TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní Studijní program M Strojní inženýrství Strojírenská technologie zaměření tváření kovů a plastů Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů u kaskádového vstřikování na vybrané formě. Application of the system Dynamic Feed with cascade injecting on selected form. Martin Seidl KSP - TP Vedoucí diplomové práce: Konzultant diplomové práce: doc. Dr. Ing. Petr Lenfeld - TU v Liberci Ing. Josef Půta - TU v Liberci Rozsah práce a příloh: Počet stran 80 Počet tabulek 7 Počet příloh 4 Počet obrázků 69 Datum:

2 ANOTACE TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů Studijní program: Diplomant: Téma práce: M Strojní inženýrství Martin Seidl u kaskádového vstřikování na vybrané formě. Application of the system Dynamic Feed with cascade injecting on selected form. Číslo DP: KSP - TP Vedoucí DP: doc. Dr. Ing. Petr Lenfeld - TU v Liberci Konzultant: Ing. Josef Půta - TU v Liberci Abstrakt: Tato diplomová práce se zabývá měřením a hodnocením tlakových profilů ve vstřikovací formě pro konkrétní plastový díl a je zaměřena na porovnání a zhodnocení stability vstřikovacího procesu při použití technologie konvenčního kaskádového vstřikování a její modifikace, resp. technologie vstřikování pomocí systému Dynamic Feed. Zkoumá vliv, jaký má použití obou technologií na průběh tlaku uvnitř dutiny formy při současném sledování průběhu systémového tlaku vstřikovacího stroje. Abstract: This diploma thesis deals with measurement and evaluation of compressive profiles in the injecting form for particular plastic part and is focused on calibration and assessment of stability injecting process while using the technology of convention cascade injecting and its modification, or more precisely the injecting technology by means of the system Dynamic Feed. The thesis examines the influence over pressure process inside the form cavity while using both technologies with contemporary monitoring of the system pressure process of the injecting machine.

3 Místopřísežné prohlášení: Místopřísežně prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury. V Liberci, 25.května Martin Seidl Piletická 42/ Kradec Králové

4 Poděkování: Na prvním místě bych chtěl poděkovat své rodině za plnou podporu během mého studia. Děkuji všem členům oddělení tváření kovů a plastů, především pak Ing. Josefu Půtovi a Doc. Dr. Ing. Petru Lenfeldovi za jejich cenné rady a připomínky, které mi poskytli při psaní této diplomové práce. Poděkování patří v neposlední řadě firmě Cadence Innovation, která mi při vypracování diplomové práce vycházela vstříc a umožnila mi uskutečnit měření..

5 Obsah Seznam zkratek a použitých symbolů Úvod Teoretická část Technologie vstřikování termoplastů Vstřikovací cyklus Proces plnění Fáze dotlaku Vlivy vybraných technologických parametrů na průběh tlaku uvnitř dutiny formy Technologie kaskádového vstřikování Technologie vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Vstřikovací stroj Nástroje pro vstřikování termoplastů Metody měření tlaku v dutině formy Druhy metod měření tlaku v dutině formy Typy tlakových senzorů Experimentální část Vybraný plastový díl Materiál Vstřikovací forma Úprava formy Vstřikovací stroj Engel Nastavení technologických parametrů na stroji při vstřikování konvenční kaskádou Nastavení technologických parametrů na stroji při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Tlakový senzor Zpracování výsledků měření Martin Seidl 6 Obsah

6 3.6.1 Vyhodnocení vnitřních tlaků při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Vyhodnocení vnitřních tlaků při vstřikování konvenční kaskádou Vyhodnocení systémového tlaku při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Vyhodnocení průběhu systémového tlaku při vstřikování konvenční kaskádou Porovnání vnitřních tlaků Porovnání systémových tlaků Shrnutí výsledků měření Závěr Seznam použité literatury Seznam příloh Martin Seidl 7 Obsah

7 Seznam použitých zkratek a symbolů D [mm] průměr šneku DF vstřikování systémem Dynamic Feed F p [kn] přisouvací síla F u [kn] uzavírací síla KK konvenční kaskádové vstřikování L [mm] délka šneka N.B. Nepřeraženo při vrubové zkoušce p d [MPa] Dotlak p i [MPa] Vnitřní tlak p [MPa] vstřikovací tlak PID kontrolní jednotka systému Dynamic Feed PP Polypropylen p z [MPa] zbytkový tlak Q p [kg.h -1 ] plastikační kapacita stroje Q v [cm 3 ] vstřikovací kapacita stroje s k [mm] pohyb šneku s N [mm] pohyb formy t s1 [s] strojní čas (přisunutí a uzavření formy) t s2 [s] strojní čas (přisunutí plastikační jednotky) t s3 [s] strojní čas (otevření formy) t d [s] doba dotlaku t ch [s] doba chlazení t pl [s] doba plastikace t v [s] doba plnění t m [s] Manipulační čas T f [ C] teplota formy T tav [ C] teplota taveniny v [cm 3. s - ] objemová vstřikovací rychlost v s [mm. s -1 ] vstřikovací rychlost σ [MPa] směrodatná odchylka tlaku Martin Seidl 8 Seznam použitých zkratek a symbolů

8 1. Úvod Technická univerzita v Liberci Diplomová práce S výrobky z plastů se v současné době setkáváme téměř v každém odvětví lidské činnosti a tvoří velkou část předmětů denní spotřeby. Plasty jsou preferovány jako konstrukční materiály pro svou dobrou zpracovatelnost, široké rozpětí mechanických a fyzikálních vlastností, korozní odolnost, elektrické vlastnosti, atd. U plastových výrobků jsou minimální náklady na údržbu. Velké množství druhů plastů a možnost jejich následné modifikace vede k postupnému vytlačování ostatních materiálů, jejichž tváření je energeticky náročnější a finální výrobky jsou v konečné fázi dražší. Snaha vyrábět s co nejmenšími náklady, ekologicky a v nejvyšší možné jakosti spolu s příchodem nových druhů plastů, polymerních směsí a kompozitů vede k neustálému zdokonalování již známých technologií, resp. k hledání nových výrobních postupů. Nejrozšířenější technologií zpracování plastů je vstřikování, které umožňuje výrobu tvarově náročných a rozměrově přesných předmětů v jedné operaci. Technologií vstřikování je velké množství (GIT, WIT, CIM, PIM, RIM, atd.), které se liší od klasické technologie vstřikování v určité části procesu jako celku. Existují však i modifikace pouze jednotlivých částí procesu, jako je vstřikování, chlazení, apod. Mezi modifikace fáze plnění se mimo jiné řadí i kaskádové vstřikování a technologie Dynamic Feed, která je na světovém trhu distribuována výhradně společností Synvetive Molding Solutions, GmbH. Tato diplomová práce, zadaná společností Cadence Innovation - Libáň, je zaměřena na porovnání konečných vlastností dílů při použití plnění pomocí systému Dynamic Feed, resp. pomocí kaskádového vstřikování. Cílem diplomové práce bylo porovnání a zhodnocení obou procesů plnění na úrovni systémových tlaků vstřikovacího stroje, tlaků uvnitř dutiny formy a analýzy rozměrové stability výstřiků pro vybraný díl z automobilového průmyslu. Diplomová práce je rozčleněna do tří hlavních částí. V první, teoretické části, je popsána technologie vstřikování plastů se zaměřením na proces plnění a dotlaku a na popis metody kaskádového vstřikování a systém Dynamic Feed. Dále jsou v této části popsány metody měření tlaku uvnitř dutiny formy. Druhá, experimentální část, je zaměřena na popis vstřikovacího stroje, materiálu a výrobku použitých pro experiment. Dále jsou zde popsány podmínky a nastavení stroje, za kterých měření proběhlo. V třetí části jsou diskutovány hodnoty naměřené v experimentální části a celkový přínos systému Dynamic Feed Martin Seidl 9 Úvod

9 2. Teoretická část 2.1 Technologie vstřikování termoplastů /1/, /2/ Existuje mnoho technologických postupů, které využívají pro tváření materiálu současného působení tepla a tlaku. Mezi tyto technologie patří pro zpracování plastů i technologie vstřikování. Technologie vstřikování je nejrozšířenější technologií na zpracování plastů a touto technologií lze zpracovat téměř všechny druhy termoplastů, včetně některých reaktoplastů a kaučuků. Jedná se o proces diskontuální, cyklický a neizotermický. Vstřikováním se vyrábějí polotovary nebo jednotlivé díly montážních celků anebo konečné výrobky. Vstřikované díly se vyznačují velmi dobrou rozměrovou a tvarovou přesností, často jsou složitých tvarů, ale přesto si zachovávají dobré tolerance rozměrů a odpadá nutnost následného obrábění a dalších doplňkových operací. Vstřikování je proces, při kterém je dávka zpracovávaného plastu z pomocné komory, resp. vstřikovací jednotky, vstříknuta velkou rychlostí do uzavřené dutiny kovové formy, kde ztuhne ve finální výrobek Vstřikovací cyklus /1/, /2/, /3/, /4/ Na obr. 2.1 je znázorněn průběh vstřikovacího cyklu, který tvoří sled přesně specifikovaných úkonů a za jeho počátek lze považovat okamžik odpovídající impulsu k uzavření formy. Vstřikovací cyklus lze vyjádřit jako závislost tlaku v dutině formy na čase (viz obr 2.2). Tlak v dutině formy bývá označován jako vnitřní tlak p i, zatímco pojmem vnější tlak (viz obr. 2.3) bývá označován tlak vyvozený strojem vztažený na jednotku plochy průřezu šneku. Na počátku vstřikovacího cyklu, znázorněném na obr. 2.2, je dutina formy prázdná a forma je otevřená. V nulovém čase dostane stroj impuls k zahájení vstřikovacího cyklu. V časovém úseku t s1 se forma přisune, uzavře a uzamkne. Na přisouvání formy se vynakládá poměrně malá přisouvací síla F p, zatímco na uzamknutí formy je nutno vynaložit až třikrát vyšší uzavírací sílu F u, neboť musí být zaručeno, že se forma vlivem tlaku taveniny při vstřikování neotevře. V časovém úseku t s2 se tavící komora přisune k formě. V okamžiku A začíná axiálním pohybem šneku v tavící Martin Seidl 10 Teoretická část

10 Obr. 2.1: Schéma průběhu vstřikovacího cyklu: A) uzavření vstřikovací formy, B) plnění dutiny formy, C) plastikace a chlazení, D) otevření formy a následné vyhození výstřiku. /4/ komoře vlastní vstřikování roztavené hmoty do dutiny formy. Doba, během níž dochází k plnění dutiny formy, se nezývá doba plnění a značí se t v. Plnění je ukončeno v bodě B. Jakmile hmota vstoupí do dutiny formy, ihned začne předávat teplo vstřikovací formě a chladne. Tato doba se nazývá doba chlazení, značí se t ch a trvá až do otevření formy a vyjmutí výstřiku. Doba chlazení představuje nejdelší část cyklu a závisí na tloušťce stěn výstřiku, teplotě taveniny, teplotě formy, druhu plastu a na teplotě výstřiku v okamžiku vyjímání z formy. Chlazení lze zintenzívnit účinnou temperací formy. Fáze chladnutí ovlivňuje nejenom orientaci makromolekul, ale i krystalizaci, vnitřní pnutí a kvalitu povrchu. V praxi se dělí na dobu chlazení při plném vstřikovacím tlaku a při klesajícím tlaku. První část představuje dobu dotlaku t d. Dotlak je dodatečné dotlačení taveniny do dutiny formy a jeho účelem je kompenzovat zmenšování objemu hmoty v dutině formy během chladnutí, a zabránit tak vzniku propadlin a staženin. Doba dotlaku končí v bodě D, kdy začíná doba plastikace nové dávky plastu, značená t pl. Šnek se začne otáčet, pod násypkou nabírá granulovanou hmotu, plastikuje ji a vtlačuje do prostoru před čelem šneku. Zplastikovaná dávka musí být dostatečně homogenní a její velikost musí zajistit dostatek taveniny pro naplnění tvarové dutiny formy i vtokového systému a v tavící komoře musí ještě zůstat tavenina pro fází dotlaku. Martin Seidl 11 Teoretická část

