VÝROBA SOUČÁSTI "VYMEZOVACÍ KRYT"

Transkript

1 VÝROBA SOUČÁSTI "VYMEZOVACÍ KRYT" PRODUCTION OF SINGLE PARTS "SPACEING COVER" BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Jakub PŠENKA VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. Ladislav ŽÁK, Ph.D. BRNO 2014

2 Místo tohoto listu bude vloženo zadání (oboustranně). Zadání musí být vevázáno v obou vyhotoveních práce. Do druhého výtisku bude vložena kopie. Tento list není třeba tisknut!

3 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Bakalářská práce je vypracována v rámci oboru B-STG strojírenská technologie. Řeší návrh výroby zadané plastové součástky z materiálu PA66-GF30FR pomocí technologie vstřikování plastů. V úvodní části je shrnut současný stav výroby a jsou popsány základní vlastnosti plastů, princip vstřikovací, vstřikovací stroj a vstřikovací forma. V praktické části se řeší vlastní konstrukce formy. V závěru je jednoduché ekonomické zhodnocení nákladů a zisků. Klíčová slova plasty, vstřikovací forma, tvarová dutina, vstřikovací proces, vtokový zbytek ABSTRACT The bachelor thesis was written within the field of B-STG manufacturing technology. It concerns with the proposal for production of specified plastic part made from material PA66-GF30FR using injection modling technology. In the introduction is summary of current production status and description of basic plastic properties, principles of injection molding, injection modling machine and injection mold. In practical part is solving of mold design. In conclusion is the simple economic assessment of costs and benefits. Key words plastic, injection mold, cavity shape, injection process, sprue BIBLIOGRAFICKÁ CITACE PŠENKA, Jakub. Výroba součásti "Vymezovací kryt". Brno Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie. 46 s. 5 příloh. Vedoucí bakalářské práce Ing. Ladislav Žák, Ph.D..

4 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Výroba součásti "Vymezovací kryt" vypracoval(a) samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. Datum Jakub Pšenka

5 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto panu Ing. Ladislavu Žákovi za cenné připomínky a rady při vypracování bakalářské práce.

6 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstrakt Prohlášení Poděkování Obsah ÚVOD ZHODNOCENÍ SOUČASNÉHO STAVU PLASTY Definice a rozdělení Termodynamické vlastnosti plastů Příprava plastů pro zpracování a použití VSTŘIKOVÁNÍ PLASTŮ Proces vstřikování plastů Smrštění Vstřikovací stroje Vstřikovací jednotka Uzavírací jednotka Jednotka řízení a regulace Vstřikovací forma Typy vstřikovacích forem Studené vtokové systémy Hroké vtokové systémy Temperační systémy forem Vyhazovací systém forem Odvzdušnění forem PRAKTICKÁ ČÁST Volba vstřikovacího stroje Forma a dělicí rovina Stanovení plochy průmětu Kontrola uzavírací síly Výpočet teoretické násobnosti formy Volba vtokového systému Určení temperačního systému Vyhazovací systém EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ... 43

7 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 6 ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ Seznam použitých symbolů a zkratek SEZNAM PŘÍLOH... 51

8 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 ÚVOD Výroba plastů a plastových dílců se za posledních několik let dostala do popředí téměř každého odvětví průmyslu. Zvyšování mechanických a fyzikálních vlastností plastových výrobků má za následek, že v některých případech využití plastů přesahuje využití kovu. Nejvíce patrné je to potom v automobilovém, lékařském nebo elektronickém průmyslu. V roce 2012 bylo pak celosvětově vyrobeno 288 milionů tun plastu. Vstřikování termoplastů je potom jednou z nejprogresivnějších odvětví výroby plastových dílců. Výhodou tohoto odvětví je vysoká možnost automatizace a vysoká produktivita a tvarová stálost díky možnosti výrabět několik výstřiků naráz a malému opotřebení vstřikovacího nástroje. Různé vlastnosti různých plastových materiálů potom umožňují velkou variabilitu ve vlastnostech plastových výstřiků. Přidáním dalších aditiv je potom možné vytvořit materiál vhodný přímo na požadovaný výstřik. Obr. 1 Vstřikolis a příklady výrobků z plastu [9,13,14]

9 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 10 1 ZHODNOCENÍ SOUČASNÉHO STAVU [6] Zadaná součást je vyráběna technologií vstřikování plastů na stroji Battenfeld HM 80/210. Jedná se o výrobu výstřiku v jednočinné formě se studeným vtokovým systémem s třemi vtokoými ústími do tvarové dutiny formy. Forma je třídesková a prototypová. Vtok je odebírán robotem a výstřik padá na skluz a poté na dopravník. Výroba pracuje v automatickém režimu. Součást slouží jako kryt pro elektromotor, kde v dutině výrobku jsou cívky a elektronická destička. Jako materiál byl zvolen polyamid PA 66 s 30% skelných vláken a s retardérem hoření s obchodním označením Zytel HTNFR52G30BL BK337. Materiál je zpracováván na velmi vysokých teplotách, kde teplota tání je C s fromou vyhřívanou na C. Před použitím se musí materál vysušit 6-8 hodin při teplotě 100 C. Obr. 2 Model zadané součásti

10 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 11 2 PLASTY [1,2,3,4] 2.1 Definice a rozdělení Plasty jsou tvořeny z polymerů a z přídavných látek, zabezpečující požadované vlastnosti (pigmenty, maziva, stabilizátory, atd.). Polymery jsou makromolekulární látky tvořené jednotlivými monomery, které jsou k sobě vázány do řetězce během procesu polyreakce (polymerace, polyadice, polykondezace). Tab. 1 Základní rozdělení polymerních materiálů [1] POLYMERY REAKTOPLASTY TERMOPLASTY TERMOPLASTICKÉ ELASTOMERY ELASTOMERY Fenolické Částečně krystalické S vysokou tvrdostí NR Melaminové Amorfní S nízkou tvrdostí SBR Epoxidové Polyesterové Další NBS EPDM Další Reaktoplasty jsou plasty, u kterých dochází během tváření k síťování vlivem působení tepla a tlaku. Takto vytvořené plasty není možné dále tvářet, protože vzniklé řetězce nelze teplem rozpojit. Termoplasty jsou plasty, které se působením tepla stávají tvárné až tekuté. Při ochlazení dojde ke ztuhnutí materiálu, ale je možné ho po opětovném působením tepla znovu tvářet. Materiál se vyskytuje s amorfní nebo částečně krystalickou strukturou. Elastomery jsou plasty, které při pokojové teplotě mají elastické vlastnosti. Spoje v těchto materiálech jsou aktivovány teplem (vulkanizace), ale řetězce na okolo těchto spojů se mohou pohybovat (elasticita). Termoplastické elastomery jsou materiály, které při pokojové teplotě mají vlastnosti jako elastomery, ale dají se zpracovávat jako termoplasty. Díky tomu odpadá proces vulkanizace. Uzly v těchto materiálech nejsou chemické povahy, ale fyzikální.

