FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 3

Transkript

1

2

3

4 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 3 ABSTRAKT Cílem projektu je navrhnout nejvhodnjší technologii pro výrobu zadaného dílce. Projekt obsahuje rešeršní ást a ást praktickou. ást rešeršní je zamena na lenní polymerních materiál a popis technologií vhodných pro výrobu zadaného dílce. V ásti praktické je ešena konstrukce formy pro výrobu zadaného dílce vetn výpot a potebných technologických parametr procesu vstikování. Klíová slova Polymery, technologie zpracování plast, konstrukce formy pro vstikování plast, technologické parametry vstikování. ABSTRACT The aim of this project is to design the most suitable technology for manufacturing of the set component. The project contains theoretical and practical part. The theoretical part deals with division of polymer material and the description of the technology suitable for production of the set component. The practical part concentrates on the mould design of the set component including calculations and needed technological parameters of injection moulding operation. Key words Polymers, technology of plastic forming, design of the mould for injection moulding of plastic, technological parameters of injection moulding.

5 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ADAMEC, Lukáš. Návrh technologie výroby plastové páky. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, s., 5 píloh. Vedoucí diplomové práce Ing. Bohumil Kandus.

6 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Návrh technologie výroby plastové páky vypracoval samostatn s použitím odborné literatury a pramen uvedených na seznamu, který tvoí pílohu této práce. 15. kvtna Bc. Lukáš Adamec

7 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 6 Podkování Dkuji tímto Ing. Bohumilu Kandusovi za cenné pipomínky a rady pi vypracování diplomové práce.

8 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstrakt...3 Prohlášení...5 Podkování...6 Obsah...7 Úvod Polymery Dlení polymer Molekulární struktura plast Nadmolekulární struktura Písady do polymer Zpracovatelské písady Antidegradanty Písady ovlivující další fyzikální vlastnosti Vlastnosti plast Mechanické vlastnosti Tepelné vlastnosti Elektrické vlastnosti Fyzikální vlastnosti Termomechanické závislosti polymer Zmny zpsobené teplotou Pechodové teploty Viskoelastické chování polymer Reologie taveniny termoplast Komerní typy plast Technologie vhodné pro výrobu zadaného dílce Vstikování Vstikovací stroj Základní ásti vstikovacího stroje asový prbh vstikovacího cyklu Vlivy psobící na vlastnosti výstiku Forma Vstikování reaktoplast Lisování Petlaování Volba technologie výroby zadaného dílce Hodnocení vybraných technologií s ohledem na zadanou souást Konstrukce formy pro vstikování plast Volba materiálu výstiku Zásady volby materiálu Materiál výstiku Vlastnosti zvoleného materiálu Technologinost tvaru výstiku Volba dlící roviny Lisovací úkosy výlisku Stanovení násobnosti vstikovací formy Výpoet pedbžného vstikovacího objemu...41

9 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet doby vstikovacího cyklu stroje Výpoet násobnosti dle požadovaných dodávek výstiku Volba vtokového systému Použitelné typy ústí vtoku Umístní a volba ústí vtoku Volba prezu rozvádcího kanálu Rozvádcí systém formy Temperaní systém formy Zásady temperaního systému Možné varianty rozmístní temperaních kanálk Dimenzování temperaních kanálk Konstrukní ešení temperaního okruhu Konstrukce vyhazovacího systému formy Volba vyhazovacího systému Odvzdušnní dutiny formy Konstrukce formy Výpoet technologických parametr vstikování Kontrola délky toku taveniny Výpoet tváecího tlaku Výpoet uzavírací síly Výpoet parametr šneku Výpoet ostatních technologických parametr Volba vhodného stroje Technologický postup vstikování Volba materiálu vybraných ástí formy Ekonomické zhodnocení Výpoet nákladu na jeden kus výstiku Výpoet orientaních náklad na výrobu jednoho kusu výlisku pro technologii petlaování Vyhodnocení srovnávaných technologií Závr...72 Seznam použitých zdroj...73 Seznam použitých zkratek a symbol...75 Seznam píloh...78

10 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 9 ÚVOD V dob 21. století se staly plasty nepostradatelným konstrukním materiálem, který v nkterých ohledech pedí i tak rozšíený materiál, kterým je ocel. Bez nadsázky lze íci, že 21. století se stane stoletím plast. S rostoucím využitím plast v technické praxi jsou spojeny stále vyšší požadavky zákazník na tvarovou složitost dílce, jeho mechanické vlastnosti a také estetické hledisko výrobku. Hnacím motorem pro inovaci dosavadních technologií jsou stále vyšší nároky na vlastnosti výrobk. Pi navrhování plastového dílce je nezbytné urit druh materiálu plastu, nemén dležitým krokem je i urení vhodné technologie výroby tohoto dílce. Zvolená technologie nesmí negativn ovlivovat mechanické vlastnosti výrobku, musí respektovat strukturu materiálu a v neposlední ad musí být i ekonomicky nejvýhodnjší. Od zvolené technologie se odvíjí i druh nástroje, kterým je zadaný dílec vyrábn. Konstrukce nástroje je podložena potebnými výpoty a simulacemi tak, aby byla co nejefektivnjší. Cílem projektu je úvodní rešeršní ást zamit na problematiku polymer jakožto materiálu, ze kterého bude zadaný dílec vyrábn. Pedevším na jejich vnitní strukturu, která zásadním zpsobem ovlivuje i vlastnosti samotného plastu. Dále však i na chování plast za zvýšených teplot, pípadn naptí. Cílem rešeršní ásti je také rozbor stávajících technologií zamených na zpracování plast, piemž detailnji bude práce zamena na technologii vstikování. Technologie vstikování patí v dnešní dob k nejrozšíenjší plastikáské technologii, piemž je využívána až v 60% výroby plastových dílc. Cílem praktické ásti projektu je navržení vhodné technologie a materiálu pro zadaný plastový dílec, kde pedevším materiál musí respektovat velikost namáhání plastového dílce. S ohledem na zvolenou technologii bude zkonstruován nástroj, jehož parametry, materiál, velikost budou pizpsobeny požadované výrobní sérii a bezproblémovému chodu po dobu jeho životnosti. Vzhledem k rozšíenosti technologie vstikování bude konstruovaným nástrojem vstikovací forma. Pedpokladem práce je také navrhnout a vypoítat potebná technologická data procesu vstikování, která budou sloužit jako podklad pro stanovení technologického postupu procesu výroby plastového dílce. Závrená ást práce bude zamena na výbr vhodného stroje vzhledem ke zkonstruovanému nástroji a vypoítaným parametrm celého procesu. Cílem je také urit ekonominost výroby plastové páky s ohledem na použitou technologii, materiál a zkonstruovaný nástroj.

11 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 10 1 POLYMERY 1.1 Dlení polymer Polymerní materiály lze dlit dle nkolika hledisek: 1) Dle pvodu výchozí suroviny o Pírodní - (složení jejich makromolekul je založeno na pírodní bázi, napíklad pírodní kauuk ) o Vzniklé chemickou cestou (syntetické) 2) Syntetické polymery lze dlit [23] o Dle typ chemické reakce, která vede k jejich vzniku: - Polymerace Jedná se o chemickou reakci, pí které vznikají dlouhé makromolekuly polymer z velkého množství molekul monomer. Produktem reakce je makromolekulární etzec, jehož rychlost rstu je závislá na rychlostech dílích dj, ze kterých je proces složený: z poátení fáze reakce (iniciace), rstu etzce (propagace) a konce rstu (terminace). Pí této chemické reakci nevznikají vedlejší produkty jako v pípad polykondenzace. [1] - Polykondenzace Jedná se o chemickou reakci, pi které vzniká ze dvou nízkomolekulárních látek polymer a dále také jiná nízkomolekulární látka jako napíklad voda. Hlavní rozdíl mezi polymerací a polykondenzací je v tom, že polymerací vznikne polymer s výchozím složením jako pvodní monomer, naproti tomu pi polykondenzaci vznikají polymery, které mají jiné chemické složení než pvodní nízkomolekulární látka. Píkladem polykondenzace je vznik nylonu 66, který vzniká kondenzací kyseliny adipové s hexamethylendiaminem. Vedlejším produktem je pi této reakci je voda. [1] - Polyadice Pi rekci polyadicí se složení vzniklého polymeru neliší od pvodní smsi. Na rozdíl od polymerace však vzniká rozdílná struktura základního lánku od struktury výchozí látky. [1]

12 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 11 o Podle druhu makromolekulárních etzc: - Lineární Jednotlivé molekuly jsou uspoádány v ad za sebou viz obr. 1.1 a). Polymery s lineárními makromolekulami se vyznaují vyšší hustotou díky snazšímu piblížení jednotlivých etzc k sob a tím i dokonalejšímu zaplnní prostoru. Plasty s lineárními etzci jsou vtšinou dobe rozpustné a tavitelné. Polymer s lineárními makromolekulami: polyethylen, polystyren [19, 23] - Rozvtvené Pro tyto etzce jsou typické boní vtve, které vychází z hlavního etzce viz obr. 1.1 b). Oproti lineárním makromolekulám se vyznaují nižší hustou, protože etzce díky vtvím he zaplují prostor. [23] - Zesíované Pro tyto etzce je typické propojení sousedních etzc pomocí lánk viz obr. 1.1 c). Takovéto propojení etzc má za následek ztrátu tavitelnosti, rozpustnosti a nárstu odolnosti vi vyšším teplotám. V pípad mechanických vlastností dochází k nárstu tvrdosti, tuhosti, ale i ke snížení odolnosti vi namáhání rázem. ídké zesiování je charakteristické pro elastomery a kauukovité polymery. Husté zesiování je charakteristické pro reaktoplasty. [23, 4] - Prostorov zesí tované Jedná se o trojrozmrné polymery viz obr. 1.1 d). Takovouto strukturu sít mají napíklad epoxidy. [19] Obr. 1.1 Druhy makromolekulárních etzc a) Lineární polymer, b) Rozvtvený polymer, c) Zesíovaný polymer, d) Prostorov zesiovaný polymer (19)

13 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 12 3) Podle chování polymer pi zmn teploty o Termoplasty Jedná se o polymery, které se za zvýšených teplot taví a dochází ke zmn ze stavu tuhého do stavu plastického. Pi následném ochlazení dojde k optovnému navrácení do stavu tuhého bez zmny mechanických vlastností polymeru. Tento proces lze opakovat, ímž také iní z termoplast recyklovatelný materiál. Jako polotovar mohou být dodávány ve form granulí, prášku, desek Mezi základní druhy termoplast patí: Polyethylen (PE) Polypropylen (PP) Polyvinylchlorid (PVC) Polykarbon (PC) Polystyren (PS) [10] o Reaktoplasty Jedná se o plasty, které se psobením vyšších teplot vytvrzují. Jako polotovar jsou reaktoplasty dodávány nejastji ve dvou složkách. První a základní složkou je pryskyice v medovém stavu, ke které se pidává tvrdidlo. Napíklad: základní složkou a tvrdidlem se v uritém pomru zaplní dutina formy a za psobení tepla a tlaku dojde k vytvrzování. Takto vzniklý polymer je z hlediska struktury hust zesíovaný, což má za následek, že pi zahátí na vyšší teplotu nedojde k plastikaci. V pípad, že teploty pesáhnou uritou hraniní mez, dojde k degradaci materiálu. Mezi základní druhy reaktoplast patí: Fenolová pryskyice (PF) Melaminformaldehydová pryskyice (MF) Polyuretanová pryskyice (PUR) o Elastomery Jedná se o polymery s elastickými vlastnostmi, které lze snadno tvarovat, aniž by došlo k jejich porušení. Po odstranní iniciátoru deformace se vrátí do pvodního stavu. Jejich strukturu utváí jemn zesiované etzce makromolekul, které jsou nositelem mechanických vlastností. Mezi základní druhy elastomer patí syntetický kauuk, patí sem: Butylkauuk (IIR) Polysulfidový kauuk (SR) Polyuretanová kauuk (PUR) [10] [10]

