1.2- tvárnice, 1.3-tvarová vložka 2. rám formy: 2.1-upínací deska, 2.2-vložková deska, 2.3-opěrná deska, 2.4rozpěrka, 2.5-středicí kroužek, 2.6-vodicí sloupek, 2.7-vodicí pouzdro se závitem, 2.8- středicí trubka, 2.9-podložka šroubu 3. vtoková soustava: 3.1-vtoková vložka, 3.2-opěrný kroužek 4. vyhazovací sys. výstřiku: 4.1-vyhazovací deska kotevní, 4.2-vyhazovací deska opěrná, 4.3-vyhazovač, 4.4-vodicí sloupek, 4.5-vodicí pouzdro se středěním, 4.6-vratný kolík, 4.7-vyhazovací čep 5. vyhazovací sys. vtokového zbytku: 5.1-trhač vtoku, 5.2-vyhazovač vtoku 7. temperační okruh : 7.1-náustek, 7.2-zděř náustku, 7.3-hadice, 7.4-ocelová zátka se závitem

strana 87

8 8.1

strana

8 Přílohy

příloha č.1 2/3

Vstřikovací forma se studenou vtokovou soustavou s dvěma dělicími rovinami:

1. tvářecí části: 1.1-tvárník, 1.2-tvárnice, 1.3-tvarová vložka, 1.4-stírací pouzdro 2. rám formy: 2.1-upínací deska, 2.2-vložková deska, 2.3-stírací deska výstřiku, 2.4-středicí kroužek, 2.5-vodicí sloupek, 2.6-vodicí pouzdro, 2.7-podložka šroubu, 2.8-vodicí sloupek 3. vtoková soustava: 3.1-vtoková vložka s krátkým kuželem 4. vyhazovací sys.výstřiku: 4.1-nárazník deskový,4.2-vodicí tyč,4.3-vodicí pouzdro 5. vyhazovací sys.vtokového zbytku: 5.1-stírací deska vtok.zbytku, 5.2přidržovač vtoku, 5.3-omezovač zdvihu 6. ovládací mechanismy: 6.1-řetězový tahač 7. temperanční okruh: 7.1-náustek, 7.2-koleno 90°, d- tvářecí dutina, k- rozváděcí kanál, v- výstřik, z- vtokový zbytek

Úvod 8 Přílohy příloha č.1 3/3

Vstřikovací forma s bezodpadovou vstřikovací soustavou:

1. tvářecí části: 1.2-tvárník, 1.2-tvárnice 2. rám formy: 2.1-upínací deska, 2.2-vložková deska, 2.3-rozpěrná deska, 2.4vodicí sloupek, 2.5-vodicí pouzdro se závitem, 2.6-středicí trubka, 2.7podložka šroubu, 2.8-středicí kroužek 3. vtoková soustava: 3.1-vtoková vložka, 3.2-síto, 3.3-rozváděcí blok, 3.4opěrný kroužek, 3.5-ucpávka kanálu,3.6-válcové topné těleso,3.7-tepelně vodivá tryska,3.8-předkomorová vložka, 3.9-těsnící kroužek, 3.10-přítlačný čep, 3.11-talířová pružina 4. vyhazovací sys. výstřiku: 4.1-vyhazovací deska kotevní, 4.2-vyhazovací deska opěrná, 4.3-vyhazovač, 4.4-vyhazovací čep, 4.5-vodicí sloupek (hladký), 4.6-vodicí pouzdro se středěním, 4.7-vratná pružina 8. regulační sys.: 8.1-snímač teploty (čidlo), 8.2-regulátor teploty k – rozváděcí kanál, d – tvářecí dutina, v – výstřik

strana 89

strana

8.2

8 Přílohy

8.2 Rozdělení bezodpadových konstrukcí rámů forem Příloha č.2

Úvod 8 Přílohy

8.3 zadávací list příloha č.3

strana 91

8.3

strana

8.4

8 Přílohy

8.4 schéma technického výkresu součásti příloha č.4

Úvod 8 Přílohy

8.5 Katalogový list od firmy DME Příloha č.5 1/2

strana 93

8.5

strana

8 Přílohy

Příloha č.5 2/2

Úvod 8 Přílohy

strana 95

8.6 Převodní tabulka materiálů

8.6

Příloha č.6 ČSN

Kalitelnost

DIN

Použití

19 552

52

1.2343

Tvarové části

19 552

52

1.2343 supra

Dezen

19 554

54

1.2344

Šupáky, vyhazovače

19 663

52

1.2714

Vložky

19 487

60

1.2162

19 312

56

1.2842

19 436

60

1.2080

19 655

54

1.2767

Stírací desky, šupáky, vložky

14 220

60

1.7131

Klíny

1.2826

Vyhazovače, kolíky, kruhové vložky

19 452

54

19 421

1.2210

12 050

1.0503 1.2516

11 600

1.0060

11 523

1.0570

Destičky

Vyhazovače

1.1730

Desky měkké

1.2738

Tvarové části zpevněné

strana

8 Přílohy

8.7 Battenfeld 350 plus Příloha č.7

8.7

Úvod 8 Přílohy

strana 97

8.8 Schématické znázornění sestav

8.8

Příloha č.8

vstřikovací forma pevná část formy pohyblivá část formy transportní můstek

pevná část formy tvárnice vložky z tvarem dutiny formy středící kroužek izolační deska vtoková vložka tvarové vložky vodící sloupky šrouby k upevnění izolační desky, středícího kroužku ucpávka a náustky temperančního okruhu kolík k aretaci vtokové vložky

strana

8 Přílohy

pohyblivá část formy tvárník vložky s tvarem dutiny formy opěrná deska rozpěrka upínací deska vyhazovací opěrná deska vyhazovací kotevní deska izolační deska tvarové vložky vodící a středící pouzdra vodící sloupky a pouzdra vyhazovacích desek vratné kolíky vyhazovače ploché a tvarové, vyhazovač vtoku stop buttony a podložka vyhazovače vtoku šrouby k upevnění izolační desky, rozpěrky,tvárníku a opěrné desky

šrouby k montáži vyhazovacích desek,stop buttonů ucpávka a náustky temperančního okruhu

Úvod 8 Přílohy

strana 99

transportní můstek transportní můstek závěsné oko šrouby k upevnění můstku

strana

8.9

8 Přílohy

8.9 Schéma výkresu sestavy Příloha č.9

Konstrukce vstřikovacích forem pro termoplasty s využitím CA technologií

Recommend Documents