Zásady konstrukce výlisků z plastů PDF
Document Details
Uploaded by ResourcefulErbium404
VŠB - Technická univerzita Ostrava
Tags
Summary
These study notes provide guidelines for the design of plastic injection molded parts. The document covers essential aspects of the design process. Topics include functional aspects, and the technology of constructing the parts out of plastic.
Full Transcript
Zásady konstrukce výlisků z plastů Studijní podklady Konstrukce výlisku musí v zásadě splňovat dvě hlavní hlediska: 1. funkční hledisko, 2. lisotechnické hledisko. Ad 1) funkční hledisko se projevuje ve dvou oblastech: a) funkce plastového dílu v daném za...
Zásady konstrukce výlisků z plastů Studijní podklady Konstrukce výlisku musí v zásadě splňovat dvě hlavní hlediska: 1. funkční hledisko, 2. lisotechnické hledisko. Ad 1) funkční hledisko se projevuje ve dvou oblastech: a) funkce plastového dílu v daném zařízení (sestavě jednotlivých dílů) – projevuje se u technické kooperace (příklad pouzdro světlometu).odpovědnost konstruktéra. b) užitné, estetické, ergonomické, bezpečnostní hlediska - projevuje se u hotového spotřebního zboží (výrobku) odpovědnost - designéra (výtvarníka). Ad 2) Lisotechnické zásady – technologičnost konstrukce dílů z plastických hmot. Jedná se o následující oblasti: a) zaformovatelnost b) tloušťka stěn, žeber,nálitky, přechodové rádiusy c) lisovací úkosy d) tvary stěn dílů, z důvodů jejich možné deformace (velké rovné plochy) e) tolerance výlisku z hlediska technologických možností a vlastností použitých materiálů a zaformovaní f) volba vhodného druhu plastu (dle funkce výlisku se volí typ plastu – rozhodují materiálové vlastnosti a cena). g) dále nutno zohlednit příslušné požadavky norem které platí pro finální výrobek. Je nutné aby konstruktér plastového dílu měl co nejširší znalosti o technických vlastnostech a možnostech daného plastu a také o technologických zásadách řešení a navrhování plastových výrobků. 1/27 Zaformovatelnost Příklady správného a chybného způsobu zaformování 2/27 Tloušťky stěn,žeber, nálitky, rádiusy Tloušťky stěn musí splňovat požadavky: 1. Funkční – pevnost a tuhost (závisí na vlastnostech materiálu, tloušťce namáhaného profilu a na jeho tvaru 2. Lisotechnický – hledisko tečení plastu ve formě Lisotechnické hledisko je dáno poměrem: l/s l... délka dráhy tečení plastu [m] s... tloušťka stěny [m] Příklad „dlouhého” výrobku s několika vtoky 3/27 ITT = index toku taveniny [g.10min-1], [cm3.10min-1] Pomocí ITT se udává tekutost taveniny plastu. Tekutost taveniny plastu se měří na kapilárním reoviskozimetru za normovaných podmínek (teplota taveniny, tlak na píst reoviskozimetru). Výrobci plastů udávají hodnotu ITT pro každý plast. ITT lze zvýšit vhodnými přísadami , které nesmějí mít vliv na mechanické vlastnosti plastu. ITT u různých plastů 4/27 ITT u různých variant jednoho druhu plastu U extrémně tenkých stěn (kelímky na nápoje) se používá materiálů s vysokým ITT. Slabostěnné výrobky lze charakterizovat: tloušťkou stěny pod 1,5mm poměrem l/s > 150 Materiál se vstřikuje vysokou rychlostí (400 až 1000 mm/s) a v krátkých cyklech (desetiny sekundy, tlak vstřikování 200 až 500MPa). Využívají se vyhřívané vtokové systémy. Snižování tloušťky stěn je trend – ekonomické důvody (náklady na recyklaci, menší spotřeba materiálu) 5/27 Stroje pro vstřikování slabostěnných dílů tzv. rychloběžky jsou o 20 až 40% dražší než stroje pro vstřikování konvenčních dílů. Omezení tenkostěnných výrobků: 1. funkce výrobku - tuhost, pevnost 2. lisotechnické hledisko - tekutost plastu 3. možnost zpracování - vhodný vstřikovací stroj hlediska pro výběr vhodného vstřikovacího stroje: Oproti klasickým vstřikovacím šnekům se při výrobě tenkostěnných výrobků používá tzv. barierových šneků. Hlavní výhody bariérového šneku: 1. vyšší výkon plastifikace; 2. vysoká energetická účinnost, 3. práce bez dotlaku, 4. nižší namáhání materiálu i při vyšších otáčkách šneku; 5. nižší degradace materiálu; 6. lepší homogenita materiálu; 7. lepší probarvení; 8. vyšší kapacita samočištění - oddělování materiálu od povrchu šneku. 