11 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Termodynamické vlastnosti plastů [2,3,4] Plasty mění své vlastnosti v závislosti především na teplotě. Při zahřívání materiálu dochází k několika transformacím, během kterých dochází ke skokovým změnám vlastností materiálu. Tyto změny nastávají, když je dosažena: teplota zeskelnění T g (teplota skelného přechodu) teplota viskózního toku T f pro amorfní plasty teplota tání T m pro semikrystalické plasty teplota degradace polymeru T z Pro amorfní plasty Pro amorfní plasty platí, že při dosažení teploty skelného přechodu T g dochází ke skokové změně meze pevnosti v tahu a modulu pružnosti asi o tři řády. Koeficient teplotní roztažnosti se mění o 100%. Tuto teplotu lze ovlivňovat přidáváním změkčovadel. Konkrétní hodnota závisí na velikosti mezimolekulárních sil. Při dalším nárůstu teploty dojdeme až do oblasti teploty viskózního toku T f. Při této teplotě dochází ke ztrátě kaučukovitých vlastností a materiál se mění na vysoce viskózní kapalinu. Od tohoto bodu se materiál používá například při vstřikování plastů. Budeme-li stále zvyšovat teplotu, dojdeme až do bodu, kde začíná plast trvale ztrácet své vlastnosti, této teplotě říkáme teplota degradace polymeru T z. tvrdý, sklovitý stav pružný, kaučukovitý stav plastický stav Obr. 3 Průběh deformačních oblastí u amorfního plastu [2]

12 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 13 Pro semikrystalické plasty U těchto plastů nedochází k velkým změnám při teplotě skelného přechodu T g a to z důvodů velkých mezimolekulárních sil působících v krystalické mřížce, při této teplotě dochází pouze ke změně vlastností amorfní části semikrystalických plastů. K hlavním změnám dochází při dosažení teplota tání T m, při které dochází k rozpadu a tání krystalů. Při této teplotě dochází ke změně ze stavu houževnatého na stav tekutý. Stejně jako u amorfních plastů dochází při T z k degradaci polymeru. Obr. 4 Průběh deformačních oblastí u semikrystalického plastu [2] 2.3 Příprava plastů pro zpracování a použití [1,2] Jak již bylo zmíněno, plasty se skládají z polymerů a z aditiv. Tyto aditiva ovlivňují řadu vlastností plastu. Aditiva používaná pro lepší zpracovatelnost taveniny Pro zvýšení stability taveniny po dobu její prodlevy v plastikačním válci a v rozvodech formy používáme tepelná nebo termooxidační činidla. Pro zlepšení tokových vlastností taveniny a její zatékavosti používáme vnitřní maziva. Pro dosažení rovnoměrné a jemné krystalické struktury u semikrystalických plastů používáme nukleační činidla.

13 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 14 Další aditiva Stabilizátory Termooxidační stabilizátor používáme pro zvýšení odolnosti vstřikovaného plastu vzhledem k jeho termooxidačnímu stárnutí. Zvyšuje teplotu T z, aby zamezil degradaci materiálu. UV stabilizátor zvyšují odolnost proti atmosférickému stárnutí. To znamená, že zamezují průniku té části spektra slunečního záření, které umožňuje degradaci polymeru. V praxi to znamená delší životnost výrobků. Plastifikátory Plastifikátory zvyšují ohebnost, tažnost a houževnatost výrobků. Nejčastěji se využívají u PVC. Koncentráty lubrikantů, nukleačních činidel a antistatik Lubrikanty snižují viskozitu taveniny, zlepšují odformování a zvyšují lesk výstřiků. Nukleační činidla mění rychlost krystalizace a tím přímo zrychlují proces výroby. Pro snížení vzniku elektrického náboje na výstřicích se používají antistatika, jako přísada do vstupního materiálu. Retardéry hoření Retardéry hoření zmenšují hořlavost plastů. Tyto aditiva jsou funkční až při vyšších koncentracích (5-30%), proto mají vliv i na jiné vlastnosti materiálu a musí se s nimi počítat při návrhu. Barviva, pigmenty, barevné koncentráty Pigmenty a barviva dodávají plastovému výrobku barevný odstín. Dodávají se na univerzálním nosičích (PE voscích), nebo jako granulát na polymeru. Je důležité vědět, že barviva reagují také jako nukleační činidla, tím pádem mohou mít vliv i na další vlastnosti materiálu. Plniva Materiály s plnivy se nazývají kompozity. Jedná se o směs, dvou nebo více materiálů s odlišnými vlastnostmi, jejíž cílem je získat vlastnosti obou materiálů v ideální kombinaci.

14 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 15 3 VSTŘIKOVÁNÍ PLASTŮ[1,2,3,4,5] Vstřikování termoplastů je proces, během kterého je velkou rychlostí vstříknut do tvarové dutiny formy roztavený plast z tlakové komory. Po zaplnění tvarové dutiny dojde k ochlazení a ztuhnutí plastu do požadovaného tvaru, poté je výstřik vyhozen z formy a proces začíná znovu. Mezi hlavní výhody technologie vstřikování plastů patří výroba velkých sérií za minimální dobu s poměrně snadnou automatizací provozu. Výrobky vyrobené touto technologií mají vysokou tvarovou a rozměrovou přesnost. Nevýhodou technologie vstřikování jsou počáteční vysoké náklady na formu, případně stroj. Samotná výroba zabírá velký prostor, protože vstřikovací stroje jsou mohutné a několikanásobně převyšují velikost výrobku. Také je důležité si uvědomit, že výroba formy a její zavedení do sériové produkce je zdlouhavý proces, proto je nutné ji zadat do výroby s dostatečným předstihem. 3.1 Proces vstřikování plastů [2,3,4] Proces vstřikování začíná nasypáním připraveného materiálu do násypky stroje. Při rotačním pohybu šneku dochází k odebírání granulovaného materiálu z násypky, jeho stlačení a dopravě do vytápěné části pracovní komory. Zde dochází k plastikaci materiálu a jeho hromadění před čelem šneku. Během rotace šneku dochází i k jeho posuvu dozadu, aby vytvořil prostor pro vstřikovanou dávku. Při dosažení požadované plastikace a objemu vstřikovaného materiálu se otáčivý pohyb šneku zastaví a dojde k vstříknutí materiálu do tvarové dutiny formy. Během této fáze funguje šnek jako píst a tlačí tavenin před sebou skrze trysku. Po naplnění tvarové dutiny formy dochází k ochlazování taveniny ve formě a k jejímu tuhnutí. V této fázi dochází k dotlaku, aby se předešlo vlivům smrštění materiálu ve formě jako jsou propadliny a smrštěniny. Po uplynutí doby nutné ke ztuhnutí výstřiku je forma otevřena a výstřik je vyhozen z formy. Nyní dojde k opětovnému uzavření formy a proces se opakuje. Vstřikování plastů je cyklický proces, který se dá rozdělit do čtyř základních fází. Jde o fázi plastikační, vstřikovací, dotlakovou a ochlazovací. Fáze plastikační V této fázi dochází k nabírání dávky z násypky a k plastikaci této dávky v plastikační komoře vstřikovací jednotky. Za pomocí smykového tření vyvolaného šnekem a teplem z topení je materiál roztaven a míchán v prostoru před šnekem. Účelem této fáze je vytvořit homogenní taveninu požadované teploty. Tato teplota má velký vliv na finální výrobek, protože určuje velikost smrštění a dosmrštění. Obr. 5 - Plastikační fáze[2]

