Konstrukce vstikovací formy Lukáš Obst Bakaláská práce 2008
ABSTRAKT Cílem této práce bylo vypracovat literární studii na dané téma, navrhnout vstikovací formu pro zadaný plastový díl, nakreslit plastový díl ve 3D a nakreslit sestavu v programu CATIA V5R16. Zadaný plastový díl je držák svtlometu do automobil a z materiálu PBT-GF30. Klíová slova: Vstikovací stroj, vstikovací forma, dutina, HASCO, CATIA, plast. ABSTRACT The aim of this thesis was to elaborate a literary study on the topic, to design a mould for injection moulding of the given part, create a 3D model of the part and to create an assembly in CATIA V5R16. The part is a automotive headlight holder manufactured from PBT-GF30. Keywords: Injection moulding machine, mould, cavity, HASCO, CATIA, plastic.
Podkování: Dkuji vedoucímu své bakaláské práce Ing. Michalu Stakovi PhD. za odborné vedení, trplivost, ochotn poskytnuté rady a za as, který mi vnoval pi vypracování práce. Dále bych chtl podkovat Bc. Tomáši Vackovi za ochotné poskytnutí rady. Prohlašuji, že jsem na bakaláské práci pracoval samostatn a použitou literaturu jsem citoval. V pípad publikace výsledk, je-li to uvedeno na základ licenní smlouvy, budu uveden jako spoluautor.. Ve Zlín... Podpis diplomant
OBSAH ÚVOD... 7 TEORETICKÁ ÁST... 8 1 VSTIKOVÁNÍ... 9 1.1 ROZDLENÍ PLAST... 9 1.1.1 Termoplasty... 9 1.2 VSTIKOVACÍ STROJ... 10 1.2.1 Prbh vstikovacího cyklu... 11 1.2.2 Vstikovací stroj charakteristika... 12 1.3 FORMY PRO VSTIKOVÁNÍ PLAST... 13 1.3.1 Technické údaje pro konstrukci formy... 13 1.3.2 Konstrukní návrh formy... 15 1.3.3 Konstrukce formy... 15 1.3.4 Zaformování výstiku... 16 1.3.5 Dimenzování tvarové dutiny... 16 1.3.6 Povrch dutiny... 17 1.3.7 Smrštní výstiku... 17 1.3.8 Vtokový systém... 18 1.3.9 Studený vtokový systém... 19 1.3.10 Horký vtokový systém... 20 1.3.11 Vyhazování výstiku... 21 1.3.12 Odvzdušnní forem... 22 1.3.13 Temperování forem... 23 1.3.14 Materiály používané pi výrob forem... 25 PRAKTICKÁ ÁST... 27 2 KONSTRUKCE FORMY... 28 2.1 VÝROBEK... 28 2.2 KONSTRUKCE FORMY... 29 2.2.1 Zaformování výstiku... 29 2.2.2 Odvzdušnní formy... 29 2.2.3 Vtokový systém... 29 2.2.4 Temperace formy... 30 2.2.5 Dutina formy... 31 ZÁVR... 37 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 38 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOL A ZKRATEK... 39 SEZNAM OBRÁZK... 40 SEZNAM TABULEK... 40 SEZNAM PÍLOH... 42
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 7 ÚVOD První plast (díve umlá hmota ) byl vyroben roku 1862 britským chemikem Alexanderem Parkesem. Do té doby se používaly ke zhotovování nejrznjších pedmt pírodní materiály jako devo, sklo, keramika, slonovina nebo jantar. Plasty tyto drahé materiály v mnoha pípadech pln nahradily a v mnoha dokonce pedili. Jsou pevné, za tepla dobe tvarovatelné, mají nízkou hustotu, na vzduchu jsou stálé a nkteré odolávají úinkm žíravin a chemikálií. Pro výrobu plastových díl nejrznjších tvar se používá nkolika metod. Mezi nejrozšíenjší je v poslední dob vstikování plast do forem, dále pak vytlaování atd. Vstikování plast je pomrn složitý tepeln-mechanický proces. Dovoluje velmi rychlou a pesnou výrobu plastových výrobku každodenní poteby. Provádí se na vstikovacích strojích. Hlavní souástí vstikovacího stroje je forma, která udává vstikovanému materiálu tvar, drsnost a další vlastnosti. Musí odolávat teplotním zatížením, velmi vysokým tlakm a zajistit snadné vyhození výrobku z dutiny formy. Pro jednotlivé tvary výrobku se navrhuje a vyrábí každá forma zvláš. Její složitost se odvíjí od složitosti výrobku. Pro zjednodušení práce a výroby se objevili firmy poskytující normalizované souásti. Mezi nejznámjší patí firmy HASCO, D-M-E nebo STRACK. Jednotlivé díly vyrábjí ve velkých sériích se zarueným tepelným zpracováním. Díky tmto firmám se stává výroba formy skládáním jako stavebnice.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 8 I. TEORETICKÁ ÁST
