Katedra konstruování strojƽ Fakulta strojní
KϬ5ͲPLASTOVÉ1>z
ZAFORMOVÁNÍ A ODFORMOVÁNÍ doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv
verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpoētem eské republiky
Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na KatedƎe konstruování strojƽ Katedra konstruování strojƽ je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západoēeské univerzitĢ v Plzni a patƎí na fakultĢ k nejvĢtším. Fakulta strojní je moderní otevƎenou vzdĢlávací institucí uznávanou i v oblasti vĢdy a výzkumu uplatŸovaného v praxi. Katedra konstruování strojƽ disponuje modernĢ vybavenými laboratoƎemi s poēítaēovou technikou, na které jsou napƎ. studentƽm pro studijní úēely neomezenĢ k dispozici nové verze pƎedních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémƽ. LaboratoƎe katedry jsou ve všední dny studentƽm plnĢ k dispozici napƎ. pro práci na semestrálních, bakaláƎských ēi diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na katedƎe je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se prƽbĢžnĢ, zejména po absolvování jednotlivých semestrƽ, podílejí všichni studenti. V souēasné dobĢ probíhá na katedƎe konstruování strojƽ významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní uēební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledkƽ této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedƎe také do spolupráce s pƎedními strojírenskými podniky v plzeŸském regionu i mimo nĢj. \ada studentƽ rovnĢž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahraniēí. Nabídka studia na katedƎe konstruování strojƽ: BakaláƎské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program
B2301: strojní inženýrství („zamĢƎený univerzitnĢ“)
B2341: strojírenství (zamĢƎený „profesnĢ“)
ZamĢƎení
Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Design prƽmyslové techniky Diagnostika a servis silniēních vozidel Servis zdravotnické techniky
Magisterské studium (2roky, titul Ing.) Studijní program ZamĢƎení
N2301: Strojní inženýrství Stavba výrobních strojƽ a zaƎízení Dopravní a manipulaēní technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západoþeská univerzita v Plzni, 2013
ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Eduard Müller Ing. Štěpán Heller
ZAFORMOVÁNÍ A ODFORMOVÁNÍ DUTINA FORMY
Pod pojmem zaformování se rozumí vytvoření dutiny ve formě, která bude odpovídat danému vstřikovanému dílu Dutina formy se skládá ze dvou částí. První částí je dutina v tvárnici a druhou částí je dutina v tvárníku. Dutina odpovídá tvaru negativu vstřikovaného dílu před smrštěním. Je tvořena 3D plochami které vzniknou ořezáním nebo odečtením ploch a těla vstřikovaného dílu (zvětšeného o smrštění) od bloků nástroje. Smrštění se liší pro každý materiál a je zpravidla udáváno výrobcem. Vzhledem k tomu, že finální smrštění výrobku je ovlivněno mnoha dalšími faktory, jako vstřikovacími parametry, tloušťkou stěn, tvarovou složitostí, systémem vtokování apod., je nejspolehlivější metodou určení smrštění jeho změření na prototypu (pokud je k dispozici), nebo na podobném dílu (obdobné tvarové složitosti, systému vtokování, vyrobeného z totožného materiálu).
Obrázek 1 Vstřikovaný díl
3D TVAR V TVÁRNÍKU
3D TVAR V TVÁRNCI
Obrázek 2 Pohled do dělicí roviny tvárníku a tvárnice
TVÁRNICE PLNÁ DUTINA DĚLÍCÍ ROVINA
PRÁZDNÁ DUTINA TVÁRNÍK Obrázek 3 Pohled do řezu dutiny v tvárníku a tvárnici
Na rozhraní, kde přechází tvarová plocha z dutiny tvárníku do dutiny tvárnice je dělicí rovina. Tvárník a tvárnice se stýkají v dělicí rovině. Dělicí rovina by měla být tvarově co nejjednodušší bez prudkých tvarových zlomů s ostrými hranami z důvodu snadné výroby a utěsněné dutiny. Rozlišuje se primární a sekundární dělicí rovina. Primární dělicí rovina je ta část funkční plochy formy, které uzavírá taveninu v dutině. Plocha tvořící primární dělící rovinu by měla mít šířku odpovídající velikosti vstřikovaného dílu (pohybuje se mezi 30 až 80 mm). Sekundární dělicí rovina navazuje na primární dělící rovinu, ale desky nástroje jsou odsazené (odlehčené) a ve styku jsou pouze kalené dosedy (viz Obrázek 4).
