Katedra konstruování strojů Fakulta strojní K 2 PĚNOVACÍ NÁSTROJE doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
PĚNOVACÍ NÁSTROJE Sestava pěnovacího nástroje Transportní prvky Dorazy Topení / vakuum Vedení Izolace Sestava spodního nástroje Těsnící hrana Sestava horního nástroje Vzorový nástroj zpracovaný v rámci tohoto projektu je WS_101 (KA 02.10) a WSF_54 (KA 02.05) Zdroje obrázků: www.compositesworld.com, www.osborneindustries.com, www.plastech.biz
ROZDÍL PĚNOVACÍHO NÁSTROJE A LISOVACÍHO PINČOVACÍHO NÁSTROJE Hlavním rozdílem je, že pinčovací nástroj se vyrábí především z ocele (aby se dala pinčovací hrana zakalit), kdežto pěnovací nástroje se vyrábí především z Hliníku. Pěnovací nástroj má nezakalenou těsnící hranu a lisovací nástroj má kalenou pinčovací hranu. U pěnovacích nástrojů může být polovina nástroje (ta bez těsnící hrany) z laminátu nebo překližky a při uzavřeném pěnování má pěnovací nástroj vtok. Při pěnování je také často v pěnovacím nástroji založen koberec na který se napěnuje pěna. FUNKCE A DRUHY PĚNOVACÍCH NÁSTROJŮ Pěnovací nástroje slouží k výrobě dílu z polyuretanu PUR (měkká pěna) nebo z materiálu RIM (tvrdá pěna). Rozdělení pěnování: 1) Dle automatizace: Ruční dělník nanáší vrstvu pěny stříkací pistolí. Nepřesné dávkování a tloušťka pěny, nebezpečné výpary. Strojní Robot má pěnovací hlavu kterou stříká nebo zavádí pěnu do vtoku. Přesné dávkování a rovnoměrná vrstva pěny. OBR. Strojní otevřené pěnování 2) Dle konstrukce nástroje: Otevřené pěnování - Pěna je nanášena na 3D tvar ve spodní polovině otevřeného nástroje. Po nanesení materiálu je pěna dotvarována uzavřením formy. Uzavření provádí držák nástrojů, který přiklopí horní polovinu nástroje na spodní, přičemž dojde k dosednutí těsnící hrany na spodní polovinu nástroje( utěsnění). Po uzavření nástroje dojde v nástroj k chemickým reakcím za ochodu vzduchových bublinek. Uzavřené pěnování - Forma je při nástřiku uzavřená. Pěna je do formy přivedena pěnovacím vtokem, ze kterého vniká do utěsněného prostoru formy a je dále rozváděna pomocí rozvodných kanálků. 3) Dle vstřikovací směsi a vloženého materiálu: PUR pěna - polyuretanu měkká pěna RIM pěna - tvrdá pěna Vložená PE folie - polyetylénovou fólií Vložený koberec - pěna stříkána na koberec. Nástroj utěsněn těsnící hranou stlačující koberec.
RIM-Reaction Injection Moulding Zařízení se skládá z dvou samostatných nádrží s kapalnými reaktanty. Prvním je izokyanát a druhým je polyol pryskyřice, oba reaktanty jsou drženy za zvýšené teploty spolu s míchadly. Směs je tlačena vysokým tlakem do pěnovací hlavy (směšovací tryska). V pěnovací hlavě, ovládané ručně nebo strojově, započne mísení reaktantů za vysokých tlaků (obvykle mezi 0,03 a 0,05 Mpa) a vysokých rychlostí. Smíšená kapalina proudí do formy vtokem při atmosférickém tlaku a prochází exotermickou chemickou reakcí, která tvoří polymer ve formě. Reakční doba je obvykle vyjádřena v sekundách. Pro extrémně velké části musí být reakční doba prodloužena pro řádné plnění formy. OBR. Princip RIM pěnování [1] OBR. RIM pěnovací stroj [2] VEDENÍ, DORAZY, TRANSPORTNÍ PRVKY, IZOLAČNÍ DESKY Druhy vedení jsou podrobněji popsané v dokumentu - LISOVACI NASTROJE. TOPENÍ A VAKUUM NÁSTROJE Je-li třeba pěnu v průběhu tuhnutí ohřát je v jedné nebo v obou polovinách nástroje topná soustava. Možnosti topení obou polovin nástroje: Vyhřívání bloku zajišťuje topná soustava s oběhovým čerpadlem, ve které cirkuluje předehřátý olej. Topná deska umístěná pod blokem nástroje V nástroji, který pěnuje na vložený element (koberec nebo folii) je možnost přidržet tento element vakuovou soustavou. Topná a vakuová soustava je podrobněji popsána v dokumentu - LISOVACI NASTROJE.
SPODNÍ NÁSTROJ A HORNÍ NÁSTROJ Těsnící hrana může být jak na horní polovině nástroje tak na dolní. Spodní nástroj může být konstruován: z obrobeného Al bloku obrobený odlitek z Al svařovaná konstrukce s laminátovou 3D plochou Prototypový nástroj z překližky Horní nástroj obsahuje vtok ( u uzavřeného pěnování). Druhy konstrukce: z obrobeného Al bloku obrobený odlitek z Al Prototypový nástroj z překližky Příklady nástrojů: OBR. Nástroj s bloky z AL OBR. Nástroj s odlitky z AL OBR. Prototypový nástroj z překližky
TĚSNÍCÍ HRANA Konstrukce těsnící hrany záleží na vstřikovací směsi a vkládaném materiálu. Kopíruje tvar konečného výrobku a utěsňuje vstřikovací dutinu. Druhy konstrukce: Nástroj PUR a RIM- těsnící hrana dosedá těsně na spodní polovinu nástroje Nastroj s PE folií PUR pěna - těsnící hrana dosedá na tloušťku folie. RIM pěna těsnící hrana dosedá s mírným přesahem na fólii kvůli lepšímu těsnění. Nástroj s vloženým kobercem - těsnící hrana dosedá s mírným přesahem na koberec kvůli lepšímu těsnění. Obrázek viz. Předchozí.
VTOK Poloha vtoku záleží na tvaru vstřikovací komory. Měla by být umístěna v nejvyšším místě vstřikovací komory a napolohována tak aby pěna zaběhla do všech míst co nejlépe. Příklad umístění vtoku do nejvyššího místa vstřikovací komory ( horní polovina nástroje). Různé druhy vtoků dle vstřikovacího stroje a hlavy (výrobce): MK 10 2K MK 16P 2KV MK10 160-180 MK12/18ULP-2KV-80 MK8/12ULKP-2KVV OBR. Příklad vtoku pěnovacího nástroje
DRŽÁKY NÁSTROJŮ Nástroje jsou konstruovány tak aby šli upevnit do speciálních držáku forem. Držák drží nástroj v otevřené horizontální poloze a po napěňování PUR pěnou uzavře formu. Pro lepší odplynění a zaběhnutí PUR pěny do kapsy nástroje se mohou některé držáky po uzavření formy otočit uzavřenou formu o 90. Fáze pohybu držáku: 1. Fáze otevření nástroje - V této fázi obsluha napěnuje formu 2. Fáze uzavření nástroje 3. Fáze otočení nástroje - V této fázi dochází k odchodu vzduchových bublin z nástroje