14 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Molekulární struktura plast Základní stavební kámen každého plastu je monomerní jednotka viz obr. 1.2 a). Vzájemným propojením tchto monomerních jednotek do etzc vznikají makromolekuly, jejichž dlení viz výše. Základem každého monomerního etzce je atom uhlíku, který má schopnost vázat viz 1.2 b) a vytváet dlouhé etzce - makromolekuly. [23] Obr. 1.2 a) Molekula ethylenu, b) Polyethylen 1.3 Nadmolekulární struktura Touto strukturou se rozumí uspoádání jednotlivých makromolekul, které mže u polymerních materiál nastat. Amorfní Uspoádání je zcela nahodilé, bez pravidel. Tyto polymery jsou tvoeny makromolekulami, které jsou stoeny do globulí. Plasty s touto strukturou jsou asto prhledné, odolávají krypu, mají dobrou vrubovou houževnatost a malé smrštní viz obr [23, 4] Obr. 1.3 Struktura amorfních polymer a) globula, b) uspoádání globulí, c) svazek (23)

15 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 14 Krystalické V jejich prostorovém uspoádání lze nalézt pravidelnost. Tvoí je lamely, fibrily viz obr Plasty s touto strukturou se vyznaují dobrou tvarovou stálostí za tepla, tvrdostí a také jsou odolné vi otru a psobení chemických inidel. a) b) c) Semikrystalická struktura Obr. 1.4 Struktura krystalických polymer a) proužek, b) lamela, c) fibrila (23) [23, 4] Pi tuhnutí taveniny nkterých plast vznikají v reálné struktue tzv. sferolity. Jedná se o oblast koncentrace lamel, které asto vrtulovit vyrstají z jednoho místa. V reálných podmínkách tuhnutí plastu také nelze zajistit, aby v celém jeho objemu došlo k rovnomrné krystalizaci. V ásti hmoty vznikne krystalická struktura a ve zbylé ásti amorfní struktura polymerm s takovouto strukturou íkáme semikrystalické. Jejich strukturu lze vidt na obrázku 1.5. Vyhodnotit semikrystalickou strukturu lze pomocí stupn krystalinity, který udává relativní podíl krystalické struktury ve hmot. V pípad, že dochází k nerovnomrnému chladnutí semikrystalického polymeru v dutin formy, ve struktue materiálu poté vznikají anizotropie. Na stnách lze nalézt strukturu s menší krystalinitou díky rychlému ochlazení a naopak ve stedu materiálu strukturu s nejvtší krystalinitou díky pozvolnému chladnutí. [23] Obr. 1.5 Struktura semikrystalického polymeru (19)

16 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Písady do polymer S ohledem na požadované vlastnosti plast se isté polymery tém nevyskytují. Vlastnosti polymer se upravují pomocí látek písad, které tak vytvoí sms požadovaných vlastností Zpracovatelské písady Jsou látky, které zásadním zpsobem ovlivují zpracování polymerního materiálu. Tyto látky mohou také ovlivovat vlastnosti samotného plastu. [10] - Plastikaní inidla Používají se pro usnadnní první fáze zpracování kauuku, které se íká plastikace. Tato inidla urychlují samotnou plastikaci kauuku štpením makromolekul. [10] - Separaní inidla Tato inidla se používají pro snadnjší vyjímání výrobk (výlisku, výstiku) z dutiny formy. Ve form nástiku lze využívat silikonového oleje, který má dobré separaní úinky a teplotní stabilitu Antidegradanty Jedná se o písady, které chrání polymery ped negativními vlivy okolního prostedí, kterými napíklad mže být slunení záení, teplota okolního prostedí a vzdušný kyslík. - Svtelné stabilizátory Jedná se o písady, které mají schopnost pohltit ultrafialové záení a nesmí jej propustit do samotného polymeru. Ultrafialové záení má dostatenou energii, aby zpsobilo ztrátu funkce polymeru. Svtelné stabilizátory pemují energii ultrafialového záení na tepelné záení, které musí ležet pod teplotou degradace polymeru. [10] - Antioxidanty Vzdušný kyslík má za následek degradaci polymeru. Tato degradace se projevuje po dlouhé dob až v ád nkolika let. V pípad, že polymer pracuje za vyšší teploty je tato degradace kyslíkem znan urychlena. Tomuto procesu se také íká oxidaní stárnutí za tepla. Antioxidanty mají zabránit etzovému prbhu oxidace. [10] - Antiozonanty Tyto antidegradanty se pevážn pidávají do pryže. Na povrchu pryže vzniká chemickou reakcí se vzdušným ozónem tenká vrstvika ozonidu, který pi psobení naptí vytvoí trhlinu a odhalí nedegradovanou pryž. Hlavním úelem antiozonant je zabránit reakci pryže s ozónem. [10] [10]

17 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Písady ovlivující další fyzikální vlastnosti - Plniva Jedná se o písady, které ovlivují znaným zpsobem vlastnosti výrobk. Hlavními aspekty, které nejvíce ovlivují vlastnosti výrobku jsou množství a druh plniva. Plniva mohou být v podob prášku, malých ástic nebo vláken. Plniva se používají pro zlepšení mechanických vlastností nap. pevnost, tuhost, houževnatost a nebo také zlepšují odolnost vi žáru, korozi i upravují vzhled výrobku. Mohou být rozdlena na: Organická devná mouka, textilní vlákna, celuloza Anorganická grafit, sirníky, rozemletá bidlice, kaolin, kemiitý písek, sklenná vlákna, uhlíková vlákna [10, 4] - Vyztužovadla Jsou látky, které zajišují zpevnní základního polymerního materiálu. Používají se zejména u reaktoplast ve form vláken, které mohou být z kovu, deva, textilu, skla a dalších látek. [10] - Nadouvadla Jsou písady, pomocí kterých vznikají lehené hmoty. Pi teplot tváení polymerních smsí se nadouvadla rozkládají za vzniku plyn, které ve výrobku vytvoí póry. Nejastjším plynem, který se využívá pro leheni, je CO 2, nebo N 2. [10] - Pigmenty Jsou práškové písady nerozpustné v základním polymerním materiálu, které urují charakteristickou barvu plastového výrobku. Podle pvodu suroviny pigment je lze dlit na: anorganické, organické, práškové kovy. [10]

18 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Vlastnosti plast Mechanické vlastnosti Mez kluzu, mez pevnosti Jedná se o vlastnosti, které nabývají dležitosti pi krátkodobém zatžování. Mez kluzu je dležitá pro homogenní, semikrystalické, houževnaté termoplasty. Za normálních teplot se u tchto materiál projevuje výrazná mez kluzu. Mez pevnosti se používá u plnných a kehkých plast u reaktoplast, napíklad PA plnný skelnými vlákny. Hodnoty Rm, Re se snižují s blížící se teplotou skelného pechodu. Pi vyšších rychlostech zatžování klesá u plast houževnatost a také se až do úplné ztráty zmenšuje výrazná mez kluzu. [5] Modul pružnosti v tahu Je velice promnný v oblastech teploty T g pi mnící se velikosti zatížení a doby zatížení. V praxi je proto využíván takzvaný konstrukní modul pružnosti E k. Konstrukní modul pružnosti je závislý na teplot, dob zatžování a velikosti naptí. [5] Rázová a vrubová houževnatost Jedná se o vlastnosti materiálu (plastu), které nám urují vhodnost materiálu pro daný výrobek s vrubem. S poklesem teploty nám také klesá rázová a vrubová houževnatost materiálu. [5] Tažnost materiálu Tažnost roste se zvyšující se teplotou plastu. Snižuje se pi dlouhodobém psobení svtelného záení, chemických látek a nepíznivého venkovního prostedí materiál degraduje Tepelné vlastnosti Mrná tepelná kapacita Jedná se o veliinu, která specifikuje množství tepla materiálem pijaté, aby se ohál na uritou teplotu. [5] Tepelná vodivost Plasty jsou známy jako špatný vodi tepelné energie. Pi srovnání s kovy mají podstatn nižší tepelnou vodivost. Tepelnou vodivost plastu lze zmnit druhem plniva (sklenná vlákna a grafit zlepšují tepelnou vodivost plastu). [5] Délková tepelná roztažnost Jedná se o vlastnost plastu, která je výrazn závislá na teplot. Za teplot nízkých je tepelná roztažnost podstatn nižší než za teplot vyšších. Tepelnou roztažnost znan ovlivuje druh a množství plniva, které daný plast obsahuje. V pípad, že je jako plnivo použito skelné vlákno i grafit, tepelná roztažnost plastu se snižuje. V pípad konstrukce kombinovaného výstiku kov-plast se musí brát v úvahu rozdílná tepelná roztažnost obou materiál. [5]

19 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Elektrické vlastnosti Mrný vnitní odpor Je odpor plastu vi prchodu elektrického proudu meným prezem. Se vzrstající teplotou vnitní odpor plastu klesá. [5] Mrný povrchový odpor Jedná se o izolaní odpor na povrchu souásti, po kterém tee proud. Mrný povrchový odpor charakterizuje vlastnost pijímat elektrostatický náboj a tedy i schopnost pitahovat drobné prachové ástice. Má-li materiál hodnotu povrchového odporu vtší než plast je náchylný na pitahování prachových ástic. Má-li materiál hodnotu povrchového odporu menší než plast prachové ástice tém nepitahuje. [5] Fyzikální vlastnosti Holavost Holavost každého plastu je podmínna jeho chemickým složením. Další faktory, které mohou ovlivovat holavost plastu, jsou napíklad tlouška stny výlisku, tvar výlisku, pístup vzduchu k místu hoení. Zmírující pozitivní vliv na holavost plastu mají nkterá plniva jako jsou napíklad skelná vlákna. Písady, které se pidávají do polymer za úelem snížení sklonu k zápalnosti a rychlosti hoení se nazývají retardátory hoení. [5] Navlhavost, nasákavost U nkterých druh polymer se mže vyskytnout problém s nasákavostí a navlhavostí. V pípad, že polymer je náchylný k pijímání vzdušné vlhkosti, jedná se o navlhavost. V pípad, že je polymer náchylný pijímání vody pi ponoení do kapaliny, jedná se o nasákavost. Nasákavosti a navlhavosti plast zvyšují organická plniva jako je devitá mouka, textilní vlákna a další. Naopak anorganická plniva psobí proti navlhavosti a nasákavosti plast. Jak pijímání vody, tak její odstraování (vysoušení) je velice zdlouhavý dj. Napíklad hotový výstik ihned po vyjmutí z formy má tém nulový obsah vody a až pijmutím vlhkosti na svj normální stav získává své charakteristické vlastnosti. [5] Chemická odolnost Odolnost daného plastu vi chemickým inidlm je závislá na jeho chemickém složení a stavb. Rychlost, kterou inidlo prostupuje (difunduje) do plastu, je zvyšována teplotou. Pi styku inidla s povrchem plastu dochází k chemické reakci, pípadn k bobtnání. Úinkem chemických látek na plast dochází k poklesu mechanických vlastností (pevnost v tahu, vrubová houževnatost). [5]