PRIMÁRNÍ DĚLICÍ ROVINA
SEKUNDÁRNÍ DĚLICÍ ROVINA
Obrázek 4 Pohled do dělící roviny tvárníku
V místě dělící roviny na díle vzniká otřep, který se v průběhu životnosti formy zvětšuje. Nejmenší otřep vzniká, pokud na sebe tvárník a tvárnice lícují na plocho. Konstrukce dílu často vyžaduje, aby otřep vznikal pouze v určitém směru. Při konstrukci formy a volby dělících rovin by proto vždy mělo být zohledněna funkce vyráběného dílu. Tvárnice Výlisek
Otřepy
Otřepy
Tvárník
Obrázek 5 Možnosti zaformování otvoru a vyplývající směry otřepů
Pokud na sebe tvárníky lícují bočně, měl by být jejich sklon minimálně 3° Tvárníky nesmí končit do špičky Dosed na plocho (ne špička) Tvárnice Výlisek
Sklon min. 3°
Tvárník Obrázek 6 Boční lícování
ÚKOSY A PODKOSY Při umísťování vstřikovaného dílu do formy je nutné zvolit správný směr otevírání formy vůči dílu. Je to směr, ve kterém se pohybuje pohyblivá část formy. Při špatné volbě směru mohou vzniknout podkosy, což je takový sklon stěny dutiny formy, který nedovoluje vyhození vstřikovaného dílu. SMĚR OTEVÍRÁNÍ FORMY TVÁRNICE VSTŘIKOVANÝ DÍL DĚLICÍ ROVINA ČÁST DÍLU TVOŘÍCÍ PODKOS
Obrázek 7 Špatně zvolená dělicí rovina – vznikl podkos
TVÁRNÍK
TVÁRNICE
ÚPRAVA DĚLÍCÍ ROVINY
Obrázek 8 Úprava dělicí roviny – odstranění podkosu
TVÁRNÍK
Jsou-li na dílu takové podkosy, které není možné odstranit natočením ve formě nebo posunutím dělicí roviny (například díl víčko se závitem) je nutné vybavit formu vozíky (šíbry). Tyto vozíky se pohybují v jiném směru, než se otevírá nástroj. Další možností je použití jader, které se při odformování vytočí. Další možností zaformování podkosů je – dle geometrie dílu - použití speciálních vyhazovačů (pružných, šikmých, tvarových), vytáčecích elementů apod.
Obrázek 9 Vstřikovaný díl s podkosem
KOLÍK PRO VEDENÍ VOZÍKU VOZÍK
VSTŘIKOVANÝ DÍL
TVÁRNÍK
VEDENÍ VOZÍKU TVAR TVOŘÍCÍ PODKOS
SMĚR POHYBU KOLÍKU SMĚR POHYBU VOZÍKU
Obrázek 10 Oformování podkosu pomocí šíbru
V určitých případech lze využít pružnosti materiálu, a zaformovat i plochy s mírným podkosem. Tvar s podkosem nesmí tvořit ostrý schod (musí mít plynulý náběh), a při vyhození z formy nesmí být odvrácená plocha držena ve formě. Odformování podkosu zvyšuje vyhazovací sílu, což musí být zohledněno při návrhu formy.
Podkos Šíbr
Vyhození po odjetí šíbru
Pohyblivá strana
Obrázek 11 Odformování podkosové plochy
Do dílu lze vložit prvky tvořící podkos (oblé výstupky) záměrně, pokud při otevírání formy nezůstává díl na správné části (obvykle na pohyblivé). Výstupky pak fungují jako zámky, které díl udrží v požadované poloze.
Opakem podkosů jsou technologické úkosy, ty naopak usnadňují vyhození dílu. Vytvářejí se záměrně pod úhlem 0°30’ a větším.
Obvyklý úkos je cca 2°. Pro velké, či pohyblivé se doporučuje úhel ještě zvětšit. Tvárníky pro minimální úkosy musí být leštěny
TVÁRNÍK
VSTŘIKOVANÝ DÍL
2° Obrázek 12 Příklad úkosů
DEZÉNY
Dezén lze na díle vytvořit v zásadě dvěma způsoby: -
Okopírováním struktury vytvořené v dutině formy, během vstřikování Obtisknutím razníku (obvykle válcového) do již hotového dílu. Použitelné pouze pro deskové, či válcové profily
Možnosti vytvoření textury v dutině formy: -
Elektroerozivní: V podstatě jde o zdrsnění povrchu, které zůstává po elektro-erozivním obrábění (jiskření). Z principu není tímto tohoto způsobem možné vytvářet složité struktury. Výsledný vzhled a hloubka se dá řídit pouze nastavením obrábění (proud,..). Vliv má také materiál formy a elektrody.
-
Leptáním: Dezén se vytváří pomocí kyseliny, naleptávající povrch formy. Struktura vzniká maskováním oblastí, které nemají být naleptány, lepící páskou nebo barvou, odolnou použité kyselině. Tímto způsobem lze vytvářet i velice složité struktury (např. imitace dřeva, kůže,…). Oproti elektroerozivnímu způsobu ovšem vychází dráž.