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 9 1 VSTIKOVÁNÍ Vstikování do forem je druhé nejrozšíenjší zpracování plast hned za vytlaováním. Pi této metod se dopraví roztavený materiál do dutiny formy uritým tlakem. Poté se ochladí a vyjme se již hotový výrobek. Výhodou tohoto zpsobu zpracování je její automatizace, takže stroj dokáže vyrábt uritou dobu bez zásahu obsluhy. 1.1 Rozdlení plast Plasty jako materiál jsou látky, jejichž struktura je tvoena makromolekulárními etzci. Lze je rozdlit na dva základní druhy: termoplasty - mají etzce pímé tzv. lineární polymery, nebo etzce s boními vtvemi, tzv. rozvtvené polymery. Pi ohátí se uvolní soudržnost etzc a hmota je dobe tváitelná. Po ochlazení zstanou ve tvaru, jaký byl vymodelován. reaktoplasty - též se nazývají termosety. Mají etzce pín propojeny chemickými vazbami a vytváí prostorovou sí. Pi ohátí je nelze tvarovat, dochází k zesí ování neboli vytvrzování plastu. Pi nadmrném ohevu dojde k tzv. degradaci. Chemické vazby se peruší a další zpracování takto pehátého matriálu je bezpedmtné. [1] 1.1.1 Termoplasty Z jednotlivých skupin plast jsou nejrozšíenjší termoplasty. Tyto lineární i rozvtvené polymery jejichž etzec tvoí jen jeden druh základní chemické skupiny se nazývají homopolymery. Polymery, jejichž etzec je složen z více základních druh chemických skupin se nazývají kopolymer. Z hlediska vnitní struktury jsou termoplasty dleny na: amorfní jejich etzce jsou nepravideln prostorov uspoádány, semikrystalické podstatná ást etzc je pravidelná a tsn uspoádaná a tvoí krystalické útvary. Zbytek má amorfní uspoádání. Využitelnost výrobku z amorfních plast je v oblasti pod teplotou skelného pechodu (Tg). Polymer je v tomto stavu pevný. Zvyšováním teploty nad Tg postupn slábnou kohezní síly a plast pechází k plastické až viskózní oblasti, kde se zpracovává.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 10 U semikrystalických plast jsou ásti makromolekul vázány pevnji v lamelách a ve sférolitech krystalické fáze. Zvyšováním teploty se nejprve uvolní ást makromolekul z amorfní oblasti, potom i ostatní. To je doprovázeno znaným objemovým nárstem. Rozdíl obou typ termoplast je patrný z obr. 1. [1] Obr. 1. Oblast využití amorfních a semikrystalických plast 1.2 Vstikovací stroj Vstikovací stroj slouží k roztavení granulovaného materiálu, který je v násypce, zhomogenizování a následnému vstíknutí do dutiny formy. Forma se dlí z funkního hlediska na ti základní ásti: ovládání a ízení stroje, uzavírací jednotku a vstikovací jednotku. [11]
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 11 Obr. 2. Schéma vstikovacího stroje 1.2.1 Prbh vstikovacího cyklu Ped vstíknutím taveniny do formy se musí patin pipravit. Píprava spoívá v temperaci, vložení zálisk, závitových jader apod. Temperance formy závisí na typu zpracovaného plastu, tvaru a tlouš ce stn výrobku. Vytemperovaná a upnutá forma ve stroji je uzavena uzavírací silou. Její velikost je volena tak, aby se forma neotevela pi vstikování. Uzavírání formy je proces pomrn rychlý, jen ped stykem polovin formy se zpomalí. Po uzavení formy dojde k pijetí vstikovací jednotky a následnému vstíknutí polymeru do dutiny formy. Následuje dotlak, který trvá do doby, kdy zamrznou vtokové kanály. Po jeho skonení se vstikovací jednotka vrátí do pvodní polohy. Prbh cyklu je schématicky znázornn na obr. 3.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 12 Obr. 3. Vstikovací cyklus v závislosti na tlaku vstikovacího stroje V prbhu vstikování se musí zvolit celá ada parametr: velikost dávky taveniny teplota taveniny velikost a doba psobení vstikovacího tlaku vstikovací rychlost dotlak otáky šneku a jeho zptný chod chlazení Jednotlivé zpracovatelské parametry se pi zkušebním provozu nastaví podle plastem požadovaných hodnot s korekcemi získaných zkušenostmi a s ohledem na tvar formy. 1.2.2 Vstikovací stroj charakteristika V souasné dob existuje velký poet rzných konstrukcí stroj, které se liší svými provedeními, stupni ízení, stálosti a reprodukovatelností jednotlivých parametr. Konstrukce je charakterizována podle: vstikovací jednotky, uzavírací jednotky, ovládání a ízení stroje.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 13 Vstikovací jednotka: Pipraví a dopraví požadované množství roztaveného plastu s pedepsanými technologickými parametry do formy. Maximální vstikované množství nemá pekroit 90% kapacity jednotky, protože je ješt nutná rezerva pro doplnní úbytku smrštním. Optimáln je doporuováno 80%. Uzavírací jednotka: Ovládá formu a zajiš uje její dokonalé uzavení, otevení a pípadné vyhození. Velikost uzavírací síly je stavitelná a je pímo závislá na velikosti vstikovacího tlaku, ploše dutiny a ploše vtok v dlící rovin. Hlavní ásti uzavírací jednotky jsou: oprná deska upínací deska vodící sloupky uzavírací mechanismus Ovládání a ízení stroje: Stupe ízení a snadná obsluha stroje je charakteristickým znakem jeho kvality. Stálá reprodukovatelnost technologických parametr je význaným a nutným faktorem. Pokud tyto parametry nepimen kolísají, projeví se tato nerovnomrnost na pesnosti a kvalit výrobky výstiku. ízení se proto musí zajistit vhodnými ídícími a regulaními prvky. [1] 1.3 Formy pro vstikování plast Forma dává tavenin po ochlazení výsledný tvar a rozmry výrobku, pi zachování požadovaných fyzikálních a mechanických vlastností. Její dobrá kvalita plní požadavky: technické zaruují správnou funkci, která musí vyrobit požadovaný poet výrobku v náležité kvalit, ekonomické nízká poizovací cena, využití plastu spoleenskoestetické umožují vytváet vhodné prostedí pi bezpené práci 1.3.1 Technické údaje pro konstrukci formy Pro vyhotovení výkresové dokumentace je teba znát mnoho technických údaj. Nejdležitjší pehled viz obr. 4.