20 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Termomechanické závislosti polymer Zmny zpsobené teplotou Amorfní termoplastické polymery Teplotním psobením na amorfní polymery dochází v první fázi k mírnému poklesu modulu pružnosti viz obr Polymer se nachází v tzv. skelném stavu a tudíž i pohyblivost jeho etzc je omezená, což má za následek, že lomové chování je podobné organickému sklu. Dalším zvyšováním teploty se polymer postupn dostává do pechodové oblasti, což se projeví na prudkém snížení modulu pružnosti. Za oblastí pechodovou se polymer nachází ve fázi kauukovité, kde i malé síly zpsobí jeho deformaci. Následným navyšováním teplot se polymer dostává do oblasti viskózního toku, ve které ho lze také zpracovávat plastikáskými technologiemi. [11] Semikrystalické polymery Jejich struktura zásti amorfní a zásti krystalická se projeví v pechodové oblasti termomechanické kivky obr Pokles modulu pružnosti nad teplotou T g není tak výrazný jako u polymer amorfních díky nerozpustnosti krystalových útvar, které obklopuje již rozpuštná fáze amorfní. Z toho také vyplývá v nkterých pípadech jejích možné použití nad teplotou T g. [11] Zesítné polymery U tchto polymer lze vidt na obrázku 1.6, že se zvyšující se teplotou nad T g nedochází k výraznému poklesu modulu pružnosti, a tedy je nelze v oblasti kauukovité tváet, tak jako plasty amorfní. Narst teploty vede až k jejich degradaci. 1.7 Pechodové teploty [11] Teplota skelného pechodu T g Ze závislosti (modulu pružnosti teplota) na obrázku 1.6 je vidt, že jednou z nejdležitjších charakteristik pro použití lineárních amorfních polymer je teplota skelného pechodu T g. V pípad, že se polymer nachází nad touto teplotou, je ve stavu kauukovitém, psobení vnjší síly malé velikosti má za následek jeho deformaci. V pípad, že se polymer nachází pod touto teplotou, je ve stavu sklovitém a vykazuje vysoký modul pružnosti. [27] Rozsah použití a tedy i hodnoty teploty T g jsou dány strukturou polymer. Polymery, jejichž struktura je složitjší a tuhost makromolekul je vtší, mají menší pohyblivost makromolekulárních segment, a tím i vyšší teplotu T g. V pípad konstrukce plastového dílce je proto nutné znát závislost modulu pružnosti na teplot konstrukního plastu, a tím i urit jeho mechanické vlastnosti za dané teploty, piemž teplotu T g lze brát za teplotu hraniní pro amorfní termoplastické polymery. [11]

21 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 20 Teplota tání krystal T m Za této teploty dochází k tepelnému rozpadu krystal a k jejich tání. Nad teplotou tání krystal leží oblast, ve které probíhá zpracování krystalických polymer. [27] Teplota viskozního toku T f Pi této teplot dochází ke ztrát kauukovitých vlastností materiálu a nad touto teplotou se nachází oblast, ve které probíhá zpracování amorfních polymer. U vtšiny amorfních polymer jsou teploty T m a T f stejné. [27] Obr. 1.6 Závislost modulu pružnosti na teplot (termomechanická kivka) 1 lineární amorfní polymer (molekulová hmotnost polymeru M1<M2) 2 lineární krystalický polymer (teplota pro použití <T m ) 3 zesíovaný polymer s menší hustotou sít 4 zesíovaný polymer s vtší hustotou sít a oblast skelná, b oblast pechodová, c oblast kauukovitá T g teplota skelného pechodu, T m teplota tání krystalu, T f teplota vzniku viskózního toku (22)

22 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Viskoelastické chování polymer V pípad, že na polymerní vzorek psobíme silou, která na jeho daném prezu vyvolá naptí, takto vyvolané naptí za souasného psobení teploty a asu zpsobí v polymeru rzné uspoádání makromolekul. Abychom mohli vystihnout chování polymer, využívají se rzné reologické modely. V pípad pomalé asov závislé deformace vlivem teploty a konstantního zatížení (Creepu) je využíván tzv. typarametrový model, který nahrazuje reakci lineárního polymeru. Tento model charakterizuje celkovou deformaci jako souet podružných deformací => c () v ase, která je složena z deformace pružné 1 asov nezávislé, z deformace pružné 2 asové závislé a z deformace trvalé 3. Deformaci 1 dle obr. 1.7 lze nahradit tuhostí pružiny o modulu pružnosti E 1, deformaci 2 lze nahradit paraleln uspoádaným modelem, který je složen z pružiny o tuhosti E 2 a pístu, který se hýbe v netsnícím válci s kapalinou o viskozit 2. Deformaci 3 lze nahradit pístem, který se pohybuje v netsnícím válci s kapalinou o viskozit 3. [11] Obr. 1.7 asov závislá deformace pro tlesa elastická a viskoelastická 1 pružná asov nezávislá deformace, 2 pružná asov závislá deformace, 3 trvalá deformace. (29)

23 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Reologie taveniny termoplast Lze také zjednodušen nazvat tokové chování taveniny polymerní látky. Popisuje vztah mezi smykovým naptí a smykovou rychlostí. Informace o tokových vlastnostech polymerních materiál ve stavu tekutém jsou využívány v celé ad plastikáských odvtví. Firmy zabývající se návrhem a konstrukcí vstikovacích lis tyto informace využívají zejména pi návrhu vstikovacího šneku, vstikovacích trysek a také pi urování uzavíracích sil formy. Dále jsou tyto informace dležité v oblastech, kde dochází k zpracovávání polymer a jejich úprav, napíklad v nástrojárnách pi konstrukci vstikovací formy (zejména pi návrhu vtokového systému a tvarového ešení výstiku). [15] Tavenina termoplastu vykazuje viskoelastické chování (vykazuje elastické chování i chování viskozní). Vlastnosti tokového chování taveniny termoplastu mohou být charakterizovány pomocí viskozity. Viskozitní kivka jedná se o závislost dynamické viskozity na smykové rychlosti viz obr γ - smyková rychlost (s -1 ) - dynamická viskozita (Pa. s) [4, 15]. γ ( s 1 Obr. 1.8 Viskozitní kivka 1 Newtonské kapaliny, 2 pseudoplastické kapaliny, A oblast konstantní viskozity, B oblast pechodová, C - oblast platnosti mocninového zákona, C 1 oblast vhodná pro technické lisování, C 2 oblast vhodná pro technické vytlaování, C 3 oblast vhodná pro vstikování. (4) )

24 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 23 Oblast mocninového zákona V této oblasti platí pro taveniny polymeru vztah [15]:. γ = φ τ m (1.1) - koeficient tekutosti (po úprav s -1 ) m - konstanta mocninového zákona (-) τ - smykové naptí (Pa) Pro konstantu m platí m > 1, vyjaduje míru odchylky od Newtonského chování. Na obr a), lze vidt, že viskozita taveniny polymerního materiálu za konstantní teploty klesá se zvyšující se smykovou rychlostí. T 3 T 2 T 3 < T 2 < T 1 ( C) T 3 < T 2 < T 1 ( C) (Pa.s) T 1 (Pa) T 3 T 1 T 2. 1 γ ( s ) a) b). γ ( s 1 ) Obr. 1.9 a) Závislost viskozity na smykové rychlosti, b) Tokové kivky (teploty T 3, T 2, T 1 jsou konstantní) (4) Zpsoby hodnocení tokových vlastností polymerního materiálu: o Indexem toku taveniny Jedná se o hmotnost, pípadn objem materiálu, který protee definovanou tryskou za 10 min. Objemový - (cm 3 za 10 min), hmotnostní - (g za 10 min). o Vyhodnocením tokových kivek obr. 1.9 b) o Zkouškou zabíhavosti pi této zkoušce je polymer vstikován do formy, jejíž dutina má tvar Archimédovy spirály. [4, 15]

25 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Komerní typy plast V technické praxi zabývající se plastikáskými technologiemi je možné se setkat s celou adou polymerních materiál. V tabulce 1.1. jsou vypsány zpracovatelské teploty a teploty skelného pechodu vybraných polymer. [9] Použití a vlastnosti nkterých vybraných polymer: Polyvinylchlorid (PVC) Jedná se o jeden z nejstarších amorfních termoplast, který vykazuje vyšší pevnost, tuhost. Tvrdý polyvinylchlorid, jehož hustota se pohybuje kolem 1400kg/m 3 se v praxi používá k výrob vodovodních a odpadních trubek, armatur. Pro výrobu ohebných fóliových desek, ochranných odv je využíváno mkeného PVC. Polyamid (PA6, PA66) Hustota PA6 = 1144kg/m 3, vysoká rázová a vrubová houževnatost, vysoká odolnost proti otru. Je znan navlhavý. Využívá se pro výrobu vaek, lopatek ventilátor. Pro své dobré kluzné vlastnosti se používá pro výrobu kluzných ložisek. Pro zvýšení mechanických vlastností se plní napíklad skelnými vlákny. Polykarbonát (PC) Je amorfní termoplast s vysokou rázovou a vrubovou houževnatostí. Není vhodný pro použití v potravináském prmyslu. Je využíván pro výrobu optických vláken, kompaktních disk, tles (holících strojk, fotoaparát, kamer, telefon). Pípadn je používán pro výrobu elektrických zásuvek a zástrek. [9] Tab Charakteristické teploty vybraných polymer (4) Polymer Tg [ C] Tm [ C] Zpracovatelské teploty [ C] HDPE LDPE PP PVC PS Kauuk PA PA

26 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 25 2 TECHNOLOGIE VHODNÉ PRO VÝROBU ZADANÉHO DÍLCE 2.1 Vstikování Podstatou této technologie je vstikování zplastikovaného materiálu pod vysokým tlakem do dutiny formy a vytvoení tak výstiku o požadovaném tvaru, jakosti povrchu a mechanických vlastnostech. Touto technologií lze v dnešní dob zpracovat tém všechny typy termoplast Vstikovací stroj Každý vstikovací stroj má své charakteristické parametry, které ho pedurují pro použití v praxi. Parametry vstikovacího stroje: Maximální vstikovací objem: je nejvtší objem výstiku (vetn vtokového zbytku) v cm 3, kterého lze dosáhnout na jeden pracovní cyklus stroje. Plastikaní kapacita stroje: jedná se o maximální hmotnost plastu v (kg), kterou je vstikovací stroj schopen zplastikovat (pevést na taveninu požadované viskozity) za 1 hodinu provozu. Vstikovací tlak: je maximální tlak v MPa, který psobí na elo šneku pípadn pístu v tavenin plastu. Vstikovací síla: je síla, kterou psobí šnek pípadn píst na taveninu polymeru. [8] Uzavírací síla: je síla v kn, kterou psobí vstikovací stroj na elo formy (bhem vstikování) a drží jí tak v uzavené poloze Základní ásti vstikovacího stroje Vstikovací jednotka Uzavírací jednotka ídící jednotka

27 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 26 Základní ásti vstikovacího stroje krom ídící jednotky lze vidt na obrázku 2.1. Obr. 2.1 Základní ásti vstikovacího stroje (26) 1. Vstikovací jednotka Jedná se o ást vstikovacího stroje, která pemuje nejastji plast ve form granulí na taveninu o požadované viskozit a teplot. Takto zpracovaný plast pemísuje pod uritým tlakem a danou rychlostí do dutiny formy. [8] a) Vstikovací jednotka pístová K plastikaci granulovaného plastu dochází pi prchodu plastikaním válcem za pomocí pístu. Válec plastikaní jednotky je vybaven po svém obvodu odporovými topnými tlesy, která zajišují plastikaci materiálu. Velkou nevýhodou tchto jednotek je nerovnomrné zplastikování materiálu od povrchu válce do jeho stedu. Tento problém je zpsoben pevážn špatnou tepelnou vodivostí plastu. Pro odstranní tchto nedostatk se používají válce s rznými úpravami, které zvyšují tepelnou homogenitu materiálu, ale na úkor hydraulických ztrát na stn komory. V praxi se tyto vstikovací jednotky používají v menším mítku pro menší výstiky. [8]