15 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 16 Fáze vstřikovací Během této fáze šnek tlačí před sebou roztavený materiál a skrze trysku ho vysokou rychlostí vstřikuje do prostoru tvarové dutiny formy. Doba vstřikování je závislá na teplotě taveniny, teplotě formy, vtokovém systému a tvarové složitosti výstřiku. Účelem je naplnit dutinu rovnoměrně ve všech částech. Počáteční fáze vstřikování je rychlá, aby nedošlo k zchladnutí hmoty na stěnách formy. Následuje plynulé snížení, aby z formy mohly odejít přebytečné plyny. Po plném naplnění dutiny se tlak zvyšuje a nastává stlačení hmoty. V tomto okamžiku dochází k přepnutí na dotlakovou fázi. Tlak během vstřikovací a dotlakové fáze musí být přesně nastavený, jinak může dojít k přestřikům do dělicí roviny, nebo k nedostatečnému naplnění tvarové dutiny. Fáze dotlaková Obr. 6 - Vstřikovací a dotlakovací fáze[2] Dotlaková fáze má za úkol dotlačovat taveninu do již plné tvarové dutiny formy, za účelem kompenzace smrštění při chladnutí výstřiku. Dotlaku může být využito pouze tehdy, když je před šnekem dostatečný objem plastu (polštář). Tento polštář bývá obvykle 5 až 10% vstřikované dávky. Během této fáze se zajišťuje požadovaná hmotnost a rozměry výstřiku. Fáze chlazení výstřiku ve formě Ochlazování výstřiku začíná již během dotlakové fáze. Jedná se o proces, při kterém dochází k ochlazování a tuhnutí taveniny ve formě, až na teplotu, při které je výstřik vyhozen z formy. Doba této fáze je závislá na materiálu, na tloušťce stěny výstřiku, teplotě taveniny, teplotě formy a na teplotě výstřiku při vyhození z formy. Obr. 7 - Fáze ochlazení a vyhození výstřiku z formy[2]

16 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 17 Celý průběh vstřikovacího cyklu se dá vyjádřit grafem závislosti tlaku v dutině formy p i na čase t. Obr. 8 - průběh vnitřního tlaku p i v dutině formy během procesu vstřikování s k - pohyb šneku, s n - pohyb nástroje [2] V čase 0 dostává stroj impulz k zahájení vstřikovacího procesu, tvarová dutina formy je prázdná a forma je otevřená. Během času t s1 dochází k uzavření formy a jejímu uzamčení. Nyní dochází k přisunutí tavné komory k formě a v bodě A začíná samotné vstřikování, které trvá po dobu t v. Tvarová dutina je během této doby plně naplněna a tavenina v ní je stlačena na maximální tlak, bod B. V tomto bodě také dochází k přepnutí na dotlak, který trvá po dobu t d. Už během dotlakové fáze dochází k chladnutí materiálu uvnitř formy a v bodě C dochází k zatuhnutí (zamrznutí) vtoku. V bodě D končí dotlaková fáze a stroj může začít plastikovat dávku materiálu pro další vstřik. Tato fáze trvá po dobu t pl a končí v bodě E. V bodě F dochází k otevření formy a výstřik je vyhozen z formy za čas t s3 a může být odebrán manipulátorem za dobu t m. Tlak p z je zbytkový tlak ve formě v době otevření formy.

17 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Smrštění [1,2,5] Smrštění je změna objemu výstřiku během jeho chladnutí ve formě, ale i po vyhození z ní. Největší část smrštění proběhne ještě ve formě. Zbytek potom v následujících hodinách. Velikost smrštění je rozdílná pro různé materiály a jejich plniva. Proto se udává smrštění ve směru tečení materiálu a kolmo na něj. Tato hodnota je důležitá především u materiálů plněných skelnými vlákny, kde jsou vlákna orientována ve směru toku taveniny. Proto je důležité při konstrukci formy s tímto smrštěním počítat. Jednotlivé vlivy na smrštění jsou vyznačeny na obrázku 9. Na výstřicích se smrštění může negativně projevit v podobě propadlin u výrobků s většími tloušťkami stěn, zakřivením u dlouhých a tenkých výrobků nebo nedodržením předepsaných rozměrů. Je třeba ale rozlišit rozdíl mezi smrštěním a deformací. Smrštění je objemová změna při tuhnutí. Deformace je změna tvaru, při zachování konstantního objemu. Obr. 9 Vlivy na smrštění [5] Z obrázku vyplývá, že konstruktér může ovlivnit velikost smrštění výstřiku již v době návrhu formy a to především ideálně zvoleným vtokovým a temperačním systémem. Během konstrukce formy se tedy volí pro rozměry typu díra výchozí rozměr co nejmenší a pro rozměr typu hřídel naopak rozměr co největší. Pro námi zvolený materiál je smrštění ve směru toku 0,3 % a smrštění kolmo na tok 0,8%

18 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vstřikovací stroje [2,3,4,9] Pro proces vstřikování plastů potřebujeme samozřejmě i stroje, na kterých se budou výstřiky vyrábět. Stroje a formy představují velkou investici, a proto jsou vhodné především na sériové a hromadné výroby. První vstřikovací stroje byly založené na principu tlakového lití kovů a jako vstřikovací jednotku používali píst. Tato technologie byla nahrazena šnekovými vstřikovacími mechanismy, které zaručují lepší plastikaci a homogenitu materiálu. Vstřikovací stroje se skládají ze tří základních částí: Vstřikovací jednotka Uzavírací jednotka Jednotka řízení a regulace Obr Schéma vstřikovacího stroje (1-doraz; 2-tyč vyhazovače; 3 a 5-upínací desky; 4-forma; 6-vstřikovací tryska; 7-špice šneku; 8-zpětný uzávěr; 9-šnek; 10-tavicí komora; 11-topná tělesa; 12-násypka; 13-granule plastu; 14-deska vyhazovačů; 15-kotevní deska; 16-vyhazovače; 17-výstřik) [2]

19 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vstřikovací jednotka [2,3] Vstřikovací jednotka plní dva hlavní úkoly při vstřikovacím procesu. První je tavení granulátu na taveninu a její dokonalá homogenizace. Druhým úkolem je dopravit takto zpracovaný plast vysokou rychlostí a pod velkým tlakem do tvarové dutiny fomry. Vstřikovací jednotky byly původně pístové, jejichž princip byl převzat z tlakového lití kovů. Později byl tento systém nahrazen systémem šnekovým. Vzhledem k tomu, že se v dnešní době pístový vstřikovací systém prakticky nevyužívá, zaměřil jsem se na vstřikovací systémy šnekové. Tyto systémy zajišťují spolehlivou plastikaci a homogenitu roztaveného plastu, zabraňují přehřátí materiálu v tavicí komoře, mají vysoký plastikační výkon a umožňují větší kontrolu nad vstřikovacím procesem. Při výběru vstřikovací jednotky musíme brát na vědomí její hlavní charakteristiky, kterými jsou : Průměr šneku D [mm] Délkou L [mm] Vstřikovací kapacitou Q v [cm 3 ] Plastikační kapacitou Q p [kg.h -1 ] Maximálním vstřikovacím tlakem p vstř [MPa] Objemovou vstřikovací rychlostí v [cm 3.s -1 ] Obr.11 - Řez vstřikovací jednotkou [2] Tavicí komora bývá nejčastěji rozdělena do tří pásem. Každé z těchto pásem má nezávislé topení, na kterém je možné nastavit různé teploty pro jednotlivá pásma. Důležité je nenastavit příliš vysokou teplotu v oblasti násypky, v tom případě by mohlo dojít k natavení granulí a k jejich spečení. což by mělo za následek vznik zátky, která by mohla zamezit přístup novému materiálu. Tavicí komora je zakončena tryskou, kterou protéká tavenina při vstřikování. Tryska dosedá na vtokový systém formy a může být otevřená (standardně 3-8 mm) nebo uzavíratelná.