11 Obr. 2.2: Průběh tlaku uvnitř vstřikovací formy : s N - pohyb formy, s k - pohyb šneku, p i - tlak v dutině formy, p z zbytkový tlak. /1/ Současně s rotací ustupuje šnek dozadu, přičemž musí překonávat zpětný tlak, vyvolaný odporem hmoty. Velikost zpětného tlaku ovlivňuje dobu plastikace a tím i kvalitu prohnětení zpracovaného plastu. Příliš vysoký zpětný tlak by však mohl způsobit degradaci plastu. Ohřev plastu během plastikace se děje jednak převodem tepla ze stěn válce, jednak frikčním teplem, které vzniká třením plastu o stěny komory a o povrch šneku a dále přeměnou hnětací práce šneku v teplo. Bod C označuje zatuhnutí hmoty ve vtokovém kanálu, čímž se přeruší spojení mezi dutinou formy a dutinou tavící komory a další prodlužování dotlaku je již bezúčelné. Plastikace je skončena v bodě E, kdy se otáčivý pohyb šneku zastaví a následuje odsunutí tavící komory od formy, aby bylo zabráněno přenosu tepla z trysky do formy. Během pokračujícího chlazení tlak ve formě dále klesá až na hodnotu zbytkového tlaku p z, což je tlak, pod nímž se hmota nachází ve formě těsně před jejím otevřením. Příliš vysoký vnitřní tlak je příčinou vysokého vnitřního pnutí ve výstřiku. Zbytkový vnitřní tlak lze snížit buď zkrácením doby dotlaku nebo programovaným průběhem tlaku během dotlaku, zobrazený tečkovanou čarou na obr Bod F značí okamžik, kdy se po dokonalém zchladnutí výstřiku forma otevře, což odpovídá času t s3, a výstřik se z formy vyhodí pomocí vyhazovacích kolíků. Manipulační čas t m je určen pro obsluhu formy. Martin Seidl 12 Teoretická část

12 Vstřikovací cyklus je tvořen čtyřmi základními fázemi, což jsou fáze plnění, dotlaku, plastikace a chlazení. Fáze plastikace a chlazení již byly popsány v této kapitole a rozboru fází plnění a dotlaku jsou věnovány kapitoly následující. Obr. 2.3: Vnitřní a systémový tlak. /3/ Proces plnění /1/, /2/ Plnění dutiny formy je provázeno rychlými změnami tlaku, teploty a viskozity taveniny a tyto změny jsou tím větší, čím složitější je tvar výrobku. Vlastní proces plnění dutiny formy rozhoduje o vlastnostech hotového Obr 2.4: Laminární tok taveniny /1/ výrobku. Proces plnění se musí řídit tak, aby tavenina nevtékala do formy volným vtokem, ale aby byla forma plněna postupně, tzv. laminárním tokem (viz obr. 2.4). Tavenina při styku s formou okamžitě ztuhne a vytvoří vrstvu nepohyblivé hmoty a zároveň tepelné izolace. Uvnitř je potom plastické jádro s nízkou viskozitou, Martin Seidl 13 Teoretická část

13 umožňující další průtok taveniny plastu do dutiny formy, která se následně roztéká směrem ke stěnám až dojde k zaplnění tvarové dutiny formy. Zvyšování viskozity směrem od středu tvarové dutiny ke stěnám se projevuje na vyšší rychlosti v plastickém jádru a výsledkem je zakřivení čela taveniny. Pokles tlaku je potom směrem ke stěně formy. Doba plnění t v, se odvíjí od rychlosti vstřikování, která závisí na technologických podmínkách, zejména na teplotě taveniny T tav a na vstřikovacím tlaku p. Vliv má ovšem i druh plastu, konstrukce vtokového systému, teplota formy a tloušťka a Obr. 2.5: Orientace makromolekul v průběhu plnění dutiny geometrický tvar formy. /1/ výstřiku. S rostoucí vstřikovací rychlostí a tlakem se zvyšuje orientaci makromolekul (viz obr. 2.5) a vláknitého plniva. Nadměrná orientace makromolekul způsobuje vnitřní pnutí, které ve výrobku nepříznivě ovlivňuje pevnostní a deformační chování. Další vadou, způsobenou vysokou vstřikovací rychlostí je uzavírání vzduchu v zadních pozicích formy. Vzduch nestihne uniknout odvzdušňovacími kanály, vlivem vysokého tlaku se zahřívá a může způsobit až spálení plastu, tzv. diesel efekt. Příliš vysoká vstřikovací rychlost může vést až k přehřátí a degradaci materiálu. Doba plnění dutiny formy má být co nejkratší, protože vstřikovaná tavenina se stykem s chlazenou formou ochlazuje, ztrácí tekutost, resp. roste její viskozita, a při neúměrném prodlužování doby plnění vznikají nedostříknuté zmetky. Martin Seidl 14 Teoretická část

14 Fáze dotlaku /1/, /2/ Po naplnění tvarové dutiny formy následuje stlačování hmoty, které se projeví prudkým nárůstem tlaku a náhlým poklesem rychlosti. Aby se zamezilo vzniku tlakové špičky, které by mohlo vést až k pružné deformaci formy, je vstřikovací tlak snížen přepnutím na dotlak, viz obr 2.7. Pozdní přepnutí na dotlak by vedlo k nárůstu hmotnosti a rozměrů výstřiku a k vysokému namáhání formy. K přepnutí na dotlak může dojít buď dle dráhy šneku nebo podle vstřikovacího času nebo podle tlaku ve formě anebo podle tlaku v hydraulice stroje. Doba dotlaku t d závisí hlavně na průřezu vtokového kanálu. Dotlak může být po celou dobu stejně vysoký jako maximální vstřikovací tlak, což je však nevýhodné z hlediska pnutí ve výstřiku, nebo se může po několika sekundách snížit, takže další chladnutí probíhá při sníženém dotlaku. Z tohoto důvodu se dotlak rozděluje na izobarický (kompenzace tlaku) a izochorický (kompenzace objemu). Při postupném snižování je dotlak nejvyšší v první fázi, aby bylo využito vysoké tekutosti taveniny. Ke konci se dotlak snižuje, aby se omezila orientace makromolekul v okolí vtoku. Abychom mohli dotlačovat, musí před čelem šneku zůstat určitý objem plastu, tzv. polštář. Tento polštář nesmí být příliš velký (10 15 %), aby nezůstával příliš dlouho v tavící komoře, kde by mohlo dojít k tepelné degradaci hmoty. Působení dotlaku má význam jen do momentu ztuhnutí vtoku. Fází dotlaku jsou kompenzovány objemové změny způsobené chladnutím taveniny ve formě. Při nedostatečném dotlaku se na výrobku tvoří staženiny a propadliny Vlivy vybraných technologických parametrů na průběh tlaku uvnitř dutiny formy /1/, /2/, /5/, /6/ Na výsledný průběh tlaku v dutině formy má zásadní vliv nastavení jednotlivých technologických parametrů. Přestože každý technologický parametr se na výsledném průběhu tlaku uvnitř dutiny formy projevuje jiným způsobem, není zcela jednoznačné, který z parametrů na výsledném průběhu vnitřního tlaku má největší vliv a často mají změny jednotlivých parametrů navzájem protichůdné účinky. Nejvýznamnějšími z těchto parametrů jsou vstřikovací rychlost, velikost, moment přepnutí a doba dotlaku, vstřikovací teplota taveniny a teplota formy. Na naměřené hodnoty má významný vliv i poloha zvoleného měřícího bodu. Martin Seidl 15 Teoretická část

15 Obr. 2.6 : Vliv vstřikovací rychlosti na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Obr. 2.7 : Vliv momentu přepnutí na dotlak na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Velký vliv na vlastnosti a kvalitu výstřiku má doba, za kterou bude dutina formy naplněna. Nastavení velikosti vstřikovací rychlosti se projevuje na rychlosti čela taveniny uvnitř vstřikovací formy. V praxi se využívá plnění dutiny formy řízené vstřikovací rychlostí. Principem je konstantní objemová rychlost plnění při zvyšujícím Martin Seidl 16 Teoretická část

16 se tlaku taveniny v ústí vtoku do dutiny formy. Na obrázku 2.6 je znázorněn průběh tlaku uvnitř dutiny formy v závislosti na velikosti vstřikovací rychlosti. Čím je vstřikovací rychlost vyšší, tím je nárůst tlaku ve fázi vstřikování prudší. V dotlakové fázi se změna vstřikovací rychlosti neprojevuje. Přepnutí vstřikovací fáze na dotlakovou fázi je možno řídit podle dráhy šneku, podle nastaveného času, podle hydraulického tlaku vstřikovacího stroje, podle tlaku v dutině formy nebo podle tlaku taveniny. Nejpoužívanější způsoby jsou přepnutí podle dráhy šneku, nastaveného času a hydraulického tlaku. Přepnutí podle tlaku v dutině formy je využíváno, pokud jsou kladeny vysoké nároky na přesnost výstřiků. Moment přepnutí na dotlakovou fázi (viz obr 2.7) má vliv na množství vstříknuté taveniny plastu a měl by nastat až ve chvíli, kdy je dutina formy zcela nebo téměř zcela zaplněna. Správné nastavení přepnutí se projevuje plynulým přechodem tlaku ze vstřikovací fáze do dotlakové a zabraňuje tak tlakovým špičkám, které mohou vznikat na konci vstřikovací fáze. Při předčasném přepnutí dochází k poklesu tlaku v dutině formy a plnění zadních pozic dutiny formy je řízené dotlakem. Pokud je přepnutí pozdní, tak vzniká tlaková špička, která může způsobit pootevření nebo poškození formy. Velikost dotlaku (viz obr 2.8) má největší vliv na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. Dotlak začíná momentem přepnutí vstřikovací fáze na fázi dotlakovou a trvá až Obr 2.8 : Vliv velikosti dotlaku na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Martin Seidl 17 Teoretická část

17 do chvíle ukončení působení tlaku vyvozeného strojem. Vyšší dotlak způsobuje nárůst tlaku uvnitř dutiny formy a prodloužení vstřikovacího cyklu. S rostoucí velikostí dotlaku roste i hmotnost výstřiku, klesá smrštění, ale výstřiky vykazují vysoké vnitřní pnutí. Naopak nízký dotlak je příčinou propadlin na výstřiku. Doba dotlaku, znázorněná na obr. 2.9, musí být dostatečná pro nutnost ztuhnutí vtoku. Pokud je doba dotlaku příliš krátká, vtok nestihne dostatečně ztuhnout a tavenina vytéká z dutiny formy zpět do vtokového systému, což vede k dodatečné orientaci makromolekul a kolísání hmotnosti výstřiků nebo k vytváření vzhledových vad, tzv. vlasů na výstřiku. Změna doby dotlaku ovlivňuje křivku průběhu tlaku uvnitř dutiny formy jen do momentu ztuhnutí vtoku, což zabraňuje přístupu další taveniny do dutiny formy. Obr. 2.9 : Vliv doby působení dotlaku na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Změna teploty taveniny (viz obr. 2.10) má výrazný vliv na její viskozitu. Vyšší teplota taveniny zapříčiňuje snížení viskozity taveniny a i při zachování konstantního vstřikovacího tlaku dochází k nárůstu tlaku uvnitř vstřikovací formy. S teplotou taveniny roste i doba chladnutí a prodlužuje se vstřikovací cyklus. Dále se prodlužuje doba ztuhnutí vtoku a je proto potřeba i prodloužení doby dotlaku. Teplota formy (viz obr. 2.11) má velký vliv na kvalita výstřiků jak z hlediska mechanických vlastností, tak i z hlediska kvality povrchu a rozměrové přesnosti výstřiků. Velikost teploty formy je důležitá především v dotlakové fázi, kdy silně Martin Seidl 18 Teoretická část

