VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY VÝROBA SOUČÁSTI Z PLASTU KRYT ZÁSOBNÍKU

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

VÝROBA SOUČÁSTI Z PLASTU „KRYT ZÁSOBNÍKU“ PRODUCTION SINGLE PARTS FROM THERMOPLASTIC „MAGAZINE COVER“

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

PAVEL ŘÍHA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2010

Ing. LADISLAV ŽÁK, Ph.D.

VLOŽIT ORIGINÁL ZADÁNÍ Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 2009/2010

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Pavel Říha který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojírenská technologie (2303R002) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č. 111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Výroba součásti z plastu "Kryt zásobníku" v anglickém jazyce: Production single parts from thermoplastic "Magazine cover"

Stručná charakteristika problematiky úkolu: Návrh technologie výroby součásti a konstrukční řešení formy Cíle bakalářské práce: 1. Literární studie 2. Návrh technologie výroby 3. Konstrukční řešení formy a potřebné výpočty 4. Ekonomické zhodnocení

VLOŽIT ORIGINÁL ZADÁNÍ Seznam odborné literatury: KOLOUCH, Jan. Strojírenské výrobky z plastu vyráběné vstřikováním. 1. vyd. Praha : SNTL, 1986. 229 s. SOVA, Miloš, KREBS, Josef. Termoplasty v praxi : Praktická příručka pro konstruktéry, výrobce, zpracovatele a uživatele termoplastu. 5. aktualiz. vyd. Praha : Verlag Dashöfer, 1999-2000. růz s., CD-ROM. ISBN 80-86229-15-7.

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Ladislav Žák, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2009/2010. V Brně, dne 10.11.2009 L.S.

_______________________________ prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu

_______________________________ doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

ABSTRAKT

ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá technologií vstřikování termoplastů. Teoretická část popisuje současné poznání v oblasti vstřikování termoplastů a shrnuje doporučení pro konstrukci vstřikovací formy. V praktické části je řešena konstrukce prototypové formy pro zadaný výlisek. Tato část zahrnuje i technologickou analýzu výlisku. Vlastní konstrukce formy je provedena v programu Pro/Engineer Wildfire 4.0. Výstupem je výkresová dokumentace. V samotném závěru práce je proveden ekonomický rozbor nákladů na výrobu nástroje.

KLÍČOVÁ SLOVA Vstřikování termoplastů, vstřikovací forma, plastový výlisek, analýza plnění.

ABSTRACT The Bachelor´s thesis is concerned about thermoplastic injection technology. In the theoretical part are described actual knowledge in branch of thermoplastic injection and there are summarized the recommendations for design of injection mould also. The practical part describes the prototype injection mould design for designated plastic part. One of chapters includes technology analysis of plastic part. The mould is projected in Pro/Engineer Wildfire 4.0 software including complete technical documentation . In the end of this thesis is performed economic analysis of production costs.

KEY WORDS Thermoplastic injection, injection mould, molded plastic part, filling analysis.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ŘÍHA, Pavel. Výroba součásti z plastu „kryt zásobníku“. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2010, 61 stran. Vedoucí diplomové práce Ing. Ladislav Žák, Ph.D.

5

PROHLÁŠENÍ

PROHLÁŠENÍ Čestně prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně s použitím citované odborné literatury.

V Brně, dne 27.5.2010

………………………… Pavel Říha

PODĚKOVÁNÍ V úvodu bych chtěl poděkovat svému vedoucímu práce panu Ing. Ladislavu Žákovi, za jeho cenné rady a odborné vedení. Dále bych rád poděkoval kolegům z konstrukčního a technologického oddělení firmy Plastkov s.r.o. za jejich podporu a zkušenosti, zejména pak panu Zdeňkovi Cejpkovi a Milošovi Vránovi, kteří mi umožnili zpracovat bakalářskou práci na toto téma.

6

OBSAH

OBSAH

ÚVOD …………………………………………………………………………………….

9

I. TEORETICKÁ ČÁST 1. TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ TERMOPLASTŮ ……………………………..... 1.1 Termoplasty ………………………………………………………………….. 1.2 Vstřikovací cyklus …………………………………………………………… 1.3 Vstřikování vlákny plněných termoplastů …………………………………… 1.4 Návrh a kvalita výlisku ……………………………………………………….

10 10 11 14 14

2. VSTŘIKOVACÍ STROJE …………………………………………………………….. 17 2.1 Vstřikovací jednotka …………………………………………………………. 17 2.2 Uzavírací jednotka ………………………………………………………….... 18 3. VSTŘIKOVACÍ FORMY ……………………………………………………………. 3.1 Uspořádání vstřikovací formy ……………………………………………….. 3.2 Volba vstřikovacího stroje, násobnost formy ………………………………... 3.3 Analýza výlisku, smrštění ……………………………………………………. 3.4 Tvarové části formy a jejich materiály ………………………………………. 3.5 Studená vtoková soustava ……………………………………………………. 3.5.1 Vtokové kanály …………………………………………………….. 3.5.2 Vtoková ústí ………………………………………………………... 3.5.3 Možnosti řešení vtoků ……………………………………………… 3.6 Vyhřívaná vtoková soustava …………………………………………………. 3.6.1 Vyhřívané trysky …………………………………………………... 3.6.2 Vytápěné rozváděcí bloky …………………………………………. 3.6.3 Sekvenční a kaskádové vstřikování ………………………………... 3.7 Mechanické vyhazování výlisku …………………………………………….. 3.8 Temperační systém formy …………………………………………………… 3.9 Odvzdušnění formy ………………………………………………………….. 3.10 Normálie …………………………………………………………………….

19 19 20 21 22 23 23 25 27 28 28 29 29 31 34 36 37

7

OBSAH

II. PRAKTICKÁ ČÁST 4. CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE ………………………………………………………. 38 5. PROGRAMOVÁ PODPORA ………………………………………………………... 38 6. ANALÝZA VÝLISKU ………………………………………………………………. 6.1 Zadaný výrobek, technologie výroby ………………………………………... 6.2 Dělící rovina a směr odformování …………………………………………… 6.3 Úkosová analýza ……………………………………………………………... 6.4 Umístění a volba vtoku ………………………………………………………. 6.5 Technologická analýzy ………………………………………………………. 6.5.1 Časový průběh plnění ……………………………………………… 6.5.2 Tlak čela taveniny …………………………………………………. 6.5.3 Problémy naplnění ………………………………………………… 6.5.4 Teplota čela taveniny ……………………………………………… 6.5.5 Místa uzavření vzduchu …………………………………………… 6.5.6 Průběh utěsnění dutiny ……………………………………………. 6.5.7 Orientace skelných vláken ………………………………………… 6.6 Volba smrštění ………………………………………………………………..

39 39 40 41 42 44 45 45 46 46 47 47 48 48

7. VOLBA VSTŘIKOVACÍHO STROJE ………………………………………………. 49 7.1 Násobnost formy …………………………………………………………….. 49 7.2 Zavírací síla ………………………………………………………………….. 49 8. KONSTRUKCE FORMY …………………………………………………………….. 8.1 Koncepce formy, rám ………………………………………………………… 8.2 Tvarová dutina formy ………………………………………………………… 8.3 Vtoková soustava …………………………………………………………….. 8.4 Temperace ……………………………………………………………………. 8.5 Vyhazování ……………………………………………………………………

50 50 52 53 53 55

9. EKONOMICKÝ ROZBOR …………………………………………………………… 57 ZÁVĚR ………………………………………………………………………………….. 59

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM PŘÍLOH

8

ÚVOD

ÚVOD Zpracování plastů je odvětví průmyslu, které v posledních desetiletích zaznamenalo prudký nárůst. Na výrobky z plastů jsou dnes kladeny vysoké nároky z hlediska jejich přesnosti, pevnosti a životnosti. Vznikají nové typy nebo modifikace plastových materiálů a jsou vyvíjeny tomu odpovídající technologie zpracování. Jednou z těchto již zavedených technologií je vstřikování termoplastů. Je to nejrozšířenější způsob zpracování této skupiny plastů. Technologie vstřikování využívá vlastností termoplastů, jako je změna tvaru za zvýšené teploty a tlaku. Příprava termoplastu pro vstřikování probíhá ve vstřikovacích lisech. Tvar finálního výrobku určuje dutina vstřikovací formy upevněné na lise a tvořící s ním samostatnou výrobní jednotku. Konstrukce vstřikovací formy (nástroje) musí zajistit bezproblémový chod výroby a požadované vlastnosti výrobku (výlisku), a to po celou dobu životnosti nástroje. Konstrukci nástroje ovlivňuje zejména požadovaný tvar výlisku, typ zpracovávaného termoplastu a předepsaný počet zdvihů. Na nástroj jsou kladeny zvýšené nároky na přesnost sestavení, tvarovou stálost při tepelném zatížení, odolnost vůči opotřebení a celkovou tuhost. Pro samotný návrh nástroje jsou dnes využívány 3D konstrukční programy s návazností na technologické postupy (obráběcí programy, výroba elektrod pro jiskření tvaru, atd.). K předcházení vad výlisku jsou využívány, ještě před samotným návrhem nástroje, programy pro analýzu plnění dutiny. Výroba vstřikovací formy je finančně náročná a proto jsou tyto nástroje používány zvláště pro velké série, v řádu stovek tisíc kusů. V některých případech je třeba vyrobit prototyp výlisku přímo technologií vstřikování, pak je možno navrhnout prototypový nástroj s garantovanou životností v řádu stovek zdvihů. V teoretické části této práce je stručně popsána technologie vstřikování a postup konstrukce nástroje, v rozsahu potřebném pro praktické navržení vstřikovací formy. Praktická část obsahuje řešení prototypového nástroje pro konkrétní výrobek z termoplastu plněného skelným vláknem. Konstrukce formy je taková, aby bylo v budoucnu možno, po výměně tvarových dutin a drobných úpravách, použít tento nástroj pro sériovou výrobu.

Obr. 1 Řešený plastový výrobek Sestava dvou plastových výlisků spolu tvoří zásobník pro nastřelovací pistole

9

TEC CHNOLOGIE E VSTŘIKOV VÁNÍ TERMO OPLASTŮ

TEO ORETICKÁ ČÁST Č

I. TEORE T ETICKÁ ČÁST

1 TECHN 1. NOLOGIE E VSTŘIKOVÁNÍÍ TERMO OPLASTŮ Ů Vstřikováání termoplaastů předstaavuje takovýý způsob tvááření, při ktterém je přeesně určená dávka rooztavené hm moty vstříknnuta velkouu rychlostí z pracovní tllakové komory vstřikovvacího stroje do u uzavřené tvaarové dutinyy kovové foormy (nástrooje), kde hm mota ochlazeením ztuhnee ve finální v výrobek. Forrma se v dělící rovině otevře, o výroobek je vyho ozen systém mem vyhazoovačů, který ý je sooučástí násttroje a celý proces se po p uzavření formy opak kuje. Výrobky vyrobené teechnologií vstřikování v se vyznačuj ují dobrou roozměrovou i tvarovou p přesností a vysokou v repprodukovateelností mechhanických a fyzikálníchh vlastností.. [1] Vstřikovaací stroj je univerzální u z zařízení na které je mo ožno nainstaalovat různéé vstřikovaccí n nástroje – foormy. Naprooti tomu vstřřikovací forrma je obvy ykle navrženna na konkrrétní tvar vý ýlisku.