20 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 21 Hlavní roli ve vstřikovacích jednotkách hraje šnek. Většina šneků má po své délce různé průměry, při dodržení stejného stoupání. Těmto šnekům se říká diferenciální. Obecně se dělí šneky do tří sekcí, které mají své specifické funkce. Dávkovací dráha max. 4D dávkovací zóna 20% kompresní zóna 20% vstupní zóna 60% Délka šneku (dle EUROMAP) Obr Diferenciální šnek [2] Vstupní zóna funguje především k nabírání materiálu, k jeho dopravě a stlačování, při kterém je vytěsněn vzduch z prostoru mezi granulemi. V této sekci je průměr jádra šneku konstantní a nejmenší, drážka šneku je zde nejhlubší. V kompresní zóně dochází ke zvětšování průměru jádra šneku, a tím taky k velkému stlačení materiálu. Intenzita tavení materiálu je v této sekci největší, ale výstupní tavenina není teplotně homogenní. V dávkovací zóně dochází k hnětení materiálu a tím k tepelné homogenizaci celé taveniny. Průměr jádra šneku je zde konstantní, ale větší než u vstupní zóny. Délka šneku L se udává v násobcích jeho průměru D. Obvyklá délka šneku je 15 až 20 D. Mezi nejpoužívanější patří šneky s kompresní zónou dlouhou 3-4 D. Důležité je taky zakončení šneku, neboť během procesu vstřikování vzniká zpětný tlak, který tlačí taveninu zpět do prostoru šneku. Mezi nejspolehlivější patří zakončení se zpětným uzávěrem. Obr. 13 Příklady šneků [15]

21 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Uzavírací jednotka [2,3] Uzavírací jednotka má za úkol otevírat a zavírat formu. Je důležité vzít na vědomí, že na formu je při vstřikování vyvíjen velký tlak taveninou z prostoru tvarové dutiny. Tento tlak se snaží formu otevřít, a proto musí mít uzavírací jednotka schopnost nejen formu zavřít (přisouvací síla), ale i uzamčít (uzavírací síla), aby nedošlo k přestřikům do dělicí roviny. Tato síla bývá několikanásobně větší. Moderní stroje mají možnost nastavit rychlost uzavírání i uzavírací sílu. Obr Uzavírací jednotka [2] Uzavírací jednotka se skládá ze tří hlavních částí. První jsou opěrné desky, které jsou pevně spojené s konstrukcí stroje a jsou nepohyblivé. Druhou částí je pohyblivá deska, která je požita na upnutí pohyblivá část formy. Třetí částí je upínací deska, na kterou je upnuta pevná část formy. V této desce je otvor pro trysku vstřikovací jednotky. Uzavírací jednotka může být konstruována jako mechanická, hydraulická nebo elektrická. Kontrola uzavírací síly dle následujicího vztahu: (1) Kde F... otevírací síla plastu v dělicí rovině S... průmět plochy do dělicí roviny včetně rozváděcích kanálků p v.. tlak plastu ve formě (pro kompaktní plasty 5*10 7-8*10 7 Q n.. uzavírací síla lisu

22 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Jednotka řízení a regulace Součástí každého moderního vstřikovacího stroje je řídicí jednotka. Ta umožňuje nastavení, snímání a sledování jednotlivých procesních parametrů. Z tohoto důvodu je neoddělitelnou součástí stroje. U starších strojů bylo pouze možné nastavit procesní parametry, ale nebylo již možné z jednotek vyčíst jaký je skutečný stav. U novějších strojů s moderními jednotkami řízení, je možné sledovat jednotlivé parametry přesně v danném okamžiku, případně si vyvolat profily některých parametrů. Některé jednotky se zvládnou i samy regulovat. To znamená, že vyhodnotí infromace získávané ze stroje a automaticky upraví potřebné parametry pro zachování stabilního procesu. Obr. 15 Jednotka řízení Obr. 16 Ukázka nastavení na jednotce řízení

23 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vstřikovací forma [1,2,3,4,5,7,8] Vstřikovací forma je nástroj určený k vytvarování a udržení roztaveného plastu až do jeho vychladnutí v dutině formy. Vstřikovací forma musí splňovat řadu požadavků, především musí odolávat vysokým tlakům, musí dlouhodobě zachovat kvalitu výrobků a pracovat v automatickém provozu. Z těchto důvodů je forma výraběna z kvalitních nástrojových ocelí a její výroba je časově a ekonomicky náročná. Existuje mnoho provedení vstřikovacích forem a dají se rozdělit dle následujících parametrů. Obr. 17 Vstřikovací forma Dle počtu tvarových dutin Jednonásobné Vícenásobné Dle usopřádání vtoku Dvoudeskové Třídeskové S horkým vtokem S izolovanými vtokovými kanály Dle konstrukce Jednoduché Čelisťové S výsuvnými jádry Vytáčecí Etážové Dle typu vstřikovacího stroje Vstřik kolmo k dělicí rovině Vstřik do dělicí roviny Dle způsobu vyhazování Mechanické vyhazování Stíracím kroužkem nebo deskou Trubkovým vyhazovačem Pneumatickým vyhazovačem Kombinované vyhzování

24 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 25 Vstřikovací forma je složena z několika důležitých částí. Patří mezi ně díly tvořící tvarovou dutinu, vtokový systém, temperační (chladicí) systém, vyhazovacího systému a z vodicích a upínacích prvků. Tyto části lze rodělit na konstrukční zajišťující správnou činnost nástroje a na funkční, které přicházejí přímo do kontaktu se zpracovávaným materiálem a dávají mu požadovaný tvar. Na obrázku 18 je vidět příklad konstrukce formy. Pohyblivá část Pevná část Vyhazovací systém Pevná část Vtokové ústí Rozváděcí kanál Vtokový kanál Středicí kroužek Tvárnice Tvarová dutina Vyhazovač Tvárník Obr. 18 Schéma vstřikovací formy [5] Postup pro konstrukci vstřikovací formy Při konstrukci vstřikovací formy se jako první bere v potaz výkres požadované součásti. Poté je zvolena vhodná násobnost formy a vhodný vstřikovací stroj. Následně je zvolen typ formy, je určena dělicí rovina součásti, navržena vtoková soustava, temperační soustava a vyhoazovací systém. Na závěr je navrženo odvzdušnění formy.