-
Speciální způsoby: Mezi speciální metody lze zařadit pískování, nanášení niklových, zinkových apod. vložek (např. elektricky), gravírování, chromování (zmatňuje leštěný povrch, odolává poškrábání. Dá se nanést i na již dezénovanou formu pro zvýšení její odolnosti).
-
Obrázek 13 Příklad dezénu – umělá kůže Zdroj: Eschmann texturesguide
Tvorbou leptaných dezénů na formě se zabývají specializované firmy. Návrh tvárníků by s nimi měl být vždy dopředu konzultován. Tvárník musí být před nanesením dezénu důkladně proleštěn a zbaven všech škrábanců a stop po obrábění. Pro tvárníky na kterých je plánovaný dezén, je potřeba použít homogenní materiál se stejnoměrným zrnem, bez vměstků, s obsahem síry menším než 0,03%. Všechny drénované tvárníky a vložky ve formě by měly být vyrobeny ze stejného materiálu a projít stejnou povrchovou úpravou. V opačném případě hrozí vznik rozdílného vzhledu výsledných ploch. Typu a hloubce dezénu musí být přizpůsoben vyjímací úkos tak, aby nedošlo k jeho poškrábání. Základní doporučený úhel se počítá 1° na každých 0,015-0,02 mm hloubky dezénu. V případě že je dezén na vnitřní ploše dílu, je potřeba vyjímací úhel zdvojnásobit. Pokud se na dílu předpokládají větší deformace (např. vysoká tenká stěna, obtížné chlazení,…), je vhodné úhel ztrojnásobit. Na výslednou kvalitu dezénu a jeho náchylnost k poškrábání má vliv mnoho dalších faktorů, jako: vstřikovaný materiál (jeho viskozita), rovnoměrnost chlazení, poloha vtoků (matnost dezénu se se zvdáleností od vtoku zvyšuje), vstřikovací parametry, rovnoměrná tloušťka stěn, atd. U dezénů, s hloubkou větší než 0,025 mm, které se dotýkají dělící roviny nástroje, hrozí vznik otřepů a přetoků. Proto jsou dezény ukončovány min. 0,3mm od okraje. Pro alespoň částečné zakrytí vzniklého lesklého proužku lze použít opískování, nebo v případě erodovaného dezénu vynesení do ztracena.
Správně
Špatně
Obrázek 14 Ukončení dezénu na dělící rovině Zdroj: Eschmann texturesguide
Při výrobě formy musí být počítáno i s plánovaným počtem vyrobených kusů. Dezén se během životnosti postupně obrušuje a ztrácí matnost. Struktura se tak někdy musí během životnosti obnovovat. Při použití materiálů plněných skelnými vlákny, nebo nevhodným vtokováním, se obrušování struktury urychluje.
ODFORMOVÁNÍ Pojem odformování se vztahuje k již ztuhlému dílu ve formě, který je nutné vyndat. Musí se proto otevřít forma, při otevírání se pohybují od dílu vozíky (šíbry), pokud jsou použity. Následně se dá do pohybu vyhazovací soustava (vyhazovače s kotevní a opěrnou deskou), které vstřikovaný díl vyhodí z formy. Proto je nutné, aby po otevření formy zůstal vstřikovaný díl na pohyblivé straně formy, kde jsou vyhazovače. Ke snadnému odformování napomáhají výše zmíněné technologické úkosy.
POHYBLIVÁ ČÁST FORMY
DESKY VYHAZOVACÍHO PAKETU
ODTLAČOVACÍ KOLÍKY
VSTŘIKOVANÉ DÍLY
PEVNÁ ČÁST FORMY
VYHAZOVAČE
VODÍCÍ SLOUPKY
Obrázek 55 Otevřená forma při vyhazování dílů
VEDENÍ VYHAZOVACÍCH DESEK
PŘÍPRAVEK NA PŘIPEVNĚNÍ POHONU VYHAZOVÁNÍ
Obrázek 66 Řez otevřenou formou při vyhazování dílů
doc. Ing. Martin Hynek Ph.D., Ing. Štěpán Heller
Ing. Eduard Müller͕
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/Ϯϴ.0Ϭϱϲ „hŬĄnjŬŽǀĠǀljǀŽũŽǀĠƉƌŽũĞŬƚLJnjƉƌĂdžĞ ƉƌŽƉŽƐşůĞŶşƉƌĂŬƚŝĐŬljĐŚnjŶĂůŽƐƚşďƵĚŽƵкЌƐƚƌŽũŶşĐŚŝŶǎĞŶljƌƽ“.