18 ovlivňuje rychlost chladnutí taveniny plastu. Vyšší teplota formy způsobuje mírné zvýšení tlaku v dotlakové fázi a pomalejší chladnutí výstřiku, což opět vede k prodloužení vstřikovacího cyklu. U výstřiků s rostoucí teplotou formy klesá vnitřní pnutí, ale zvyšuje se riziko vzniku propadlin. Obr : Vliv teploty taveniny na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Obr : Vliv teploty formy na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Martin Seidl 19 Teoretická část

19 Tvar křivky průběhu tlaku v dutině formy a dosažené maximum je závislé také na umístění tlakového senzoru (viz obr. 2.12). Nejvyšší hodnoty tlaku uvnitř dutiny formy je možno naměřit v místě vtoku. Toto umístění snímače může vést k zaznamenání tlakových špiček způsobených nepravidelným signálem ze snímače, tudíž měření tlaku v místě vtoku není vhodné, pokud by se jím řídilo přepnutí na dotlakovou fázi. Tlakové špičky mohou způsobit předčasné přepnutí na dotlakovou fázi. Z hlediska řízení přepnutí na dotlakovou fázi je nejvýhodnější umístění tlakového snímače mimo oblast vtoku, do středu výstřiku. Obr : Vliv umístění tlakového senzoru na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. /5/ Technologie kaskádového vstřikování termoplastů /3/, /7/, /8/ Technologie kaskádového vstřikování termoplastů (viz obr. 2.13) využívá horký vtokový systém. Rozváděcí blok je zakončen uzavíratelným jehlovým ústím vtoku, což zabraňuje vytékání taveniny z rozvodu. Uzavřením ústí vtoku jsou současně zažehleny stopy po ústí vtoku na výstřiku. Dříve byl posuv jehly odvozen od vstřikovacího tlaku. Zvýšení vstřikovacího tlaku ústí uvolnilo, přičemž jehla překonávala odpor pružiny a při poklesu tlaku jehla ústí vtoku uzavřela. V současné době je pohyb jehly zajištěn hydraulickým systémem vstřikovacího stroje. Této Martin Seidl 20 Teoretická část

20 technologie se využívá především u dlouhých a velkoplošných výstřiků, kde minimalizuje hrozbu vzniku studených spojů. Obr. 2.13: Kaskádové vstřikování. /3/ Technologie vstřikování plastů pomocí systému Dynamic Feed /3/ Hlavní předností vstřikovacího systému Dynamic feed je regulace toku taveniny v reálném čase, což umožňuje zajistit optimální podmínky plnění celé formy. Mimo úprav vstřikovací formy, což zahrnuje zabudování snímače tlaku a ventilové jehly, jsou pro správný chod systému Dynamic Feed potřeba ještě regulátor PID a hydraulická jednotka, které jsou zobrazeny na obr Jedná se o horký vtokový systém vícevtokových soustav zakončený tryskami s ventilovými jehlami, které fungují jako škrtící ventil. Martin Seidl 21 Teoretická část

21 Obr. 2.14: Schéma zapojení ovládacích členů systému Dynamic Feed. /3/ Obr. 2.15: Umístění tlakového snímače. /3/ Martin Seidl 22 Teoretická část

22 Jedná se o horký vtokový systém vícevtokových soustav zakončený tryskami s ventilovými jehlami, které fungují jako škrtící ventil. Ventilová jehla je hydraulickým pracovním válcem dynamicky udržována v příslušné poloze a reguluje průtok taveniny. Poloha ventilové jehly, a tím průtokové množství, je regulována v závislosti na tlaku. Snímač tlaku (viz obr. 2.15) je umístěný ve vstřikovacím kanále a nepřetržitě měří tlak v době plnění tvarové dutiny. Naměřené hodnoty jsou ze snímače tlaku odesílány do regulátoru PID. Regulátor PID (viz obr. 2.16) porovnává Obr. 2.16: Regulátor PID (vlevo) a hydraulická snímačem tlaku naměřenou jednotka (vpravo). /3/ tlakovou křivku s nastavenou referenční tlakovou křivkou a pomocí hydraulické jednotky reguluje polohu ventilu tak, aby tlak ve vstřikovacím kanále odpovídal příslušné hodnotě referenční křivky. Referenční křivka pro každou trysku je nastavena předem a tím je možno přizpůsobit vlastní vstřikovací a dotlakový profil pro každou dutinu nebo část dutiny formy, kterou regulovaná tryska plní. Hydraulická jednotka (viz obr. 2.14), vybavená tlakovým zásobníkem a servoventily, dodává tlak potřebný k ovládání pracovních válců ventilových jehel. Hydraulický tlak může být dodáván i ze vstřikovacího stroje. Při regulování polohy ventilů se vytváří tlak na obou stranách pístu. Naproti regulaci systémů s uzavíracími jehlami, viz kapitola 2.1.3, kde existují pouze dvě polohy jehly (otevřená a uzavřená), je zde možno plynule nastavovat polohu ventilu. Vstřikovací systém Dynamic Feed je aplikován především do nástrojů s více různými tvarovými dutinami, tzv. family nástrojů. Martin Seidl 23 Teoretická část

23 2.2 Vstřikovací stroj /1/, /2/, /9/, /10/, /11/ Vstřikovací stroje mohou být děleny podle pohonu vstřikovací jednotky na elektrické, hydraulické a kombinované nebo podle způsobu plastikace na šnekové a pístové. Obr. 2.17: Vstřikovací stroj /11/ Hydraulické stroje pracují na principu servoregulace celého procesu vstřikování a umožňují regulaci tlaku oleje v hydraulickém systému. Stroje s elektrickým pohonem se vyznačují přesnějším polohováním, vyšší účinností a energetickou úsporností. Elektrické pohony jsou ale mnohem náročnější na údržbu a servis a hůře se uzpůsobují pro využití komplikovanějších nástrojů, např. u vícekomponentního vstřikování. Hydraulické pohony vykazují lepší výsledky v aplikacích, kde je nutná přesná kontrola dotlaku, především u tlustostěnných výrobků. Kombinované stroje mají elektrický pohon pro pohyb v hlavní ose stroje, což jsou pohyby formy, vstřikování a plastikace. Zatímco pohyby ve vedlejších osách stroje, jako jsou pohyby vyhazovače, tahače forem a přísun trysky, jsou zprostředkovány hydraulickým nebo elektrickým pohonem. U strojů s pístovou vstřikovací jednotkou je plastikace a pohyb hmoty zajištěn teplem přivedeným topnými pásy a tlakem, kterým na hmotu uvnitř tavící komory působí čelo pístu. Torpédo v tavící komoře slouží k dokonalejší homogenizaci taveniny. Martin Seidl 24 Teoretická část

24 V současné době se pro technologii vstřikování používají již výhradně stroje se šnekovou vstřikovací jednotkou a s hydraulickým nebo elektrickým pohonem. Vstřikovací stroj se skládá ze vstřikovací jednotky, uzavírací jednotky a prvků řízení a regulace, viz obr Vstřikovací jednotka, zobrazená na obr. 2.18, zajišťuje dávkování granulátu, jeho plastikaci, vstříknutí roztavené hmoty do formy, provedení dotlaku a zajištění Obr. 2.18: Vstřikovací jednotka vstřikovacího stroje. /10/ dalších pohybů tavící komory, tj. její odsunutí a přisunutí k formě. Charakteristické parametry vstřikovací jednotky se šnekovou plastikací jsou průměr D, délka L a typ šneku, vstřikovací kapacita Q v, plastikační kapacita Q p, maximální vstřikovací tlak p vstř a objemová vstřikovací rychlost v. Vstřikovací kapacita Q v představuje maximální objem taveniny, kterou lze na daném stroji vstříknout z tavící komory do volného prostoru při jednom pracovním zdvihu šneku. Plastikační kapacita stroje Q p udává maximální množství taveniny v kilogramech, které je stroj schopen za jednu hodinu vyprodukovat. Konstrukce šneku je přizpůsobena činnostem, které musí šnek vykonávat, což je dávkování, doprava, plastikace a vstříknutí materiálu do formy. Byly vyvinuty různé typy šneků, jako jsou diferenciální a bariérové. Martin Seidl 25 Teoretická část

25 Na diferenciálním šneku lze rozlišit tři funkční pásma (viz obr. 2.19). Pásmo pod násypkou se nazývá dopravní. Zpracovávaný materiál je v něm hlavně stlačován, čímž se vytěsňuje vzduch z prostoru mezi granulemi. K zahřívání granulátu a tání dochází až na konci této části. V druhém, prostředním pásmu, se průměr jádra šneku směrem k trysce zvětšuje a hloubka šnekového kanálu se zmenšuje. V tomto pásmu se materiál stlačuje, proto se nazývá kompresní. Zde Obr 2.19 : Zóny diferenciálního šneku /1/ dochází k nejintenzivnějšímu tání granulí. Homogenizaci taveniny zajišťuje poslední pásmo, nazývané homogenizační. Aby nedocházelo k tečení materiálu zpět směrem k násypce během vstřikování, je zakončení šneku zpětný uzávěr. Délka šneku u vstřikovacích strojů na termoplasty bývá 15-ti až 20-ti násobek jeho průměru D. Vstřikovací jednotka vstřikovacího stroje, který byl použit při experimentu, byla vybavena bariérovým šnekem. Výhodou tohoto šneku je především lepší plastikace granulátu a vyšší homogenizace taveniny. Bariérový šnek se může rychleji otáčet a jeho použitím se sníží doba plastikace. Na šneku je více třecích ploch než na šneku diferenciálním, které zvyšují teplotu taveniny, což umožňuje snížit pracovní teplotu tavící komory. Tavící komora je pro účely vytápění obvykle rozdělena do tří topných pásem se samostatnou regulací teploty. Pokud je uvnitř tavící komory diferenciální šnek, tak se nejnižší teplota nastavuje v pásmu u násypky a nejvyšší u trysky. Teplota pásma u násypky nesmí být příliš vysoká, aby nedošlo k předčasnému natavení a následnému spečení granulí. Proto se část tavící komory, která přiléhá k násypce, chladí. Tavící komora je zakončena tryskou, která zajišťuje spojení mezi komorou a formou. Trysky se konstruují buď jako uzavíratelné nebo jako otevřené, které se otevřou pouze při dosedu vstřikovací jednotky na formu. Martin Seidl 26 Teoretická část

26 Uzavírací jednotka stroje (viz obr. 2.20) zajišťuje pevné uzavření formy během jejího plnění a všechny pohyby formy nutné k vyhození hotového výrobku z formy. Pro vyšší bezpečnost uzavření formy jsou dnes součástí formy mechanické zámky. Vstřikovací stroje používají různé uzavírací systémy, např. hydraulické, mechanické, kombinované nebo elektrické. Vstřikovací a uzavírací jednotky mají vůči sobě určité umístění. Nejčastější uspořádání u vstřikovacích strojů je horizontální poloha Obr 2.20: Uzavírací jednotka vstřikovacího stroje: vstřikovací i uzavírací 01-rám stroje, 02-pevná upínací deska, 03-vedení jednotky, typické pro upínacích desek, 04- Flex-link, 05-mechanický nebo vstřikování na dělící magnetický systém upínání forem, 06-pohon /9/ rovinu vstřikovací formy. Ovládání obou jednotek zajišťuje řídící a regulační systém, který zabezpečuje poloautomatický, případně plně automatický provoz stroje. Systém také samočinně dodržuje nastavené technologické parametry, k nímž patří teplota vstřikované hmoty, vstřikovací tlak, rychlost vstřikování, teplotu formy a časové rozčlenění celého vstřikovacího cyklu. 2.3 Nástroje pro vstřikování termoplastů /1/, /5/, /7/, /8/, /12/, /13/ Vstřikovací forma (viz obr. 2.21), jinak nazývaná nástroj pro vstřikování termoplastů, musí odolávat vysokým tlakům, musí poskytovat výrobek o přesných rozměrech, musí umožnit snadné vyjmutí výrobku a musí pracovat automaticky po celou dobu své životnosti. Vstřikovací formy je možno rozdělit podle násobnosti na jednonásobné a vícenásobné, podle konstrukčního řešení na dvoudeskové, třídeskové, vytáčecí, čelisťové, apod. a podle konstrukce vstřikovacího stroje na formy se vstřikem kolmo na dělící rovinu a na formy se vstřikem do dělící roviny. Martin Seidl 27 Teoretická část