25 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Typy vstřikovacích forem Dle počtu tvarových dutin Násobnost formy je ovlivněna několika faktory, které je třeba vyhodnotit, pro správnou funkci vstřikovací formy. Například podle charakteru a přesnosti výstřiku, velikosti vstřikovacího stroje, termínu dodání a ekonomiky výroby. Jednonásobné formy jsou určeny především pro velké výstřiky, výstřiky s velkou tvarovou náročností a malé série, případně pro prototypovou výrobu. Výhodou je možnost vstřikování s vyšší přesností, jednodušší konstrukce a nastavení vstřikovacích parametrů. Takovéto formy je také možné používat na strojích o menších výkonech. Vícenásobné formy jsou určeny pro větší série, výstřiky o menší velikosti a s menší tvarovou náročností. Výroba ve vícenásobné formě je také ve většině případů ekonomicky výhodnější. Při použití těchto formem je třeba počítat se stroji o větších výkonech. Jestli je stroj bude vhodný na výrobu z vícenásobných forem, zjistíme z následujících výpočtů pro jednotlivé parametry stroje. Vstřikovací kapacita - (2) Kde Q v.. maximální zdvihový objem V... objem výstřiku V k.. objem vtokového zbytku Plastifikační výkon - (3) Kde Q p.. Maximální plastikační výkon stroje t c.. celková doba cyklu vstřikování... hustota polyamidu (1,62) Velikost uzavírací síly stroje - (4) Kde F u.. Maximální uzavírací síla lisu [MN] S... Průmět plochy do dělicí roviny včetně rozváděcích kanálků [m 2 ] p v..vstřikovací tlak stroje [Mpa] Pro poměr mezi násobností platí vztahy n 2 n 1, jinak může docházet k degradaci materiálu v tavicí komoře. Vhodná násobnost je pak nejmenší z násobností n 1 až n 3.

26 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 27 Dle uspořádání vtoku Dvoudeskové formy se skládají z pevně uložené desky, kde je většinou uložena tvárnice a pohyblivé desky, ve které je umístěn tvárník. Dosedací plochy desek tvoří dělicí rovinu tvaru a rozváděcích kanálků. Třídeskové formy se skládají z pevné desky, pohyblivé desky a mezidesky. Tohoto řešení se používá, když vtokové ústí není vedeno do dělicí roviny tvaru, ale do dna tvarové dutiny bodovým vtokem. Při otevření formy dochází k oddělení vtoku již ve formě, z tohoto důvodu musí být zdvih této desky dostatečně velký, aby umožnil odpanutí vtoku z prostoru formy. Nástroj má v tomto případě dvě dělicí roviny, základní a pomocnou. Nástroje s horkým vtokem se vyznačují tím, že uvnitř nástroje jsou zabudované vyhřívané vložky a trysky, které zabraňují zatuhnutí materiálu ve vtokovém systému formy. Díky této technologii je možné vyrábět bezodpadově, to znamená bez vtokového zbytku, jak tomu je u nástrojů se studeným vtokem. Tento systém je dražší než standardní řešení a vyžaduje během výroby ovládání jednotlivým temperačních okruhů. Formy s izolovanými vtokovými kanály se vyznačují tím, že vtokové kanálky mají daleko větší průměr, než u klasické studené soustavy. Při vstřiku dochází k ochlazování taveniny na stěnách vtokových kanálků a tím vzniká izolace vlivem nízké tepelné vodivosti plastů. Středová část kanálků pak zůstává stále tekutá za předpokladu, že je dodržena krátká doba cyklu. Při delších cyklech může dojít k uplnému zatuhnutí vtokového systému a je třeba formu vyčistit. Dle konstrukce Ztuhlý plast na stěnách Čelisťové nástroje se používají při výrobě výstřiků, kde by kvůli tvaru, nebylo možné provést jednoduché odformování, například s vnějšími podkosy. Výstřik má potom několik dělicích rovin. Čelisti jsou potom ovládány klíny, šikmo uloženými kolíky, ohnutými kolíky nebo hydraulicky. Vytáčecí nástroje jsou používány pro výrobu výstřiků s vnitřním závitem. Nástroj je potom řešen tak, že po zastříknutí plastem, je jádro se závitem vytočeno ven z výstřiku a teprve poté je díl odformován. K vytáčení závitového prvku nástroje je pak použito hydrauliky, převodovky nebo elektromotoru. Etážové nástroje mají robustnější konstrukci než standardní nástroje. Jedná se o řešení formy, při kterém jsou tvarové dutiny formy orientovány zrcadlově ke středové desce. Tímto řešením je možné až zdvojnásobit produci na stejném stroji, protože nedochází k příliš velkému navýšení nutné uzavírací síly. Obr. 19 Izolovaná vtoková soustava [7] Obr. 20 Etážová forma [8]

27 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Studené vtokové systémy Vtokové systémy vedou taveninu do tvarové dutiny formy. Podle složitosti dílu a násobnosti formy se může skládat z několika vtokových kanálů a ústí. Úkolem je zaplnit dutinu formy v co nejkratší době a to tak, aby byla tavenina zachována termicky homogenní v celém objemu výstřiku. Vtokový systém by měl klást minimální odpor a měl by zaručit snadné oddělení a vyhození vtokového zbytku po otevření formy. Uspořádání vtokové soustavy musí zaručovat rovnoměrné zaplnění všech tvarových dutin formy. Schéma vtokového systému je na obrázku 21. Hlavní kanál Rozváděcí kanál Ústí vtoku Jímka Obr. 21 Schéma vtokové soustavy [2] Hlavní vtokový kanál navazuje na trysku stroje. Jeho tvar je kuželovitý s ústím do rozváděcích kanálů nebo do výstřiku. Rozváděcí kanál rozvádí taveninu od hlavního kanálu do jednotlivých vtokových ústí. Dráha toku taveniny by pak měla být do všech vtokových ústí stejně dlouhá, tak je tomu u rozložení vtokových ústí do hvězdy (obr. 22). Druhý typ rozložení je rozložení do řady (obr. 23), zde je však zapotřebí dávat si pozor, neboť délky toků taveniny nejsou vždy stejné, v tomto případě je nutná úprava průměru vtoku nebo jeho ústí, aby byla zachována stejná rychlost taveniny. Obr. 22 Rozložení do hvězdy [2] Obr. 23 Rozložení do řady [2]

28 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 29 Rozváděcí kanál je doporučené prodloužit za vtokové ústí takzvanou jímkou, aby nedocházelo ke vstřiku chladnější taveniny na čele toku do výstřiku. Kanály jsou vyráběny v různých průřezech a je důležité je vhodně zvolit pro daný výrobek (obr. 24). Obr. 24 Průřezy rozváděcích kanálů [5] a) Funkčně vhodné 2,3,4,5 - výrobně vhodné b) Funkčně nevýhodné 1,6 - výrobně nevýhodné Vtokové ústí je zužený spoj mezi rozváděcími kanály a samotným výstřikem. Jeho tvar určuje, jakým způsobem bude vtok oddělován. Zužení se provádí za účelem zvýšení teploty taveniny před vstupem do tvarové dutiny a pro menší stopu po vtoku na výstřiku, ale stále musí být zachován dostatečný průtok pro rovnoměrné naplnění dutiny. Vtokové ústí se umisťuje do: - Nejtlustšího místa stěny výstřiku - Do geometrického středu dutiny - Ve směru orientace žeber - Mimo namáhané, funkční a pohledové plochy - U obdelníkových tvarů ve směru delší strany - Tak aby byl umožněn odchod plynů z dutiny