1 Termooplasty 1.1 Termoplastyy jsou polym T merní materiiály, které při p zahříván ní přecházejíí do plastickkého stavu, do sttavu vysocee viskózníchh kapalin, kde k je lze snnadno tvářet a zpracováávat různým mi technolog giemi. D tuhého sttavu přejdouu ochlazeníím pod teplootu tání (sem Do mikrystalickké plasty), rresp. teplotu u v viskózního toku (amorfn fní plasty). Protože P při zahřívání z needochází kee změnám chemické strruktury, lzze proces měknutí m a náásledného tuuhnutí opakoovat teoreticcky bez om mezení. Jednná se pouze o fyyzikální prooces. K term moplastům patří p většinaa zpracováv vaných hmott, jako je poolyethylen (PE), ( p polypropylen n (PP), polyystyren (PS)), polyvinyllchlorid (PV VC), polyam mid (PA), attd. [2] NADMOLE N EKULÁRNÍÍ STRUKTU URA PLAS STŮ [2] Podle naddmolekulárnní struktury (podle stuppně uspořád danosti), kdyy nadmolekkulární struk ktura je n nadřazena m makromoleku ulám, se plaasty dělí na:: - amorfní plaasty, kde maakromolekuuly zaujímajjí zcela nah hodilou poziici. Patří sem m např. PS, PMMA, PC C, apod. Jsoou charakterristické tvrddostí, křehko ostí, vysokoou pevností,, modulem pružnosti a jsou vzhleddem k nízkéému indexuu lomu (1,4 až 1,6) průhhledné, respp. dle propu ustnosti světla čiré (92 % propustnosti svěětla), transparentní aneb bo průhlednné (60 % propustnosti světla). s Součinitel teplotní t rozztažnosti je menší, m než u semikrysttalických poolymerů. Pooužitelnost amorfních polymerů jee do teplotyy zeskelněníí. - krystalickéé (semikrysttalické) plassty, které vyykazují určittý stupeň usspořádanostti. Ten se ozznačuje jako stupeňň krystalinitty (pohybujee se od 40 do d 90 %) a vyjadřuje v reelativní poddíl uspořádan ných oblastí, uloožených mezzi oblastmi amorfními.. Nemůže niikdy dosáhnnout 100 %, proto se krystalickéé plasty oznaačují jako semikrystalické. Patří seem PE, PP, PA, PTFE,, POM, atd. Jsou mléčně zakkalené, indeex lomu je větší v a jsou charakterizo c ovány houžeevnatostí m materiálu, peevnost a modul pružžnosti roste se stupněm m krystalinityy. Použiteln nost semikryystalických plastů je do o teploty táníí.

O 1.1 Strruktura amoorfních plasttů [2] Obr.

10

Obr. 1.2 Struktuura krystalicckých plastů [2]

TEORETICKÁ ČÁST

TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ TERMOPLASTŮ

Orientace makromolekul na povrchu vstřikovaného dílce je vlivem vysokých vstřikovacích sil ve směru toku taveniny (hovoříme o tzv. orientační textuře), zatímco v jádru tělesa zůstávají molekuly déle v tekutém stavu a než ztuhnou, stačí se vrátit do neorientovaného stavu. Jedním z důsledků krystalizace je ztráta průhlednosti materiálu. Vzhledem k tomu, že hustota amorfního polymeru je menší, něž hustota polymeru semikrystalického, dochází při průchodu světla hmotou v důsledku různého indexu lomu k jeho rozptylu na drobných krystalických útvarech uvnitř výrobku. Semikrystalický plast se jeví jako mléčně zakalený, zatímco amorfní plast jako čirý, průhledný. PLNĚNÉ PLASTY [2] Přísadou mohou být plniva, stabilizátory, maziva, barviva, změkčovadla, iniciátory, nadouvadla, tvrdidla, retardéry hoření, apod. Plniva zlepšují buď mechanické vlastnosti materiálu, nebo chemickou odolnost či tvarovou stálost při zvýšené teplotě, jiné prostě jen hmotu zlevňují. Rozeznáváme vyztužující (skleněná, uhlíková, kovová či méně účinná bavlněná krátká nebo dlouhá vlákna, popř. textilní ústřižky do obsahu maximálně 50 %, neboť pro správnou funkci vyztužujícího plniva je důležité, aby bylo dokonale obaleno pojivem) a nevyztužující plniva ve formě prášku, které se přidávají většinou z důvodu snížení ceny materiálu (moučka z břidlice, kaolinu, křídy a dalších levných materiálů). Jiná plniva (např. grafit) zlepšují kluzné vlastnosti, práškové kovy zlepšují tepelnou vodivost. Přídavkem sazí (zejména u polyolefínů) se zvyšuje odolnost proti UV záření, atd. Obsah nevyztužujících plniv bývá až 70 %. Zvláštním typem plniva jsou skleněné nebo kovové kuličky, které zvyšují rozměrovou stabilitu a odolnost proti rázům, resp. vodivost. Stabilizátory (tepelné, světelné) jsou určeny k zpomalení degradačních procesů a zvýšení životnosti součásti. Maziva (obsah do 1 %) usnadňují zpracování polymerů např. tím, že snižují viskozitu polymeru nebo zabraňují lepení výrobku na stěnu formy. Mohou to být např. vosky, stearáty Zn či Ca, popřípadě méně používané oleje a tuky. Barviva (obsah do 10 %) dávají plastům požadovaný barevný odstín. Většinou se používají barevné pigmenty založené na anorganických sloučeninách kovu (oxidy železa popř. chrómu). Organická barviva (lihové roztoky) rozpustná v polymeru se použijí tehdy, má-li hmota po vybarvení zůstat průhledná. Změkčovadla zlepšují houževnatost, zpracovatelnost a ohebnost materiálu, ovšem na úkor mechanických vlastností. Tvrdidla způsobují vznik příčných vazeb mezi makromolekulami a tím vytvrzení. Iniciátory a urychlovače polyreakcí ovlivňují účinek tvrdidla. Retardéry hoření působí samozhášivě, zpomalují proces hoření plastů nebo vůbec nedovolí zapálení plastu. Nadouvadla jsou přidávána v malém množství (0,5 ¸2 %) k základnímu materiálu a po zahřátí na zpracovatelskou teplotu se rozkládají v plynné látky, vytvářející lehčené plasty. Zpracovatelnost termoplastů je určována zejména odolností materiálu proti tepelné degradaci během vstřikování a tekutostí tj. schopností dokonale vyplnit dutinu formy.

1.2 Vstřikovací cyklus POSTUP VSTŘIKOVÁNÍ [2] Plast v podobě granulí je nasypán do násypky, z níž je odebírán pracovní částí vstřikovacího stroje (šnekem, pístem), která hmotu dopravuje do tavící komory, kde za současného účinku tření a topení plast taje a vzniká tavenina. Tavenina je následně vstřikována do dutiny formy, kterou zcela zaplní a zaujme její tvar. Následuje tlaková fáze pro snížení smrštění a rozměrových změn. Plast předává formě teplo a ochlazováním ztuhne ve finální výrobek. Potom se forma otevře a výrobek je vyhozen a celý cyklus se opakuje. 11



Při popisu vstřikovací P v ho cyklu jee uvažován šnekový vsstřikovací stroj, s z důvvodu jeho m masivního r rozšíření op proti strojů ům pístovým m. VSTŘIKOV V VACÍ CYKL LUS [1] [2] Tvoří sledd přesně speecifikovanýých úkonů. Jedná J se o proces p neizootermický, bběhem něho ož plast p prochází teplotním cykllem. Při poppisu vstřikovvacího cykllu je nutno jednoznačně j ě definovat jeho p počátek. Za počátek p cykklu lze povaažovat okam mžik odpovíídající impuulsu k uzavřření formy.

O 1.3 Vsttřikovací cy Obr. yklus [2]

Vstřikovaací cyklus můžeme m possuzovat i z hlediska h zprracovávanéhho plastu a s výhodou jej j vvyjádřit jakoo závislost tllaku v dutinně formy naa čase. Tento o tlak se nazzývá vnitřnní tlak a značčí se pi. K Kromě vnitřnního tlaku existuje e i vnnější tlak, ozznačovaný p, p kterým see myslí tlakk vztažený na n jeednotku ploochy průřezuu šneku. Na počátkku vstřikovaacího cykluu je dutina foormy prázdn ná a forma je j otevřená. V nulovém m čase d dostane strojj impuls k zahájení z vstřřikovacího cyklu, c pohy yblivá část formy f se přiisune k pevn né, foorma se zavvře a uzamkkne – strojníí časy. Tytoo činnosti je nutné odliššit, protože nna přisouváání foormy se muusí vynaložit jen malá přisouvací p s Fp, zatím síla mco na uzam mknutí je nuutno vynalo ožit znnačně vyššíí uzavírací sílu s Fu (až třřikrát vyšší)), neboť mu usí být zaruččeno, že se forma vliveem tllaku taveninny při vstřikkování neoteevře. Následduje pohyb šneku v tavvicí komořee a začíná vlastní v v vstřikování r roztavené hm moty do duutiny vstřikoovací formy y. V této fázzi šnek vykoonává pouze axxiální pohyyb, neotáčí se s a vlastně plní funkci pístu. Po naplnění form my je tavennina v dutiněě ještě sttlačena a tlaak dosáhne maximální hodnoty. Jakmile tavenina vsstoupí do duutiny formy, ihned začn ne předávat teplo vstřikkovací form mě a chhladne. Chllazení trvá až a do otevřeení formy a vyjmutí vý ýstřiku. V prraxi se dělí nna dobu chllazení p plném vsstřikovacím tlaku a na dobu při d chlazeení při klesaajícím tlaku. Doba chlaazení je záviislá na teeplotě formyy TF a tlouššťce stěny výrobku. v Během chladn nutí se hmotta smršťuje a zmenšujee svůj o objem, a abyy se na výstřřiku netvořiily propadliny a staženiiny, je nutnno zmenšováání objemu k kompenzova at dodatečnýým dotlačenním taveninny do dutiny y formy – dootlak. Dotlaak může býtt po celou dobu stejně s vysokký jako maxximální tlakk nebo se mů ůže po někoolika sekunddách snížit a další chhladnutí proobíhá při snníženém tlakku. Dotlak se s proto rozděluje na izzobarický a izochorický ý. A Abychom m mohli dotlačoovat, musí před p čelem šneku š zůstaat určitý objem plastu - polštář, na který b bude šnek půůsobit svým m čelem. Tennto objem nesmí n být moc m velký (oobvykle kolem 10 až 15 5 %, m méně než jeddnonásobekk průměru šnneku D), abby nedocházzelo k tepelnné degradacci hmoty. 12

TEOR RETICKÁ ČÁ ÁST

TECHNOL LOGIE VSTŘ ŘIKOVÁNÍ TERMOPLAST TŮ

Po dotlaku začčíná plastikaace nové dáávky plastu.. Šnek se zaačne otáčet, pod násypk kou nabírá granuloovanou hmootu, plastikuuje ji a vtlaččuje do prosstoru před čeelem šneku. Současně ustupuje dozaduu, přičemž musí m překonnávat tzv. prrotitlak nebo oli zpětný tllak. Výška pprotitlaku ovlivňuje o dobu pllastikace a tím t i kvalituu prohnětenní roztaveného plastu. Příliš P vysokýý protitlak by b však mohhl způsobit až degraddaci plastu. Ohřev plasttu během pllastikace se děje jednakk převodem m tepla ze stěn válce, jednak frikčním teplem, kteréé vzniká třen ním plastu o stěny kom mory a o pov vrch šneku a dále přeeměnou hněětací práce šneku š v teplo. Jestliže je j tavicí kom mora opatřeena samouzzavíratelnouu tryskouu, může plasstikace probbíhat i při ottevřené form mě. Dále můůže a nebo nnemusí náslledovat odsunuutí tavicí kom mory od forrmy. Během m pokračujíccího chlazenní tlak ve foormě dále kllesá až na hodnotuu zbytkovéhho tlaku pz, což je tlak,, pod nímž se s hmota naachází ve foormě těsně před p jejím otevřenním. Příliš vysoký v zbyttkový tlak jee příčinou vysokých v vnnitřních pnuutí ve výstřiccích, které u křehkýcch hmot moohou způsobbovat až sam movolné praaskání výstřřiku. Zbytkoový tlak lzee snížit buď zkrácenním doby dootlaku anebo programoovaným prů ůběhem tlakuu během dootlaku. Po do okonalém zchladnnutí výstřikuu se forma otevře o a výsstřik se vyhodí z formyy.