28 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 27 b) Vstikovací jednotka šneková Oproti pístové vstikovací jednotce zajišuje lepší homogenitu smsi, umožuje rychlejší plastikaci materiálu a vyšší vstikovací tlaky díky menším tecím ztrátám na stnách plastikaní komory. Jednotka je složena ze šneku rzného typu konstrukce nejastji 3 - zónového, který se pohybuje ve vstikovacím válci viz obr Pohyb šneku je dvojího druhu - otáivý pohyb s regulací, který zajišuje hydromotor, pípadn elektromotor, a axiální pohyb pro vyvození vstikovací rychlosti. Axiální pohyb je programovatelný a nejastji je vyvozen hydraulicky. Vstikovací válec je vytápn podle plastikovaného materiálu - topnými pásy nebo cirkulující kapalinou. Popis 3 - zónového šneku: [8] Šnek je skládán ze 3 ástí viz obrázek 2.2 Zóna vstupní v této oblasti šnek nabírá sypký materiál a za stálého promíchávání ho pemísuje smrem dopedu a již po pár otákách se tvoí na povrchu válce slabá vrstva roztaveného plastu. Plast se pohybuje díky tení, které je vtší na stnách válce než na šneku. Zóna kompresní v této oblasti dochází ke zmenšování hloubky závitu šneku, a tím ke zvyšování tlaku, který psobí na ástice, které se ješt nerozpustily. Dochází k neustálému promíchávání roztaveného plastu, který se stírá z povrchu válce a pevných ástic. Na konci této zóny by již všechen plast ml být ve fázi taveniny. Zóna dávkovací v této oblasti již nedochází k tavení nerozpuštných ástic, ale pouze k dokonalému promíchání materiálu. Hloubka závitu šneku je konstantní tak, jako hloubka závitu v zón plnní. [20] Obr zónový šnek (14)

29 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Uzavírací jednotka stroje Její konstrukce je provedená tak, aby jednotka byla schopna co možná nejrychleji uzavít formu a následn jí i otevít, piemž síla, kterou daný mechanizmus vyvolá musí zamezit otevení formy vlivem tlaku vstikovaného plastu. Hlavní ásti uzavírací jednotky viz obr. 2.3 jsou pevná upínací deska, na které je upnuta nepohyblivá ást formy. Další ástí je pohyblivá upínací deska, která slouží pro upnutí pohyblivé ásti formy. Vzájemnou polohu upínací a oprné desky zajišují vodící sloupky. Uzavírací pohyb mže být realizován systémem hydraulickým, mechanickým, kombinovaným a v poslední dob také elektrickým. [8, 27] Obr. 2.3 Uzavírací jednotka - dvoukloubový systém (28) 3. ídící jednotka stroje Moderní procesorov ízené jednotky umožují naprogramovat prbh celého cyklu vstikování, piemž lze napíklad programovat operace dávkování, uzavení formy, samotné vstíknutí taveniny a její teplotu, vyhození výlisku z formy, temperaci formy a další. Jednotky jsou vybaveny displejem, kde lze v grafické podob celý proces sledovat a jeho parametry jednoduše nastavit. Moderní ídící systémy obsahují zptnou vazbu pro kontrolu zadaných dat. ídící systém mže také sloužit pro ovládání robot, jejichž astou funkcí bývá vyjímání výstiku z formy, vyjímání vtok, pípadn zakládání zálisk do dutiny formy. [13]

30 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List asový prbh vstikovacího cyklu Celý prbh vstikovacího cyklu lze rozdlit do nkolika etap, piemž tlak ve form, její pohyb a pohyb šneku se ídí dle obrázku 2.4. Uzavírání formy ídící systém vyšle signál, pohyblivá ást formy se zane pisunovat k pevné ásti formy, a tím dochází k uzavírání formy v ase t s1. Rychlost pohybu ásti formy není po celé její dráze konstantní. Pi dosedání se plynule sníží, aby se eliminovaly úinky nárazu. [27] Pisunutí vstikovací jednotky a plnní dutiny formy Po uzavení dutiny formy dochází v ase t s2 k pisunutí vstikovací jednotky k elu formy a následuje plnní dutiny formy. Pi plnní dochází pouze k axiálnímu pohybu šneku bez otáení. elo šneku psobí na roztavený plast a vytláí ho skrz vstikovací trysku vtokovým systémem do dutiny formy za dobu t v. Doba plnní je závislá na vstikovací rychlosti, teplot taveniny, vstikovacím tlaku a temperaní teplot formy, piemž vysoká rychlost vstikování pozitivn ovlivuje orientaci makromolekul. Tato rychlost ovšem nesmí být píliš vysoká aby nedošlo k pehátí a tím i degradaci plastu. [5] Dotlak plastu Tento proces nastává po ukonení vstikování, kdy vlivem chladnutí výstiku v dutin formy dochází smrštní výrobku. Aby se tomuto objemovému úbytku a jeho následkm zabránilo, vstikovací tlak je pepnut na nižší dotlak, který psobí po dobu doplování materiálu t d do doby, než dojde k zatuhnutí ústí vtokového systém. V pípad, že dotlak je píliš vysoký, dochází k omezení hybnosti makromolekul a tím i k vzniku vnitních pnutí u vzniklého výstiku. Naopak pokud je dotlak píliš nízký, vznikají ve výstiku propadliny a smrštniny. [5] Chladnutí výstiku v dutin formy, otevení dutiny formy Tento proces probíhá v ase t ch, nastává již v prbhu vstikování a je ukonen otevením dutiny formy. Vlivem rozmrové nerovnomrnosti výstiku, vstikovací rychlosti, tlaku pi vstikování, teplot taveniny a teplot formy bhem vstikovacího procesu dochází pi chladnutí v celém objemu výstiku k asovým zmnám tlaku, teploty a objemu. Práv tyto asové zmny mají za následek nehomogenitu výstiku a vznik nerovnovážné struktury. Doba chlazení svojí délkou znan ovlivuje celý vstikovací proces. Po ukonení chladnutí výstiku dochází k otevení dutiny formy v ase t s3 a následuje prodleva v ase t m. [5] Plastikace, odsunutí plastikaní jednotky Doba plastikace t pl slouží pro pemnu granulovaného materiálu na taveninu o požadované viskozit a teplot. Fáze plastikace jsou popsány výše u 3 - zónového šneku. Pi tomto procesu se šnek otáí, ale zárove je v plastikaním válci posouván smrem dozadu. Pi otáení dochází k postupné plastikaci materiálu a k jeho pemisování na elo šneku. Dležitým faktorem je teplota taveniny, na které je pímo závislá i její viskozita. Po plastikaci dochází k odsunutí celé plastikaní jednotky. [5]

31 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 30 Obr. 2.4 Závislost tlaku p i v dutin formy na ase bhem procesu vstikování s K dráha pohybu šneku, s N dráha pohybu nástroje (24) Vlivy psobící na vlastnosti výstiku Vliv dotlaku a vstikovací rychlosti Pozitivní vliv na malé smrštní výstiku má vyšší hodnota dotlaku a jeho delší psobení. Pomocí dotlaku lze ovlivnit orientaci makromolekul vyšším dotlakem docílíme vyšší orientace makromolekul. Na orientaci makromolekul má také vliv vyšší vstikovací rychlost, která ji obecn zvyšuje, piemž orientace se od povrchu ke stedu snižuje. Vyšší dotlak zpsobuje vtší orientaní pnutí. [5] Vliv teploty taveniny Jedná se o velice dležitý faktor, kterým lze pozitivn ovlivovat zabíhavost plastu do dutiny formy. Teplota taveniny by mla být v ideálním pípad co možná nejvyšší. S vyšší teplotou taveniny lze snižovat vstikovací tlak, což má pozitivní vliv na vnitní pnutí ve výstiku. Naopak vysoká teplota vede k delší dob chlazení a tím i k vtšímu smrštní výstiku. Vliv na mechanické vlastnosti má orientace makromolekul. Nižší orientace lze docílit vyšší teplotou taveniny [7, 5] Vliv teploty formy Se vzrstající teplotou se zlepšuje zabíhavost taveniny, ale prodlužuje se as pro ochlazení výstiku, a tím i doba celého cyklu. Vyšší teplota formy také zpsobuje pomalejší a rovnomrnjší chladnutí plastu v dutin formy, což vede ke snížení vnitních pnutí ve výstiku. Vyšší teplota formy zajišuje u krystalických polymer vyšší obsah krystalické fáze a tím lepší mechanické vlastnosti. [7]

32 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 31 Vlivy psobící pi plnní dutiny formy Snahou pi plnní dutiny formy je co nejrychleji ji zaplnit, z ehož vyplývá, že rychlost plnní by mla být co nejvyšší. V pípad plnní dutiny formy válcového tvaru ve smru osy válce dochází vlivem nižší teploty formy nejprve k tuhnutí plastu na stnách. Plast na stnách tuhne postupn od vtoku až k zadnímu elu válce. Takto ztuhlý plast vytvoí izolaní vrstvu kolem proudící taveniny, která postupuje na zadní elo válce, kde tuhne. Tuhnutí od zadního ela postupuje zpt až k ústí vtoku. V oblasti ústí vtoku se tak nalézá oblast, kde na stnách válce tuhne tavenina jako první a ve stedu válce jako poslední. Tento jev zpsobuje velké vnitní pnutí. [7] Forma Jedná se o nástroj, který dá tavenin termoplastu požadovaný tvar a pivede ji do tuhého stavu. Výsledný výstik musí splovat rozmrové požadavky, požadavky na jakost povrchu a mechanické vlastnosti souásti. Základní ásti formy viz obr. 2.5 jsou: - ást pro vytvoení výstiku - Vtokový systém formy - Temperaní a chladící systém formy - Zaízení pro vyhození výstiku pípadn vtokového zbytku - Zaízení zajišující pohyb a upnutí formy [4] Obr. 2.5 Hlavní ásti vstikovací formy (18)