29 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 30 Typy vtoků Kuželový vtok (obr. 25) se využívá u symetrických, tlustostěnných výstřiků a převážně u jednonásobných forem. Tavenina je do výstřiku dopravena bez zužení vtokového ústí. Výhodou je jeho vysoká učinnost při dotlaku. Mezi nevýhody pak patří hlavně složité oddělení vtoku od výstřiku a vždy zanechá stopu. Bodový vtok (obr. 26) je jeden z nejčastěji používaných zužených vtoků. Využívá se u třídeskových nástrojů neboť je nutné nejdříve odtrhnout výstřik od vtokového zbytku a až poté bude otevřena forma. Bodový vtok má nejčastěji kruhový průřez a není vhodný pro méně tekuté a plněné materály. Obr. 25 Plný kuželový vtok [7] Tunelový vtok (obr. 27) je speciální variantou bodového vtoku. Jeho výhodou je, že se dá použít u dvoudeskového nástroje. Vtokový zbytek zůstane ležet v jedné rovině s výstřikem a k jeho oddělení dojde při otevření formy nebo při vyhození výstřiku. Vyýroba tohoto typu vtoku je náročnější a je třeba vytvořit ostrou hranu pro odtržení vtoku Obr. 26 Bodový vtok [7] Obr. 27 Tunelový vtok [7]

30 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 31 Deštníkový a talířový vtok se používá u kratších rotačních součástí u kterách by bodový vtok byl nedostatečný z důvodu zatékání materiálu kolem jádra, které by mohlo způsobit studené spoje. Deštníkové ústí (obr. 28) je napojeno přímo na rozvodný kanál a zaručuje symetrický rozvod taveniny do krajů otvoru. Oddělení vtoku se pak provadí odstřižením. Talířový vtok (obr. 29) plní výstřik z vnitřní stěny díry a jeho odstranění se provádí vyražením nebo odvrtáním. Odstřihnout Obr. 28 Deštníkový vtok [7] Obr. 29 Talířový vtok [7] Vícenásobné vtoky (obr. 30) se používají u výstřiků, kde by plnění tvarové dutiny jedním vtokem nebylo dostačující. V takovém případě je do jedné dutiny přiváděna tavenina několika vtoky. Při použití více vtoků, je ale třeba zaručit, že nedojde ke studeným spojům v místech, kde se toky stékají. Také je nutné zaručit dostatečné odvzdušnění. Obr. 30 Vícenásobný vtok [2]

31 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Hroké vtokové systémy Horké vtokové systémy pracují na bázi zachování tekutého stavu taveniny v celé vtokové soustavě formy během celé doby vstřikovacího cyklu. Dochází pouze ke ztuhnutí výstřiku. Vstřikování za pomocí tohoto systému je díky tomuto bezodpadové, to znamená bez vtokového zbytku. Používá se pouze bodové vtokové ústí. Formy s horkým vtokem jsou vhodné pro velkosériové a hromadné výroby. Kostrukce formy musí být kvůli větším tepelným a mechanickým zatížením konstruovány s větší tuhostí a přesností, což má dopad na cenu formy. Tavenina je vstřikována do dutiny formy tryskou, která je vyhřívaná pro udržení tekutého stavu. V případě jednokavitových nástrojů je vyhřívaná tryska napojena přímo na ústí vstřikovaného materiálu.u vícekavitových nástrojů je součástí formy vyhřívaný rozváděcí blok s tryskami ústící přímo do dutiny formy nebo do rozvodných kanálů. Teploty jednotlivých trysek, či okruhů jsou potom ovládány vnějším zařízením. Z toho plyne, že součástí formy je také elektroinstalace. Obr. 31 Příklad horkého vtokového systému [11] Obecně dělíme horké trysky dělíme na: Trysky vnitřně vyhřívané Trysky extérně vyhřívané

32 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 33 Trysky vnitřně vyhřívané (obr. 32) mají vyhřívané jádro, kolem kterého obtéká vstřikovaný materiál. Jádro je tvořeno vyhřívanou vložkou z vysoce tepelně vodivého materiálu. Tato metoda je úspornější protože dochází k přímé výměně tepla mezi jádrem a plastem, nedochází ke kontaktu jádra s deskou formy. Na stěnách kanálu pak může docházet k tuhnutí tenké vrstvy materiálu, ale to zaručí další tepelnou izolaci, proto není třeba stěny kanálu vytápět na tak vysoké teploty. Chladnější stěny kanálu Tavenina Jádro Zatuhlý plast Trysky extérně vyhřívané, tavenina teče středem trysky, která má vyhřívané vnější stěny. Podle násobnosti formy je pak použito samostatné vyhřívané trysky nebo při větším počtu trysek vyhřívaného rozváděcího bloku. Několik provedení těchto trysek je vidět na obrázku 33. Obr. 32 Vnitřně vyhřívaná tryska [7] a) b) c) d) Obr. 33 Extérně vyhřívaná tryska [7] a) Torpédový vtok - s uzavíratelným mechanismem b) Ventilový vtok - s uzavíratelným mechanismem c) Malý kuželový vtok - bez uzavíratelného mechanismu d) Standardní vtok - bez uzavíratelného mechanismu

33 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Temperační systémy forem Temperační systém formy slouží k zahřívaní nebo chlazení formy. Jelikož vstřikování je cyklický proces, je forma a především tvarová dutina formy namáhána prudkými změnami teplot. Vstřikovaný plast může mít teploty až okolo 300 C. Toto teplo pak musí být odvedeno z dutiny formy, aby došlo ke správnéu zchlazení výstřiku. Z toho plyne, že temperační systém musí nejdříve nahřát formu na provozní teplotu, která je daná použitým materiálem a po vstřiku zchladit zpět na provozní teplotu. Teplo z formy je odváděno několika způsoby. První je odvod do prostředí okolo formy, další je teplo odvedené do upínacích desek stroje a jeho konstrukce a zbylá část je odvedena temperačním systémem formy. Důležitým faktorem odvodu tepla je tepelná vodivost materiálu formy. Temperační systém obsahuje kapalinu, která má za úkol udržovat formu na pracovní teplotě. Ve formě by měl být veden co nejblíže k tvarové dutině, ale nesmí dojít oslabení materiálu dutiny nebo únikům kapaliny do dutiny. Kapalina je potom odvedena mimo prostor formy a ochlazována v extérním temperačního zařízení. Jako chladicí médium pro teploty do 90 C se používá voda s přísadami proti korozi a dalšími aditivy. Pro vyšší teploty se potom používá jako chladicí médium olej. Většinou se jedná o teploty do 150 C. Obr. 34 Temperační systém [2]