Obr. 1.4 Průběh vnittřního tlakuu pi v dutině formy běheem procesuu vstřikován ní [2] Plná čára č na obráázku znázorňňuje průběhh tlaku pi, přřerušovaná čára pohybb šneku sK a čerchovanáá čáára pohyb fo ormy sN. A – začátek vstřikování, B – konec pllnění formyy, D – konecc dotlaku, C – okaamžik zatuhnutí roztaveené hmoty ve v vtokovém m kanálu (kkonec dotlak ku) E – konec plastikace p (pohybu šneeku), F – začčátek pohybbu formy ts1 – doba uzaavírání form my, ts2 – dobba přisouván ní vstřikovaací jednotkyy k formě, ts33 – doba ottevírání form my, tm – dobba manipulaace s výlisk kem, tv – dobba vstřikováání, td – dob ba dotlaku, tpl – doba plastiikace, tch – doba chlazeení,pi – vnittřní tlak, pz – zbytkový tlak při oteevírání form my

1 13



1 Vstřik 1.3 kování vláákny plněěných term moplastů [2] Termopllasty, plněnné minerálníími plnivy (krátkými ( neebo dlouhým mi vlákny), mají díky nnetavitelném mu podílu annorganickéhho materiáluu v plastickéém stavu věětší vnitřní ttření tavenin ny, než n neplněné plaasty. Ke vstřřikování jsoou nezbytnéé teploty nejméně o 10°° C vyšší. R Rovněž tlaky y, teeplota formyy a rychlostt vstřikovánní jsou dopooručovány vyšší, v neboťť taveniny plněných teermoplastů rychle tuhnnou a nedoporučuje se vyrábět v díly y s tloušťkouu menší, neež 2 mm. Déélky šnneků se dopporučují v poměru p 26 D. D V současné době see začínají prrosazovat pllněné plasty y dlouhými vlákny (10 až 12 mm),, což v výrazně zvyššuje tuhost vyráběnýchh dílů a s tím m spojené i ostatní výhoody, které ppřinášejí dlo ouhá v vlákna. Při zpracování z ( (šnekování, plastikaci) sice docházzí k rozlámáání granulí, ale i přes teento n nedostatek jssou výslednná vlákna mnohem m delšší, než u maateriálu s kráátkými vlákkny (zhruba d desetkrát). P Plastikace see musí prováádět velmi šetrně š speciiálně proveddeným šnekkem, který se s může o otáčet oběmaa směry. Výrobkyy, které bylyy získány toouto technollogií, mají zvýšenou z tuuhost, vysokkou rázovou u h houževnatos st, výbornouu rozměrovoou stabilitu a tyto vlastn nosti si poddržují i při extrémních teeplotách.

1 Návrh 1.4 h a kvalitaa výlisku TVAR VÝL T LISKU Návrh tvaaru výrobkůů z termoplaastů musí reespektovat několik n hleddisek. U výrrobků mech hanicky n namáhaných h představuje prvotní hlledisko jejicch únosnostt a tuhost. Charakter C plastikářských teechnologií, případně snnaha omezitt hmotnost výrobku, v veedou převážžně k tomu, že výrobky y jsou n navrhovány j jako relativvně tenkostěěnné. Při návvrhu výlisk ku je tedy třeeba mít určiité znalosti o teechnologii výroby. v [1]

Vybraná krittéria pro návvrh výlisku: V - jednooduchá dělíccí rovina - úkosyy na stěnáchh pro snadnné odformovvání - tloušťky stěn maax. a min., tak t aby nedoocházelo k proopadům nebbo nedostříkknutí

Obr. 1.5 Minimáální tl. stěnyy dílce [3] 14

Obr. 1.6 Doporučenné min. úko osy [3]

TEORETICKÁ ČÁST

TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ TERMOPLASTŮ

TECHNOLOGICKÉ PARAMETRY OVLIVŇUJÍCÍ KVALITU VÝLISKU [2] Z technologických parametrů, má na vlastnosti výstřiku a jednotlivé fáze vstřikování největší vliv: • • •

• •

vstřikovací tlak (ovlivňuje rychlost plnění, uzavírací sílu, vnitřní pnutí, smrštění, orientaci– tj. narovnávání makromolekul do směru toku, atd.), teplota taveniny (konkrétní teplota závisí na druhu plastu a ovlivňuje tekutost plastu, vstřikovací tlak, dobu chlazení a tedy dobu cyklu, smrštění, tlakové ztráty, dotlak, atd.) teplota formy (konkrétní teplota závisí na druhu plastu a na charakteru výrobku, ovlivňuje tekutost plastu, rychlost plnění, dobu chlazení, lesk výrobku, povrch výrobku, teplotu taveniny, dotlak, vnitřní pnutí, smrštění, atd. – z technologického hlediska má být co nejvyšší, hlavně u semikrystalických plastů), rychlost plnění dutiny formy má být co nejvyšší, je však nutné kontrolovat teplotu taveniny, aby nedošlo k degradaci hmoty, nevýhodou je i vysoká orientace makromolekul, výše a doba trvání dotlaku (ovlivňuje hlavně rozměry výrobku, smrštění a vnitřní pnutí).

VADY VÝLISKŮ VZNIKLÉ BĚHEM VÝROBY [7] Vady zjevné jsou takové vady, které lze zjistit při vizuálním porovnání s předepsaným a schváleným referenčním vzorkem. Dělí se na dvě hlavní skupiny: vady tvaru a vady povrchu. Mezi vady tvaru patří například propadliny, nedostříknuté výrobky, přetoky a otřepy, vrásnění nebo zvlnění, vrstvení a delaminace, stopy po vyhazovačích, deformace dílu vlivem nevhodných parametrů vstřikování či nesprávné konstrukce formy (např. malé úkosy, poddimenzovaný vyhazovací systém, nevhodná vtoková soustava, vadný temperační systém, nedokonalé odvzdušnění), rozměrové vady a další. K vadám povrchu náleží nerovnoměrný lesk, stříbření, opalescence, matná místa, povrch gramofonové desky, povrch pomerančové kůry, stopy po studeném spoji, špatně vykopírovaný dezén, mikrotrhliny, tokové čáry, nedokonalé vybarvení či změna barvy, žloutnutí u přírodních plastů, stopy po jiném či zdegradovaném materiálu (černé tečky, šmouhy, spálená místa), stopy po vlhkosti, uzavřeném vzduchu v tavenině a další.

Vady skryté jsou vady, které nelze postihnout běžnou vizuální kontrolou, ovlivňují však většinou negativně vlastnosti výstřiku, a proto jsou z aplikačního hlediska nebezpečné. U termoplastů je nutno počítat se skrytými vadami v důsledku: • • • • •

nerovnoměrné orientace makromolekul nebo vláken (u vyztužených typů); vnitřního pnutí (např. tepelného, z nerovnoměrné orientace, z nerovnoměrné krystalizace či z přeplnění formy); nerovnoměrné krystalizace semikrystalických plastů (rozdílný obsah krystalinity, různá velikost a rozložení sferolitů, skin-core efekt); degradačních procesů vedoucích ke snížení pevnosti a houževnatosti; vnitřních defektů (u netransparentních či barevných typů), jako jsou lunkry (vakuoly), uzavřený vzduch, plynné složky z degradačních procesů, aj.

15



Popis některých závažžnějších vad P d Studené spoje s patří mezi m vady, které k způsobbují pevnosstní zeslabenní výstřiku a zároveň see p projevují i jaako vzhledoové vady povrchu. Vznikají vždy, když k se hlavvní proud taaveniny vyp plňující tvvarovou duttinu formy rozdělí r tvarovými prvkky (např. jád dry) na dva nebo více toků a znovu u se sppojí buď čeelně (primárrní studený spoj) s nebo bočně b či tan ngenciálně (sekundární ( í studený sp poj). Č Čelní spoj jee z pevnostnního i vzhleddového hleddiska vždy nebezpečně n ější.

Obr. 1.7 Studený S spooj u polymeeru vyztužen ného skleněěnými vláknny [7] Na probleematiku studdených spojjů navazujee další vada výstřiků s všeobecně v uužívaným náázvem D Dieselův efeekt. Tato vadda vzniká při p nedostateečném odvzzdušnění a vyšší v vstřikoovací rychlo osti. V Vzduch, kterrý se nepoddařilo při plnnění formy odstranit, o see komprimuuje, čímž naastává ohřev v zppůsobující lokální l degrradaci mateeriálu; v krajjním případ dě dochází i k jeho spállení. Na výsstřiku v m místě lokální komprese vzduchu vzznikají nedooplněná míssta a tmavé až černé stoopy po spáleeném m materiálu. U tlustostěnnných výstřikků může doccházet k rozzptýlení vzdduchu v taveenině a tvorrbě d drobných buublin. Tato vada v se někddy nesprávnně zaměňujee s tvorbou vakuol, kteeré vznikají též v o oblasti velkéé tloušťky sttěny, avšak v důsledkuu objemovéh ho smrštění (vakuoly jssou obvyklee větší). V místě uzavvírání vzducchu je nutnoo realizovatt odvzdušňo ovací kanályy, jejichž tlooušťka závisí na tyypu zpracovvávaného poolymeru a teechnologickkých podmíínkách vstřiikování (tlakky, rychlostti, teeploty). Hlooubka plochhých odvzduušňovacích kanálů by neměla n být větší v než 0,002 mm (déllka min. 20 mm). U větší v hloubkky je nebezppečí vzniku nežádoucícch otřepů či přetoků na výstřiku.

Obr. 1..8 Dieselůvv efekt – dettail spálenéhho polymerru v důsledkku kompresee vzduchu [7] [

16


VSTŘIKO OVACÍ STRO OJE

2. VST TŘIKOV VACÍ STR ROJE Vstřřikovací prooces probíháá na modernních strojích h většinou plně p automaaticky, takžee se dosahujje vysoké produktivitty práce. Poořizovací ceena strojního o zařízení i vstřikovacíí formy je však značně vysokáá. Vsstřikovací sttroj se skláddá ze vstřikoovací jedno otky, uzavíraací jednotkyy a z řízení s regulací.

Obr. 2.1 Schéma sloupového s vstřikovacíího stroje see šnekovou plastikací [2] 1 – vstřikovací v tryska, 2 – tavící komoora, 3 – šneek, 4 – topenní, 5 – pohoon šneku, 6 – násypka A – peevná upínací deska, B – pohybliváá upínací desska, C – voddící sloupy,, D – uzavírrací jednotkka, E – vstřikovvací forma, F – dutina formy

O 2.2 Zástupce vstřiikovacích sttrojů - ENG Obr. GEL řada speed [5]

2.1 Vstřikovac V cí jednotk ka [2] Vstřřikovací jeddnotka plní dva d hlavní úkoly: ú přem měňuje granuulát plastu nna homogen nní taveninuu o dané viskozitě, vstřikuje v tavveninu vysookou rychlosstí a velkým m tlakem doo dutiny form my. 1 17

VST TŘIKOVACÍ STROJE


O 2.3 Schhéma vstřikkovací jednootky [2] Obr.

Obr. 2.4 Řez vsstřikovací jeednotkou [2 2]

Nejdůležiitější částí vstřikovací v j jednotky je tavicí komo ora, šnek, trryska a topeení včetně dalšího d p příslušenství í. Při plastiikaci se šnekk otáčí a v hrdle h násypky nabírá granulovanýý plast, kterýý stlačuje a d dopravuje jej ej do vytápěných částí tavicí t komoory. Materiáál taje a jakoo tavenina se hromadí před p čelem šnekuu, který běheem otáčení ustupuje u doozadu. Po zp plastikováníí potřebnéhoo množství plastu see otáčivý poohyb šneku zastaví a šnnek se bez otáčení o pohy ybuje dopřeedu jako písst a vstřikujee taaveninu do dutiny form my. Plastikacce nové dávvky plastu může m probíhhat ještě ve fázi chlazen ní v výstřiku ve formě. f K daalším přednoostem patří jednoduchéé dávkováníí, možnost hhmotu dodaatečně b barvit a plnitt plnivy nebbo přidávat další přísaddy až při zprracování.

2 Uzavírrací jednootka [2] 2.2 Úkolem uzavírací u jeddnotky je zaavírat a otevvírat formu dle procesuu vstřikovánní a zajistit uuzavření form my takovouu silou, aby se při vstříkknutí tlakem m taveniny forma f neoteevřela. Při činnosti č foormy je nuttno rozlišovat sílu přisoouvací Fp, a sílu uzavíraací Fu. Souččasné moderní stroje mají m p programovat telnou rychllost a sílu uzavírání u vsttřikovací fo ormy.