27 Každá vstřikovací forma se skládá z dílů vymezujících tvarovou dutinu, z vtokového, temperančního a vyhazovacího systému, z upínacích a vodících elementů. Jednotlivé části vstřikovacích forem lze rozdělit na části konstrukční a části funkční. Konstrukční části zabezpečují správnou činnost nástroje a funkční části se stýkají s tvářeným materiálem a udělují mu požadovaný tvar. Vtokový systém je systém kanálů a ústí vtoku, které musí zajišťovat správné naplnění dutiny formy, snadné oddělení a vyhození vtokového zbytku. Konstrukční řešení vtokového systému závisí na konkrétním tvaru výstřiku, na násobnosti formy a zda je vtoková soustava konstruována jako studený nebo horký rozvod. Obr. 2.21: Schéma vstřikovací formy. /12/ Martin Seidl 28 Teoretická část

28 Studený vtokový systém je využíván především u jednonásobných forem a patří sem např. tunelový vtok, kuželový vtok nebo bodový vtok, který umožňuje odtrhávání vtokového zbytku přímo ve formě. Z hlediska vyplňování dutiny formy je třeba, aby ústí vtoku zatuhlo až po dokonalém zaplnění dutiny, jinak bude výrobek nedostříknutý nebo s propadlinami. Na rozdíl od studeného vtokového systému je horký vtokový systém bezodpadový a zajišťuje stálou teplotu rozváděné taveniny plastu. Je využíván především u vícenásobných forem. Vyústění horkého vtokového systému může být uzavíráno např. jehlou, viz obr Typickým představitelem Obr. 2.22: Schéma formy s horkým vtokovým systémem horkého vtokového a trysky s uzavíratelnou jehlou. /13/ systému uzavíraného jehlou je kaskádové vstřikování, viz kapitola Horký vtokový systém tvoří rozváděcí blok, který zajišťuje rozvod taveniny od trysky až k dutině formy a udržuje taveninu v tekutém stavu. U systémů s ohřívaným ústím vtoku je teplo do ústí vtoku přiváděno buďto torpédem, ve kterém je uloženo topné těleso, nebo odporovým topením umístěným kolem trysky. Použití horkého vtokového systému umožňuje prodloužení doby vstřikovacího cyklu, aniž by došlo ke ztuhnutí taveniny v ústí vtoku. V případě předkomůrkového vstřikování se využívá rozváděcích kanálů s větším průřezem. Vytvoří se ztuhlá vrstva v místě kontaktu plastu se vstřikovací formou a ta izoluje a udržuje jádro v tekutém stavu. Temperační systém je systém kanálů a dutin, umožňujících přestup a prostup tepla z taveniny do formy a temperovací kapaliny, čímž je umožněno chlazení výstřiku ve formě. Temperační médium protéká soustavou kanálů. Ideálního stavu by bylo Martin Seidl 29 Teoretická část

29 dosaženo, pokud by hmota ve formě chladla ve všech místech stejnou rychlostí. Temperační systém bývá rozdělen do dílčích okruhů a jsou konstruovány tak, aby rozdíl teplot temperační kapaliny na vstupu a na výstupu byl maximálně 3 až 5 C. Při ochlazování se výrobky smršťují a zůstávají na tvarových součástech formy, a proto vstřikovací forma obsahuje i různé mechanismy pro vyhazování výstřiků. Nejčastější je mechanický způsob vyhazování výstřiků, dále se používají systémy pneumatické, hydraulické a jejich vzájemná kombinace. Výpočet vyhazovacích sil vychází z měrných tlaků mezi formou a výstřikem, z teplotní závislosti koeficientu tření mezi oběmi plochami a z rozměrů výstřiku. Vyhazovací mechanismus tvoří válcové, trubkové a ploché vyhazovače, vyhazovací desky s vodícími sloupky, tyčemi a pouzdry, omezovače zdvihu a vzduchové ventily. Součástí vyhazovacího mechanismu mohou být i speciální vyhazovací systémy, jako je vytáčecí. Odvzdušnění tvarové dutiny vstřikovací formy zabraňuje nedokonalému vyplnění tvarové dutiny taveninou plastu a nebezpečnému zvýšení tlaku, poklesu pevnosti v místech studených spojů nebo uzavírání vzduchu, které může vést až ke spálení materiálu, tzv. diesel efektu. Intenzivní odvod vzduchu z tvarové dutiny formy zajišťují netěsnosti v dělící rovině a systém odvzdušňovacích kanálků. Odvzdušnění má být provedeno v dělící rovině na protilehlém místě vtoku. Funkční části formy jsou vyráběny především z nástrojové oceli a patří mezi ně tvárník, tvárnice, různé tvarové vložky a stírací pouzdra. Funkci nosné konstrukce a ovládacích mechanismů formy plní konstrukční části formy. Jsou to hlavně deskovité součásti a vodící a spojovací prvky z nelegovaných, případně nízkolegovaných ocelí. Dále sem patří ovládací mechanismy užívané pro řízení mechanických pohybů částí formy. Ovládání je zajištěno řetězovými, hydraulickými nebo pneumatickými tahači a různými mechanickými pohony. 2.4 Měření tlaku v dutině formy /6/ Pro úplnou kontrolu nad řízením vstřikovacího cyklu je nutnost monitorovat velké množství průběhů a hodnot různých technologických veličin, aby bylo pro danou technologii dosaženo nejvyšší možné kvality výrobků. Mezi tyto veličiny patři i tlak v dutině formy, jehož sledování umožňuje odhalit různé možné zdroje nepříznivých vlivů, které jsou příčinou snížení fyzikálních a mechanických vlastností vlastního výstřiku. Měření tlaku v dutině vstřikovací formy nám umožňuje sledovat vliv nastavení Martin Seidl 30 Teoretická část

30 ostatních parametrů na průběh tohoto tlaku. Pomocí hodnot tlaku uvnitř dutiny formy je možno i přepínat z fáze vstřikování na dotlakovou fázi Metody měření tlaku v dutině formy /6/, /14/ Nejvýhodnější z hlediska přesnosti naměřených hodnot a jednoduchosti převodu a uchovávání dat pomocí počítače je převod tlaku na elektrické impulzy s využitím hlavně piezoelektrických, ale i tenzometrických snímačů, viz kapitola Pro měření tlaku uvnitř vstřikovací formy existují dva hlavní způsoby měření a těmi jsou přímé a nepřímé měření tlaku, viz obr U přímého měření tlaku jsou snímače v přímém kontaktu s taveninou uvnitř vstřikovací formy a svou aktivní plochou kopírují povrch dutiny formy. Snímače pro přímé měření tlaku musí odolávat vysokým teplotám taveniny a tudíž jsou na ně Obr. 2.23: Způsoby měření tlaku uvnitř dutiny formy přímou a nepřímou metodou. /14/ kladeny mnohem vyšší nároky, než na snímače nepřímého měření, což je prodražuje, a proto je v praxi preferováno nepřímé měření tlaku. V případě nepřímého měření (viz obr. 2.23) tlaku jsou snímače umístěny mimo dutinu vstřikovací formy, takže není Martin Seidl 31 Teoretická část

31 v přímém kontaktu s taveninou. Ve většině případů je snímač tlaku umístěný ve vyhazovací desce vstřikovací formy a tlak taveniny je přenášen vyhazovacími kolíky Druhy snímačů /14/, /15/, /16/ Pro měření tlaku uvnitř dutiny vstřikovací formy se využívá především tří typů snímačů a to piezoelektrické, piezorezistivní a tenzometrické snímače. U piezoelektrických senzorů (viz obr. 2.24) tlaku vyvolává tlaková síla F deformaci piezoelektrického elementu, což vede k polarizaci elementu a dochází na elektrodách ke vzniku náboje, který je úměrný tlaku. Tlak je přiváděn na tuhou střední část membrány, která současně zajišťuje počáteční mechanické Obr. 2.24: Schéma piezoelektrického senzoru. /16/ předpětí. Z piezoelektrických materiálů, které dělíme na krystalické, keramické a polymerové, se u snímačů tlaku nejčastěji používá křemen (SiO 2 vyráběný v současnosti uměle). Použití je omezené teplotou (Courierovou), při níž dochází ke ztrátě piezoelektrických vlastností. K hlavním výhodám piezoelektrických snímačů tlaku patří jejich malé rozměry, nízká hmotnost a široké frekvenční pásmo. K nevýhodám patří teplotní závislost, obtížnější zpracování signálů a potřebné speciální kabely (vysokoohmové vstupy zesilovačů). Piezorezistivní odporové snímače (viz obr. 2.25) jsou založeny na změně Obr : Schéma peizorezistivního snímače. /16/ Martin Seidl 32 Teoretická část

32 odporu vodiče způsobené jeho deformací, resp. jeho mechanickým namáháním. Měřicí odpory jsou uspořádány do Wheatsonova můstku a snímají napětí deformačního členu, jímž je zpravidla membrána ve tvaru desky. Měřicím členem piezorezistivních snímačů je mechanicky namáhaná destička z vysokoodporového křemíku. Monokrystalický křemík je modifikován příměsí stopových prvků (akceptorů) tak, že jeho měrný odpor je výrazně závislý na mechanickém namáhání. Křemíková měřicí destička je obvykle připájena na nosnou destičku ze skla, která je posléze nalepena na kovovou podložku ze speciální slitiny se shodnou teplotní roztažností. Piezorezistivní čidla jsou dlouhodobě stabilní, poskytují vysoký využitelný signál a mají velmi dobrou reprodukovatelnost měření. Tenzometry, zobrazené na obr. 2.26, se vyrábějí ve dvou základních provedeních, a to v kovovém a polovodičovém (z křemíku). Tyto dva typy nelze navzájem porovnávat, protože každý z nich má své optimální využití. Kovové i polovodičové tenzometry napájené stejnosměrným nebo střídavým proudem mění ohmický odpor, jsou-li vystaveny mechanické deformaci způsobené měřenou veličinou. U kovových tenzometrů je změna ohmického odporu Obr : Fóliové mřížky kovových způsobena změnou průřezu drátu tenzometrů. /15/ měřící mřížky a její délky, u polovodičových tenzometrů ve tvaru tyčinky je způsobena především změnou jejího měrného odporu, což je primární projev piezorezistentního jevu (viz piezorezistivní odporové snímače). Kovové tenzometry se uplatňují tam, kde je vyžadována velká přesnost, zatímco polovodičové tam, kde je třeba velká citlivost, která umožňuje použít je v senzorech miniaturních rozměrů s vysokou tuhostí měřícího členu. Tenzometry určené pro přesná měření jsou zapojovány do můstkových obvodů. Další možností, jak monitorovat tlak uvnitř dutiny formy je sledováním průběhu a velikosti uzavírací síly během vstřikovacího cyklu. Základem této metody je pozorování prodloužení vodícího sloupku vstřikovací formy. Tento přístup k měření tlaku uvnitř vstřikovací formy je ale spíše teoretický a v praxi se nevyužívá. Martin Seidl 33 Teoretická část