33 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Vstikování reaktoplast Jedná se o stále rozvíjející se technologii pro zpracování vtšiny druh reaktoplast. Podstatou technologie je vstikování taveniny reaktoplastu do dutiny formy, piemž hlavní rozdíl oproti vstikování termoplast je v temperaním cyklu. Oproti termoplastm je chlazení formy nahrazeno vyhíváním, které zajistí zesítní polymeru. Tato fáze zabírá nejvtší ást celého procesu vstikování. Další odlišností je odvzdušnní formy, které zajišuje odvod reaktivních plyn vzniklých pi zpracování reaktoplast. V úvahu se také musí brát viskozita reaktoplastu, jejichž závislost na teplot je odlišná od termoplast. Hlavní asti lisu pro vstikování termoplastu jsou stejné jakou u lis pro vstikování reaktoplast. Jedinou výjimku tvoí plastikaní ást, respektive šnek, který je konstruován v délce 10 až 14D. Práv konstrukce šneku zajišuje, aby nedošlo ve hmot k píliš velkému stlaení a tím i k pedasnému vytvrzení reaktoplastu. Obecn jsou vstikovací tlaky pro termoplasty vyšší než u reaktoplast. 2.2 Lisování [21, 23, 7] Jedná se o technologii používanou pro tváení reaktoplast. Podstatou technologie je tváení zplastikovaného polymeru psobením tlaku ve vyhívané form. Tuto technologii lze využít pro rzné typy kryt a držadel. Postup lisování lze vidt na obrázku 2.6. Do dutiny formy, která je odporov vyhívána, je vložena pesná dávka materiálu, aby vznikl výlisek s co nejmenšími ztrátami v petoku. Materiál mže být ve stavu práškovém, ale nejastji bývá používán materiál tabletizovaný. V další fázi dochází díky pestupu tepla z formy do materiálu k jeho plastikaci v celém objemu. Následným pohybem tvárníku dochází k lisování hmoty a k vyplování dutiny. Proces lisování probíhá tém vždy s takzvaným odvzdušnním, pi kterém se ped dolisováním forma mírn oteve, aby došlo k úniku tlaku par z materiálu. Forma je uzavena až do doby, kdy vlivem tepelné energie nedojde k zesíování (vytvrzení) reaktoplastu. Po zesíování dojde k otevení formy a vyjmutí výlisk za pomoci vyhazova. Následn je forma oištna a pipravena pro další cyklus. Forma je upevnna na hydraulickém lisu, který vyvozuje pohyb tvárníku. [7] Pedpíprava zpracovávaného materiálu: Touto fází se rozumí úprava lisovaného materiálu a jeho následný pedehev. Hmota urená pro lisování je ped samotným procesem lisování nejastji tabletována. Tabletování je operace, pi které je práškový materiál lisován do tablet, což má za následek zhutnní materiálu. Výhody tabletovaného materiálu jsou pedevším v menším objemu, který tableta zabírá v dutin formy pi porovnání s polotovarem práškovým. Tabletovaný materiál zajišuje lepší dávkování a bezprašnou manipulaci ve srovnání s materiálem práškovým. Proces tabletování probíhá na tabletovacích strojích, které mohou být hydraulické nebo pípadn mechanické. [7]

34 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 33 Další pedpípravou hmoty je její pedehev do plastického stavu. Touto fází se docílí znané zkrácení doby pro vytvrzení, sníží se lisovací tlak. Pi pedehevu dochází vlivem tepelné energie k snižování viskozity taveniny, ale vlivem vytvrzování dochází k dji opanému a to ke snižování viskozity. Pedehev musí být tedy ízen tak, aby k zesítní nedošlo ješt ped samotným tváením materiálu ve form. Pedehev hmoty mže být veden za pomocí horkého vzduchu nebo vysokofrekvenn. [7] Chladnutí a úpravy výlisku: Po vyjmutí výlisku z dutiny formy se tento nechá vychladnout bu v peci nebo na vzduchu. Po ochlazení vykazuje výlisek výrobní smrštní, které je po delší dob zvtšeno o smrštní dodatené vlivem vnitních pochod výlisku. Úpravy výlisku spoívají v odstranní petok a jeho oištní. [7] Materiály používané pro lisování: Fenoplasty jsou zdravotn závadné Obr. 2.6 Schéma lisování reaktoplast (17) Animoplasty jsou zdravotn nezávadné, ale vykazují horší mechanické vlastnosti než fenoplasty Polyesterové lisovací hmoty asto jsou plnny vlákny, použití pro výrobu skoepin Epoxidové lisovací hmoty jsou plnny skelnými vlákny, vykazují dobré mechanické vlastnosti [25]

35 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Petlaování Pi této technologii je hmota vložena do vyhívané petlaovací komory viz obr V této komoe dochází mimo dutinu formy k plastikaci hmoty, která je následn pístem petlaena skrz kanály do dutiny formy. Pi petlaování dochází k ohívání hmoty a také k jejímu odvzdušnní, což má za následek velice dobré vyplnní dutiny formy. Vzniklý výlisek je ponechán v dutin vyhívané formy až do jeho zesítní a je vyjmut za pomoci vyhazovae. Velkou výhodou této technologie je výroba pomrn tvarov složitých výlisk s kovovými zálisky. Výlisek je homogenní s dobrými mechanickými vlastnostmi. Nevýhodou této technologie je odpad, který zbude ve vtokovém kanále a v petlaovací komoe. Tuto technologii lze používat pro výrobu: [7] pro namáhané díly, které jsou vyztuženy krátkými vlákny pro díly, které jsou tepeln namáhány (kryty) v elektrotechnickém prmyslu [8] Obr. 2.7 Schéma petlaování reaktoplast a) Plastikace hmoty, b) Fáze petlaování, c) Vyjmutí výlisku (17)

36 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba technologie výroby zadaného dílce Hromadná výroba zadaného dílce páky obr. 2.8 vzhledem k jeho tvaru mže být uskutenna pomocí více technologií. Mezi zvolené a následn posuzované technologie patí technologie vstikování a technologie petlaování reaktoplast. Obr. 2.8 Fotografie zadané páky 2.5 Hodnocení vybraných technologií s ohledem na zadanou souást Tab Hodnocení vhodnosti vybraných technologií pro zadanou souást Kladné body pro vybranou technologii Hodnocené faktory Vstikování Petlaování Možnost použití technologie pro reaktoplasty, termoplasty 4 1 Pracnost obsluhy formy 3 1 Kladný vliv technologie na mechanické vlastnosti souásti 2 1 Cena formy 1 1 asová náronost dané technologie 3 1 Odpad vzniklý technologií 2 1 Nevyužitelný odpad vzniklý technologií 2 0 Rozšíení technologie 3 1 Suma kladných bod 20 7 Z tabulky 2.1 vyplývá, že technologie vstikování získala nejvíce kladných bod a bude proto použita pro výrobu zadaného dílce (páky).

37 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 36 3 KONSTRUKCE FORMY PRO VSTIKOVÁNÍ PLAST 3.1 Volba materiálu výstiku Zásady volby materiálu Správnou volbou materiálu výstiku se lze vyhnout problémm bhem konstrukce (pi jejím testování) a následným problémm bhem funkního života a po jeho ukonení. Vlivy, které je nutno brát v úvahu pi volb materiálu: o Namáhání souásti bhem provozu (maximální velikost zatížení, prbh zatížení). o Tvar výstiku, požadavky na vzhled výstiku (dráha, kterou musí roztavený polymer urazit bhem plnní, jeho tvarová složitost). o Prostedí, ve kterém souást bude pracovat (vlivy okolní teploty, povtrnostní podmínky, vliv chemikálií...). o Hromadnost výroby souásti. o Požadovaná doba životnosti souásti (doba, po kterou by mla souást vykazovat požadované vlastnosti). o Možnost recyklace po konení životnosti souásti, vliv na životní prostedí bhem provozu a výroby. V ideálním pípad se volí materiály dva i více, jejichž mechanické vlastnosti, smrštní jsou podobné. Stejné smrštní je nezbytné pro dodržení tolerancí výstiku. Pi zkušebním provozu formy se zhotoví výstiky ze zvolených materiál a následn se podrobí zkouškám, pípadn se provedou analýzy plnní, smrštní materiálu v dutin formy. [5] Materiál výstiku Na zadanou souást (páka) budou bhem svého provozu kladeny tyto požadavky: - Zvýšená odolnost vi namáhání ohybem, tahem - Odolnost vi teplotám v rozsahu ( -20 C 50 C) - ástená otruvzdornost a houževnatost - Požadavky na vzhled nejsou preferovány - Výrazná rozmrová pesnost není požadována Vhodné materiály splující podmínky použití pro zadanou souást: PA66 plnný 20-30% sklenných vláken, PA6 plnný 25% sklenných vláken, POM plnný 25% sklenných vláken. Volím materiál PA66 plnný 20-30% sklennými vlákny tento materiál nejlépe odpovídá požadavkm dané souásti a také jeho cenová relace je pijatelnjší nežli materiálu POM.

38 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Vlastnosti zvoleného materiálu Polyamid 66 s 30% sklenných vláken obchodní oznaení Ultramid A3WG6 (PA66-GF30), od nmeckého koncernu BASF. Polyamid plnný sklennými vlákny zajišuje zvýšenou odolnost vi stárnutí a vyšším teplotám. Plniva mají také pozitivní vliv na tuhost, pevnost v tahu, teplotní roztažnost a smrštní výstiku. Díky vláknm však smrštní vykazuje anizotropii. Vybrané vlastnosti zvoleného materiálu jsou popsány v tabulce 3.1. Pehled dalších vlastností materiálu PA66-GF30 je piložen v pílohách. Použití vybraného materiálu: Kryty (disk kol, sloupku ízení) V elektrotechnické prmyslu Tlesa (runích vrtaek, elektromagnetických ventil u praek) Tab Vybrané vlastnosti materiálu PA66-GF30 Vlastnosti PA66-GF30 (suchého) Vlastnosti Jednotka Hodnota barva - erná Hustota g/cm 3 1,36 Zpracovatelské vlastnosti Teplota tavení C 260 Mrná tepelná vodivost mm 2 /s 0,088 Doporuený vstikovací tlak bar 500 Teplota vstikování C Teplota formy C Smrštní pi vstikování % 0,55 Mechanické vlastnosti Tažnost % 5 Modul pružnosti v tahu MPa Mez pevnosti v tahu MPa Elektrické vlastnosti Vnitní resistivita.m 1013 Mrný povrchový odpor 1012

39 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Technologinost tvaru výstiku Volba dlící roviny Umístní dlící roviny úzce souvisí se zaformovatelností výstiku. Zaformovatelností se rozumí vhodné umístní dlící roviny tak, aby se výstik dal jednoduše vyjmout z dutiny formy bez poškození. Zásady použité pro volbu dlící roviny: - Pi otevení formy by výlisek ml zstat pilnutý k pohyblivé ásti formy. - Dlící rovina musí být umístna tak, aby umožnila vyjmutí výstiku z formy za pomoci rzných konstrukních úprav (klíny, elisti). - Tvar dlící roviny by ml být co nejjednodušší lomená dlící rovina prodražuje formu. - Pi návrhu dlící roviny již musíme zvažovat vhodné umístní vtok. - Pi návrhu dlící roviny musí být bráno v úvahu estetické hledisko výstiku. [5] Dlící rovina v pípad páky viz obr. 3.1 je umístna podéln ve stední ásti výlisku. Toto umístní dlí výstik na dv ásti, piemž vtší ást zstane pi otevení na tvárníku. Dlící rovina Obr. 3.1 Znázornní umístní dlící roviny na výstiku

40 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Lisovací úkosy výlisku Lisovací úkosy zajišují snadné vyjmutí výstiku z dutiny formy. Vlivem ochlazování výstiku v dutin formy dochází k jeho smrštní, které má za následek ulpívání výstiku na stny formy. Z tohoto dvodu jsou výstiky opateny lisovacími úkosy, které umožní snadné vyhození výstiku bez jeho deformace. Smrštní pro vybraný plast iní 0,55%, o tuto hodnotu je celá dutina formy zvtšena ve srovnání s modelem výstiku. [12] V pípad materiálu PA66 plnného 30% skelnými vlákny se musí volit lisovací úkosy o 0,5 vtší než v pípad materiál neplnných. Dvodem je vyšší tení v kontaktních plochách plastu a formy. V pípad PA neplnného se úkosy volí kolem 0,5. Volba úkos na výlisku viz obrázek 3.2. Vnitní úkosy výlisku jsou voleny o 1 vtší z dvodu, kterým je vtší ulpívání výstiku na vystouplých ástech formy tvárník. Volba úkos - Vnjší úkos ploch = 1 - Vnitní úkos = 2 - Úkos otvor = 45` [6] Úkos -2 Úkos -1 Úkos 2 Úkos 1 Úkos 45` Obr. 3.2 Provedení analýzy úkos v programu SolidWorks

41 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Stanovení násobnosti vstikovací formy Násobností formy se rozumí množství výstiku, které je zhotoveno na jeden cyklus vstikování. Násobnost formy je závislá na nkolika hlediscích. Napíklad hledisko složitosti, rozmrnosti výstiku, které má vliv na samotnou koncepci formy. Hledisko požadovaného množství výstik, které se váže k uritému termínu dodání. Hledisko dostupného vstikovacího lisu, který lze použít, a v neposlední ad také hledisko ceny formy. [12] Možnosti výpotu násobnosti formy: Dle termínu dodávek výstik Dle vstikovací kapacity lisu Dle uzavírací síly Dle plastifikaního výkonu V pípad zadaného dílce (páky) je pedpoklad výrobní série kus. Požadovaná doba k dodání výrobní série je - 3 msíce. Tato data bývají zvolena z pedpoklad na základ informací od zákazníka. Vzhledem k informacím, které jsou známé k danému výstiku, volím výpoet násobnosti dle požadovaných termín dodávek výstiku.