Obr. 2.5 2 Schémaa uzavírací jednotky j [22] Uzavíraccí jednotka se skládá z těchto hlavvních částí: opěrné deskky pevně sppojené s ložeem sttroje; pohybblivé desky,, na kterou je j upnuta poohyblivá čáást formy; uppínací deskky s otvorem m pro trrysku strojee, na kterou se připevní nepohyblivvá část vstřiikovací form my; vedení ppro pohybliivou d desku; z uzaavíracího a přidržovacíh p ho mechanismu. Vstřik kovací strojee používají v současné době růůzné uzavírrací systémyy, které napřř. mohou býýt konstruov vány jako hydraulické, h , mechanick ké, k kombinace h hydraulickéh ho a mechaanické způsoobu (závoro ování) a v pooslední době se použív vají i elektrické syystémy. 18


VSTŘIKO OVACÍ FORM MY

3. VS STŘIKOV VACÍ FOR RMY

Vstřikoovací formyy jsou konstrrukčně velm mi rozmanitté a lze je roozdělit do náásledujících h skupin: • podle násob bnosti na jeednonásobné a vícenáso obné, • podle způsobu zaform mování a konnstrukčního řešení na dvoudeskové d é, třídeskov vé, etážové, čelisťové, vytáčecí, v appod., • podle konsstrukce vstřiikovacího sttroje na form my se vstřikkem kolmo na dělící ro ovinu a na formy se vstřikem do dělící rovinny. [2]

3.1 Uspořádán U ní vstřikovvací form my Vstřřikovací form ma se skláddá z dílů, vyymezujících h tvarovou dutinu d formyy, z chladicího (temperračního) systému, z vtookového sysstému, z vy yhazovacíhoo systému a z upínacích h a vodicíchh elemenntů. Jednotliivé části vsttřikovacích forem lze ro ozdělit do dvou d skupinn na části ko onstrukční a na částii funkční. Konstrukční K části zabezzpečují spráávnou činnost nástroje a funkční čáásti se stýkaají s tvářenným materiáálem a uděllují mu požaadovaný tvaar. Pro představu o tvarrové a konsttrukční složitossti vstřikovaacích forem m je na obrázzku ukázka konstrukcee vstřikovacíí formy. [2]]

Obr. 3.1 Forma F a jejíí hlavní částti [1]

1 19

VST TŘIKOVACÍ FORMY


3 Volbaa vstřikovacího strooje, násob 3.2 bnost form my Při volbě vhoodného vstřřikovacího stroje P s je třebba dodržet několik n poddmínek, kterré musí stro oj spplňovat: -

dostaatečná uzavíírací síla

Obr. 3.22 Silové poměry při pln nění formy [3] V dělící rovině r formyy působí tlaak vstříknutého plastu, který má snnahu otevíraat formu. Uzzavírací sííla lisu protto musí být větší než sílla v dělící rovině r od vsstřikovanéhoo plastu.Proo spolehlivéé zavření form my by otevírrací síla plasstu F měla být b maximáálně 80% uzzavírací sílyy lisu Qn. [N N]

(3.1) (

S …… prům mět plochy výlisku do dělící rovinny včetně ro ozváděcích kanálů k [m2] Pv …… tlakk plastu ve formě fo [Pa] -

dostaatečný vstřikkovací tlak dostaatečná vstřikkovací kapaacita s ohleddem na dodaatečnou spootřebu tavenniny při dotllaku velikkost upínací plochy lisuu dostaatečný rozjeezd pohyblivvé strany strroje

Volba vstřikkovacího stroje je v praxxi také ovlivvněna možn V nostmi konkkrétní lisovnny, která bu ude n nástroj provoozovat. NÁSOBNOS N ST FORMY Y Násobnosst formy je počet p samosstatných kavit ve forměě. To znameená, že v jeddnom v vstřikovacím m cyklu vypadne z form my tolik výrrobků, kolik ka násobná je. j Násobnost jee volena přeedevším s ohledem na: N - ekonnomiku provvozu - termííny dodávekk - vyvááženost plněění formy Časté je umístění u levvého i pravéého provedeení (tvarově zrcadlové výlisky v lišíccí se pouze v označení) téhož t výliskku do jedné formy, zvlááště při výrobě pro automobilový průmysl. Vzniká V teedy dvou a více v násobnné provedenní. Dalším přřípadem můůže být lisovvání dílců, které k spolu tvoří sestavvu a jsou si vvelmi tvarově a o objemově poodobné. V praxi občas předeppisuje násobbnost formyy přímo zákaazník. 20



3.3 Analýza A výýlisku, sm mrštění Anaalýza plnění formy slouuží k předchházení výrob bních vad výýlisků. Anaalýzou se zaabývají speciálnní programyy nebo můžže být integrrována přím mo do modellovacího programu.Lzee jí ověřit nebo siimulovat: - vhodnost navrženého n místa vtokuu - parametry vstřikováníí - vstřikovaací tlak, čas plnění, průbběh dotlakuu perace form my, teplota ččela tavenin ny - rozložení teeploty výlissku - optimaalizace temp - výskyt proppadlin a staaženin na výýlisku – účelnost dotlakku, konstrukkce výlisku - místa uzavvření vzduchhu - optimallizace odvzd dušnění - výskyt studdených spojjů - směr toku materiálu m - orientace vláken u plněěných mateeriálů - velikost sm mrštění vT-diagram, Jednním ze vstuppů pro analýýzu jsou maateriálová data použitéhho plastu jakko např. pv atd. Tatto data jsouu k dispozicii pro plasty od renomo ovaných výrrobců. Při pooužití náhraadní surovinny od ménně známého výrobce, see může stát,, že nebude možno provést kvalitnní analýzu z důvodu nedostuupnosti matteriálových dat. SMRŠT TĚNÍ Smrrštění je změěna objemuu výlisku vliivem chladn nutí materiáálu ve forměě, ale i po vy yhození. Je rozhoduující pro urččení velikossti dutiny foormy.Veliko ost smrštěníí se pohybujje od 0,1 do o cca 4% v závislosti na druuhu materiállu a případnně jeho plniv vu. Hodnotaa smrštění bbývá také ro ozdílná ve směru tečení t materriálu a kolm mo na něj. Platí P to i pro plněné matteriály napřř. skelným vláknem, v kdde jsou vláákna orientoována ve sm měru toku. Viditelné V je to zejménaa u dlouhýchh štíhlých vý ýlisků. Průběhh smrštění: - cca 90 % smrštění výrrobku proběěhne ještě v dutině form my - zbylých cca 10% v průůběhu 24 ažž 48 hodin po p vyhozeníí výlisku z fformy, po tééto době lzee kontrolovaat výlisek - dlouhodobě se projevuuje ještě doddatečné smrrštění způsoobené uvolňňováním vniitřního pnuttí nebo sekunndární krysttalizací Rozm měry výliskku jsou v běěžném provoozu velmi ovlivněny o teeplotní roztaažností, kterrá je oproti ocelím asi 10 většíí. Další příččinou změnyy rozměrů může m být u některých n ddruhů plastů ů jejich schopnnost absorpcce vody – naavlhávání čii vysychání. Všechny tyto t děje jsoou vratné.

O 3.3 Vlliv nejdůležžitějších čin Obr. nitelů na velikost smrštěění [6] 2 21



3 Tvaroové části formy 3.4 f a jeejich mateeriály Tvarové částti vytvářejí dutinu a jsoou v přímém T m styku se vstřikovaným v m plastem. Označují see: - tvárnnice, je na sttraně tryskyy vstřikovaccího stroje (p pevná stranna stroje) - tvárnník, je v pohhyblivé částii formy a jssou v něm vedeny v vyhaazovače - tvaroové vložky - jádra, mohhou být umíístěny v tvárrníku i tvárnnici na místtech kde je předppoklad např. dodatečné optimalizace tvaru du utiny nebo kde k není moožné vyrobiit dutinnu z jednohoo kusu mateeriálu - čelistti, tvoří veddlejší dělící rovinu r form my - v nepposlední řaddě jsou to i vyhazovače v e Z hlediskka geometriee konečnéhoo výlisku je výhodné některé tvaroové části forrmy vyrobitt na hhraně tolerannce, tak abyy při případnné optimalizzaci bylo možno m materriál pouze oddebírat. Tím m se d dostane výslledný výrobbek do předeepsaných roozměrů jedn nodušším zppůsobem. N Než např. d dodatečným vložkováníím nebo navvářením. Materiályy použité naa výrobu tvaarových částtí formy mu usí mít dostaatečnou tvrddost, pevnost a p požadovanou u kvalitu poovrchu. Povvrch tvaru see věrně otisk kne do plasttu. Pro náslledně pokov vované v výlisky je třeeba docílit zrcadlového z o lesku.

Příkladem hoojně užívanného materiáálu na tvaroové části forrem by mohhl být např. 1.2343 od fy. P f U UDDEHOLM M. [15]

22



3.5 Sttudená vttoková sou ustava t z trysky t vstřik kovacího strroje do tvarrové dutiny formy. Je Vtokková soustaava přivádí taveninu tvořenaa systémem kanálů a ukkončena ústtím vtoku. Naplnění N duutiny by měllo proběhno out co nejrychhleji a s minnimálními tllakovými zttrátami. Při průtoku p taveeniny studenným vtokovvým systém mem roste jej ejí viskozita na vnějším m povrchu (plast tuuhne). Ztuhhlá povrchovvá vrstva taak vytváří teepelnou izollaci vnitřním mu proudu, který je stálle tekutý. Za tohoto stavu s se napplní celá duttina. V okam mžiku zaplnnění vzrostee prudce odp por a poklesnne průtok. V dutině i vee vtocích pookračuje postupné tuhnnutí taveninyy odvodem tepla do stěěn formy. Ve vtokovýých ústích dochází d k výývinu tepla vlivem tlakku a tím odddálení úplnéého ztuhnutíí taveninny. Může takk probíhat fáze f dotlakuu. [1]

3.5.1 Vtokové V kaanály Obecnéé principy konstrukce k s studených v vtokových kanálů: k - dráha toku co nejkratšší - u vícenásobbných forem m: • při větvení odsstupňovat prrůřez kanálů ů, tak aby byla b zachováána stejná rychlost r • stejjná dráha tooku ke všem m dutinám • různnou velikosstí kanálu přřípadně balaancovat růzznou hmotnoost jednotliv vých výliskků, tak aby k naplnnění došlo současně s vee všech dutinnách - dostatečně velký průřeez vtokovýcch kanálů, taak aby byloo zaručeno, že po napln nění dutiny zůstane jáddro taveninyy plastické a umožní pů ůsobení dotllaku - všechny hrrany zaoblitt - volit dostattečně velký úkos, tak aby a došlo k snadnému vyjmutí v vtoku z formy - při změně směru s zachyytit chladněější čelo pro oudící tavenniny, tak abyy nedošlo k jeho vniknutí doo dutiny forrmy

a) v jímce rozváděcích r h kanálů

b) v komůrce vvytrhávače vtoků, zárroveň docháází k přidržeení vtoku Obbr. 3.4 Zachhycení čela proudu taveeniny [1]

a) vhoddné

b) nevhodn né Obr. 3.5 Větven ní vtoků [1] 2 23



Obr. 3.6 Průřezyy vtokových h kanálů [1]] a) funnkčně výhoodné, b) funkčně nevýhhodné 1,6 – výroobně nevýhhodné, 2,3,,4,5 – výrobbně výhodnéé

můcka pro urrčení průřezzu vtokovéhho kanálu můžou m sloužiit různé nom mogramy Jako pom v vycházející v většinou z hmotnosti h výýlisku v kom mbinaci s délkou d vtokoového kanállu. Je zapotřebí taaké zohlednnit jestli je vstřikovaný v plast plněnn např. skeln ným vláknem m.