33 3. Experimentální část Záměrem zadavatele této diplomové práce společnosti Cadence Innovation - Libáň a zároveň i cílem experimentální části je porovnání dvou metod plnění a dotlaku u technologie vstřikování. V současné době společnost Cadence Innovation ve výrobě používá technologii klasického kaskádové vstřikování a výsledky a závěry této diplomové práce mají pomoci při rozhodnutí, zda přejít u vybraných dílů z technologie klasického kaskádového vstřikování na technologii vstřikování pomocí systému Dynamic Feed. Základní hypotézou aplikace je zvýšení stability vstřikovacího procesu a tím i zvýšení užitných vlastností vstřikovaných dílů pomocí technologie využívající systému Dynamic Feed. K analýze obou technologií bylo využito vyhodnocení průběhů vnitřního tlaku, systémového tlaku a vlastností výstřiku. Konečné rozhodnutí o zavedení nové technologie do výroby je z velké části také ovlivněno ekonomickým faktorem. Kromě vysokých nákladů, vynaložených na nákup nové technologie, zahrnuje celková investice i náklady na přestavbu forem a tedy na konečnou aplikaci systému Dynamic Feed. Tyto výdaje může vyvážit pouze zvýšení efektivnosti práce za dodržení minimálně stejné kvality finálních výrobků. 3.1 Vybraný plastový díl /17/ Největším odběratelem produktů společnosti Cadence Innovation je firma Škoda Auto se sídlem v Mladé Boleslavi. Měření bylo prováděno na zadních dveřních Obr. 3.1: Škoda Roomster. /17/ výplních automobilu Škoda Roomster (viz obr. 3.1). Family nástroj obsahuje čtyři tvarové dutiny, což umožňuje na jeden zdvih vstřikovacího stroje výrobu levé zadní Martin Seidl 34 Experimentální část

34 dveřní výplně a levé kapsy a současně zrcadlově konstruované pravé zadní dveřní výplně a pravé kapsy (viz obr. 3.2). K jejich následné kompletaci je využito ultrazvukového svařování. Předepsaná hmotnost je pro měřený díl 1247 ± 20 g v případě dveřní výplně a v případě kapsy je hmotnost 123 ± 5 g. Aby bylo možno dveřní výplň namontovat na konstrukci dveří, je výrobek opatřen retainery na nevzhledové straně. Kapsa je na téže straně vyztužena žebry, která zabraňují jejímu zkroucení. Na vzhledové straně kapsy i dveřní výplně je jemný dezén. Obr. 3.2: Pravá a levá zadní dveřní výplň s kapsami v barvě Onyx. 3.2 Materiál /1/, /2/, /18/ Díly byly vstřikovány z polypropylenu Daplen EE 137 HP dodávaný firmou Borealis, obohacený 10-ti % minerálních plniv, resp. talku. Polypropylen, jehož strukturní vzorec je na obr. 3.3, je semikrystalický termoplast a řadí se spolu s polyetylénem mezi polyolefíny, které se vyznačují velmi nízkou hustotou a navzdory nižší pevnosti a tuhosti i velkou houževnatostí. Snáší teploty až kolem 120 C a k jeho tání dochází při [-CH 3 -CH-] n teplotách 160 až 170 C. Dobře odolává CH kyselinám, zásadám a při teplotě 20 C i 3 organickým rozpouštědlům. Působením Obr. 3.3: Strukturní vzorec polypropylenu. povětrnostních účinků křehne. Zlepšení mechanických, chemických i fyzikálních vlastností je možné dosáhnout modifikací čistého polypropylenu různými plnivy. V automobilovém průmyslu jsou z polypropylenu vyráběny především díly tvořící interiér vozů. Z exteriérových dílů automobilů se z polypropylenu vyrábějí např. nárazníky. Martin Seidl 35 Experimentální část

35 Granulát je dodáván v přírodním zabarvení a je sušen při teplotě 80 C po dobu 2 hodin. Konečnou barvu výstřiku dodávají masterbatche, které jsou k polypropyleny přidávány ve směšovacím zařízení vstřikovacího stroje, zobrazeném na obr V experimentu této diplomové práce jsou sledovány i vlivy různých druhů masterbatchů a množství regranulátu na průběh tlaku uvnitř dutiny formy. Do výše uvedeného PP byly použité masterbatche Onyx F/PP (viz obr. 3.2) a Silbergrau F/PP (viz obr. 3.5), které jsou dodávány společností Lifocolor. Výsledná směs obsahuje 97 % polypropylénu a 3 % masterbatche. Různá barviva však nemají zásadní vliv na reologické vlastnosti taveniny, což potvrdilo měření indexu toku taveniny, viz. tab Při přidávání regranulátu tvoří výslednou směs 70 % polypropylénu a 30 % regranulátu. Vybrané parametry polypropylenu Daplen EE 137 HP jsou uvedeny v tabulce 3.1. Vzájemné porovnání vybraných parametrů polypropylenu Daplen EE 137 HP a směsi tvořené polypropylénem a regranulátem je v tab Obr. 3.4: Stroj Engel Duo se směšovacím zařízením. Martin Seidl 36 Experimentální část

36 Obr. 3.5: Pravá a levá zadní dveřní výplň v barvě Silbergrau. Tab. 3.1: Materiálová data polypropylenu Daplen EE 137 HP. /18/ VLASTNOST Jednotka Hodnota Norma Hustota kg/m ISO 1183 Index toku taveniny při 230 C zátěži 2,16 kg g/10min 11,0 ISO 1133 Index toku taveniny při 230 C zátěži 5,0 kg g/10min 42,0 ISO 1133 Smrštění % 0,95 ISO MECHANICKÉ VLASTNOSTI Pevnost v tahu MPa 21,0 ISO 527-1, -2 Modul pružnosti v tahu při 23 C MPa 1600 ISO 527-1, -2 Modul pružnosti v ohybu při 23 C MPa 1500 ISO 178 Vrubová houževnatost metoda Charpy Při teplotě 20 C kj/m 2 3,6 ISO 179 Při teplotě 23 C kj/m 2 22,0 ISO 179 Rázová houževnatost metoda Charpy Při teplotě 20 C kj/m 2 66,0 ISO 179 Při teplotě 23 C kj/m 2 NB ISO 179 TEPLOTNÍ VLASTNOSTI Teplotní odolnost dle Vicata A50 (50 C, h 10N) C 132 ISO 75B-1, -2 Teplotní odolnost dle Vicata B50 (50 C, h 10N) C 98,0 ISO 75A-1, -2 Teplota tání C Teplota formy C 30,0-50,0 - Martin Seidl 37 Experimentální část

37 Tab. 3.2: Vliv regranulátu na vybrané vlastnosti polypropylenu Daplen EE 137 HP. VLASTNOST Jednotka PP Daplen EE 137 HP PP Daplen EE 137 HP + 30 % regranulátu Norma MFR g/10 min 16,6 15,4 ISO 1133 (230 C, 2,16 kg) Modul pružnosti ISO 178 v ohybu při 23 C MPa Pevnost v tahu MPa 21,0 20,1 ISO 527-2/1B/50 Vrubová houževnatost - metoda Charpyho Při tepltě 23 C kj/m 2 22,0 27,7 ISO 179/1eA Rázová houževnatost metoda Charpy Při teplotě 23 C kj/m 2 N.B. N.B. ISO 179/1eU Tab. 3.3: Vliv masterbatchů na reologické vlastnosti polypropylenu Daplen EE 137 HP. VLASTNOST Jednotka PP Daplen EE 137 HP PP Daplen EE 137 HP + 3 % onyx F/PP PP Daplen EE 137 HP + 3 % silbergrau F/PP Norma MFR g/10 min 16,606 16,971 17,354 ISO Vstřikovací forma /3/ Pro experiment byl systém Dynamic Feed zabudován do family nástroje, který je určen pro vstřikování zadních dveřních výplní automobilů Škoda Roomster. Pojmem family nástroje jsou označovány vstřikovací formy, které obsahují minimálně dvě různé tvarové dutiny. Na jeden zdvih stroje jsou vyrobeny výstřiky, resp. jednotlivé členy sestavy, které po kompletaci tvoří jeden celek. Příkladem je family nástroj, který je uzpůsoben pro vstřikování předního a zadního krytu mobilních telefonů. Vstřikovací forma použitá v experimentu diplomové práce má čtyři tvarové dutiny (viz obr. 3.6 a 3.7) a vstřikované díly byly již popsány v kapitole 3.1. Systém Dynamic Feed zabudovaný v horkých rozvodech je možno jednoduchou úpravou přestavit na konvenční kaskádové vstřikování. Průběh této úpravy je popsán v kapitole Martin Seidl 38 Experimentální část

38 Technická univerzita v Liberci Diplomová práce Obr. 3.6: Pohyblivá část vstřikovací formy. Obr. 3.7: Pevná část vstřikovací formy. Martin Seidl 39 Experimentální část

39 Při plnění dutiny formy nejsou využity všechny vtoky horkých rozvodů (viz obr. 3.8) a to vtoky č. 4 a 9. Vstříknutí pravé dveřní výplně zajišťují vtoky č. 1, 2 a 3, zatímco dutinu levé dveřní výplně plní vtoky č. 6, 7 a 8. Vtoky č. 5 a 10 zajišťují plnění kapes dveřních výplní. Celková hmotnost vstřikovacího nástroje je kg. Chlazení formy zajišťuje temperační systém od společnosti Remak, který nese označení PulseTemp. Systém pracuje v modu regulace, tedy zajišťuje regulaci teploty temperačního média v každém okruhu zvlášť. V pevné i v pohyblivé části formy je 10 temperačních okruhů a temperačním médiem je voda. Teplota vody je u pohyblivé části formy nastavena na hodnotu 45 C a voda v pevné části formy je nastavena na 35 C. Obr. 3.8: Rozmístění trysek horkého rozvodu v dutině formy. /3/ Úprava formy Jednotlivé kroky úpravy formy jsou zdokumentovány na obr Horké vtoky byly po sundání vstřikovací formy ze stroje zpřístupněny odmontováním kotevní desky. V dalším kroku byl odebrán z hydraulického válce snímač polohy jehly. Kompletně demontovaný hydraulický válec regulující průtok taveniny v systému Dynamic Feed je zobrazen na obr. 3.9, krok E. Martin Seidl 40 Experimentální část

40 Principem přestavby systému Dynamic Feed na konvenční kaskádové vstřikování je vložení vymezovacího kroužku, zobrazeného na obr. 3.9, krok E, do hydraulického válce k pístu ovládajícímu jehlu uzavíratelného vtoku. K úplnému uzavření vtoku u systému Dynamic Feed dochází v krajních polohách ventilu a plné proudění taveniny je dosaženo v momentu, kdy je píst v poloze odpovídající 40-ti % celé jeho dráhy. S distančním kroužkem se píst může pohybovat pouze v rozmezí 0 40 % původní dráhy. Na začátku dráhy pístu je vtok uzavřen a v druhé krajní poloze pístu je vtok otevřen. Pohyb pístu pouze mezi těmito dvěma krajními polohami bez možnosti další regulace je charakteristický pro technologii konvenčního kaskádového vstřikování. Obr 3.9: Postup přestavby systému Dynamic Feed na konvenční kaskádové vstřikování ve vstřikovací formě: A) sundání vstřikovací formy ze stroj, B) odejmutí kotevní desky, C) rozváděcí deska, D) pohled na kompletní vstřikovací systém, E) jednotlivé díly vstřikovacího systému. Martin Seidl 41 Experimentální část

41 3.4 Vstřikovací stroj Engel /9/ Pro experimentální měření byl společností Cadence Innovation poskytnut stroj se dvěma vstřikovacími jednotkami Engel Duo 18000H / 18000H / 3200 (viz obr. 3.10) určený pro výrobu velkoplošných výstřiků. Dvě vstřikovací jednotky, nesoucí označení 18000H, umožňují rychlou výměnu materiálu bez nutnosti čekání na přestříknutí tavící komory, čehož je využito především v sériové výrobě. Technické parametry vstřikovacího stroje Engel Duo jsou uvedeny v tabulce 3.4. Odebírání výrobků z formy zajišťuje manipulátor, který výstřiky následně přemísťuje na dopravník. Funkci manipulátoru má na stroji využitého k experimentu angulární robot KR C2 společnosti Kuka s řízením od firmy Remak. Tab. 3.4: Vybrané technické parametry vstřikovacího stroje Engel Duo 18000H / 18000H / /9/ UZAVÍRACÍ JEDNOTKA Uzavírací síla kn Dráha otevírání mm Velikost upínacích desek (v x š) 2710 x 3130 mm Světlost mezi sloupky (v x š) 1800 x 2240 mm Max. hmotnost nástroje kg Dráha vyhazovače 400 mm Síla vyhazovače 400 kn VSTŘIKOVACÍ JEDNOTKA č.1 Průměr šneku 135 mm Dráha dávkování 645 mm Max. objem zdvihu 9230 cm 3 Max otáčky šneku 85 r/min Plastikační výkon 117 g/sec VSTŘIKOVACÍ JEDNOTKA č.2 Průměr šneku 135 mm Dráha dávkování 645 mm Max. objem zdvihu 9230 cm 3 Max otáčky šneku 85 r/min Plastikační výkon 117 g/sec Martin Seidl 42 Experimentální část