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 14 Obr. 4. Technické údaje pro konstrukci a výrobu formy Výkres souásti musí definovat tvar, stupe pesnosti a úchylek, jakost povrchu, materiál souásti. Násobnost formy optimální volba násobnosti formy vyžaduje správné vyhodnocení jednotlivých initel, které ovlivují: pesnost výstiku, požadované množství, kapacita vstikovacího stroje, ekonomika výroby. Souásti tvarov nároné, které vedou ke složité form, se vtšinou vyrábí v jednonásobných formách. Z hlediska kvality a pesnosti je žádoucí, aby násobnost byla co nejmenší. Výroba rozmrov pesných souástí zavádí další faktor chyb. Nerovnomrná teplota formy i plastu pi plnní jednotlivých dutin, nestejné vstikovací tlaky, rozdílné dráhy vtok apod. zpsobují další rozmrové nepesnosti. Velikosti vstikovacího stroje se svým plastikaním výkonem, vstikovacím tlakem i uzavírací silou musí dostaten a s rezervou naplnit bezpenou uzavenou formu. Volba optimálního vstikovacího stroje jeho volbu urují: hmotnost a rozmry vyrábného dílu, požadovaná pesnost a kvalita dílu, velikost formy.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 15 Navržený stroj proto musí splovat: dostatenou vstikovací kapacitu, dostatenou uzavírací sílu, vhodnou koncepci stroje. Zvláštní požadavky na konstrukci forem Pokud pro zákazníka bžné požadavky nejsou vhodné, doplní je svými speciálními. Obvykle mají urychlit, pípadn zlevnit výrobu. Takovým zvláštním píslušenstvím býva využití typizovaných rám forem, nasazení vyhívané trysky, vyšší automatizace pi vstikování, robotizace apod. [1] 1.3.2 Konstrukní návrh formy Jsou-li všechny potebné technické údaje pro návrh k dispozici, následuje vypracování konstrukního návrhu formy. Ten pedchází vlastní konstrukci. Je vyžadován jako podklad pro konstrukci, posouzení pracnosti a stanovení náklad na formu. Taková innost pedstavuje: posoudit tvar a rozmry dílu základní podklad pro konstrukci formy, zaformování výstiku a urení dlící roviny uruje charakter a druh plastu. Z takto vyhodnocené a umístné tvarové dutiny tém vyplyne koncepce formy. Doplujícím faktorem je násobnost formy, vyhazovací a temperanní systém, vratná a vodící funkce formy. Takto vypracovaný konstrukní návrh formy je podkladem pro konstrukci a pro vypracování cenové nabídky. [1] 1.3.3 Konstrukce formy Výkres souásti spolen s konstrukním návrhem jsou podkladem pro konstruktéra. Konstrukce má pak následující postup: a. Posouzení výkresu souásti z hlediska tvaru, rozmr a tváecích podmínek. Nezanedbávat úpravy ostrých hran a roh vyvolávají obtížné plnní a vyhazování výrobku.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 16 b. Upesnní dlící roviny a zpsobu zaformování výrobku s ohledem na funkci a vzhled. c. Dimenzování tvarových dutin a jejich uspoádání ve form. Volba vhodného typu vtokového systému, velikosti prez, tvar a délky rozvádcích kanálk. d. Stanovení koncepce vyhazovacího a temperanního systému, odvzdušnní formy. e. Navržení rámu formy s ohledem na pedchozí body. f. Vhodné uspoádání, stední a upínání formy na stroj. g. Kontrola funkních parametr formy. Nastavení vstikovacího a uzavíracího tlaku a další faktory s ohledem na použitý stroj. h. Celá koncepce musí smovat k možné a snadné výrobní technologii dle požadavk. [1] 1.3.4 Zaformování výstiku Správné zaformování výstiku a vhodná volba dlící roviny náleží k rozhodujícím zásadám konstrukce formy. Umožuje dodržet tvar a rozmr výstiku i ekonomiku výroby. Dlící rovina je zpravidla rovnobžná s upínáním formy. Mže být šikmá i rzn tvarovaná, v pípadech vytváení boních otvor ve výstiku jsou hlavní a vedlejší roviny. Výroba formy s vtším potem dlících rovin je složitjší. Nepesnost v dlící rovin má za následek nedovení formy a vznik otep nebo zvtšení výstiku. Je teba také pihlédnout k tomu, že dlící rovina hraje dležitou roli pi odvzduš- ování formy. 