Obr. 3..7 Nomogram pro určeení šířky „s““ rozváděcího kanálu [4] L = délka rozváděcího kanálu

24



3.5.2 Vtoková V ú ústí Vtokkové ústí je zúžená čásst rozváděcího kanálu. Jen J ve výjim mečných přřípadech jak ko je potlačeení např. proopadů se můůže použít plně p nezúžen ný vtok. Zúúžením se zvvýší teplotaa taveniny před vsstupem do dutiny d formyy. Jeho velikost musí být b co nejmeenší kvůli snnadnému zaačištění vtoku, ale také muusí zajistit sppolehlivé naaplnění dutiiny formy. [1] [ Poloha vtokových ústí vůči tvvarové dutinně by se měla řídit někoolika doporuučeními [3]]: -

je třeba vylloučit nebezzpečí tzv. volného paprrsku, který vzniká v při tturbulentním m plnění tvarové duttiny. Žádouucí laminárnní proudění vzniká, v pokkud taveninaa krátce po vstupu do dutiny dopadne na nějjakou překáážku.

n nevhodné – turbulentní plnění vhhodné – laminární plněn ní Obr. 3.8 Plněníí dutiny [3] -

-

vtokové ússtí nesmí ležžet v mechaanicky namááhané části výrobku v u výlisků se s žebry zajiistit prouděnní taveniny převážně ve v směru jejiich vedení pokud má plastový p díllec různě sillné stěny, umístit u vtokoové ústí do nejtlustšího o místa u výlisků s otvory se umisťují u vtooková ústí do d otvorů neebo v jejich blízkosti pozitivně ovlivnit o poloohu případnných studený ých spojů při plnění plošných p tvarů z jedné strany by čelo č proudíccí taveniny m mělo být přiibližně přímkové. Takového průběhu p lze dosáhnout volbou dosstatečně dlouuhého filmo ového vtokuu. u obdélníkoových dílcůů dát přednoost umístěníí vtoku do kratší k hrany.. Rovněž přři velkých nárocích naa rovinnost výstřiků zee semikrystaalických plaastů a plastůů s vláknitým m plnivem volit boční plnění. Při umístění vttokového ússtí do středuu dílce dochhází k nepraavidelnému uspořádáníí makromolekul případdně vláknitéh ho plniva, což c obvyklee vede ke zn načné deformaci dílu. brát ohled na n možnostt úniku vzduuchu z dutin n zanechání co c nejmenší vtokové sttopy na výliisku a umístění mimo ppohledovou u plochu

Tvarr ústí bývá kruhový k proo rotační dílly nebo štěrrbinový pro ploché výsstřiky. Jeho parametry se s volí podle objemu výstřiku. Při P konstrukcci je doporu učeno volit menší rozm měry vtokov vého ústí, takk aby jej bylo možnoo optimalizoovat odebíráním materriálu. [1]

2 25



Z ZÁKLADNÍ Í TYPY VT TOKOVÝCH H ÚSTÍ

boční film mový vtok plný kuželoový vtok

tunelovýý vtok

srpkoový tunelovýý (banánový ý) vtok

bodový vtok v

bočnní obdélníkoový vtok

d diskový film mový vtok

Obr. 3..9 Základníí typy vtoko ových ústí [3]

Kuželový vttok K reesp. kuželovvý vtokový kanál. Z hlediska půsoobení dotlak ku je velmi účinný, ú prootože tuhne jako j p poslední oblast ve formě. Jeho odsttranění vyžaaduje dodattečnou prácii. Používá sse u jeednonásobnných forem pro p tlustostěěnné dílce. Bodový vtok B k Jeedná se o vttok se zúženným vtokovvým ústím kruhového k průřezu. p U méně m tekutýých a plněný ých p plastů pro věětší výstřikyy se použití bodových ústí ú nedoporručuje. Tunelový vttok T Jee zvláštním m případem bodového b v vtoku. Výhoodou je jeho automatickké oddělení od dílce běěhem o otevírání forrmy obvyklee s jednou dělící d rovinoou. Předpok kladem bezpproblémovéého odformo ování je d dostatečná elasticita vsttřikovanéhoo materiálu. Problematické je jeho použití nappř. u PS, SA AN, P PMMA. Srpkový tun S nelový vtok k U Umožňuje um místit vtokoové ústí do části č dílce, ve které nep působí rušivvě. Boční obdéllníkový vtook B s průřezem b x t. Doba zatuhnutí z jee závislá na tloušťce t. 26



Filmovvé vtoky Jejich použití p je zvvlášť vhodnné u plošnýcch dílců. Filmové vtokyy jsou preferovány takéé u plastů plněnýcch vlákny, protože p nezpůsobují, na rozdíl od bodových vtoků, v lámánní těchto vy yztužujícíchh vláken.. Lze je rozddělit na: - boční filmoový vtok - diskový filmový vtok,, nebo jeho varianty; slouží k plněnní kruhovýcch dílců s vy ysokými požadavkyy na rozměroovou přesnoost výrobku u

3.5.3 Možnosti M ř řešení vtoků Jednnou z možnoostí rychléhho a kvalitníího umístěn ní vtoku je použití p nakuupované vtokové vložkyy. Tyto vttokové vložžky je třeba vyjiskřit doo požadovan ného tvaru, v místě, kdee tvoří stěnu u tvarové dutiny formy. Jakoo příklad zaa všechny jee zobrazeno několik varriant od fy. i-mold.

Obr. 3.10 Ukázka U pouužití vtokov vých vložek od fy. i-moold [8] 2 27



3 Vyhříívaná vtoková sousstava [1] 3.6 Snaha po úsporách plastu p i práce (zkrácení pracovního o cyklu) veddla k metoděě vstřikován ní bez vvtokového zbbytku. Vstřikováání s použitíím vyhřívanné vtokové soustavy s sp počívá v tom m, že taveninna po napln nění foormy zůstávvá v tekutém m stavu v ceelém vtokovvém systém mu, tedy od vtoku v až po jeho ústí. Díky D toomu je možžné použít jeen bodové vyústění v s malým m průřeezem, které je vhodné ppro širokou oblast v vyráběných v výstřiků. I přes p to je možné m částeččně pracovaat s dotlakem m. Vyhřívanné vtokové soustavy s se používají především p u forem pro velkosériov v vou a hromaadnou v výrobu. Jelikkož je sousttava rozvoduu taveniny značně z tepeelně i mechaanicky namááhána, vyžaaduje v větší tuhost formy f a teddy i větší přeesnost jejichh výroby. Tím se zvýší také výsleddná cena forrmy. P Proto nejsouu tyto formyy ekonomickky vhodné pro p krátkodo obý nebo přřerušovaný provoz. V jednonáásobné form mě je vstřikoovací tryskaa napojena přímo p na ússtí do dutinyy formy. U vvícenásobnýých forem jee součástí vyyhřívané vtookové sousttavy vyhřívvaný rozváděěcí blok s trryskami, kteerý pak ústí přímo do dutiny d formyy nebo do pomocných p kanálů. Sprrávná teplotta taaveniny je řízena ř regulátorem ovláádaným sním mači. U nárročnějších a větších forrem se použžívá v nezávislých topnýcch okruhů. více U všech způsobů z bezzvtokového vstřikováníí je vhodné v místě jehho vyústění pprovést na v výstřiku čočkkovité zahlooubení, abyy případný nepatrný n vto okový zbyteek nevystuppoval přes jeeho ú úroveň. Souččástí systém mu je regulaace teploty.

3 3.6.1 Vyhřřívané tryssky Trysky mají vlastní topnný článek a lze je popsat jako [1]: T m topením, kde k taveninna proudí vn nitřním otvoorem tělesa trysky – těleso - tryskky s vnějším tryskky je vyrobeeno s vysocee vodivého materiálu a z vnějšku je j kolem nějj umístěno topení t - tryskky s vnitřním m topením, kde taveninna obtéká vn nitřní vyhříívanou vložkku tzv. torp pédo z vysocce tepelně vodivého v m materiálu. Ú trysek mohou Ústí m být otevřené, o see špičkou, s uzavírací jeehlou i jinakk speciálně tvarované.

O 3.11 V Obr. Vyhřívaná trryska s vlasttním vytápěěním [1] a) vnější topeení, b) vnitřn ní topení 28



3.6.2 Vytápěné V rozváděcíí bloky Slouuží u vícenáásobných forrem k rozvoodu tavenin ny do dutin. Jejich tvar jje konstruk kčně přizpůssoben potřebbné poloze rozváděcíchh kanálů. Vyrábí V se ve tvaru I, H, X, Y apod. Jejich vytápěnní je zajištěnno vnějším nebo vnitřnním elektricckým odporoovým topenním. Od ostaatních částí formy jsou j izolováány vzduchoovou mezerrou. Kanály y rozvodu musí m být vyroobeny bez přechodů p s mrtvým mi kouty.

Obr. 3.12 Rozvádděcí blok tvaaru X [6]

Obr. 3.13 Řez rozvádděcím blokeem a tryskou s uzavíracíí jehlou [11]]

S í a kaskádové vstřik kování 3.6.3 Sekvenční Pro eliminaci sttudených sppojů u dílů lze l použít vstřikovací systémy s proo sekvenční a kaskádovvé vstřikovvání. Používvají se napřř. při výroběě přístrojový ých desek, nárazníků, n kkrytů apod. To znamenná, že jsou tyto t systémyy vhodné u plošně rozm měrných díllů, u dílů dloouhých či u větších díllů s extrém mním požaddavkem na vzhled. v Tytto vstřikovací systémy jsou j založeny na horký ých vtokovýých tryskácch uzavíranýých pomocí jehel. Každ dá jehla proocházející vnnitřním kan nálem tryskyy je ovláddaná samostatným hyddraulickým válcem. v Každou tryskuu je možno ssamostatně otevřít neboo uzavřít v jakékolivv době plněnní dílu. [10]] Kaskkádový a seekvenční zppůsob vstřikování je priincipiálně shhodný. Sekvvenční způssob se používáá u rozměrnných a složitých dílů s průlisy, p tvarrovými vložžkami apodd. Vhodným m načasovváním otevřření jednotlivých trysekk můžeme proud p tavenniny v dutiněě formy usm měrnit tak, abychoom studené spoje s buď úplně ú potlaččili či je possunuli do mííst, kde nebudou mít vlliv na celkovoou kvalitu dílu. d Kaskáddový způsobb se používáá u dlouhýcch dílů, kde lze postupn ným otevíránním vtoků eliminovat e s studené spoj oje úplně. [10] 2 29



Obr. 3.144 Princip kaaskádového o vstřikovánní [9]

Obr. 3.155 Princip seekvenčního vstřikování [9] 30



3.7 Mechanick M ké vyhazoování výlissku o form my zůstává výstřik vlivvem smrštěn ní plastu obbvykle na tvvárníku. Cíleem je, aby Po otevření výstřik zůstal na sttraně, kde jssou vyhazovvače. To bý ývá v drtivé většině příppadů odjížd děcí strana lisu. Pooužíváno je několik způůsobů vyhazzování: - mechanickké; nejrozšířřenější a takké často nejllevnější způůsob - hydraulické; pro větší formy, kdyy je třeba po ohybovat vyyhazovací deskou za více míst současně - pneumatickké; pro hlubboké výliskyy, kde by přři použití mechanickéh m ho vyhazováání neúměrnně narostla tlooušťka form my Výsttřik musí mít m dostatečnné úkosy stěěn ve směru u vyhazovánní a hladký ppovrch. Poh hyb mechannických vyhhazovačů zaajišťuje vstřřikovací stro oj, který máá dostatek sííly k vyhozeení výlisku. VYHA AZOVACÍ KOLÍKY K Systtém se použžívá tam, kdde je možné umístit vyh hazovače prroti ploše výýstřiku, ve směru s vyhozeení. Je výrobbně jednoduuchý a funkččně zaručen ný. [1] Zaneechávají stoopy na výlissku. Bývají proto umísttěny mimo pohledové p pplochy, nejččastěji na straně žeber. ž Výlissky jsou v toomto duchuu také konsttruovány. Vyhazoovací kolíkyy jsou obvykkle průřezuu: - kruhového - obdélníkovvého, použittí proti žebrrům výlisku u - trubkovéhoo, pro vyhazzování kolem m pevného jádra - jiný tvar s ohledem o naa konstrukcii výlisku

Obr. 3.16 Mecchanické vyyhazování pomocí p vyhaazovacích kkolíků [1] 1- vyhhazovací koolík, 2- vratnný kolík, 3- opěrná deska vyhazovvače, 4- upínnací deska vyhazovače v e, 5- dosed dka

3 31



Vyhazovaací desky jssou spojeny se vstřikovvacím strojem m přes vyhaazovací čepp a jsou vedeny v vodícími kollíky pevně uchycenými u i v rámu forrmy. Vedení vyyhazovačů v tvárníku je vyráběno s nepatrnou u vůlí, tak aby a vyhazovvače fungov valy zároveň jakoo odvzdušněění formy. Je J to nejúčinnnější a nejjjednodušší způsob z odvvzdušnění tv varové d dutiny formyy. špatně

dobřře

Obr. 3.17 Vyhazo ování na šikm mé ploše – ppodélné dráážky na výliisku [3]

Obr. 3.18 Způsob umístění vyyhazovačů [3] STÍRACÍ DE S ESKY Představuuje stahovánní výstřiku z tvárníku po p celém jeh ho obvodu. Vzhledem k velké vyh hazovací p ploše, nezannechává na výstřiku v stoppy po vyhazzování. Jeho o deformace pak jsou m minimální a stírací sííla velká. Pooužívá se přředevším u tenkostěnnýých výstřiků ů, kde vznikká nebezpeččí deformacce, nebo u rozměrnýcch výstřiků, které vyžaddují velkou vyhazovacíí sílu. Pohybb stírací dessky může bý ýt v vyvozen tlakkem vyhazoovacího sytéému nebo může m být vázzán na pohyyb pevné desky při otev vírání foormy. [1] ŠIKMÉ VYH Š HAZOVÁN NÍ Vyhazovaací kolíky nejsou n kolm mé k dělící roovině, ale jssou k ní uložženy pod růůznými úhly y. V Využívají see u malých a středně veelkých výstřřiků s mělký ým vnitřním m nebo vnějšším zápicheem. T se nahraadí posuvnéé čelisti s klínovým meechanizmem Tím m. [1] 32

TEORETICKÁ ČÁST

VSTŘIKOVACÍ FORMY

DVOUSTUPŇOVÉ VYHAZOVÁNÍ Vyhození probíhá ve dvou krocích po sobě následujících. Lze seřídit délku jednotlivých kroků. Využití je při šikmém vyhazování v kombinaci s přímím.