42 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet pedbžného vstikovacího objemu Znalosti pedbžného vstikovacího objemu jsou dležité pro stanovení násobnosti formy. Jelikož není známa násobnost formy a tudíž i poet rozvádcích kanálk, následný výpoet objemu rozvádcích kanálk je pedbžný. a) Výpoet objemu samotného vstikovaného dílce Výpoet byl vyhotoven v programu Solid Works (dále jen SW) Vybrané fyzikální vlastnosti páky: hustota materiálu výstiku = 1,36 g/cm 3 G hmotnost výstiku = 12,93 g V objem výstiku = 9,507 cm 3 A V plocha prmtu výstiku do dlící roviny = 1047 mm 2 b) Výpoet pedbžného objemu rozvádcího kanálku Výpoet pedbžného objemu rozvádcího kanálku (3): V k 2 = 0, D L [cm 3 ] (3.1) k Výpoet prmru rozvádcích kanálk (3): D k ' = D K1 K 2 [mm] (3.2) K 1 koeficient tekutosti materiálu, pro materiál PA je koeficient, K 1 = 1 K 2 koeficient délky rozvádcího kanálku, K 2 = 1,04 [3] D D = f(g,s), D = 6,54 G hmotnost výstiku [g]: G = 12,93 g s prmrná tlouška stny výstiku [mm]: s = 5 mm [3] Pedbžnou délku rozvádcích kanálk L volím jako 1/3 délky zadaného dílce což je 20 mm. ' D k = D K K = 6,54 1 1,04 = 6, 8mm 1 2 V k = = , ,8 20 0,726cm

43 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 42 c) Stanovení praktické násobnosti formy Praktická násobnost je stanovena z grafu závislosti n p = f(n), kde N = ks a jedná se o celkovou požadovanou výrobní sérii. Graf závislosti: [3] n p = 3,8 ks d) Výpoet pedbžného vstikovaného objemu Výpoet pedbžného vstikovacího objemu je dán vztahem (3): ( V + V ) 2až3 VD = n p K + [cm 3 ] (3.3) V D = 3,8 (9, ,729) + 2 = 40,9cm Výpoet doby vstikovacího cyklu stroje a) Výpoet doby chlazení výstiku v dutin formy Pro výpoet nejdelší doby vstikovacího cyklu a to chlazení je dána rovnice (3): 2 s 8 TM TW t = k ln [s] 2 2 (3.4) π aeff π TE TW s prmrná tlouška stny plastového dílce [mm]: 5 mm a eff mrná tepelná vodivost použitého plastu [mm 2 /s]: 0,088 mm 2 /s T M teplota taveniny plastu [ C]: 280 C T W teplota formy [ C]: 80 C T E stední vyhazovací teplota [ C]: 120 C ,6 t k = ln ln = 39,8 40s 2 2 = 2 2 π 0,088 π π 0,088 π b) Celková doba vstikovacího cyklu je složena z dílích fází Výpoet celkové doby vstikovacího cyklu (3): t = t + t + t + t + t + t = 3,0až4, 0 + t + t c 1 2 v k 3 4 v k [s] (3.5) t 1 uzavení formy [s], t 1 = (1,0 1,5) s t 2 pisunutí vstikovací jednotky [s]: t 2 = 0,5 s t v doba vstikování: f (V D,viskozita) [s], t v = (0,6-0,8) s t k doba chlazení [s] t 3 otevení formy a vyhození výstiku [s]: t 3 = (1,0 1,5)s t 4 prodleva [s]: t 4 = 0,5 s

44 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 43 Pro celkovou dobu vstikovacího cyklu, jehož asový prbh lze vidt na obrázku 3.3, tedy platí: tc = t1 + t2 + tv + tk + t3 + t4 = 1+ 0,5 + 0, ,5 + 0,5 = 44,1 44s t 1 = 1 s t 2 = 0,5 s t v = 0,6 s t k = 40 s t c = 44 s t 3 = 1,5 s t 4 = 0,5 s Obr. 3.3 asový prbh vstikování t 1 - as uzavení formy, t 2 - as pisunutí vstikovací jednotky, t v - doba vstikování, t k - as chlazení formy, t 3 - as otevení formy a vyhození výstiku z formy, t 4 - prodleva, t c - celkový as. Z obrázku 3.3 je zejmé, že z asového prbhu vstikování nejvtší ást nkolikanásobn zabírá doba urená pro chlazení výstiku v dutin formy Výpoet násobnosti dle požadovaných dodávek výstiku Výpoet násobnosti formy (6): n 1 = t P N t c k 3600 [ks] (3.6) N celková požadovaná výrobní série (ks): ks t c doba vstikovacího cyklu (s): 44 s t p požadovaný termín dodání (h): 2100 h k koeficient využití výrobního asu, volí se 0,7 0,9 Násobnost formy volím 4 ks. n N tc = k , = 1 t = P 3,64ks

45 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba vtokového systému 1. Vyhívané vtokové soustavy Pi vstikování plastu do dutiny formy nedochází k zatuhnutí vtokového systému. Výhody umožují automatický cyklus, zkrácení pracovního cyklu, nulový odpad z vtokové soustavy. Nevýhody náronost technického provedení a nákladnost. Z tchto dvodu nebude tato varianta použita pi konstrukci formy. 2. Studené vtokové soustavy Pi vstikování dochází k zatuhnutí vtokového systému, který je z formy vyhozen jako odpad. Jeho ásti a konstrukce jsou uvedeny v následujících podkapitolách Použitelné typy ústí vtoku Možné varianty použití: a) Bodový vtok výhodou tohoto vtoku je jeho odtržení pi otevírání formy a malý zbytek na výstiku. Pi jeho použití se musí brát v úvahu vznik turbulentního proudní. Ukázka bodového vtoku viz obrázek 3.4 a). b) Obdélníkový vtok vtok tohoto tvaru umožní dobré plnní. Nevýhodou je vtší zbytek vtoku na výstiku. Šíka tohoto vtoku musí být menší než šíka vtokového kanálu. Tato konstrukce zamezí strhávání ztuhlého plastu do výstiku. Ukázka obdélníkového vtoku viz obrázek 3.4 b).. c) Tunelový vtok vtok odpadá od dílce pi otevírání formy. Nevzniká skoro žádný vtokový zbytek. Pro bezproblémové oddlení vtoku od výstiku je podmínkou elasticita vstikovaného plastu. Ukázka tunelového vtoku viz obrázek 3.4 c). [6, 5] a) b) c) Obr. 3.4 Uvažované vtoky a) Bodový vtok, b) Obdélníkový vtok, c) Tunelový vtok (5)

46 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Umístní a volba ústí vtoku Poloha vtoku výstiku má zásadní vliv na postup plnní dutiny formy taveninou, orientaci plniva, vznik studených spoj, anizotropii mechanických i rozmrových vlastností. Umístní vtoku má také vliv na vzhledové vlastnosti materiálu. [5] Zásady použité pi umístní vtoku: Vtok by neml být umístn do míst, která jsou na výstiku nejvíce namáhána. U výstiku, jehož tvar je obdélníkový, se vtok umisuje do kratší strany. Toto umístní je také vhodné pro semikrystalické, plnné plasty a zamezuje tak nerovnomrnému uspoádání makromolekul, pípadn plniva a tím i deformaci výstiku. Umístním vtoku bychom mli zabránit vzniku studených spoj v místech namáhání výstiku. Studený spoj: oblast, ve které vznikne pechod s rznou dobou zatuhnutí plastu. Pi umístní vtoku bychom mli brát v úvahu vznik negativního turbulentního plnní dutiny formy. Tomuto proudní se dá zabránit pomocí pekážek, které se položí toku taveniny. Tyto úpravy tak zpsobují žádoucí laminární proudní taveniny plastu. [6] Výbr varianty: Z možných variant ešení, které jsou vidt na obrázku 3.4, je nejvýhodnjší varianta tunelového vtoku. Umístní a tvar vtoku lze vidt na obrázku 3.5. Dvod volby varianty tunelového vtoku: Varianta tunelového vtoku umožuje vést rozvádcí kanálky dlící rovinou a zárove ústí vtoku umístit v ásti pod ní. Tato varianta také umožní oddlení (usmýknutí) vtokového zbytku od výstiku pi fázi vyhození výstiku z dutiny tvárníku. Takový zpsob oddlení výstiku od vtokového zbytku zajišuje minimální stopy vzniklé ústím vtoku. V kombinaci s úkosem stny výlisku v míst ústí vtoku je zajištno, že pi vyhození nebude výstik poškrábán pípadn vylomen v oblasti vtoku. Obr. 3.5 ez zkonstruovaným vtokem

47 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba prezu rozvádcího kanálu Nejvhodnjší typ rozvádcího kanálu lze navrhnout dle poítaové simulace. V pípad, že v praxi tato simulace není dostupná, pro urení prezu vstikovacích kanálu se využívá praktických i teoretických znalostí. Zásady použité pi konstrukci rozvádcího a vtokového kanálu: Pomr obvodu kanálu vi jeho ploše by ml být co nejmenší. Prmr kanálu tsn za ústím vtoku by ml být pibližn stejný jako šíka výstiku poblíž ústí vtoku. Tvary výhodné z hlediska toku taveniny - obrázek 3.6 a), b), c). Tvary výhodné z hlediska výroby - obrázek 3.6 b), c), Obr. 3.6 Používané prezy rozvádcích kanálk Volba vhodné varianty: Umístní dlící roviny peduruje umístní vtokového kanálku do roviny tvárníku. Tento pedpoklad eliminuje možnosti volby prezu rozvádcího kanálu na varianty obr. 3.6 b), c). Pro konstrukci rozvádcího kanálku volím prez tvaru obr. 3.6 b), který spluje jak pedpoklady pro bezproblémový tok taveniny, tak pedpoklady pro zhotovení kanálku. S ohledem na již vypoítaný prmr rozvádcího kanálku a tudíž i na zachování jeho plochy volím následující rozmry: úhel sklonu stny 15 D x skutený prmr vepsané kružnice kanálku 6 mm S K plocha kanálku v píném ezu - 32,9 mm 2 [2]