1.3.5 Dimenzování tvarové dutiny Tvar a rozmr funkních díl, které jsou pevážn umístny v rzných ástech formy, tvoí po jejím uzavení tvarovou dutinu. Její dimenzování hraje dležitou roli konstrukního ešení. Chybn dimenzované rozmry se projeví v nedodržení rozmr výstiku. Povrch a rozmr výstiku jsou tedy dány pesností tvarové dutiny a kvalitou její plochy, která je obvykle složena z tvárnice, tvárníku, jader a tvarových vložek.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 17 Nejastjší píinou chybného dimenzování rozmr je pedevším nepesný odhad smrštní plastu. Smrštní se pohybuje od 0,2 až 6% podle složení polymeru. [1] 1.3.6 Povrch dutiny Povrch dutiny formy uruje vzhled výstiku. Vysoké nároky na jakost povrchu ovlivují pracnost i funknost formy. Funkní plochy v dutin formy se vyrábjí jako: matné - jsou výrobn jednodušší, lesklé vyžadují nákladnou a náronou technologii, dezénové po celé dutin, nebo po její ásti je speciální úprava. Nejastjší výrobní technologií dutiny formy je elektroerozivní obrábní. Hrubost obrobeného povrchu je nastavitelná elektrickými veliinami. [1] 1.3.7 Smrštní výstiku Velikost smrštní je rozdíl mezi rozmrem dutiny a skuteným rozmrem výrobku. Jeho velikost závisí na teplotní roztažnosti plastu a dalších inidlech. Smrštní se rozdluje do dvou asových fází. Velikost provozního smrštní se stanoví 24 hod. po výrob souásti a pedstavuje až 90% z jeho hodnoty. Zbytek je dodatené smrštní, které probíhá pomrn dlouho v závislosti na typu polymeru. Velikost smrštní nemusí být ve všech smrech stejná. Velikost smrštní je ovlivnna vlastností plastu, tvarem výstiku, technologii vstikování, ale i vstikovací formou (vtokovou soustavou a teplotou chlazení). Na obr. 5. je znázornn vliv tchto faktor na jeho velikost. [2]
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 18 Obr. 5. Vliv jednotlivých faktor na velikost smrštní 1.3.8 Vtokový systém Vtokový systém zprostedkuje prtok taveniny do dutiny formy. Ztuhlý materiál ve vtokovém systému se pak nazývá vtokový zbytek. Tendence je tento zbytek minimalizovat, pípadn úpln odstranit. Rozdíly v celkovém uspoádání vtokového systému jsou dány pedevším konstrukcí formy a její násobností. U vícenásobných forem musí tavenina dorazit ke všem dutinám souasn za stejného tlaku. Pi volb vtokového systému se vychází z toho, že tavenina je do studené formy vstíknuta velikou rychlostí. Bhem prtoku studeným vtokovým systémem viskozita na
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 19 vnjším povrchu prudce roste, nejnižší je uprosted. Ztuhlá povrchová vrstva taveniny vytváí tepelnou izolaci vnitnímu proudu taveniny. Za tohoto stavu se zaplní celá forma. Vtokové systémy se rozdlují na dv skupiny: studené vtokové systémy, horké vtokové systémy. 1.3.9 Studený vtokový systém Dráha toku musí být co nejkratší, aby nedocházelo k tuhnutí materiálu píliš brzy. Ke všem dutinám formy musí být dráha stejn dlouhá a tím se zajistilo rovnomrné plnní. Vyústní vtoku do dutiny, jeho prez, poloha a poet ovlivují velikost pnutí a existenci míst se sníženou pevností (studených spoj), kde vlivem ásteného ochlazení taveniny a jejím vzájemným setkáním již nedojde ke kvalitnímu spojení. Prez kanál by ml být dostaten veliký, aby byla jistota, že po vyplnní dutiny bude jádro ješt v plastickém stavu a bude možné psobení dotlaku. U vícenásobných forem je vhodné odstupování prez kanál, aby byla zachována stejná rychlost proudní taveniny. Nejobvyklejším tvarem vtokového kanálu je kuželový kanál vytvoený uvnit vtokové vložky. Prmr vtokového kanálu na stran trysky stroje je minimáln o 0,5 až 1 mm vtší, než je prmr otvoru trysky vstikovacího stroje. Na opané stran má být nejvtší prmr kanálu vtší o 1,5 mm, než je nejvtší tlouš ka výstiku. Povrch kanál je leštný s drsnosti Ra 0,1. Velikost prez se uruje s ohledem na: charakter výstiku tlouš ka stn, pedpokládaná doba dotlaku, tepelné a reologické vlastnosti viskozita tepelná vodivost apod., parametry vstikovacího stroje vstikovací tlak, rychlost apod. Vtokové ústí se vytváí zúžením rozvádcího kanálu. Ve výjimených pípadech je použit plný nezúžený vtok. Jeho zúžením se zvýší klesající teplota taveniny ped vstupem do tvarové dutiny. Omezí se strhávání chladných vrstev z obvodu vtoku a tím i vytváení povrchových defekt. Vtokové ústí se volí v závislosti na charakteru výstiku, plastu a technologickou vstikování co nejmenšího prezu. Tvar bývá štrbinový pro ploché vý-