34 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vyhazovací systém forem Po otevření formy na konci vstřikovacího cyklu musí dojít k odformování výstřiku z tvarové dutiny formy, protože při chladnutí dochází ve formě k jeho smrštění, v jehož důsledku ulpívá v dutině. Pro snažší odformování se proto volí na výstřiku zkosení vnitřních stěn minimálně 0 30 a jeho stěny by měli být co nejhladší. Vyhazovací systém musí vysouvat výstřik rovnoměrně, aby nedocházelo k jeho deformaci nebo dokonce poškození. Vzhledem k tomu, že ve většině případů zanechávají vyhazovače na plastu stopu, je nutné pečlivě zvolit umístění prvků vyhazovacího systému, aby byly mimo pohledové a funkční části výstřiku.vyhazovače mohou také sloužit k vyhození vtokového zbytku nebo jako prvky odvzdušnění. Pohyb vyhazovacího systému je pak aktivován pomocí: při otevření formy narážecím kolíkem upevněným na traverzu vstřikovacího stroje, hydraulickým nebo pneumatickým zařízením, které bývá obvykle příslušenstvím vstřikovacího stroje (umožňuje tzv. měkké vyhazování) ruční vyhazování nejrůznějšími mechanismy (vhodné pro jednoduché a zkušební formy). Zpětný pohyb je zajišťován: vratnými kolíky, pružinami (vždy v kombinaci s jiným systémem) speciálním mechanickým, vzduchovým nebo hydraulickým zařízením. K vyhazování výstřiku se používají: Vyhazovací kolíky Stírací deska Stírací kroužek Vzduchové vyhazování Hydraulické vyhazování Obr. 35 Různé typy vyhazovačů [12]

35 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Odvzdušnění forem Po uzavření formy je ve tvarové dutině vzduch. Odvzdušnění formy má za úkol během vstřikovacího procesu odvést veškerý vzduch, který se vlivem narůstajícího tlaku zahřívá a může dojít i k jeho zažehnutí (Dieselův efekt). Vzduch ve formě pak může také negativně ovlivnit mechanické vlastnosti výstřiku, jelikož způsobuje tvorbu bublin, které mohou zůstat uzavřené ve stěně výstřiku. Vzduch ve dutině formy se hromadí na opačné straně od vtoku. Při špatném odvzdušnění tenkostěnýc výstřiků pak může dojít k nedolitkům. Poloha odvzdušňovacích kanálků se dá pak odvodit z tvaru výstřiku. V případě složitých tvarových součástí se pak dá využít speciální software, který vypočítává a ukazuje proud taveniny v tvarové dutině. V případě, že software nemáme dá se pak použít experimentální metoda, kde je při vstřikování snížená vstřikovací dávka, která se v několika cyklech se postupně zvyšuje.ve výsledku pak budeme mít částečně naplněné výstřiky a uvidíme průběh plnění formy.tyto analýzy je vhodné použít u výstřiků s vícenásobnými vtoky nebo s překážkami toku taveniny. Obr. 36 Vada v důsledku špatného odvzdušnění Obr. 37 Dieselův efekt [2] Konstrukční řešení odvzdušňovacího systému je nejvíce ovlivněno tvarem výstřiku. U plochých výstřiků je odvzdušnění dosaženo mezerou v dělící rovině na místě protilehlému k vtoku. Výška této mezery musí být dostatečně velká, aby mohlo dojít k bezproblémovému úniku vzduchu, ale zároveň nesmí být příliš velká, aby nedošlo k průtoku plastu touto mezerou. Výška se obvykle volí 0,02 0,05 mm podle typu vstřikovaného plastu. Šířka mezery se volí libovolná, nejčastěji 3 6 mm. Pokud nevstřikujeme výstřiky plochých tvarů, ale např. tvarů rotačních, je nejvýhodnější vytvořit štěrbinu pro únik vzduchu přebroušením vyhazovače. Opět je třeba dbát na vhodné rozměry škvíry, aby nedocházelo k zatékání taveniny.

36 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 37 4 PRAKTICKÁ ČÁST [1,3,5] 4.1 Volba vstřikovacího stroje Pro výrobu bude použit hydraulický lis od firmy Battenfeld typ HM 80/210. Technická data jsou uvedena v tabulce Tab. 2. Tab. 2 Parametry stroje Uzavírací jednotka: Hodnota Jednotky Uzavírací síla 800 kn Otevření max. 475 mm Výška formy min. 225 mm Světlost mezi upínacími deskami 700 mm Vzdálenost mezi vodícími sloupy 420x370 mm Velikost upínací desky 630x613 mm Vstřikovací jednotka: Průměr šneku 30 mm Poměr šneku L/D 22 Objem dávky 106 cm 3 Vstřikovací tlak max. 205 MPa Obr. 38 Vstřikolis Battenfeld HM 80/210

37 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Forma a dělicí rovina Vstřikovací forma bude třídesková s vyhazovacími kolíky. Má dvě dělící roviny, v základní je zaformován výstřik a v pomocné vtokový systém. Obr. 39 Dělicí roviny 4.3 Stanovení plochy průmětu Vypočet bude prováděn pouze pro hlavní dělicí rovinu. - (5) S vtok =997,848 mm 2 (Z programu inventor) Kde: S vys Obsah průmětu výstřiku do dělicí roviny S vtok Obsah průmětu vtoku do dělicí roviny S celk celkový obsah 4.4 Kontrola uzavírací síly [N] [N] (6) [N] Kde: p v tlak plastu ve formě q n maximální uzavírací síla lisu Nutná uzavírací síla je menší než uzavírací síla stroje s rezervou 20%, z toho plyne, že stroj vyhovuje.

38 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Výpočet teoretické násobnosti formy Dle vstřikovací kapacity - (7) Kde V+V k je vypočteno z Inventoru Násobnost dle vstřikovací kapacity je 2. Dle plastikačního výkonu (8) Plastikační výkon stroje příliš vysoký a mohlo by docházet teoreticky k degradaci materiálu. Dle plastikačního výkonu je možné použít 6 kavitový nástroj. Velikost uzavírací síly stroje - (9) Kde F u.. Maximální uzavírací síla lisu [N] S... Průmět plochy do dělicí roviny včetně rozváděcích kanálků [m 2 ] p v..vstřikovací tlak stroje [MPa] Násobnost formy podle uzavírací síly je 1.

39 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Volba vtokového systému Volba vtokového systému musí vzít v potaz, že výstřik má dutý střed, to znamá, že tavenina bude obtékat středové jádro. Kostrukce formy je pro výrobu prototypů, z tohoto důvodu bude použit studený vstřikovací systém pouze s jednou kavitou. Pro zaručení dokonalého zatečení materiálu bude forma plněna ze třech vtokových ústí hvězdicově rozprostřené na čele výstřiku, jednotlivá vtoková ústí jsou od středu výstřiku stejně vzdálená. Vzhledem k přítomnosti středového jádra musí být veden hlavní vtokový kanál mimo geometrický střed součásti. Hlavní vtokový kanál přivádí taveninu do rozvodného vtokového kanálku, který plní vtokový kanál tvaru prstence. Přívod je mezi umístěn symetricky mezi dvěmi vtokoými ústí. Aby bylo dodrženo rovnoměrné plnění celé součásti bude muset být vzdálenější vtokové ústí větší průmer. Použité bude bodové vtokové ústí. V tvaru je vybrání proti vtokovým ústí, aby při odtrhnutí vtoku nepřesahoval vtokový zbytek přes rovinu výstřiku. Průměr rozvodného kanálku [mm] (10) Kde D... je výpočtový průměr vycházející z tloušťky stěny výstřiku a průměru kanálku, je dán tabulkou 3 a 4. Obr. 40 Rozvodný kanálek Obr. 41 Hlavní vtokový kanál Tvar rozvodného kanálu byl zvolen s ohledem na lehčí vyrobitelnost, průměr hlavního kanálu je pak odvozen z dle diagramu v příloze 5.