48 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Rozvádcí systém formy Zásadním údajem, jenž ovlivuje množství a rozmístní vtokových kanál, je násobnost vstikovací formy. Pro bezproblémový rozvod taveniny musí být splnny urité podmínky. Tokové dráhy roztaveného plastu by mly být do všech dutin stejné. V praxi se u vícenásobných forem volí takzvané vybalancování vtoku nebo rozvádcích kanál pomocí zkušebních nástik. Vybalancování jedná se o postupné zvtšení vtoku tak, aby docházelo k symetrickému plnní všech dutin. Metodou pesnjší je však poítaová analýza. Varianty, které odpovídají požadavkm pro rozvod taveniny tynásobné formy pro zadaný výstik, lze vidt na obr [12] a) b) Obr. 3.7 Varianty uspoádání rozvádcích kanálk a) Varianta 1., b) Varianta 2. Volba vhodné varianty: Zvolený vtokový systém tynásobné formy pro zadaný výstik lze vidt na obr. 3.8 b). Vtvení vtokového systému je provádno pod úhly 90, vtvení pod úhly ostrými se nedoporuuje. Na obrázku jsou také vidt místa prodloužení vtokových kanálk, která slouží pro zachycení ela proudu chladnjší taveniny, což varianta 3.7 a) umožuje jen v malé míe. Varianta b) je také vhodnjší z hlediska snazšího uspoádání temperaních kanál. Prodloužení vtokových kanálk Obr. 3.8 Konstrukce rozvádcích kanálk formy

49 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Temperaní systém formy Úelem tohoto systému je zajistit ohev základních ástí formy (tvárníku a tvárnice) na pracovní teplotu a následn po vstíknutí roztaveného plastu do dutiny formy také zajistit rovnomrné tuhnutí výstiku v dutin formy. Koncepce vstikovacího systému má zásadní vliv na vlastnosti výstiku. Špatn navržený temperaní systém formy mže napíklad zpsobit vznik: nadmrného smrštní, deformace výstiku, vnitních staženin a rozdílných vzhledových vlastností povrchu souásti. Pívod tepelné energie Q P do dutiny formy je zajištn složkami: [16] Q PL tepelná energie pivedená roztaveným plastem Q TS tepelná energie pivedená temperaním systémem pi zahívání formy Odvod tepelné energie Q O z dutiny formy je zajištn složkami: : Q V - odvod tepla vedením do upínacích desek Q K - odvod tepla konvekcí Q S - odvod tepla sáláním Q TS - tepelná energie odvedená temperaním systémem pi chladnutí výstiku [4] Obr. 3.9 Tepelná výmna formy

50 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Zásady temperaního systému Pi prchodu temperaního média okruhem by ml být rozdíl teploty vstupujícího média oproti vystupujícímu médiu 3-5 C. Takto malý rozdíl omezí tepelnou nerovnomrnost pi chladnutí a tím i vznik vad výstiku. Velký vliv na úinnost temperaního systému má také tepelná vodivost jednotlivých ástí formy a v neposlední ad také tepelná vodivost vstikovaného plastu. Vliv na úinnost temperaního systému má rozmístní a prez temperaních kanálk. V pípad, že dojde psobením malého dotlaku k velkému smrštní výstiku v dutin formy, vznikne mezi dutinou formy a výstikem vzduchová mezera, která psobí negativn jako izolace. Pi konstrukci temperaních kanálk musíme zamezit vzniku lamelárního proudní temperaního média. Proudní v temperaním systému by mlo být turbulentní, lze ho docílit zvýšením rychlosti prtoku, popípad zmenšením prtoného prezu Možné varianty rozmístní temperaních kanálk [12] Vzhledem k rozmístní tvarových dutin v tvárníku a tvárnici jsou navrženy dv možné varianty jejich temperace. Možné varianty jsou vidt na obrázku Vzhledem k plochému tvaru souásti, který není píliš lenitý, je v obou pípadech volen system temperace ve tvaru hada. Takovíto zpsob temperace zajišuje rovnomrné vychlazení tvárníku i tvárnice. a) b) Obr Tepelná výmna formy a) Podélná temperace b) Píná temperace

51 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 50 Volba vhodné varianty navrhovaných ešení: Jako nejvhodnjší variantu volím variantu píné temperace. Dvod volby píné varianty temperace: Tato varianta umožuje rovnomrný odvod tepla z každé souásti než-li varianta podélné temperace. Píná varianta, ponechává více prostoru pro umístní vyhazovacího systému v desce tvárníku. Vstup a výstup temperaního média je v pípad píné varianty situován v zadní ásti formy, umožuje tak snadné a bezpené pipojování hadic odvodu a pívodu temperaního média Dimenzování temperaních kanálk Pi konstrukci temperaních kanálk se musí uvažovat dimenzování tchto rozmr: Prmr temperaního kanálku Vzájemná vzdálenost temperaních kanálk Vzdálenost temperaního kanálku od dutiny formy Prmr temperaních kanálk lze pibližn volit v závislosti na tloušce stny výstiku dle tabulky 3.2. Tab.3.2 Tabulka prmr temperaních kanálk (12) Prmr temperaního kanálku - D K Tlouška stny výstiku - S [mm] [mm] S 2mm S 4mm S 6mm 8 10 mm mm mm Vzdálenost temperaních kanálk od dutiny lze brát maximáln jako trojnásobek prmr kanálku. Rozte jednotlivých kanálk lze volit jako dvou až tínásobek prmru kanálku. [12]

52 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 51 Temperaní systém navrhovaný pro zadaný výlisek bude dle tabulky 3.2 tvoen z chladících kanálk s parametry: Prmr temperaního kanálku pro stední tloušku výlisku volím 10mm Vzájemnou vzdálenost temperaních kanálku lze vidt na obr Vzdálenost temperaních kanálk od dutiny formy lze vidt na obr Obr Pozice temperaních kanálk vhledem k dutin Konstrukní ešení temperaního okruhu Temperaní okruh viz obr je vytvoen pomocí uzavíracích zátek firmy HASCO, které jsou rozepeny v pesných pozicích díry tak, aby vytvoily temperaní okruh. K tomuto úelu jsou v desce tvárníku i tvárnice zhotoveny dva podélné a šest píných neprchozích otvor. Koncovky hadice od firmy HASCO zajišují snadné pipojení formy k temperanímu zaízení. Jako pojistný len proti vniknutí neistot, pípadnému úniku temperaní kapaliny slouží uzavírací šroub od firmy HASCO. Koncovka hadice Uzavírací zátka Uzavírací šroub Obr ešení temperace desky tvárnice

53 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Konstrukce vyhazovacího systému formy Vyhazovací systém formy musí zajistit snadné vyhození výlisku pípadn vtokového zbytku, který ulpí vlivem smrštní plastu nejastji na pohyblivé ásti formy (tvárníku). Možnosti vyhazovacích systém: Pomocí vyhazovacích kolík viz obr a). Jedná se o nejpoužívanjší systém, kdy vyhazovae psobí na plochu výstiku ve smru vyhození. Tento systém je konstrukn jednoduchý. Jeho nevýhodou je viditelný obtisk vyhazovacích kolík, proto musí být umístn do ploch, které pi funkci výlisku nejsou vidt. Pomocí stírací desky viz obr 3.13 b). Tento systém je používán pro setení hlubokých a tenkých výlisk z jádra po celém obvod. Tento systém nezanechává stopy po stírací desce. Bez vyhazovacího systému. Tento systém je používán pro jednoduché výlisky s velkými úkosy, kde výlisek zstane po otevení na vtokovém systému. Vyhozen však musí být vtokový systém. Vyhazování tlakovým vzduchem. Tento systém je vhodný pro tenké výstiky. Pomocí hydrauliky. Tento systém zajišuje plynulé vyhození výstiku a je používán u rozmrnjších výstik. Lze jej umístit nezávisle do jakéhokoli místa formy. [6] a) b) Obr Vyhazovací systém (6) a) Vyhazovací kolíky, b) Pomocí stírací desky

54 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba vyhazovacího systému Pro vyhození zadaného výstiku volím systém vyjmutí pomocí vyhazovacích kolík viz obrázek 3.13 a). Hlavní výhodou, pro kterou je tento systém zvolen je konstrukní jednoduchost a funkní spolehlivost. Nevýhodou, která je však akceptovatelná, je vznik otlaku od vyhazovacích kolík na spodní stran výlisku. Zásady použité pi konstrukci vyhazovacího systému: Vyhazovací kolíky jsou rozmístny s ohledem na temperaní systém tak, aby zde nevznikala místa s kritickou tlouškou stny. Pro zamezení ulpívání vtokového zbytku v rozvádcích kanálech tvárníku je navržen systém vyhazova. Zptný pohyb vyhazova je zajištn pomocí vyhazovací tye, která je spojena s lisem. Princip innosti: Pi otevírání dutiny formy dojde k posunování vyhazovacích kolík, které psobí na spodní plochu výstiku a zajišují tak jeho symetrické vyhození, piemž na každý výlisek psobí rovnomrn síla ty vyhazova o ø 3 mm. Pi vyhazování výstiku dojde k odlomení od vtokového zbytku, který je následn pomocí vyhazova vyjmut z rozvádcích kanálk. Vyjmutí vtokového zbytku zajišují: jeden hlavní vyhazova, který psobí na sted vtokového systému a dva pomocné vyhazovae, které zabraují zlomení vtokového zbytku pi vyhození z formy. Pesné vedení vyhazova je umožnno pouze v ásti tvárníku, v mezilehlé desce jsou otvory zhotoveny s vlí. Pohyb vyhazovacího paketu je vyvozen vyhazovacím systémem stroje pes vyhazovací ty. Pomocný vyhazovací kolík vtokového zbytku Vyhazovací kolík výstiku Hlavní vyhazovací kolík vtokového zbytku Vyhazovací ty Obr Vyhazovací paket

55 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Odvzdušnní dutiny formy Bhem vstikovacího procesu musí roztavený plast vytlait uzavený vzduch z dutiny formy. V pípad, že je vzduch nedostaten odvádn, dochází k jeho zahátí na vysoké teploty, což zpsobuje degradaci vstikovaného materiálu a následn i poškození formy. Velký vliv na koncepci odvzdušnní formy má poloha dlící roviny, poloha ústí vtoku a také složitost výlisku. [6] Možnosti odvzdušnní: Únik vzduchu dlící rovinou k úniku vzduchu dochází u jednoduchých tvarových souástí dlící rovinou a kolem vyhazova, za pedpokladu, že plochy dlící roviny mají uritou drsnost. Pomocí odvzdušovacích kanálk v dlící rovin se vytvoí tenké štrbiny, které zabezpeí odvod vzduchu. Volba varianty: Vzhledem k tomu, že vzduch bude tlaen ze smru ústí vtoku obr a bude se hromadit v protjší stran dutiny, je využití vyhazova jako odvzdušovacího prostedku dosti omezené. V dlící rovin jsou proto vytvoeny dva odvzdušovací kanálky pro snadnjší odvod stlaeného vzduchu. Dimenzování odvzdušovacího kanálku pro PA plnný skelným vláknem se doporuuje jako kritická tlouška odvzdušovacího kanálku 0,03mm. [6] Smr stlaování vzduchu Umístní odvzduš ovacích kanálk Obr Umístní odvzdušovacího kanálku

56 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Konstrukce formy a) Základní ásti formy Jednotlivé ásti formy jsou vybrány z normálií firmy HASCO. Základní ásti, jako jsou veškeré desky, dodává firma ve stavu polotovaru, kdy deska je zúhlována na isté rozmry a jsou v ní zhotoveny otvory pro hlavní spojovací a vodící prvky. Dále jsou dodávány ásti, které již není nutno upravovat (vtokové vložky, vodící vložky, sloupky a ásti temperaního systému). Složení jednotlivých desek formy lze vidt na obrázku Deska tvárnice Deska tvárníku Stedící píruba Upínací deska formy Kotevní deska vyhazovacího paketu Mezilehlá deska Základní deska vyhazovacího paketu Lišta formy Obr Základní ásti rámu formy