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 20 stiky, nebo kruhový pro rotaní a jiné díly. Pi konstrukci se volí menší vtokové ústí, které se pípadn po zkouškách mže upravit. [1] Obr. 6 Základní typy vtokových ústí 1.3.10 Horký vtokový systém Horké vtokové systémy pedstavují velice rozsáhlou technologickou ást z obvyklých vtokových systém. Na jejich vývoji se podílí konstruktéi, formai, producenti normálií a dodavatelé materiál. Snaha po úsporách materiál i práce vede k metod vstikování bez vtokového zbytku. Realizuje se za pomocí vyhívaných vtokových systém. Vyhívané vtokové systémy mají vyhívané trysky, které jsou charakterizovány minimálním úbytkem tlaku a teploty v systému s optimálním tokem taveniny. Rozhodující pro výbr vhodného vtokového systému je asto vstikovaný materiál. V dnešní dob mohou být tém všechny materiály vstikovány se systémem horkých vtok. Horké vtoky nabízí mnoho výhod ve srovnání se studenými vtoky. Výhody ekonomické i technologické.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 21 Ekonomické výhody: úspora materiálu odpadnutím vtokových zbytk, krátké vstikovací cykly, pijatelné malé stroje dávka taveniny je pouze objem výstiku, používání normalizovaných ástí. Ekonomické nevýhody: pi spouštní více zmetk, pracnost pi navrhování formy, vyšší náklady formy (vytápní, idla ), náronjší obsluha. Technologické výhody: jednodušší automatizace procesu odpadá vyhazování vtokových zbytk, prmr vtoku je schopen udržet vtší tlak. Technologické nevýhody: nebezpeí degradace materiálu, nestejnosmrné teplotní rozdlení a tudíž nestejnomrné plnní, žádná tlaková kontrola ústí vtoku. [1] 1.3.11 Vyhazování výstiku Vyhazování výstik z formy je innost, kdy se z dutiny nebo tvárníku otevené formy vysune nebo vytlaí hotový výrobek. Vyhazovací systém tímto zajiš uje automatický výrobní cyklus. Vyhazování má dv fáze: - dopedný pohyb, vlastní vyhození, - zptný pohyb, návrat vyhazovacího systému do pvodní polohy.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 22 Základní podmínkou dobrého vyhazování je hladký povrch a úkosovitost jejich stn ve smru vyhazování. Vyhazovací systém musí výstik vysouvat rovnomrn, aby nedošlo k jeho píení, a tím ke vzniku trvalých deformací, nebo k jinému poškození. Umístní, rozložení a tvar vyhazova mže být velmi rozmanité. Vyhazovae lze použít i jako ást tvárníku, nebo pro vytvoení funkní dutiny. Po vyhazovacích kolících zstanou obyejn na výstiku stopy. Jsou-li závadou, výstik se upraví, aby nebyli. Je možné zmnit zpsob vyhazovaní, ale v takovém pípad je nutné poítat se zmnou koncepce celé formy. Nejrozšíenjším typem je mechanické vyhazování. Používá se všude tam, kde je to jen trochu možné. Jeho konstrukce má rzná provedení: vyhazování pomocí vyhazovacích kolík, vyhazování pomocí stírací desky, šikmé vyhazování, postupné vyhazování, speciální vyhazování. 1.3.12 Odvzdušnní forem Odvzdušnní tvarových dutin forem zdánliv nepatí k dominantním problémm pi navrhování forem. Jeho dležitost obvykle vyplyne až pi zkoušení hotové formy, kdy odvzdušnní mže být píinou nekvalitního vzhledu výstiku. Dutina formy je ped vstikováním zaplnna vzduchem. Pi jejím plnní taveninou je teba zajistit únik vzduchu. Nejastjším jevem pi rychlém plnní je stlaení vzduchu, který se vlivem vysokého tlaku siln zahívá a zpsobuje tzv. Dieselv efekt (spálené místo na výstiku). Toto obyejn není pípustné. Pi nižších teplotách taveniny nedostateném tlaku a rychlosti plnní u výstiku s teními stnami, se sousteuje vzduch na protilehlou stranu od vtoku. Pi uritém technologickém stavu a vtších tlouš kách stn výstiku mže vzduch, který nemá možnost být z formy vytlaen, vniknout do taveniny a po zchladnutí v ni zstává jako bubliny. Obyejn jsou ve výstiku rozloženy na protilehlé stran vtoku.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 23 Umístní odvzdušnní ve form nkdy bývá zejmá z tvaru výstiku, jindy však je jen obtížn zjistitelná. Je teba se ídit úvahou, jakým zpsobem a smry naplní proudy taveniny dutinu. V mnoha pípadech jsou naproti vtoku vyhazovae, které mají uritou vli a touto mezírkou dojde k dostatenému odvzdušnní. Pokud je tento zpsob nedostatený, je teba výroba odvzdušujících kanálk. Jejich ústí se konstruuje naproti vtoku. Je teba dodat, že stopy o odvzdušnní jsou nkdy na výstiku viditelné. Tam, kde nejsou pípustné vzhledové vady, je nutné se postarat o to, aby na vzhledové ploše k defektm nedošlo. [2] 1.3.13 Temperování forem Temperance slouží k udržování konstantního teplotního režimu formy. Dje se tak ochlazováním, pípadn vyhíváním celé formy, nebo její ásti. Bhem vstikování se do formy pivádí roztavený polymer, který se v její dutin ochlazuje na teplotu vhodnou pro vyjmutí výstiku. Temperance tedy ovlivuje plnní tvarové dutiny a zajiš uje optimální tuhnutí a chladnutí plastu. Pi každém vstiku se forma ohívá. Každý další výstik je teba vyrobit zase za stanovené teplot. Proto je nutné toto pebytené teplo odvádt. Nkteré plasty se zpracovávají pi vtších teplotách formy (PC až 120 C). V takovém pípad jsou tepelné ztráty vtší, než ohátí taveninou a musí se naopak vyhívat. Proto je úkolem temperance: zajistit rovnomrnou teplotu formy na optimální výši, odvést teplo z dutiny formy, aby pracovní cyklus ml ekonomickou délku. Lokální nerovnomrné rozložení teplot formy má za následek zvtšení rozmrových a zejména tvarových úchylek výstiku. Nkdy se zámrn temperují rzné ásti formy odlišn, aby se eliminovaly tvarové deformace zpsobené anizotropií smrštní plastu. V tabulce jsou udány požadované teploty formy pi zpracování plast.