Obr. 3.18 Příklad dvojčinného vyhazování Nejdříve jsou odformována šikmá jádra s kulovým tvarem do zárohu, tak že se pohybuje celý tvárník (drátěný model); poté je výlisek vyhozen svislými vyhazovači. Vyhazovací desky jsou tři, dvojčinné vyhazování je normálie. 33



3 Temperační systém form 3.8 my Temperacce slouží k udržení u konnstantního teeplotního reežimu formyy. Cílem je dosáhnout ooptimálně krrátkého praccovního cykklu vstřikovvání při dodrržení všechh technologických požaadavků n výrobu. Toho na T se dosaahuje ochlaazováním, případně vyh hříváním ceelé formy neebo její částti. Během vsstřikování se do formy přivádí rozztavený plasst, který se v její dutiněě ochlazuje až a na teeplotu vhoddnou pro vyjjmutí výstřiiku. Temperrace ovlivňu uje plnění tvvarové dutinny formy a zajišťuje opttimální tuhnnutí a chladnnutí plastu. Opakovaný ým vstřikovváním plastuu do dutiny se foorma stále více v ohřívá. Proto je třeeba přebyteččné teplo od dvést tempeeračním systémem. Naopak jee tomu při zpracování z n některých p plastů vyžad dující vyšší teplotu form my (PC až 120°C). 1 V takových případech p jssou tepelné ztráty vyššší než je ohřřátí formy od vstřikovaané taveniny ya foorma se muusí ohřívat. Stejně S tak při p zahájení výroby je třřeba formy nejprve nahhřát na prov vozní teeplotu. Odlišnou teplotou jeddnotlivých částí formyy se zvyšují rozměrové a zejména ttvarové úch hylky v výstřiku. V některých n případech see však záměrně temperu ují různé čáásti formy oddlišně, čímžž se eliminují tvaarové deform mace způsobené anizottropií smrštěění plastu. [1] [ Tab. 1 Součiniteléé tepelné voodivosti matteriálů [1] Materiál M S Stříbro H Hliník M Měď C CuBe 2 O Ocel měkká O Ocel chromov vá O Ocel niklová P Plasty V Vzduch V Voda O Olej

λ [W/m°K K] 410 204 395 113 44 40 26 0,2 – 1,2 0,04 0,19 0,16

TEMPERAČ T ČNÍ KANÁ ÁLY Stěny tem mperačních kanálů k odebbírají teplo formě. f Veliikost průřezzu kanálu see volí v záviislosti n velikosti výstřiku, na v drruhu plastu a rozměrů rámu r formy y. Nejčastějii se používáá kruhový prrůřez k kanálů. Jakoo chladící médium m se pooužívá vodaa, při vyššícch teplotáchh olej. Rozm místění kanáálů roozhoduje o vyváženostti systému.

Obr. 3.19 3 Vliv rozmístění teemperačnícch kanálů naa průběh tepploty ve stěnně formy [1] a) u stejné tlouššťky výstřikku, b) u rozd dílné tloušťkky výstřiku 34



Průměrry temperaččních kanálůů se volí minn. 6 mm, staandartně 8, 10, 12 mm. Použití některých prvků v sestavě s temperačním t m kanálem:

Obr. 3.20 Použití ploché přeppážky [12]

Obrr. 3.22 Pouužití kaskádyy (fontána) [12]

Obr. 3..21 Použití spirálové přepážky p [122]

Obr. 3.223 Použití tepelně vodiivé tyče [133]

TEPEL LNĚ VODIV VÉ TYČE Použžívají se v místech m kdee není prostoor pro klasiccké chlazenní. Přebytečnné teplo odv vádějí do temperaačních kanáálů. Konstruukce tyče a způsob chlaazení jsou následující. n U Uvnitř tenk kostěnného kovovéého obalu (nnapř. ponikllovaná měď ď) je kapalin na, která na teplejším koonci zplynu uje, v plynnném stavu putuje p na chladnější konnec tyče, kd de kondenzuuje. Tento kkonec tyče jee oplachoován vodouu. Zplynovánní na jednom m konci a kondenzace k e na druhém m je principeem přenosu tepelnéé energie. ÁLNÍ MAT TERIÁLY SPECIÁ K doosažení lepššího odvoduu tepla se taaké používajjí na výrobuu tvarovýchh částí formy y (jádra, vložky,,..) např. slittiny mědi. Jako J zástupcce jmenujm me AMPCO (CuAlFe), které má ccca 2x vyšší tepelnoou vodivost než nástrojové oceli, při p srovnatellné pevnosti. 3 35



3 Odvzd 3.9 dušnění foormy Čelo taveeniny při vsttřikování stllačuje v duttině formy vzduch. v To může vést k různým vaadám vvýrobku. Needostříknutýý výlisek, buubliny v tavvenině či Dieselův efekkt, který je ppopsán podrrobněji v kap. 1.4. Odvzdušněn O ní musí tedy zajistit únikk přebytečn ného vzduchhu z tvarovéé dutiny form my. Volba místa pro odvzzdušnění vee formě je někdy n zřejm má z tvaru výýstřiku, jinddy však je ob btížně měry se napllní dutina taaveninou. To o samo zjjistitelná. Jee třeba se řídit úvahou, jakým způsobem a sm o sobě závisíí na umístěnní vtoku, tlooušťce stěn a na samotn ném tvaru výlisku. v Pokud je úvaha o um místění odvzzdušnění nejjasná, je úko olem konstrruktéra, abyy taková míssta v vytipoval a učinil u v násttroji opatřenní, aby i při nesprávném m předpoklaadu bylo moožno odvzd dušnění snnadno realizzovat. Místoo, kde je pootřeba zhotoovit odvzduššnění se zjisstí při zkoušškách formy y. [1] Další možžností, jak vytipovat v m místa, kde doochází k uzaavření vzduchu, je provvézt analýzu u plnění n některým z výpočetních v h softwarů. Způsoby odvvzdušnění: Z - použitím vyhazoovačů v mísstech hromaadění vzduchu, praktickké a jednoduuché - odvzdušňovací vložkou v - vytvoořením tenkké odvzdušňňovací mezeery v dělící rovině form my (Tab. 2),, pozor na možné m zástřiiky - odvzdušňovací síta, s póry odd 0,03 do 0,,5 mm

O 3.24 Pooužití odvzddušňovacíh Obr. ho síta [12]

Tab. 2 Hloubky H odvvzdušňovaccích mezer různých r plaastů [1]

36



3.10 Normálie N Norm málie jsou dílce d forem,, které lze nakoupit n již hotové a tím m ušetřit čaas i finance. Konstruktéér i dílna se tak můžee více soustřředit na tvarrové záležittosti formy. V nabídkácch firem je nepřeberné množsttví normálií, počínaje celými c rámyy, přes vodíccí a středícíí elementy, vvyhazovacíí, temperačnní a vtokoové systémyy až k datum movkám a jiiným označeením výliskků.

Obr. 3.25 3 Datum movka se zaabudováním m do tvarovéé dutiny form my. Jádro see šipkou je otočné, abyy mohla obsluha o lisu nastavit akttuální měsícc výroby [114]

3 Boční středění (záámek), zajiššťuje přesnéé dosednutí tvarů při sjeetí obou pollovin formyy. Obr. 3.26 Zabuudování do rámu. r [14]

3 37

CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

PRAKTICKÁ ČÁST

II. PRAKTICKÁ ČÁST

4. CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE V zadání byly stanoveny tyto cíle: 1. Literární studie 2. Návrh technologie výroby 3. Konstrukční řešení formy a potřebné výpočty 4. Ekonomické zhodnocení Literární studie je obsažena v oddíle I. TEORETICKÁ ČÁST. Jsou zde informace ve vztahu k použité technologii výroby a potřebné ke konstrukci nástroje. Návrh parametrů nástroje a jeho konstrukční řešení jsou vysvětleny v oddíle II. PRAKTICKÁ ČÁST. Výstupem je kompletní výrobní dokumentace vstřikovací formy. Jedna z kapitol se zabývá také návrhem vhodného vstřikovacího stroje. Vybrané výrobní výkresy spolu s výkresem sestavy jsou součástí přílohy této práce.

5. PROGRAMOVÁ PODPORA KONSTRUKCE FORMY Pro konstrukci formy je využíván CAD/CAM software Pro/Engineer Wildfire 4.0 od fy. PTC. Tento konstrukční program obsahuje plnou podporu návrhu dutiny formy s provázaností až k výkresové dokumentaci. Dalším krokem, který tento program řeší, je technologická příprava, zejména výroba elektrod a zpracování programů pro CNC obrábění. Normálie: Při návrhu formy jsou požívány normálie převážně od fy. HASCO nebo DME. Dílce jsou dostupné po registraci na webových portálech, např. http://d-m-e.sp01.partcommunity.com ANALÝZA VSTŘIKOVÁNÍ Technologická analýza je prováděna v programu Cadmould 3D-F Version 4.0 od fy. Simcon kunststofftechnische Software GmbH. Výstupem programu jsou doporučení a grafická zobrazení průběhu plnění, shrnutá do technické zprávy. Vstupní model výlisku musí být ve formátu stl. Překlad modelu výlisku do stl souboru a jeho optimalizace je provedena v programu DeskArtes 3Data Expert Series.

38

PRAKTICKÁ ČÁST

ANALÝZA VÝLISKU

6. ANALÝZA VÝLISKU Je požadována výroba dvou prototypových výlisků, které spolu tvoří sestavu a jsou ze stejného materiálu. Oba výlisky je možno umístit do jednoho rámu, kde budou mít společnou část vtoku. Po odzkoušení prototypových výlisků by měla následovat konstrukce sériové formy. Z těchto důvodů je forma koncipována jako sériová s tím, že v budoucnu dojde pouze k výměně tvarových částí, úpravě vyhazování a případně k zabudování horké trysky. Návrh vtokové soustavy a velikost smrštění byli konzultovány s odborníkem fy. TICONA (výrobce plastového materiálu).

6.1 Zadaný výrobek, technologie výroby Výkresy zadaných výlisků jsou v příloze této práce.

Obr. 6.1 Zadaný výlisek číslo N060005, materiál Celstran TPU-GF50-01 (výrobce TICONA), hmotnost 248g

Obr. 6.2 Zadaný výlisek číslo N060006, materiál Celstran TPU-GF50-01, hmotnost 214g VOLBA TECHNOLOGIE VÝROBY Výroba proběhne vstřikováním do formy. Této technologii vyhovuje jak tvar dílce, tak použitý materiál. V našem případě technický a díky použitému plnivu (dlouhá skelná vlákna) velmi pevný plast. Parametry vstřikování a konstrukce vtoku jsou voleny tak, aby došlo k minimálnímu poškození délky skelných vláken.