42 3.4.1 Nastavení technologických parametrů na stroji při vstřikování konvenční kaskádou Technologické parametry jsou na vstřikovacím stroji Engel Duo nastaveny prostřednictvím řídící a regulační jednotky. Obr. 3.10: Vstřikovací jednotky vstřikovacího stroje Engel Duo 18000H / 18000H / 3200 a robot KR C2 ABB ve vyčkávací poloze. Obr. 3.11: Vstřikovací profil nastavený pro vstřikování konvenčními kaskádami. Martin Seidl 43 Experimentální část

43 Systémový tlak je tlakem kapaliny v hydraulickém obvodu vstřikovací jednotky a zajišťuje dosažení potřebné vstřikovací rychlosti taveniny. Průběh systémového tlaku stroje vyplývá z nastavení vstřikovacího profilu. Na moderních strojích určuje vstřikovací profil zvolený průběh vstřikovací rychlosti na dráze šneku (viz obr. 3.11). Dalším nastavitelným parametrem je maximální přípustný tlak, který systémový tlak během vstřikování nesmí překročit. Přepnutí na dotlak je řízeno dráhou šneku a průběh dotlaku je dán nastaveným dotlakovým profilem (viz obr. 3.12). Hodnoty jednotlivých technologických parametrů jsou uvedeny v tabulce 3.5. Tab. 3.5.: Nastavené technologické parametry na stroji při vstřikování konvenčni kaskádou. TEPLOTY [ C] Pod násypkou 50 Válec Špička 265 Horký rozvod Uzavírací síla Vstřikovací tlak Dotlak TLAKY [bar] 45x kn dle nastaveného vstřikovacího profilu dle nastaveného dotlakového profilu ČASY [s] Vstřik 6,9 Dotlak 8,0 Plastikace 19,1 Doba chlazení 25,0 Cyklus 74,0 DRÁHY [mm] Plastikace 300 Polštář 32 Martin Seidl 44 Experimentální část

44 Obr. 3.12: Dotlakový profil nastavený pro vstřikování konvenčními kaskádami Nastavení technologických parametrů na stroji při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Průběh nastavení vstřikovacího profilu u systému Dynamic Feed je zobrazen na obr a nastavený dotlakový profil zachycuje obr Nastavení vstřikovacího profilu na stroji ani skutečný průběh systémového tlaku nemá nijak významný vliv na samotný proces vstřikování. Zásadní u systému Dynamic Feed je nastavení referenčních křivek na jednotlivých tryskách horkého rozvodu, které je zobrazeno na obr Stroj Obr. 3.13: Vstřikovací profil nastavený na stroji pro vstřikování pomocí systému Dynamic Feed. Martin Seidl 45 Experimentální část

45 slouží pouze jako dodavatel natlakované taveniny, přičemž tlak taveniny musí být vyšší, než je tlak nastavený na tryskách horkého rozvodu. Nastavení je možno provést na PID regulátoru, který není integrován ve stroji. Průběh referenčních křivek je dán velikostí tlaku v závislosti na čase. Otevírání jednotlivých trysek horkého rozvodu je řízeno časem, zatímco u konvenčního kaskádového vstřikování je otevírání kaskád řízeno dráhou šneku. Další technologické parametry jsou uvedeny v tabulce 3.6. Tab. 3.6.: Nastavené technologické parametry na stroji při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed. TEPLOTY [ C] Pod násypkou 50 Válec Špička 265 Horký rozvod Uzavírací síla Vstřikovací tlak Dotlak TLAKY [bar] 45x kn dle nastaveného vstřikovacího profilu dle nastaveného dotlakového profilu ČASY [s] Vstřik 7,4 Dotlak 8,0 Plastikace 18,5 Doba chlazení 25,0 Cyklus 75,0 DRÁHY [mm] Plastikace 300 Polštář 32 Martin Seidl 46 Experimentální část

46 Obr. 3.14: Dotlakový profil nastavený na stroji pro vstřikování pomocí systému Dynamic Feed. Obr. 3.15: Referenční křivky nastavené na tryskách horkého rozvodu. Martin Seidl 47 Experimentální část

47 3.5 Tlakový snímač /14/ Průběh tlaku uvnitř dutiny formy je měřen přímou metodou (viz kapitola 2.4.1). Pro měření tlaku v dutině formy byl použit tlakový snímač 6151 C (viz obr. 3.16), který vyrábí firma Kistler a jeho technické parametry jsou uvedeny Obr. 3.16: Piezoelektrický tlakový snímač v tabulce 3.7. Snímač pracuje na 6151 C./14/ piezoelektrickém principu (viz kapitola 2.4.2) a je umístěn z nevzhledové strany výrobku, protože i přes precizní zabudování snímače do formy zanechává na povrchu výstřiku stopy. Průběhy tlaků uvnitř dutiny formy jsou zaznamenávány pouze pod mřížkou reproduktoru na pravé zadní dveřní výplni (viz obr. 3.17). Výchozím předpokladem experimentálního měření byl stejný průběh plnění dutiny formy u symetrické levé dveřní výplně. Obr. 3.17: Poloha tlakového snímače umístěného na nevzhledové straně pravé zadní dveřní výplně. Martin Seidl 48 Experimentální část

48 Tabulka 3.7.: Technické parametry tlakového snímače 6151 C. /14/ Rozsah bar Max. přetížení bar Citlivost 9,4 pc/bar 3.6 Zpracování výsledků měření Použitím obou technologií byl díl vstřikován ve třech různých variantách, v každé po 35-ti zdvizích. Jednotlivé varianty se od sebe lišily buď druhem použitého barviva nebo přidáním regranulátu k základnímu materiálu, viz kapitola 3.1. Při vzájemném porovnávání průběhů vnitřních a systémových tlaků naměřených při vstřikování konvenční kaskádou a technologií využívající systému Dynamic Feed jsou pro přehlednost zobrazeny pouze střední hodnoty jednotlivých průběhů, které jsou zobrazeny plnými čarami. Přerušované čáry ohraničují oblast o velikosti ±3 σ, kde σ je směrodatná odchylka. Střední hodnota a její směrodatná odchylka se využívá k vyjádření náhodných veličin a jsou to hlavní parametry Gaussova normálního rozdělení. Pravidlo tří sigma určuje v tomto případě pásmo, ve kterém se naměřené průběhy vnitřních a systémových tlaků jednotlivých zdvihů pohybují s pravděpodobností 99,73 %. Jednotlivé průběhy vnitřních a systémových tlaků jsou popsány v následujících kapitolách Vyhodnocení vnitřních tlaků při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Jednotlivé průběhy vnitřních tlaků jsou zobrazeny na obr. 3.18, 3.19 a Po uzavření a uzamknutí formy následuje vstřikovací fáze vstřikovacího cyklu. Moment nárůstu vnitřního tlaku je ovlivněn umístěním snímače tlaku. Pokud není měřící bod přímo v místě ústí vtoku je počátek zaznamenávání průběhu tlaku uvnitř dutiny formy posunut o dobu, za níž tavenina k měřícímu bodu doteče, viz. kapitola Vlivem dráhy, kterou musí tavenina od ústí vtoku k měřícímu bodu překonat, je i ztráta Martin Seidl 49 Experimentální část

49 rychlosti a tlaku na čele taveniny a proto i maximální hodnoty vnitřního tlaku jsou nižší, než by byly naměřeny v ústí vtoku. Obr. 3.18: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Onyx. Obr. 3.19: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Silbergrau. Martin Seidl 50 Experimentální část

50 V okamžiku, kdy vnitřní tlak dosáhne hodnoty přibližně 30-ti barů, dochází k jeho skokovému nárůstu. K narušení jinak lineárního průběhu vnitřního tlaku dochází v momentu otevření zbylých dvou trysek. Otevření trysek horkého rozvodu číslo 2 a 3 vede k uvolnění natlakované taveniny do dutiny formy, což způsobí mírný kmit v průběhu vnitřního tlaku, ale jeho následný průběh ve fázi vstřikování je opět lineární. Další pokles vnitřního tlaku následuje až v okamžiku ukončení vstřikovací fáze a přepnutí na dotlak v čase 7,4 sekund. Systém Dynamic Feed zajišťuje jemnou korekcí vstřikovacího tlaku na trysce minimální rozptyl křivek jednotlivých zdvihů při přepnutí na dotlakouvou fázi vstřiku, což je patrné z obr. 3.18, 3.19 a Nárůst tlaku uvnitř dutiny formy na začátku fáze dotlaku je dán průběhem referenčních křivek nastavených na tryskách horkých rozvodů systému Dynamic Feed. Maximální hodnota vnitřního tlaku je rovna přibližně 250-ti barům, což odpovídá maximu ve fázi vstřikování a je jí dosaženo za 10 sekund od začátku vstřikování. Po 2 sekundách působení dotlaku dochází ke značnému rozptylu průběhů vnitřních tlaků jednotlivých zdvihů. Příčinou tohoto rozchodu jednotlivých průběhů je patrně pseudoplastické chování taveniny nebo vliv minerálního plniva. V čase 15,4 sekund je dotlaková fáze ukončena a následuje plastikace nové dávky, chlazení, otevření formy a manipulační operace. Obr. 3.20: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 51 Experimentální část

51 3.6.2 Vyhodnocení vnitřních tlaků při vstřikování konvenční kaskádou Průběh vnitřního tlaku se až na pokles v momentě, kdy vnitřní tlak dosáhne u konvenční kaskády 150-ti barů (viz obr. 3.21, 3.22 a 3.23) ve fázi vstřikování více podobá ideálnímu průběhu a nemá zcela lineární charakter, kterým se vyznačuje průběh vnitřního tlaku dosaženého s využitím systému Dynamic Feed. Tlak v dutině formy je dán pouze tlakem, který vyvodí na taveninu čelo šneku uvnitř tavící komory, označovaným jako vnější tlak. Každá změna systémového tlaku, resp. tlaku vnějšího, se přímo projeví na průběhu tlaku vnitřního. Vliv na průběh tlaku uvnitř dutiny formy má i následek otevření kaskád, které vyvolá mírný tlakový skok ve vstřikovací fázi. Z grafů vyplývá, že po uvolnění natlakované taveniny v tryskách se vnitřní tlak vyrovnává a pokračuje v ustáleném průběhu bez dalších vlivů tohoto výkyvu. Při přepnutí vstřikovací fáze na dotlakovou se u konvenční kaskády projeví chybějící regulace toku taveniny nejvíce. V momentu přepnutí na dotlak dochází k rozptylu průběhů jednotlivých zdvihů. Je to způsobeno pseudoplastickým chováním taveniny nebo vlivem plniva na tekutost nebo postupným chladnutí čela taveniny anebo poklesem vstřikovací rychlosti. Sytém Dynamic Feed byl schopen tyto výkyvy u jednotlivých zdvihů eliminovat. Obr. 3.21: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí konvenčních kaskád, barva Onyx. Martin Seidl 52 Experimentální část

52 Obr. 3.22: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí konvenčních kaskád, barva Silbergrau. Na rozdíl od vstřikování pomocí systému Dynamic Feed dochází k mírné oscilaci systémového tlaku i ve fázi dotlaku, ale i přesto je možné ho považovat za konstantní. Obr. 3.23: Průběh tlaku uvnitř dutiny formy při vstřikování pomocí konvenční kaskády, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 53 Experimentální část