57 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 56 b) Konstrukní úpravy formy Odlehení dlící roviny Dosedací plochy tvárníku a tvárnice jsou odleheny tak, aby kontaktní plocha byla co nejmenší, ale zárove aby byla splnna podmínka tsnosti dlící roviny. Tato úprava minimalizuje riziko poškození dlící roviny vlivem neistot, které se mohou dostat do dlící roviny. Také je minimalizována plocha pro dokonovací broušení na minimum. Úpravy urené pro snadnou manipulaci s formou Transportní mstek Jedná se o ást formy, která slouží pro snadnou manipulaci s nástrojem, napíklad pi upínání na desky vstikovacího stroje. Transportní mstek se skládá z píníku, k nmuž je pipevnn závsný šroub tak, aby jeho pozice byla v tžišti formy viz obrázek Závsný šroub mstku Píník transportního mstku Obr Transportní mstek Transport jednotlivých desek formy Upínací desky, desky tvárníku, tvárnice a mezilehlá deska jsou opateny dvojicí závit, do kterých je možné našroubovat závsné šrouby, což umožní snadnou manipulaci s každou deskou zvláš. Vybrání pro snadnou demontáž - Jedná se o trojúhelníkové vybrání v rohu desky, které je uspoádáno tak, aby se pi demontáži formy daly desky jednoduše od sebe oddlit bez poškození. Tato úprava je vidt na obrázku Trojúhelníkové vybrání Obr Vybrání pro snadnou demontáž formy

58 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet technologických parametr vstikování Kontrola délky toku taveniny Výpoet je proveden pro ovení, zda-li vybraný materiál je schopen vyplnit celou dutinu formy. a) Výpoet celkové dráhy toku taveniny Pro stanovení celkové dráhy toku taveniny stnou výstiku je dán vzorec: L = L + L [mm] (3.4) S S1 S 2 L S1 dílí úsek dráhy toku taveniny [mm], L S1 = 57,2 mm pro zjednodušenou tloušku stny 7 mm viz obr L S2 dílí úsek dráhy toku taveniny [mm], L S2 = 34 mm pro zjednodušenou tloušku stny 3 mm viz obr LS = LS1 + LS 2 = 57, = 91, 2mm L S2 L S1 Obr Schematické rozmry délek tok taveniny b) stanovení maximální délky dráhy toku taveniny Stanovení maximální výpotové délky dráhy toku taveniny dílího úseku L 1 je dáno vztahem (3): M ( 1, , p ) s L1 = k [mm] (3.7) k 1 materiálový koeficient (-), 1,195 (-) p 1 vstikovací tlak pro daný materiál (bar): p 1 = 500 bar s 1 tlouška stny (mm): s 1 = 7mm M exponent vzorce (-)

59 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 58 Exponent rovnice je uren dle vztahu (3): M 0,07085 ( 0,93471 p1 ) k 2 = [-] (3.8) k 2 materiálový koeficient (-), 1,1685 (-) M 0, ,07085 ( 0,93471 p ) = ( 0, ) 1,1685 1, 696 = k 1 2 = Maximální délka dráhy toku taveniny pro dílí úsek tedy je: M 1,696 ( 1, ,12485 p ) s = 1,195 ( 1, , ) mm L1 = k1 1 1 = Poklesem tlaku p S1 v dílím úseku L S1 lze zjistit poátení tlak p 2 pro tloušku stny s 2 = 3mm. Pokles tlaku taveniny je zobrazen na obrázku Stanovení poáteního tlaku pro tloušku stny 3mm je dán vztahem (3): L = S1 p 2 p1 1 [bar] (3.9) L1 p LS1 57,2 p1 1 = L = = 486bar Stanovení maximální výpotové délky dráhy toku taveniny dílího úseku L 2 je ureno vztahem (3): N x ( 1, , p ) s L2 = k [mm] (3.10) s 2 tlouška stny (mm): s 2 = 3 mm N x exponent vzorce (-) Stanovení exponentu rovnice (3): N x 0,07085 ( 0,93471p 2 ) k2 = [-] (3.11) k 2 materiálový koeficient (-), k 2 = 1,1685 (-) [3] N x 0, ,07085 ( 0,93471p ) = ( 0, ) 1,1685 1, 692 = k 1 2 = N 1,692 ( 1, ,12485 p ) s = 1,195 ( 1, , ) 3 480mm L2 = k1 2 2 = Pro kontrolu, zda-li vybraný plast vyplní stny plastového dílce po celé délce toku taveniny, je stanovena podmínka (3): L 2 > LS 2 (3.12) 480 > 34 Podmínka je splnna s dostatenou rezervou. Tavenina vyplní dutinu formy po celé dráze toku.

60 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet tváecího tlaku a) Urení minimálního plnícího tlaku Minimální hodnotu plnícího tlaku p f volím z doporuených hodnot pro zvolený materiál, p f = 400bar. b) Urení tváecího tlaku Tlak tváecí p A je uren z grafu závislosti poklesu tlaku v tavenin plastu na délce dráhy toku taveniny a tloušce stny dílce. Pokles tlaku pro tl. s 2. Pokles tlaku pro tl. s 1. Obr Graf závislosti poklesu tlaku v tavenin plastu na délce dráhy toku taveniny a tloušce stny dílce Z grafu 3.20 je odetena hodnota tlaku naplnní. Velikost tlaku naplnní je 450 bar.

61 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet uzavírací síly Výpoet uzavírací síly (3): p A +100 F P = Aproj K f [kn] (3.13) 100 A proj plocha prmtu výstiku do dlící roviny [cm 2 ]: K f faktor schopnosti teení taveniny plastu (bar/mm): K f = 1,7 bar/mm p A tlak naplnní [bar]: 450 bar Výpoet celkového prmtu výstiku vetn vtokového systému do dlící roviny: Celkový prmt A proj je složen z prmt: 4*A V tynásobný prmt výstiku do dlící roviny, 4*A V = 41,88 cm 2 A VS prmt vtokové soustavy do dlící roviny dle SW, A VS = 10,1 cm 2 A = 4 A + A = 41, ,1 52,88cm proj V VS = 2 Uzavírací síla tedy je: p A FP = Aproj k f = 52,88 1,7. = 494,36 500kN Výpoet parametr šneku a) Urení optimálního prmru šneku vstikovacího stroje Urení optimálního prmru šneku (3): 7,5 3 V 10, 3 3 O < DS < VO (3.14) D S optimální prmr šneku vstikovacího stroje [mm] V O vstikovaný objem [cm 3 ] Celkový vstikovaný objem V O je složen z objem: 4*V tynásobný objem výstiku, 4*V = 38,028 cm 3 V V skutený objem vtokového systému zjištn dle SW, V V = 6,727 cm 3 V = 4 V + V = 38, ,727 44,755cm O V = 2

62 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 61 Prmr šneku volím z normalizované ady prmr tak, aby byla splnna podmínka : 7, ,75 < D < 10,3 44, 75 S 26,6 D < 36,5 < S Normalizovaná ada prmr šneku vstikovacího stroje: (20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90 mm) Prmr šneku volím 30 mm. b) Výpoet dráhy pohybu šneku vstikovacího stroje Délka dráhy pohybu šneku je stanovena dle vzorce (3): VO LA = 1273 [mm] 2 (3.15) D S Zárove musí být splnna podmínka (3): 1 D < L < 3 D S A S (3.16) L VO 44,755 = 1273 = D 30 A = 63, 3 2 S 30 < L A < 90 Délka dráhy pohybu šneku pro vstikovací dávku je 63,3mm, piemž podmínka je splnna. c) Výpoet otáek plastikaního šneku Urení otáek šneku stroje pi plastikaci (3): n S v = π D S mm [ot/min] (3.17) v maximální obvodová rychlost šneku pro plastikaci taveniny plastu [m/s]: v = 0,6 m/s n v ,6 = = π D π 30 S = S 381ot / min

63 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpoet ostatních technologických parametr a) Výpoet rychlosti vstikování Výpoet vstikovací rychlosti (3): V O vstikovaný objem [cm 3 ]: V O = 44,75 cm 3 t V doba vstikování [s]: t V = 0,6 s V O v S = [cm 3 /s] (3.18) tv VS 44,75 3 vs = = = 74,5cm / s t 0,6 V b) Výpoet množství taveniny prošlé do formy za jednotku asu Množství taveniny, která projde do formy za jednu hodinu práce stroje je dáno vztahem: (3): 3, 6 VO ρ G = [kg/h] (3.19) t t c doba vstikovacího cyklu [s]: t c = 44 s hustota vybraného plastu [g/cm 3 ]: = 1,36 g/cm 3 C 3,6 V G = t C O ρ 3,6 44,75 1,36 = = 5kg / h 44 Za jednu hodinu práce stroje projde do formy 5 kg zplastikovaného materiálu.

64 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba vhodného stroje Pi výbru vhodného stroje pro navrženou formu je nutno sledovat parametry, které jsou uvedeny v tabulce 3.3. Parametry, které byly vypoítány, pípadn voleny, je nutné u vybraného stroje volit stejné, pípadn vtší, maximáln však v prmru o 30%. Tab Rozhodující parametry pro výbr vstikovacího stroje Parametr Oznaení Velikost Jednotka Uzavírací (pidržovací) síla F P 500 kn Prchod taveniny ze stroje do formy G 5 kg/h Prmr šneku vstikovacího stroje D S 30 mm Vstikovací tlak p bar Vstikovaný objem taveniny V O 45 cm 3 Vstikovací rychlost v S 75 cm 3 /s Výška formy mm Otevení formy - 90 mm Rozmr upínací desky x 296 mm Vzhledem k vypoítaným a navrženým parametrm je voleno mezi dvma vhodnými stroji od firmy ARBURG: Typ: 370A, mezinárodní velikost stroje dle EUROMAP: Typ: 370S, mezinárodní velikost stroje dle EUROMAP: Tab Porovnání hlavních parametr vybraných vstikovacích stroj Dležité parametry porovnávaných stroj Parametr Jednotka Typ: 370A; Typ: 370S; Maximální uzavírací síla stroje kn Maximální otevení mm Minimální výška formy mm Vzdálenost mezi vodícími sloupky mm 370 x x 370 Prmr šneku mm Objem dávky cm Kapacita zpracovávaného materiálu kg/h 7 4,9 Maximální vstikovací tlak bar Objemová vstikovací rychlost cm 3 /s Jako vhodný stroj pro navrženou formu volím typ 370A; z dvodu optimálních parametr vzhledem k potebám formy. V pípad druhé varianty jsou parametry vhodnjší, výjimkou je však kapacita zpracovávaného materiálu, která se pohybuje v kritických hodnotách.

65 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Technologický postup vstikování Píprava granulátu: a) Sušení granulátu PA66-GF30 v atmosférickém typu sušárny. Teplota sušení C, doba sušení h. b) Smíchání granulovaného PA66-GF30 s regranulátem vzniklým z vtokového zbytku. Pomr míchání granulát/regranulát = 3 : 1. Fáze plastikace plastu: c) Plnní násypky vstikovacího stroje smsí granulátu. d) Seízení plastikaní jednotky vstikovacího lisu na výrobní dávku, kterou odebírá šnek plastikaní jednotky z násypky vstikovacího stroje - V O = 45 cm 3. e) Seídit vstikovací lis na teplotu vstikování T W = 280 C, prbh teplot ve vstikovacím válci je vidt na obrázku Obr Orientaní teploty v jednotlivých ástech šneku