39

ANALÝZA VÝLISKU

PRAKTICKÁ ČÁST

6.2 Dělící rovina a směr odformování Dělící rovina probíhá po hraně výlisku a je volena tak, aby bylo možno výlisky odformovat pouze rozjetím formy. Není potřeba čelistí nebo jiných přídavných mechanismů. Směr odformování respektuje úkosy provedené na modelu součásti.

a) strana tvárnice

b) strana tvárníku Obr. 6.3 Dělící rovina konstruovaná v modulu Mold Cavity Pro/E u výlisku číslo N060006 Dělící rovina rovnoběžná se směrem rozjetí formy musí mít min. úhel odklonu, v závislosti na délce dělící stěny, aby nedošlo k poškození tvarů při zavření formy. To může vést k úpravě tvaru výlisku, detail na obr. 6.3 b).

40

PRAKTICKÁ ČÁST

ANALÝZA VÝLISKU

6.3 Úkosová analýza Slouží ke kontrole úkosů stěn výlisku. Vždy je třeba více či méně upravit model výlisku, tak aby šel bez problémů odformovat. U těchto výlisků je navíc důležité, aby po sestavení nevznikly v místě dotyku přesahy vnějších stěn. Chybou by bylo např. použití různých úkosů na stěnách dosedajících na sebe, jak je znázorněno na obr. 6.4. Pro použitý materiál je volen minimální akceptovatelný úkos 1°, tak aby nedošlo ke vzniku stop po otěru na stěnách výlisku.

Obr. 6.4 Místo styku výlisků v sestavě

Obr. 6.5 Analýza úkosů výlisku N060006, žlutá barva označuje plochy s úkosem menším než 1° strana tvárnice 41

ANALÝZA VÝLISKU

PRAKTICKÁ ČÁST

Obr. 6.6 Analýza úkosů výlisku N060006, žlutá barva označuje plochy s úkosem menším než 1° strana tvárníku Plochy označené žlutou barvou musí být nově úkosovány, tak aby se co nejméně změnil původní tvar výlisku.

6.4 Umístění a volba vtoku Je použit studený vtok, mimo jiné proto, že se jedná pouze o prototypovou formu. TVAR VTOKU Jedním z důležitých kritérií při volbě tvaru vtoku je nepoškodit dlouhá skelná vlákna. Tuto podmínku nejlépe splňuje filmový vtok. Rozměry vtoku jsou voleny dle návodu od výrobce plastové hmoty fy. Ticona a posléze diskutovány přímo s odborníkem tohoto dodavatele. Příručka „Celstran Design Guide“ je přílohou této práce.

Obr. 6.7 Tvar vtokového ústí (filmový vtok) – podélný řez

42

PRAKTICKÁ ČÁST

ANALÝZA VÝLISKU

VTOKOVÝ KANÁL Od trysky vstřikovacího stroje je veden vložkou vtokový kužel. Od něho je pak rozváděna tavenina vtokovými kanály v dělící ploše. Vtoková vložka je uchycena v tvárnici, vtokový kanál včetně ústí je vyroben v tvárníku. Hmotnost výlisků není stejná. Průřezy vtokových kanálů jsou proto různé, aby se oba výlisky naplnily, pokud možno, současně. Délky vtokových kanálů jsou stejné.

Obr. 6.9 Vtokový kanál výlisku N060005

Obr. 6.8 Vtokový kanál včetně ústí

Obr. 6.10 Vtokový kanál výlisku N060006

UMÍSTĚNÍ VTOKOVÉHO ÚSTÍ Vtokové ústí je umístěno v kratší straně výlisku. Důvodem je mimo jiné příznivější orientace vláken a rozmístění studených spojů vzhledem k provoznímu namáhání součásti. Střed ústí vtoku je proti podélnému žebru. Proud taveniny je namířen proti stěně.

Obr. 6.11 Poloha vtoku ve tvárníku 43

ANALÝZA VÝLISKU

PRAKTICKÁ ČÁST

Obr. 6.12 Poloha vtoku na výlisku

6.5 Technologická analýza Je provedena předběžná analýza plnění v programu Cadmould 3D-F (bez reálného vlivu temperačních kanálů), která v tomto případě slouží k ověření prvních návrhů a předpokladů. Jako model vstupuje do výpočtu celá tvarová dutina formy včetně vtokových kanálů. Je tak možno zachytit přesný tvar vtokového ústí a zohlednit různý průřez vtokových kanálů. Vstupními parametry jsou: - materiálová data plastu Celstran TPU-GF50-01 od fy. TICONA - hodnota dotlaku max. 50% vstřikovacího tlaku - doba plnění 2.4 s - doba dotlaku 5 s - doba chladnutí 40 s - teplota dutiny při plnění a při chladnutí výlisku konstantní 70 °C - teplota taveniny 260 °C - teplota vyhazovací 120 °C - teplota, kdy přestává tavenina téct 190 °C V jednotlivých podkapitolách jsou zobrazeny výsledky vybraných částí analýzy.

Obr. 6.13 Výpočtový model, místo vtoku je hned za vstřikovací tryskou, směr odformování je rovnoběžný s osou z 44

PRAKTICKÁ ČÁST

ANALÝZA VÝLISKU

6.5.1 Časový průběh plnění Vstřikovací čas je 2,49 s. Z grafického znázornění je patrný dopad rozdílného průřezu vtokového kanálu a členitosti výlisků. Třebaže není plnění obou dutin zcela rovnoměrné jsou navržené průřezy vtokových kanálů ponechány.

Obr. 6.14 Časový průběh plnění dutiny formy (vlevo je výlisek N060006, vpravo N060005)

6.5.2 Tlak čela taveniny Max. tlak je na hodnotě 828 bar (cca 83 MPa), tak aby se naplnila celá dutina. Hodnoty pro výlisek N060006 (na obrázku vlevo) jsou mírně vyšší než pro výlisek N060005.

Obr. 6.15 Tlaková ztráta (vlevo je výlisek N060006, vpravo N060005)

45

ANALÝZA VÝLISKU

PRAKTICKÁ ČÁST

6.5.3 Problémy naplnění Mohou se projevit problémy s naplněním, zvláště v místech příliš tenkých stěn na okrajích výlisku. Řešením by mohla být úprava tvaru výlisku.

Obr. 6.16 Místa s možnými problémy naplnění a detail výlisku N060006 (vlevo je výlisek N060006, vpravo N060005)

6.5.4 Teplota čela taveniny Max. hodnota teploty čela taveniny je 264 °C, minimální pak 247.2 °C. Doporučený maximální rozdíl teploty čela taveniny v průběhu plnění je 15 °C. Tento doporučený rozdíl je překročen pouze v malé části výlisku N060006.

Obr. 6.17 Teplota v čele taveniny (vlevo je výlisek N060005, vpravo N060006) 46

PRAKTICKÁ ČÁST

ANALÝZA VÝLISKU

6.5.5 Místa uzavření vzduchu Místa uzavření vzduchu jsou většinou ve dně žeber. U těchto výlisků lze odvzdušnit dutinu vhodným rozmístěním vyhazovačů.

Obr. 6.18 Místa, kde dochází k uzavření vzduchu a detail výlisku N060005. (vlevo je výlisek N060005, vpravo N060006)

6.5.6 Průběh utěsnění dutiny Rozsah je 0,4 až 10,19 s. Je to čas od vstříknutí v tom kterém konkrétním místě do stavu kdy je zde tavenina již bez možnosti tečení (teplota pod 190 °C). Ve výlisku nesmějí vznikat uzavřená místa tekuté taveniny, dotlak se sem nedostane a mohlo by zde docházet k propadům. Rozložení musí směřovat ke vtoku, což se u těchto výlisků podařilo.

Obr. 6.19 Čas utěsnění. Tavenina má takovou teplotu, že se již nemůže pohybovat. (vlevo je výlisek N060005, vpravo N060006) 47

ANALÝZA VÝLISKU

PRAKTICKÁ ČÁST

6.5.7 Orientace skelných vláken Vrstva 1 je u stěny dutiny, vrstva 3 je uprostřed dutiny. Vlákna jsou orientována po směru toku taveniny. Orientace se však směrem ke stěně ztrácí. Je to způsobeno, mimo jiné, rozdílným prouděním taveniny v blízkosti povrchu tvarové dutiny.

Obr. 6.20 Orientace vláken ve vrstvě 1 - blízko stěny dutiny. (výlisek N060006)

Obr. 6.21 Orientace vláken ve vrstvě 3 - uprostřed dutiny. (výlisek N060006)

6.6 Volba smrštění Smrštění je voleno v obou směrech stejné, a to 0,1 %. Vycházeno je z doporučení výrobce plastové hmoty. 48

PRAKTICKÁ ČÁST

VOLBA VSTŘIKOVACÍHO STROJE

7. VOLBA VSTŘIKOVACÍHO STROJE Při volbě vstřikovacího stroje hraje důležitou roli několika podmínek, zejména: - velikost upínacích desek - uzavírací síla - vstřikovací tlak - objem plastifikační jednotky - a v neposlední řadě dostupnost stroje v rámci firmy či u stávajících dodavatelů Na základě těchto údajů je volen vstřikovací stroj Engel Victory 1350/300. Podrobnosti o hodnotě zavírací síly jsou uvedeny v následujících podkapitolách.

7.1 Násobnost formy V tomto případě je volba jednoznačná. Z formy musí vypadnout oba výlisky (obě poloviny zásobníku) současně. Formu je možno označit jako 2-násobnou.

7.2 Zavírací síla Velikost zavírací síly je závislá na násobnosti formy. Pro výpočtovou analýzu byl použit model celé tvarové dutiny formy včetně vtokových kanálů. Lze tedy použít vypočtenou zavírací sílu bez dalších korekcí. Max. uzavírací síla je cca 240 tun což je 80% uzavírací síly zvoleného vstřikovacího stroje.

Obr. 7.1 Graf průběhu uzavírací síly při vstřikování.

49

KONSTRUKCE FORMY

PRAKTICKÁ ČÁST

8. KONSTRUKCE FORMY Konstrukce formy využívá pokud možno normálií, aby se výroba mohla soustředit na tvarové části formy. Jedná se o prototypovou formu, proto zde může dojít ještě během konstrukce k nečekaným změnám v modelu výlisku. To klade zvýšené nároky na provázanost všech komponent v sestavě, tak aby při aktualizaci došlo k automatické opravě tvarové dutiny a navazujících dílců.

8.1 Koncepce formy, rám Forma je dvouotisková se studeným vtokem. Velikost rámu 546 x 996 mm odpovídá EuroStandard dle katalogu DME. Rozměr 996 mm je maximum v tomto standartu. Použitím standardního rozměru rámu je zajištěna např. bezproblémová instalace kuličkového vedení vyhazovacích desek. Tvary jsou v rámu natočeny a umístěny s ohledem na efektivní využití plochy rámu. Těžiště uzavírací a vyhazovací síly je co nejblíže středu formy (ose upínacích desek lisu).

Obr. 8.1 Celková sestava formy 50

PRAKTICKÁ ČÁST

KONSTRUKCE FORMY

Vodící pouzdra jsou fixována v pohyblivé (vyhazovací) části formy. Při zavírání formy do nich zajíždějí kolíky na pevné (dýzové) části formy. Přesnou polohu tvarů při dovření formy zajišťují 4 zámky u vnější stěny formy. Tvárník v pohyblivé části formy a tvárnice v pevné jsou vyrobeny z Al slitiny. 16 kruhových kalených dosedek na každé straně zabraňuje případnému nežádoucímu otlačení tvarů v dělící rovině. V horní části formy je závora s 1 závěsným otočným okem. Po celém obvodu formy je nespočet závitů M 20 a M 24. Jsou určeny pro našroubování dodatečných závěsných ok k usnadnění manipulace při instalaci formy na lis nebo při opravách. V dolní části jsou pak nožičky. Vyhazovací desky jsou vedeny vzhledem ke svým rozměrům v pouzdrech s kuličkovou klecí. Maximální pohyb vyhazovacích desek je 30 mm. Deska tvárníku má dostatečnou tloušťku a je podepřena válcovými rozpěrkami, aby nedocházelo k nežádoucím průhybům při vstřikování. Mezi formou a lisem jsou na obou stranách tepelně-izolační desky tl. 8 mm ze sklotextílie.