53 Působení systémového tlaku je příčinou pozvolného zvyšování vnitřního tlaku, až dojde k vyrovnání maximální hodnoty vnitřního tlaku dosažené ve fázi vstřikovaní. Následkem oscilace systémového tlaku je mírné zvlnění průběhu tlaku vnitřního. Během dotlakové fáze jsou průběhy vnitřních tlaků jednotlivých zdvihů v čase od 9-ti sekund do 14,9-ti sekund výrazně vyrovnanější, než tomu bylo u vstřikování pomocí systému Dynamic Feed Po ukončení fáze dotlaku následuje opět chlazení výstřiku uvnitř dutiny formy, plastikace nové dávky, otevření formy a vyhození výrobku Vyhodnocení průběhu systémového tlaku pomocí systému Dynamic Feed Nárůst systémového tlaku (viz obr. 3.24, 3.25 a 3.26) začíná hned od okamžiku počátku vstřikování. Počáteční fázi trvající, 5,8 sekund, ve které má systémový tlak rostoucí tendenci, lze rozdělit do dvou etap. Obě etapy mají téměř lineární charakter, ale odlišují se strmostí přírůstku hodnot (směrnicí přímky). Hraniční bod mezi oběmi etapami je dán časem 5,2 sekundy, a to jak pro oba zkoušené masterbatche, tak i pro přídavek regranulátu, kdy dle nastavení vstřikovacího profilu (viz kapitola 3.4.2) dochází k téměř 70-ti % nárůstu vstřikovací rychlosti. Obr. 3.24: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Onyx. Martin Seidl 54 Experimentální část

54 Obr. 3.25: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Silbergrau. Svého maxima dosahuje vstřikovací tlak v okamžiku, kdy dochází k otevření trysek 2 a 3. Pokles systémového tlaku odpovídá nastavenému vstřikovacímu profilu a poklesu vstřikovací rychlosti. Systémový tlak plynule klesá až na hodnotu přibližně 580-ti barů, která je postačující pro udržení nastavené vstřikovací rychlosti ve fázi dotlaku. Obr. 3.26: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 55 Experimentální část

55 V čase 15,4 sekund je ukončena fáze dotlaku a při následném poklesu systémového tlaku na nulu ho již stroj nijak nereguluje. Rozdílný průběh úbytku systémového tlaku patrně zapříčiňuje zbytková energie naakumulovaná v kapalině hydraulického obvodu Vyhodnocení systémového tlaku při vstřikování konvenční kaskádou Až do otevření obou trysek je růst systémového tlaku (viz obr. 3.27, 3.28, 3.29) rozdělen do dvou etap lineárního charakteru, každá s různou směrnicí přímky. Obě přímky se dělí v čase 5,2 sekund, což odpovídá intervalu, ve kterém dochází k trojnásobnému nárůstu vstřikovací rychlosti v nastaveném vstřikovacím profilu, viz kapitola Vyšší rychlost je zde nastavena tak, aby byl dokonale vyplněn složitější konstrukční prvek, kterým je v tomto případě mřížka reproduktoru. Obr. 3.27: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí konvenčních kaskád, barva Onyx. Po otevření trysek 2 a 3 systémový tlak prudce klesá. Dalšímu prudkému poklesu systémového tlaku a udržení nastavené vstřikovací rychlosti zabraňuje stroj skokovým zvýšením systémového tlaku. Vstřikovací fáze končí v čase 6,9 sekund. V okamžiku přepnutí vstřikovací fáze na dotlakovou systémový tlak opět prudce klesá Martin Seidl 56 Experimentální část

56 až na hodnotu přibližně 450-ti barů, kterou stroj udržuje až do ukončení dotlakové fáze. V čase 14,9 s dotlak končí a stejně jako u druhé technologie je i zde příčinou dvou rozdílných průběhů poklesu systémového tlaku naakumulovaná energie v kapalině hydraulického obvodu. Obr. 3.28: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí konvenčních kaskád, barva Silbergrau. Obr. 3.29: Průběh systémového tlaku při vstřikování pomocí konvenčních kaskád, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 57 Experimentální část

57 3.6.5 Porovnání vnitřních tlaků Vzájemné porovnání středních hodnot průběhů vnitřních tlaků je zobrazeno na obr a vzájemné porovnání průběhů tlaků uvnitř dutiny formy jednotlivých masterbatchů a regranulátu je zobrazeno na obr. 3.31, 3.32 a Časová prodleva přibližně o 0,3 sekundy nárůstu vnitřního tlaku u systému Dynamic Feed je zapříčiněna patrně mírným zbrzděním taveniny v rozváděcích kanálech nástroje. Skokový nárůst tlaku uvnitř dutiny formy způsobený otevřením trysek odpovídá u obou porovnávaných technologií času 6 sekund. Šnek urazí dráhu, která odpovídá hodnotě přepnutí na dotlak, za dobu 6,9 sekund u konvenčního kaskádového vstřikování a u systému Dynamic Feed v čase 7,4 sekund (viz obr. 3.34, 3.35, 3.36, 3.37, 3.38 a 3.39), což vyplývá z nastavených vstřikovacích profilů. Vzájemné posunutí momentu přepnutí na dotlakovou fázi u obou technologií je na obr označeno kótou 1. Okamžik Obr. 3.30: Vzájemné porovnání středních hodnot průběhů vnitřních tlaků naměřených při štrikování pomocí konvenčních kaskád a pomocí systému Dynamic Feed. Martin Seidl 58 Experimentální část

58 přepnutí u obou technologií odpovídá tlaku přibližně 250-ti barů. Po přepnutí na dotlak je minimum, na které se vnitřní tlak dostane, u konvenčního kaskádového vstřikování přibližně o 10 barů nižší než, hodnota minima dosažená systémem Dynamic Feed. Je to způsobeno striktním dodržováním referenčních křivek nastavených na tryskách horkého rozvodu a rychlejší odezvou systému Dynamic Feed na klesající systémový tlak. Dotlaková fáze trvá 8 sekund. U systému Dynamic Feed je vstřikovací fáze o 0,5 sekundy delší než u technologie vstřikování konvenční kaskádou, což způsobuje rozdílné časy ukončení dotlakové fáze. Vliv různých barviv a přidání regranulátu k základnímu materiálu na průběh tlaku uvnitř dutiny formy je minimální. Jednotlivé průběhy vnitřních tlaků ve fázi dotlaku jsou blíže popsány v kapitolách a Maximální hodnoty tlaků uvnitř dutiny formy, které jsou ve fázi dotlaku dosaženy, jsou rovny maximálním hodnotám dosaženým ve fázi vstřikování. Vzájemné posunutí maxim dosažených oběmi technologiemi ve fázi dotlaku je na obr označeno kótou 2 a rozdílné hodnoty v průbězích vnitřních tlaků při dosažení jednotlivých maxim jsou označeny kótami 3 a 4. Obr. 3.31: Průběh vnitřních tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Onyx. Martin Seidl 59 Experimentální část

59 Obr. 3.32: Průběh vnitřních tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Silbergrau. Obr. 3.33: Průběh vnitřních tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 60 Experimentální část

60 Obr. 3.34: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování konvenční kaskádou, barva Onyx. Obr. 3.35: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování konvenční kaskádou, barva Silbergrau. Martin Seidl 61 Experimentální část

61 Obr. 3.36: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování konvenční kaskádou, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Obr. 3.37: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování systémem Dynamic Feed, barva Onyx. Martin Seidl 62 Experimentální část

62 Obr. 3.38: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování systémem Dynamic Feed, barva Silbergrau. Obr. 3.39: Průběh vnitřního a systémového tlaku při vstřikování systémem Dynamic Feed, barva Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 63 Experimentální část

63 3.6.6 Porovnání systémových tlaků Průběhy středních hodnot systémových tlaků, zobrazené na obr. 3.40, jsou dány vstřikovacími profily nastavenými na stroji (viz kapitoly a 3.4.2). Systémové tlaky mají téměř stejný průběh u obou technologií (viz obr. 3.41, 3.42 a 3.43), až do momentu otevření trysek, ve kterém dochází k jejich prudkému poklesu. Maximum dosažené v čase 5,8 sekund strojem při použití systému Dynamic Feed je přibližně o 150 barů vyšší než u konvenčního kaskádového vstřikování. Tento rozdíl nemá na průběh vnitřního tlaku žádný vliv, protože je korigován na tryskách horkého rozvodu systémem Dynamic Feed. Při poklesu systémového tlaku u konvenčního kaskádového vstřikování na hodnotu odpovídající dotlaku udržuje stroj nastavený vstřikovací profil jeho skokovým nárůstem. Průběh systémového tlaku, který byl naměřen na stroji při použití systému Dynamic Feed má mnohem plynulejší přechod na hodnoty odpovídající Obr. 3.40: Vzájemné porovnání středních hodnot průběhů systémových tlaků naměřených při štrikování pomocí konvenční kaskády a pomocí systému Dynamic Feed. Martin Seidl 64 Experimentální část

64 dotlakové fázi. V oblasti dotlaku, kde jsou systémové tlaky téměř konstantní, je vzájemný rozdíl systémových tlaků znovu přibližně 150 barů. Vyšší hodnotu systémového tlaku opět koriguje systém Dynamic Feed v nástroji podle referenčních křivek nastavených na tryská horkého rozvodu. Po ukončení fáze dotlaku již nemá smysl, aby stroj nadále působil na taveninu tlakem a systémový tlak proto klesá na nulu. Vzájemné porovnávání průběhů systémových tlaků, které byly naměřeny při vstřikování oběmi technologiemi, nemá žádný zásadní význam. Při využití systému Dynamic Feed může být průběh systémového tlaku téměř jakýkoliv, pokud jeho velikost nezpůsobí příliš velké namáhání nebo degradaci materiálu. Jedinou podmínkou je, aby stroj dodával na trysky horkého rozvodu, resp. do systému Dynamic Feed, taveninu o tlaku vyšším, než je hodnota tlaku, kterou vymezují referenční křivky nastavené na jednotlivých tryskách horkého rozvodu. Obr. 3.41: Průběh systémových tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Onyx. Martin Seidl 65 Experimentální část

65 Obr. 3.42: Průběh systémových tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Silbergrau. Obr. 3.43: Průběh systémových tlaků při vstřikování konvenční kaskádou a systémem Dynamic Feed v barvě Onyx, přidáno 30 % regranulátu. Martin Seidl 66 Experimentální část

66 3.7 Shrnutí výsledků měření Porovnání obou technologií bylo prováděno na základě stability vstřikovacího procesu, resp. stability průběhů vnitřního a systémového tlaku ve vztahu k rozměrů výrobku. Na průběhy vnitřních tlaků neměla významný vliv ani změna masterbatche, resp. barvy, ani přídavek regranulátu. Vstřikovací forma se systémem Dynamic Feed byla zapojena do sériové výroby již před započetím experimentu a optimální nastavení technologických parametrů systému Dynamic Feed bylo pro experiment převzato z nastavení při sériové výrobě. Vstřikování vybraného dílu konvenční kaskádou se v sériové výrobě do období analyzování obou technologií neuskutečnilo a ideálního nastavení vstřikovacího profilu bylo proto dosaženo až v průběhu experimentu. Na průběh vnitřního tlaku u konvenčního kaskádového vstřikování má zásadní vliv vstřikovací profil nastavený na stroji. Tlak taveniny uvnitř dutiny formy se mění v přímé závislosti na tlaku vnějším, kterým působí na taveninu čelo šneku v tavící komoře. Naproti tomu u systému Dynamic Feed má na průběh tlaku uvnitř dutiny formy největší vliv nastavení referenčních křivek na jednotlivých tryskách horkého rozvodu a průběh systémového tlaku na výsledný profil tlaku vnitřního příliš velký vliv nemá. Stroj dodává do nástroje taveninu o tlaku vyšším, než je hodnota vytýčená referenčními křivkami a systém Dynamic Feed pak reguluje v reálném čase průběh tlaku na jednotlivých tryskách horkého rozvodu a přímo tak ovlivňuje průběh vnitřního tlaku. Při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed proto klesá význam systémového tlaku a vstřikovacího profilu nastaveného na stroji. I kdyby byla vstřikovací rychlost po celou dobu vstřikovacího procesu konstantní, a její hodnota by zajišťovala dostatečně veliký tlak taveniny, vznikl by dostatečně kvalitní výstřik jen regulací systému Dynamic Feed. Vzájemným porovnáváním samotných systémových tlaků naměřených při vstřikování pomocí obou technologií nedosáhneme závěrů, které by jednoznačně vypovídaly o kvalitách porovnávaných technologií. Systémový tlak napomáhá objasnit děje uvnitř dutiny formy pouze u vstřikování konvenční kaskádou. Průběh vnitřního tlaku je u systému Dynamic Feed zapříčiněn nastavením referenčních křivek na jednotlivých tryskách horkého rozvodu a u konvenčního kaskádového vstřikování je průběh tlaku uvnitř dutiny formy důsledkem průběhu vnějšího, resp. systémového tlaku. Martin Seidl 67 Experimentální část