6/27 Porovnání klasického a bariérového šneku Konstrukce forem u tenkostěnných výrobků 1. Formy s podstatně vyšší tuhostí – vyšší vstřikovací tlaky, 2. Nutnost dodržet přesnost tloušťek stěn – souměrné boční síly, 3. Důkladné zámkování každého samostatného tvaru formy, 4. Větčí celková plocha vyhazovačů a jejich umístění do míst s vyšší tuhostí výrobku (možnost využít i tlakový vzduch), 5. nutnost účinného a rychlého odvzdušnění (možnost využití vývěv), 6. dodržet zásadu souměrného (rovnoměrného) chladnutí výrobku – počítačová simulace procesu, 7. použití vyhřívaných vtokových systémů s ohledem na minimální ztráty tlaku a rychlosti (ztráta méně než 15% ⇒ větší rozvodné kanály o 25 až 40%), 8. použití více vstřikovacích míst (kaskádové vstřikování). 7/27 Princip kaskádového vstřikování Rovnoměrnost tloušťky stěn Příklad deformace stěny 8/27 Přechody stěn Prohnutí u žebrované stěny Deformace stěn v závislosti na tloušťce stěny 9/27 Řešení tvaru otvorů ve stěně Řešení návaznosti stěn Příklad řešení tlouštěk stěn 10/27 Příklady řešení tlouštěk stěn 11/27 a... chybně b... správně 12/27 Tloušťky žeber a ≤ (0,5 ÷0,66).s 13/27 Eliminace vtaženin Vruby Proudění taveniny Deformace proudnic znamená koncentraci napětí. 14/27 Eliminace účinku vrubů – odstranění ostrých přechodů a rohů na výrobku Příklad řešení drážky pro pero Volba přechodového rádiusu 15/27 Řešení konzoly Řešení přechodu stěna – žebro (Příliš velký přechodový rádius může způsobit vtaženiny) Řešení přechodu stěn 16/27 Řešení napojení vnitřního žebra Závity Volit oblý závit – bez vrubů (nikoli metrický) Koroze za napětí - porušování (znehodnocování) materiálu současným mechanickým a chemickým namáháním Otvory pro šrouby 17/27 Závitové vložky 1. ve výlisku přímo zastříknuté (možnost ohřevu závitové vložky) 2. dodatečně vkládané samořezné expanzní – rozpínací (šroubem) vkládané pomocí ultrazvuku Konstrukce dílů při spojování ultrazvukem a lineárním vibračním svařováním Svařování ultrazvukem používá mechanické energie ultrazvukových rázů, které jsou přiváděny do oblasti svařování spojovaných termoplastů. Zde dochází ke tření hraničních ploch a k absorpci ultrazvuku, což má za následek omezenou plastifikaci materiálu. Po vychladnutí svaru je k dispozici trvalý mechanický spoj. Čelní plocha nástroje tzv. sonotrody těsně přiléhá na horní svařovaný díl a přenáší vertikální kmitání na styčnou plochu mezi oběma svařovanými díly. Svařovací nástroj – sonotroda – je vyrobena z vysoce pevného duralu nebo ze slitin titanu Kmitočet sonotrody 20kHz (40kHz u malých dílů) Čas svařování 0,1 až 1 sekundu Amplituda kmitů 8 až 10 μm Z hledisla kvality a pevnosti svaru záleží na vzdálenosti sonotrody od místa svaru a na kvalitě plastu: Vzdálenost do 4mm svařování v blízkém poli Vzdálenost od 4mm do 200mm svařování ve vzdáleném poli Tvrdé plasty (amorfní) netlumí kmity lépe svařitelné, menší amplituda kmitů Měkké plasty (semikrystalické) tlumí kmity húře svařitelné, vyšší amplituda kmitů 18/27 Svařováním označujeme vytvoření taveniny na povrchových plochách dvou termoplastických součástí. Po ukončení ultrazvukového vlnění roztavený materiál ztuhne. Výsledný spoj vykazuje podobnou pevnost, jako výchozí