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 24 Tab. I. Teploty formy pro vstikování Ohívání, pípadn ochlazování formy na pedepsanou teplotu záleží na energetické bilanci formy i okolního prostedí. Teplo se z formy pivádí (odvádí) pedevším temperaním systémem. Mimo toho se projeví ztráty tepla z formy vedením do upínacích ploch vstikovacího stroje, odvodem tepla okolním vzduchem a také vyzáením do okolí. Temperanní systém je tvoen soustavou kanálk a dutin, kterými proudí vhodná kapalina, která udržuje teplotu na požadované výši. U forem, kde je nutné naopak vyhívat se používá vtšinou elektrického vytápní. Rozmry a rozmístní temperanních kanál se volí s ohledem na celkové ešení formy. Vzdálenost kanál od funkních dutin má být optimální. Je teba dbát na dostatenou pevnost a tuhost stn dutin. Je vhodnjší používat vtší poet menších kanál s malými rozteemi, než naopak. Kolem dutiny formy se kanály rozmís ují rovnomrn a všude ve stejné vzdálenosti. V oblasti tlustší stny výrobku, pípadn v jiném míst o vyšší teplot, se kanály piblíží k dutin formy. V praxi se ve velké míe navrhují temperaní systémy na základ zkušeností konstruktéra. V dnešní dob se ale astji využívá simulaních program, které poskytují možnosti sledovat tepelné dje ve formách.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 25 Temperaní media se rozdlují na: aktivní psobí pímo ve form, teplo pivádí, nebo odvádí, pasivní svými fyzikálními ovlivují tepelný režim. Aktivní prostedky pedstavují kapaliny, které proudí nuceným obhem temperaními kanály. Dochází k pestupu tepla mezi formou a kapalinou. Používá se voda, která má vysoký pestup tepla, nízkou viskozitu a cenu a je ekologicky nezávadná. Je však použitelná pouze do 90 C, zapíiuje vznik koroze a usazování kamene. Tmto negativním jevm lze pedejít úpravou vody. Dále se používají oleje, které jsou schopny temperovat i nad 100 C, ale mají zhoršený pestup tepla a jsou ekologicky závadné a glykoly, které omezují korozi a ucpávání systému, ale zapíiují stárnutí a zneiš ování prostedí. Topných elektrických lánk se využívá pedevším k temperaci forem s požadovanou vyšší teplotou v pípad, kdy jsou ztráty do okolí vtší, než teplo dodané vstikováním. Používají se topné patrony a prstencová topná tlesa. Pi jejich instalaci je teba dbát na to, aby aktivní povrch topného tlesa byl vždy v tsném kontaktu s povrchem formy. Dokonalejší, ale technicky náronjší je zalití topných tles do daného dílce formy. Pro umístní topných lánk platí podobné pravidlo jako pro temperanní kanály. [2] 1.3.14 Materiály používané pi výrob forem Formy jsou nákladné nástroje sestavené z funkních a pomocných díl. Pi výrob výstiku se od nich vyžaduje dosažení požadované kvality, životnosti a nízkých poizovacích náklad. Významným inidlem pro splnní tchto podmínek je materiál forem, který je ovlivnn: druhem vstikovaného plastu, pesností a jakostí výstiku, podmínkami vstikování, vstikovacím strojem. Pro výrobu forem se tedy používají takové materiály, které splují provozní požadavky v optimální míe. Jejich široký výbr byl zredukován na úzký sortiment jakostí a
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 26 rozmr. Z toho se dává pednost materiálm s širokým rozsahem užitených vlastností. Takové druhy pedstavují: oceli vhodných jakostí, neželezné slitiny kov, ostatní materiály (izolaní, tepeln nevodivé ). Oceli jsou daleko nejvýznanjším druhem používaných materiál na výrobu forem. Svou pevností a dalšími mechanickými vlastnostmi se dají jen tžko nahradit.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 27 II. PRAKTICKÁ ÁST