40 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 41 Tab. 3 Hodnoty D a K 1 Tab. 4 Hodnoty K 2 G [g] S [mm] S=1 s=1,5 s= ,63 3,14 3, ,72 3,22 3, ,84 3,35 3,86 K 1 1,19 1,15 1,13 Délka kanálku L K , , , Určení temperačního systému Temperační systém formy má přívody celkem ze tří desek. Na vtokové straně je vedené v desce s rozvodným kanálkem a tvoří prstenec nad výstřikem. Další okruh je veden do jádra, které tvoří středovou díru. (obr. 43) Na pohyblivé půlce je potom temperační systém přiveden do tvarové vložky tvořící vnější dutinu výstřiku. V této vložce je vyvrtáno 6 temperačních kanálů průměru 10 mm. (obr.42 a obr. 44) Obr. 42 Temperace pohyblivá půlka Obr. 43 temperace vtokové půlky

41 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vyhazovací systém Vyhazování výstřiku je zajištěno vyhazovacími kolíky. 4x průměr 8 mm, 2x průměr 4mm a 10x průměru 2mm. Obr. 44 Tvarová vložka s chlazením a vyhazovači Vyhazovací systém je řešen vyhazovacími kolíky pro zaručení dostatečného odvzdušnění formy. Obr. 45 Stopy po vyhazovačích na hotovém kusu

42 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 43 5 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Materiál krytu (PA6T/66-GF30FR) je vyráběn firmou DuPont pod obchodním označením Zytel HTNFR52G30BL BK337. Cena jednoho kilogramu je 8,19 EUR. Což je, při kurzu ke dni , 224,86 CZK. C m =224,86 Kč. Náklady materiálu na 1 kus [Kč] (11) Kde m... hmotnost jednoho kusu s podílem vtoku u vícenásobných forem, u jednonásobných je to hmotnost kusu a vtoku [kg] Náklady materiálu na celou prototypovou serii [Kč] (12) Náklady na výrobu prototypové formy Náklady na výrobu vstřikovacího nástroje zahrnují cenu materiálu na výrobu formy a všech jejích periférií, z nákladů na mzdy pracovníků, kteří se na výrobě podílí a z nákladů na provoz strojů. Náklady na formu N f jsou potom odhadovány na Kč. Náklady na mzdy Provoz je počítán jako automatický. Je ovšem třeba počítat čas na seřizování a odladění procesu, jelikož se jedná o prototypovou výrobu. Práce seřizovač při upínání formy a přípravy stroje na výrobu je odhadován na 3 hodiny. Práce technologa a seřizovače při ladění vstřikovacích parametrů je odhadována na 2 hodiny. Následně by měl být provoz plně automatický. Práce pomocníka, který má na starost doplňování granulátu a výměnu plných plastových beden s kusy za prázdné, je odhadována na 0,5 hodiny.

43 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 44 [Kč] (13) Kde N d... náklady na mzdy celkem [Kč] N d1.. náklady na mzdy seřizovače [Kč] N d2.. náklady na mzdy technologa [Kč] N d3.. náklady na mzdy pomocníka [Kč]... čas ztrávený na výrobě [hod] M d.. mzda technologa, seřizovače a pomocníka [Kč/hod] Režijní náklady na mzdy Z nákladů na mzdy se dá potom odhadnout dle následujicího vzorce [Kč] (14) Náklady na provoz stroje Náklady budou počítány dle tarifu C Akumulace 16 COMFORT s cenou za 1kWh 1,484 Kč. [Kč/hod] (15) Kde P f... celkový příkon stroje [kw] K... koeficient opotřebení stroje (0,7 až 0,9), voleno 0,8 N kwh... cena kilowathodiny [Kč.kWh -1 ] Náklady na provoz stroje [Kč] (16) Kde... je čas na výrobu celé série [hod]

44 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 45 Celkové náklady na sérii Celkové náklady na výrobu celé série se pak vypočítají ze vztahu: [Kč] (17) Náklady na jeden výrobek Náklady na jeden výrobek se vypočítá podle vztahu: [Kč] (18) Zisk z prototypové sérii Zisk z prototypové série je ovlivněna marží. Ta byla pro tuto sérii stanovena na 25%. Po započtení marže je cena jednoho výrobku 578,75 Kč zaokrouhleno na 580 Kč/kus. Tržby ze série se potom vypočítají: [Kč] (19) Ziskze série se vypočte dle: - - [Kč] (20)

45 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 46 6 ZÁVĚR Výroba součástí z plastu se stala nedílnou součástí téměř všech odvětví průmyslu. Nejrozšířenější je potom výroba pomocí technologie vstřikování plastů především díky jednoduché automatizaci procesu a schopnosti vyrobit velké množství výrobků najednou s krátkou dobou výroby. Bakalářská práce se zabývá právě výrobou součástky z plastu vyrobenou technologií vstřikování plastů. Jedná se o výrobu v prototypové sérii, proto je voleno co nejekonomičtější řešení formy pro výrobu 1000 prototypů. Nástroj je jednásobný, je voleno třídeskové řešení se studeným vtokem. V úvodu práce je představen současný stav výroby.v následující rešeržní části jsou potom představeny základní vlastnosti plastů a jejich rozdělení. Pokračuje se zpracováním teorie pro vstřikování plastů, kde se zohledňují jednotlivé fáze vstřikování a procesy, které během nich probíhají. Další část pak byla zaměřena na vstřikovací stroje a jeho jednotlivé s prvky ovlivňujicí vstřikovací proces. V poslední části rešerže je potom rozebrán vstřikovací nástroj, typy vstřikovacích forem a jejich dělení. Větší pozornost se potom věnavalo funkčním prvkům formy jako jsou vtokové soustavy, temperační systémy, vyhazovací systémy a odvzdušnění forem. V praktické části jsme potom řešili vlastní konstrukci formy pro daný výrobek. Určení dělicích rovin pro třídeskový nástroj, určení velikosti ploch průmětů do dělicích rovin s návazností na velikost uzavírací síly a její kontrolu vůči zvolenému stroji. Součástí návrhu jsou potom volby vtokového systému, vyhazovacího a temperačního systému. Na výrobu vstřikovacího nástroje byly použity normalizované díly od firmy HASCO. Základní desky o rozměru 300x300. Stejně jako některé funkční prvky formy. Konstrukční prvky byly vyrobeny z ocele (1.1730, ) a tvarové vložky z materiálu (1.2767, ) tvrzené na HRC 56. Na závěr je potom řešené ekonomické zhodnocení výroby se zaměřením na náklady a zisk na výrobu 1000 prototypových dílů.