67 Skokový nárůst vnitřního tlaku je u obou technologií zapříčiněn otevřením trysek a uvolněním natlakované taveniny. Teoretické nebezpečí spojené s tímto výkyvem by mohlo hrozit jedině tehdy, kdyby bylo přepnutí na dotlak řízeno tlakem taveniny uvnitř dutiny formy. V tomto případě by mohl skok vnitřního tlaku během fáze vstřikování vést až k předčasnému přepnutí na dotlak a k výrobě nedostříknutých zmetků. I při rozdílných průbězích vnitřních tlaků jsou si maximální hodnoty těchto tlaků dosažené jednotlivými technologiemi rovny jak ve fázi vstřikování, tak ve fázi dotlaku vstřikovacího cyklu. Celková doba trvání fáze vstřiku a dotlaku vstřikovacího cyklu je u systému Dynamic Feed delší přibližně o 0,5 sekundy. K časovému posunu mezi průběhy vnitřních tlaků obou technologií dochází již od začátku nárůstu tlaku uvnitř dutiny (viz obr. 3.30) a je zapříčiněn zřejmě mírným zpožděním otevření trysek a referenčními křivkami nastavenými na jednotlivých tryskách horkého rozvodu. Martin Seidl 68 Experimentální část

68 4. Závěr Všechny oblasti lidské činnosti se neustále rozvíjejí a zdokonalují. Nejinak tomu je i v oblasti vstřikování plastů. Snaha oslovit pokud možno co nejvíce zákazníků a prosadit se na českém, ale i celosvětovém trhu mezi velmi vyspělou a kvalitní konkurencí výrobců a dodavatelů plastových výrobků vede ke zkracování výrobních cyklů a zároveň ke zvyšování kvality výrobků, což umožňují buď technologie nové nebo různé modifikace technologií již známých. Společnost Cadence Innovation Libáň využila možnosti zvýšit svůj výrobní potenciál a konkurenceschopnost zavedením systému Dynamic Feed do výroby. Cílem této diplomové práce bylo zjistit přínos vstřikování pomocí systému Dynamic Feed a porovnat ho s původní technologií konvenčního kaskádového vstřikování. V teoretické část je zaměřena na popis technologie vstřikování a na podrobnější rozbor procesu plnění a dotlaku. Dále jsou v této často popsány metody kaskádového vstřikování a systému Dynamic Feed. Teoretická část je uzavřena popisem metod měření tlaku uvnitř dutiny formy a popisem tlakových senzorů používaných pro měření vnitřního tlaku.v experimentální části je popsán vybraný díl, materiál a vstřikovací stroj použitý pro experiment. Hlavní předností systému Dynamic Feed je možnost regulovat průtok taveniny na tryskách horkého rozvodu vstřikovacího nástroje v reálném času podle nastavených referenčních křivek. S výhodou se této přednosti využívá především u family nástrojů, které mají více tvarových dutin různých velikostí. Průběh vstřikovacího profilu nastavený na vstřikovacím stroji nemá na samotný proces vstřikování téměř žádný vliv. Vstřikovací stroj pouze dodává na trysky horkého rozvodu taveninu o tlaku vyšším, než je nastaven na jednotlivých tryskách. Naproti tomu má u konvenčního kaskádového vstřikování systémový tlak, resp. vnější tlak, zásadní vliv na průběh tlaku uvnitř dutiny formy a tím i na celý proces vstřikování. Jakákoliv změna tlaku, kterým působí čelo šneku na taveninu uvnitř tavící komory, se ihned projeví na průběhu tlaku vnitřního. Výsledky a závěry předložené diplomové práce se zakládají především na porovnání průběhů vnitřních tlaků a dále na hodnocení hledisek, které jsou uvedeny níže. Systémové tlaky nejsou v konečném hodnocení zahrnuty. Vzájemné porovnání Martin Seidl 69 Závěr

69 jejich průběhů, které byly naměřeny při použití jednotlivých technologií, postrádá smysl především s ohledem na princip, na kterém pracuje systém Dynamic Feed. 1) Porovnání vnitřních tlaků a celkového času vstřikovacího cyklu: Rozdílné průběhy tlaků uvnitř dutiny formy jsou dány technologickým nastavením. U vstřikování konvenční kaskádou vyplývá průběh vnitřního tlaku z nastavení vstřikovacího profilu na vstřikovacím stroji a nastavení otevírání jednotlivých trysek, zatímco při technologii vstřikování využívající systému Dynamic Feed je průběh tlaku uvnitř dutiny formy určen nastavením referenčních křivek na jednotlivých tryskách horkého rozvodu. Větší stabilitu především ve fázi dotlaku vstřikovacího cyklu prokázaly průběhy vnitřních tlaků naměřené při vstřikování konvenční kaskádou. Patrně vlivem mírného zpoždění otevření trysek horkého rozvodu je, oproti vstřikování konvenční kaskádou, průběh vnitřního tlaku při vstřikování pomocí systému Dynamic Feed časově opožděn a celkový čas cyklu je ve srovnání s technologií konvenčního kaskádového vstřikování o 1 sekundu delší. 2) Vliv regranulátu různých barviv na průběh vnitřního tlaku: Na reologické vlastnosti taveniny nemá přítomnost různých barviv v 3 % zastoupení ani regranulátu v 30-ti % zastoupení téměř žádný vliv. Z naměřených průběhů tlaků uvnitř dutiny formy vyplývá, že ani změna barvy ani přidání regranulátu k základnímu materiálu vstřikovací proces ve své podstatě nijak neovlivní a obě technologie vykazují nulovou citlivost na tyto změny. 3) Porovnání vzhledových vad a počtu zdvihů potřebných na přestřik taveniny uvnitř tavící komory z tmavé barvy na světlou: Nejvýznamnější vzhledovou vadou na výstřiku byly studené spoje, které byly patrny především u výrobků zhotovených technologií konvenčního kaskádového vstřikování. Optimalizací technologických parametrů byly však všechny studené spoje buď eliminovány nebo přesunuty do míst, kde vzhledově ani pevnostně vystříknutý díl nepoškozovaly. Dalšími vzhledovými vadami zaznamenanými u všech výstřiků bylo zastříknutí průchozích děr u retainerů, stopy vyhazovačů, které se prokreslily až na vzhledovou stranu (viz příloha č. 4), a oblast s lesklým dezénem, což lze přisuzovat Martin Seidl 70 Závěr

70 spíše chybám v konstrukci formy. Použité technologie na tyto vzhledové vady vliv neměly. Počet zdvihů potřebných pro přestřik tavící komory z tmavé barvy (Onyx) na světlou (Silbergrau) opět ani jedna z technologií neovlivňuje. Vstřikovacímu stroji vždy trvalo 20 zdvihů, než byl schopen vstřikovat díly beze čmouh. Výstřiky, na kterých je patrný průběh přestřikování tavící komory jsou znázorněny v příloze č. 3. 4) Vliv na hmotnostní a rozměrovou stabilitu výstřiku: Součástí experimentu bylo i vážení a měření vybraných rozměrů na zadních dveřních výplních a na kapsách. Přeměřovány a váženy byly všechny výstřiky a získané hodnoty jsou převedeny do grafické podoby v příloze č. 1 a 2. Větší stabilita vstřikovacího procesu u technologie konvenčního kaskádového vstřikování se projevila i při hodnocení hmotnostní a rozměrové analýzy. Výstřiky vyrobené touto technologií byly hmotnostně i rozměrově stabilnější než výstřiky vyrobené pomocí systému Dynamic Feed. Při optimálním nastavení technologických parametrů výroby splňují všechny vstřikované díly vysoké kvalitativní nároky odběratele. V nejdůležitějším hledisku, kterým byla stabilita procesu výroby a délka vstřikovacího cyklu, však systém Dynamic Feed nedosáhl očekávaných výsledků a naopak za technologií vstřikování konvenční kaskádou zaostával. V ostatních uvažovaných kritériích se výsledky dosažených oběmi technologiemi nijak výrazně nelišily. Z důvodů výše uvedených a s přihlédnutím na velkou ekonomickou zátěž spojenou s pořízením technologie Dynamic Feed a na technickou náročnost tohoto systému, která s sebou jistě přinese i vyšší náklady na jeho údržbu, nemá nahrazení technologie konvenčního kaskádového vstřikování novou technologií žádný přínos. Výhody systému Dynamic Feed by se projevily u opotřebované, resp. nestabilní vstřikovací jednotky a nebo u výrobků o větší tloušťce stěny. Na základě provedené analýzy byla společností Cadence Innovation - Libáň technologie vstřikování pomocí systému Dynamic Feed stažena z výroby a všechny family nástroje obdobné koncepce byly uzpůsobeny pro výrobu technologií konvenčního kaskádového vstřikování. Martin Seidl 71 Závěr

71 5. Seznam použité literatury /1/ Lenfeld, P.: Technologie II., zpracování plastů. Liberec: Technická univerzita v Liberci /2/ Krebs, J.: Teorie zpracování nekovových materiálů. Liberec: Technická univerzita v Liberci /3/ duben 2007 /4/ duben 2007 /5/ Krebs, J.: Teorie a technologie zpracování plastů. Liberec: Vysoká škola strojní a textilní v Liberci /6/ Ulík, J.: Monitorovanie priebehu tlaku v nástroji pri vstrekovaní plastov. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave /7/ Šafařík, V.: Nástroje pro tváření kovů a plastů, cvičení. Liberec: Vysoká škola strojní a textilní /8/ Šafařík, V.: Nástroje pro tváření kovů a plastů I. Liberec: Vysoká škola strojní a textilní /9/ duben 2007 /10/ duben 2007 /11/ duben 2007 /12/ duben 2007 /13/ duben 2007 /14/ duben 2007 /15/ duben 2007 /16/ duben 2007 /17/ duben 2007 /18/ duben 2007 Martin Seidl 72 Seznam použité literatury

72 6. Seznam příloh Příloha č. 1: Příloha č. 2: Příloha č. 3: Příloha č. 4: Porovnání stabilita výroby podle hmotnosti pravé zadní dveřní výplně. Porovnání stability výroby podle hmotnosti pravé kapsy. Průběh přestřiku vstřikovací komory z tmavé barvy (Onyx) na světlou (Silbergrau). Vybrané vzhledové vady na vstřikovaných dílech. Martin Seidl 73 Seznam příloh

73 Příloha č. 1: Porovnání stabilita výroby podle hmotnosti pravé zadní dveřní výplně.

74 Příloha č. 2: Porovnání stability výroby podle hmotnosti pravé kapsy.

75 Příloha č. 3: Průběh přestřiku vstřikovací komory z tmavé barvy (Onyx) na světlou (Silbergrau). zdvih č. 1 zdvih č. 6 zdvih č. 12

76 Příloha č. 3: Průběh přestřiku vstřikovací komory z tmavé barvy (Onyx) na světlou (Silbergrau). zdvih č. 19

77 Příloha č. 4: Vybrané vzhledové vady na vstřikovaných dílech. Přetoky v průchozích dírách retainerů. Prokreslení vyhazovače na vzhledové straně.