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 28 2 KONSTRUKCE FORMY 2.1 Výrobek Výrobek, pro který byla zkonstruována forma v programu Catia je držák ke svtlometm automobilu. Výrobek byl zadán vedoucím bakaláské práce. Obr. 7. Výrobek Materiál byl navržen zadavatelem. Jedná se o Polybutylentereftalát s 30% pímsí skelných vláken. Oznaení materiálu je tedy PBT-GF30. Tento materiál lze použít pro vstikované funkní souástky do hmotnosti 16000g. Je tuhý, pevný i pi snížených teplotách. Lze krátkodob používat v rozmezí +210 C až -50 C. Surovina pro výrobu je Ultradur B4300 G6. Po 20 000 hod používání ztrácí 50% pevnosti v tahu. Další vlastnosti jsou uvedeny v následující tabulce. [11] Tab. II. Obecné vlastnosti materiálu!" # $ %& '() )* %& '(* +%& ($,%& - ).((/ - )0)
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 29 2.2 Konstrukce formy Konstrukce formy by mla být ešena s ohledem na složitost výstiku a pesnost co nejjednodušeji. Pi vlastní konstrukci je žádoucí používat normálie, aby se výroba zjednodušila a zlevnila. i. Forma byla zadána jako tynásobná s horkým vtokem a prizmatickými vyhazova- 2.2.1 Zaformování výstiku Urení dlící roviny je bezesporu nejdležitjší ástí na vlastní konstrukci. Tato rovina se volí rovnobžn s upnutím formy na vstikovací stroj a probíhá po hranách výstiku. Dutina formy je konstruována tak, aby pi vstíknutí a otevení formy zstal výstik na stran tvárníku, a mohl být vyhozen vyhazovacím systémem. Tento pedpoklad je splnn, protože výstik zstane na drážkách, které jsou uvnit. 2.2.2 Odvzdušnní formy Pi vstíknutí plastu vzniká obrovský tlak a dochází ke stlaení vzduchu ve form. Tento vzduch se siln ohívá a je nutné ho z dutiny odvézt. Pokud by se neodvedl, mohl by na výstiku zanechat stopy, které nejsou žádoucí. Proto je teba pi navrhování pamatovat na odvzdušnní formy. Pi prvních zkušebních výsticích bude zjištno, zda je odvzdušnní vlemi u vyhazova a vlí v dlící rovin dostaující. Pokud by nestaily, je poteba do tvárníku vyfrézovat odvzdušující kanálky. Ústí jednoho do dutiny formy by bylo proti vtoku a druhé na protilehlé stran výstiku. Odvzdušující kanálek má prez obdélníku. Pro materiál použitý na zadaný výrobek je vhodná hloubka mezery odvzdušujícího kanálku do 0,03 mm. Šíka kanálku se upravuje po dalších zkouškách výstiku. 2.2.3 Vtokový systém Vtokový systém zajiš uje pi výstiku dopravu materiálu do dutiny formy. Naplnní dutiny by mlo probhnout v nejkratším možném ase. Do formy byl zadán systém horkých vtoku. Tento systém zajiš uje pesné a rychlé dávkování materiálu bez vtokových zbytku, protože je celý systém vytápný. Systém je složený z normálií HASCO, aby se výroba zjednodušila a zlevnila.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 30 Obr. 8. Vtokový systém Protože je systém horkých vtok vytápný na vstikovací teplotu materiálu, je nutné pro rychlou výrobu tvárník a tvárnici chladit. 2.2.4 Temperace formy Ohívání, popípad ochlazování formy na pedepsanou teplotu záleží na tepelné bilanci formy a okolí. Teplota formy stoupá a klesá podle fáze, ve které se nachází. Pi vstíknutí materiálu prudce stoupne a poté pozvolna klesá. Kolísání teplot by mlo být co nejmenší. Proto musí být ve form systém chlazení. Temperaní systém formy je tvoen soustavou kanálk a dutin, kterými proudí vhodná kapalina. Pro zadanou formu je použita voda, protože je ekonomicky i ekologicky nenároná. Temperaní systém je umístn v pravé stran formy, tedy vtokové stran, i v levé stran. Je ešen systémem kanálk a ucpávek, kapalina obíhá kolem tvárník.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 31 Obr. 9. Temperaní systém 2.2.5 Dutina formy Pro svou složitost je nutné zvážit zpsob výroby. Tvar dutiny se bude vyrábt elektroerozivním obrábním. Je to fyzikální jev, pi kterém dochází úinkem tepelného a tlakového psobení elektrických výboj k obrábní ásteek povrchových vrstev materiálu. Tvar dutiny se nejprve na hrubo vyfrézuje, aby se co nejvíce materiálu odebralo.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 32 Obr. 10. Tvárnice a tvárník 2.2.6 Vyhazovací systém Vyhození výstiku z dutiny formy je realizováno pomocí dvanácti prizmatických vyhazova psobících na stnu výstiku. Vyhazovae jsou ukotveny mezi vyhazovacími deskami. Na výstiku po vyhození zstanou stopy po vyhazovaích, protože je mezi tvárníkem a vyhazovaem vle. Tento nedostatek, protože je mimo pohledovou stranu. Zdvih vyhazova musí být dostatený s ohledem na zajištní vyhození celého výstiku a jeho následnému spadnutí na dopravník. Nesmí dojít napíklad k vzpíení výstiku. Pohyb vyhazovacího systému zajiš uje hydraulika vstikovacího stroje.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 33 Obr. 11. Vyhazovací systém 2.2.7 Volba vstikovacího stroje Vstikovací stroj se volí z mnoha hledisek. Prvním hlediskem je velikost formy. Stroj musí být vtší, aby se dala upnout celá forma. Další hlediska jsou uzavírací síla, vstikovací tlak, kapacita vstiku atd. Pro rozmry a požadavky hotové formy vyhovuje vstikovací stroj s oznaením IN- TEC 250 SP II od Rakovnické firmy INVERA s.r.o.