Obr. 8.2 Vyhazovací strana formy

Obr. 8.3 Pevná strana formy 51

KONSTRUKCE FORMY

PRAKTICKÁ ČÁST

8.2 Tvarová dutina formy Tvárník a tvárnice tvoří dutinu formy. Použitý materiál je Al slitina EN AW 2024 T351. Pro prototypovou formu je tento materiál postačující a lze jej obrobit v kratším čase oproti obvykle používané nástrojové oceli. Ve tvárníku jsou vedeny vyhazovače a část tvaru je vyvložkována. Použití vložky usnadňuje výrobu tvarové dutiny. Plochá vložka je v místě vysokých žeber a je vyrobena ze stejného materiálu jako tvárník a tvárnice. Je použita u obou výlisků. V dutině výlisku N060005 jsou navíc dvě jádra uvnitř kruhových vyhazovačů.

Umístění ploché vložky

Obr. 8.4 Tvárník výlisku N060005, okrová barva označuje zavírací plochy

Obr. 8.5 Tvárnice výlisku N060005 okrová barva označuje zavírací plochy

Obr. 8.6 Plochá vložka tvárníku 52

PRAKTICKÁ ČÁST

KONSTRUKCE FORMY

8.3 Vtoková soustava Ve formě je použit studený vtok. Pro prototypovou formu je dostačující. Součástí vtokové soustavy jsou: - vtoková vložka, vede taveninu od vstřikovací trysky stroje ke kanálu ve tvárníku - trhač vtoku, přidržuje vtokový zbytek na vyhazovací straně formy při rozjetí - vyhazovač vtoku (červeně), vyhazuje vtok společně s výliskem Filmový vtok je třeba odstranit z výlisku manuálně.

Obr. 8.7 Vtoková soustava, vtokový zbytek je označen zeleně.

8.4 Temperace Tvarová dutina formy je temperována soustavou kruhových kanálů průměru 8 mm vedených ve tvárníku a tvárnici. Slepé konce vrtaných kanálů jsou ucpány měděnými zátkami průměru 10 mm. Hliníková slitina použitá na tvary je výhodná z hlediska vedení tepla, její tepelná vodivost je cca 4x vyšší oproti nástrojové oceli. Rozmístění temperačních kanálů ve tvárnici je podřízeno co nejlepší účinnosti s ohledem na výrobní jednoduchost. Při návrhu temperačních kanálů ve tvárníku je nadto třeba brát zřetel na rozmístění otvorů pro vyhazovače a vložky. Vložka tvárníku není temperována.

53

KONSTRUKCE FORMY

PRAKTICKÁ ČÁST

Obr. 8.8 Temperace na vyhazovací straně – ve tvárníku, žlutě jsou měděné záslepky kanálů.

Obr. 8.8 Temperace na pevné straně – ve tvárnici, žlutě jsou měděné záslepky kanálů, červeně jsou přepážky.

54

PRAKTICKÁ ČÁST

KONSTRUKCE FORMY

8.5 Vyhazování Vyhazování je realizováno vyhazovači kruhového nebo obdélníkového průřezu. U výlisku N060005 jsou použity také dva trubkové vyhazovače v místě otvorů pro šrouby. Ploché velké vyhazovače jsou vyráběné, ostatní jsou délkově zakrácené normálie. Vyhazovače jsou rozmístěny rovnoměrně po ploše výlisku a proti zpevněným částem, např. žebrům, tak aby nedošlo k deformaci stěn výrobku. Vyhazovače jsou fixovány v kotevní vyhazovací desce. Lícováním vyhazovačů H7/g6 je také jednoduše zajištěno odvzdušnění tvarové dutiny formy.

Obr. 8.9 Vyhazovací soustava – oba výlisky

Obr. 8.10 Rozmístění vyhazovačů v dutině výlisku N060006, červeně jsou normálie, modře vyráběné ploché vyhazovače, zeleně je označena pevná vložka. 55

KONSTRUKCE FORMY

PRAKTICKÁ ČÁST

Obr. 8.11 Detail umístění vyhazovačů na výlisku N060005

Obr. 8.12 Detail zafixování vyhazovačů v kotevní vyhazovací desce, ploché vyhazovače jsou vymezeny pomocí kolíků.

56

PRAKTICKÁ ČÁST

EKONOMICKÝ ROZBOR

9. EKONOMICKÝ ROZBOR Tato prototypová forma je navržena jako sériová, proto je její výroba nákladnější oproti standardním prototypovým nástrojům.

NÁKLADY NA ZHOTOVENÍ NÁSTROJE Předpokládané náklady na materiál: - desky rámu – nástrojová ocel 1.1730 na rozměr, cena 69 Kč/kg, spotřeba 1100 kg 69 x 1100 = 75 900,- Kč - normálie (vyhazovače, vodící elementy, spojovací materiál,..) 61 000,- tvary – Al slitina EN AW 2024 T351 na rozměr, cena 112 Kč/kg, spotřeba 175 kg 112 x 175 = 19 600,- Kč 156 500,- Kč Předpokládané náklady na mzdy: - dělníci nástrojárny, 221 Kč/hod, celkem 300 hodin 221 x 300 = 66 300,- Kč - konstrukce formy, 320 Kč/hod, celkem 102 hodin 320 x 102 = 32 640,- Kč - technologie (programy, elektrody..), 290 Kč/hod, celkem 75 hodin 290 x 75 = 21 750,- Kč 120 690,- Kč Režie = 50% Celkové náklady na mzdy = 120 690 x 1.5 = 181 035,- Kč Celkové náklady na výrobu formy: 181 035 + 156 500 = 337 535,- Kč

NÁKLADY NA ODLISOVÁNÍ PROTOTYPOVÉ SÉRIE Počet kusů prototypové série: 500 párů výlisků. Cena materiálu pro 500 párů výlisků: - cena materiálu Celstran TPU-GF50-01 (výrobce TICONA) = 8 USD/kg - 1 USD = 20.7 Kč - hmotnost páru výlisků včetně vtokového zbytku = 0,487 kg 1 pár výlisků 8 x 20,7 x 0,487 = 80,6 Kč 500 párů 80,6 x 500 = 40 300,- Kč Předpokládané náklady na mzdy: - obsluha lisu, 190 Kč/hod, celkem 15 hodin práce na celou sérii 190 x 15 = 2 850 Kč režie = 50% Celkové náklady na mzdy = 2 850 x 1.5 = 4 275,- Kč

57

EKONOMICKÝ ROZBOR

PRAKTICKÁ ČÁST

Celkové náklady na odlisování prototypové série: 40 300 + 4 275 = 44 575,- Kč

CELKOVÉ NÁKLADY NA VÝROBU PROTOTYPOVÉ SÉRIE - náklady na zhotovení nástroje = 337 535,- Kč - náklady na odlisování prototypové série = 44 575,- Kč 337 535 + 44 575 = 382 110,- Kč

CENA JEDNOHO PÁRU VÝLISKŮ Cenu 1 páru výlisků lze stanovit z celkových nákladů na výrobu prototypové série: 382 110 / 500 = 764,2 Kč

Vysoká cena prototypového výrobku je dána vysokou cenou nástroje. Je to nezbytná investice před zavedením sériové výroby a takto na ní musí být pohlíženo.

58

PRAKTICKÁ ČÁST

ZÁVĚR

ZÁVĚR Bakalářská práce byla zhotovena na základě schváleného zadání. Členění je voleno s ohledem na celkovou přehlednost dokumentu. Hned za úvodním slovem se práce dělí na část TEORETICKOU a část PRAKTICKOU. Teoretická část obsahuje přehled současného technického poznání v oboru vstřikování termoplastů. První kapitola popisuje vlastnosti termoplastů, technologii vstřikování a požadavky na konstrukci výlisků. Následuje kapitola objasňující konstrukci vstřikovacích strojů. V závěru je pak vysvětlena konstrukce vstřikovacích forem. Praktická část práce se zabývá konstrukcí prototypové formy pro konkrétní výlisek. Řazení kapitol respektuje postup prací při návrhu formy. Na začátku je volena dělící rovina, i vzhledem k úkosům na stěnách výlisku. Případné větší modifikace tvaru výlisku z důvodu snadnějšího odformování je zapotřebí včas konzultovat se zadavatelem. Umístění a tvar vtoku jsou voleny v závislosti na požadovaném materiálu a tvaru výlisku. Analýzou plnění dutiny jsou ověřeny prvotní návrhy a jsou identifikována problémová místa. Volba vstřikovacího stroje je omezena dostupností strojního vybavení. Konstrukce formy byla provedena v programu Pro/Engineer Wildfire 4.0 s maximálním využitím nakupovaných dílců – normálií. Čitatel je blíže seznámen s provedením vtokové soustavy, temperací a systémem vyhazování. V závěru praktické části je ekonomický rozbor nákladů na výrobu nástroje a vyčíslení ceny prototypového výlisku. Přílohou této práce jsou vybrané výrobní výkresy a některé další podpůrné dokumenty.

59

SEZNAMY

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1]

SOVA, Miloš – KREBS, Josef. Termoplasty v praxi : Praktická příručka pro konstruktéry, výrobce, zpracovatele a uživatele termoplastu. 5. aktualiz. vyd. Praha: Verlag Dashöfer, 1999-2000. růz s., CD-ROM. ISBN 80-86229-15-7.

[2]

LENFELD, Petr. Technologie II: Část II - Zpracování plastů. Technická univerzita Liberec, fakulta strojní, katedra strojírenské technologie, oddělení tváření kovů a plastů, [cit. 2010-05-23].

[3]

KOMPOZITY BRNO s.r.o. Kurz návrhu a konstrukce vstřikovacích forem, studijní text. Brno: 1.- 4.11.1999.

[4]

HENDRYCH, Josef – WEBER, Antonín – DOLEŽEL, Jaroslav. Standartizace rámů a součástí forem pro vstřikování termoplastů. 1. vydání, Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1986. DT 678.057:621.746.073

[5]

ENGEL company, [cit. 2010-05-23].

[6]

ŽÁK, Ladislav. Cvičení, tvářecí nástroje – vstřikovací formy. VUT Brno, fakulta strojního inženýrství, ústav strojírenské technologie, odbor tváření kovů a plastů, [cit. 2010-05-23].

[7]

NEUHÄUSL, Emil. Vady výstřiků – 1. díl: Příčiny vzniku vad a studené spoje. Kód článku: 100307, Vyšlo v MM 2010 / 3, březen 2010, rubrika Výroba / Plasty, str. 58, [cit. 2010-05-23].

[8]

Katalog i-mold, MOLDING INNOVATIONS, [cit. 2010-05-23].

[9]

BĚHÁLEK, Luboš. Studijní materiály k cvičením. Technická univerzita Liberec, fakulta strojní, katedra strojírenské technologie, oddělení tváření kovů a plastů, [cit. 2010-05-23].

[10]

ŘEHULKA, Zdeněk. Speciální vyhřívané vtokové systémy forem pro zpracování termoplastů. Kód článku: 050126, Vyšlo v MM 2005 / 1, únor 2005, rubrika Komerční příloha / Plasty, str. 44, [cit. 2010-05-23].

[11]

KRUPA, Čestmír. Jehlový uzavírací systém pro horké vtoky. Kód článku: 070133, Vyšlo v MM 2007 / 1, únor 2007, rubrika Trendy / Plasty, strana 26, [cit. 2010-05-23].

[12]

Katalog DME, 2009.

[13]

Katalog TECHNOTREND, [cit. 2010-05-23].

60

SEZNAMY

[14]

Katalog SVOBODA, [cit. 2010-05-23].

[15]

UDDEHOLM, [cit. 2010-05-23].

SEZNAM PŘÍLOH 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Výkres výlisku N060005 Výkres výlisku N060006 Výkres sestavy nástroje Výkres kotevní desky vyhazovačů Výkres tvárnice výlisku N060005 Výkres tvárníku výlisku N060005 Příručka „Celstran Design Guide“ Parametry vstřikovacího stroje ENGEL 1350/300

61

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY VÝROBA SOUČÁSTI Z PLASTU KRYT ZÁSOBNÍKU

Recommend Documents