materiál: design spoje je velmi čistý. Schéma svařování plastů ultrazvukem Schéma svařování plastů ultrazvukem v blízkém a vzdáleném poli 19/27 koncentrátor Konstrukce svařovaných ploch při svařování ultrazvukem 20/27 Příklady konstrukce svařovaných ploch při svařování ultrazvukem Vibrační svařování - principem je pohyb jedné ze dvou spojovaných částí vodorovně s přítlakem proti druhé. Povrchové tření, které vzniká vytváří teplo, které roztaví a spojí obě části. Ve srovnání s ultrazvukovým svařováním, vibrační svařování pracuje s nižšími frekvencemi, vyššími amplitudami a mnohem větší upínací silou. Vibrační pohyb je generován pomocí hydraulických nebo elektromagnetických pohonů. Hydraulický pohon: frekvence od 190 do 270 Hz amplituda od 0,2 do 1 mm (měnitelná) Elektromagnetický pohon: frekvence 100 a 240 Hz (neměnná) amplituda od 0,8 do 2 mm – pro 100Hz (měnitelná) amplituda od 0,35 do 0,9 mm – pro 240Hz (měnitelná) Elektromagnetické hlavy vibračních svářecích strojů jsou velice spolehlivé, nedochází u nich k opotřebení. Princip lineárního vibračního svařování 21/27 Příklad konstrukce spoje lineárního vibračního svařování Možnosti eliminace deformací stěn u výlisků Amorfní plasty malé smrštění a anizotropii proto vhodnější pro větší ploché díly Semikrystalické plasty větší smrštění a anizotropii proto vhodnější pro větší ploché díly V případě, že je nutno vyrobit větší rovinnou plochu, neděláme tuto plochu rovnou, ale: 1. klenutou, 2. prolamovanou. Příklad řešení rovných ploch 22/27 Příklad řešení rovných ploch Lze využít empirického vzorce: Δ = a. smrštění [mm] S výhodou lze konstruovat stěnu se žebrováním. V závislosti na tloušťce žeber a stěny dochází k deformaci (vyklenutí) rovné plochy. tl. žebra < tl. stěny tl. žebra tl. stěny tl. žebra > tl. stěny Příklad řešení žebrovaných ploch 23/27 Vtokové systémy forem Vtokový systém formy musí zajistit dopravu taveniny plastu do dutiny formy. Ústí vtokového systému musí umožnit co nejdelší dobu dotlaku pro vyrovnání objemového smrštění (zabránění – omezení - vzniku lunkrů a vtaženin). Vtok taveniny je směrován: 1. do místa nejsilnější tloušťky stěny výlisku (u termoplastů i reaktoplastů). 2. do místa nejslabší tloušťky stěny výlisku (pro vstřikování s nadouvadlem). Vtok taveniny je směrován do místa nejsilnější tloušťky stěny výlisku V případě vícenásobných forem je třeba odstupňovat průřezy jednotlivých vtokových kanálků. To lze nejpřesněji provést za pomocí počítačové simulace. Vtokové kanálky by měly být stejně dlouhé (stejné hydrodynamické poměry). velký odpad materiálu Příklad řešení drah vtokových kanálků u vícenásobné formy 24/27 Zásady pro umístění vtoků Zásadní je rozmístění a počet vtoků. 1. Dodržet tzv „kuželový princip“ pro umístění vtoku Tloušťka kanálu se zužuje 2. Zabránit vytvoření tzv. „volného toku taveniny“ do formy (způsobuje vzhledové vady výrobku). Za ústí vtoku se umisťuje přepážka, jež způsobí zlom proudu taveniny. „volný tok taveniny“ vstřikování na stěnu - přepážku 3. Neumisťovat ústí vtoku taveniny do míst kde je výrobek provozně nejvíce zatížen. chybně správně chybně správně nalisované ložisko 25/27 chybně správně Příklad umístění vtokových kanálků s ohledem na namáhání výrobku 26/27 Litrratura: ŘEHULKA Z.: Konstrukce výlisků z plastů a forem pro zpracování plastů. Ed. SEKURKON s.r.o. 2008. ISBN 978-80-86604-36-7. 228s.. KOHOUTEK J. :Vlastnosti vstřikovacích jednotek. MM 2005 / 1, 2. února 2005 Komerční příloha / Plasty, strana 42 http://www.bransoneurope.net/cz/schweissverfahren/ultraschallschweissen/funktionsprinzip/i ndex.html http://www.dukcorp.eu/cz/technologie/ultrazvukove-svarovani/ 27/27