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 34 Obr. 12. Vstikovací stroj IN-TEC 250 SP II Tab. III. Parametry vstikovacího stroje )10)(*2 3! 4 0) +3 #0) 50)$).'(/ +6 ) 7 8$$$ '(0$!!9 5:2;$8:$() 63<63 =8:>2.? <@<5/ 3!< 6< 3 &) 2 ) Tab. IV. Parametry výstiku A*210) =8:>$$) 3'3 $0*B0$ C> Nároky formy a výstiku vyhovují tomuto vstikovacímu stroji. Pi zadání menšího stroje by mohli nastat problémy s upnutím formy. Proto je tento stroj pro zkonstruovanou formu vyhovující.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 35 Obr. 13. Pohled do levé dlící roviny Obr. 14. Pohled do pravé dlící roviny
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 36 Obr. 15. Celkový pohled na formu
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 37 ZÁVR Na základ zadaného plastového výrobku byla zkonstruována tynásobná vstikovací forma s horkým vtokem. Pro tuto formu byl vybrán vstikovací stroj IN-TEC 250 SP II od Rakovnické firmy INVERA s.r.o. Odformování výrobku je realizováno pomocí prizmatických vyhazova. Vstíknutí materiálu díky systému horkých vtok nezanechá vtokové zbytky a dávkování je pesnjší. Roztavený materiál se do dutiny formy dostane díky bodovému vtoku umístnému na pední stran. Temperace formy je zajištna chladícím systémem, ve kterém proudí jako chladící médium voda. Pi návrhu formy byla snaha se držet pravidel a zásad pro konstrukci forem. Pi modelování bylo využito normálií HASCO. Tyto normálie byly použity s výhodou u systému horkého vtoku, kdy by výroba vstikovací trysky a její konstrukce byla velmi nákladná. Dále bylo tchto normálií použito u dalších souástí, které se jednoduše koupí místo pracné výroby. Takto zkonstruovaná a vymodelovaná forma by mohla jít do výroby a po prvních zkušebních výsticích by na ní musely být provedeny úpravy, aby se odstranily pípadné nedostatky. Pro návrh veškerých díl, výkresovou dokumentaci a vyhotovení 3D modelu byl použit program CATIA V5R16.
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 38 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] BOBÍK, Ladislav. a Kol. Formy pro zpracování plast. I Díl. Brno: UNIPLAST, 1999. [2] BOBÍK, Ladislav. a Kol. Formy pro zpracování plast. II. Díl. Brno: UNIPLAST, 1999. [3] VESELÝ, K., Polymery struktura, syntézy, vlastnosti, zpracování, Brno: eská spolenost prmyslové chemie, 1992. ISBN 80-02-00951-7. [4] Firemní katalog normálií HASCO [5] VÁVRA, Pavel. a Kol. Strojnické tabulky. 2. vyd. Úvaly: Albra, 2005. ISBN 80-7361-011-6 [6] LINDNER, E., UNGER, O. Injection molds. 3rd ed. Munich:Hanser Publischers, 2002. ISBN 3-446-17729-9. [7] TOMIS, František., HELŠTÝN, Josef. Formy a pípravky, Brno: VUT, 1985. [8] REES, H. Mold engeneering., Munich:Hanser Publischers 1995 [9] ŠTPEK, Jií., ZELINGER, Jií., KUTA, Antonín. Technologie zpracování a vlastnosti plast, Praha: SNTL, 1989. [10] TRES, P. A. Designed plastic parts for assembly. Munich:Hanser Publischers, 2003. ISBN 3-446-22456-4 [11] Internetové stránky: http://www.lpm.cz/ http://scad.ft.utb.cz/ http://www.hasco.de/ http://www.ksp.vslib.cz
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 39 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOL A ZKRATEK Tg Teplota skelného pechodu PBT-GF30 Polybutylentereftalát s 30% pímsí skelných vláken
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 40 SEZNAM OBRÁZK Obr. 1 Oblast využití amorfních a semikrystalických plast 10 Obr. 2. Schéma vstikovacího stroje 11 Obr. 3. Vstikovací cyklus v závislosti na tlaku vstikovacího stroje 12 Obr. 4. Technické údaje pro konstrukci a výrobu formy 14 Obr. 5. Vliv jednotlivých faktor na velikost smrštní 18 Obr. 6 Základní typy vtokových ústí 20 Obr. 7 Výrobek 28 Obr. 8 Vtokový systém 30 Obr. 9 Temperaní systém 31 Obr. 10 Tvárnice a tvárník 32 Obr. 11. Vyhazovací systém 33 Obr. 12. Vstikovací stroj IN-TEC 250 SP II 34 Obr. 13 Pohled do levé dlící rovny 35 Obr. 14 Pohled do pravé dlící rovny 35 Obr. 15 Celkový pohled na formu 36
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 41 SEZNAM TABULEK Tab. I. Teploty formy pro vstikován 24 Tab. II. Obecné vlastnosti materiálu 28 Tab. III. Parametry vstikovacího stroje 34 Tab. IV. Parametry výstiku 34
UTB ve Zlín, Fakulta technologická 42 SEZNAM PÍLOH P1: Detail náhledu Q P2: Detail náhledu P P3: Detail ezu A-A P4: Kusovník P5: CD disk obsahující: - Model formy, výkresovou dokumentaci v programu CATIA V5R16 - Textová ást bakaláské práce