2013
Profesor coordonator: Conf. Dr. Ing. Jiman Vasile STUDENT: RAZVAN-VIOREL DUMITRASC GRUPA 3101 ANUL 3 UNIVERSI UNIVERSITATEA TATEA TRA NSILVA NSILVA NIA B RASOV FACUL TATEA DE STIINTA STIINTA SI INGINERI INGINERIA A MATERIALELOR-I.A.I.M.
CUPRINS
1. Materialul plastic 1.1. Polimeri Etimologie și scurt istoric 1.1.1. 1.1.2. Teorii 1.1.3. Polimerizare în lanț Materia primă pentru obţinerea materialelor plastic 1.2. 1.2.1. Liantul Umplutura 1.2.2. Plastifianti 1.2.3. 1.2.4. Stabilizatori 1.2.5. Coloranti Materiale de armare 1.2.6. 1.2.7. Fungicide si insecticide 1.2.8. Agenti de odorizare Agenti de ignifugare 1.2.9. 1.3. CLASIFICAREA MATERIALELOR PLASTICE 1.3.1. Termoplastice: Polietilena (PE)/Polimetilenă 1.3.1.1. Proprietăți fizice 1.3.1.1.1. Proprietăți chimice 1.3.1.1.2. 1.3.1.2. Polistirenul (PS) 1.3.1.2.1. Caracteristici 1.3.1.3. Policlorura de vinil (PVC) 1.3.1.3.1. Istoric Poliesteri tip PET 1.3.1.4. 1.3.1.5. Plexiglas 1.3.1.6. Teflon 1.3.1.7. Poliamida PA 1.3.1.8. Poliamida (REDPLAST) 1.3.1.8.1. Clasificare 1.3.2. Termorigide 1.3.2.1. Melamina 1.3.2.2. Bachelita 1.3.2.3. Poliuretan (PU) Polipropilenă 1.3.2.4. 1.3.2.4.1. Proprietăți chimice și fizice Polietilenă 1.3.2.5. Proprietăţile materialelor plastice: 1.4. 2. Injectarea maselor plastic 2.1. Injectarea in retea automata 2.2. Injectarea in retea automata asistata cu gaz 2.2.1. Istoric 2.2.2. Succesiunea fazelor procesului este următoarea 2.2.2.1. Faza 1 2.2.2.2. Faza 2
3 4 4 5 5 6
6 6 6 6 6
6 6 6
6 7 7 7 7 7 7 8 8 9
9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 11 11 11 12 12 14 14 14 14 14
2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6. 2.2.7. 2.2.8. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.7.1. 3.7.2. 3.8. 3.8.1. 3.8.2. 3.8.3. 3.8.4. 3.8.5. 3.9. 3.9.1. 3.9.2. 3.9.3. 3.9.4. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 4.
Mod de functionare Avantaje Dezavantaje Raspandire Procesul tehnologic de creare al matritelor Tipuri de masini Proiectarea si executarea unei piese din plastic Descrierea constructive functionala a reperului Claculul masei reperului Alegerea masinii de injectare Calculul duratei totale a ciclului de injectare Calculul numarului de cuiburi Dimensionarea cuiburilor in fct. de contractia materialului Alegerea sistemului de injectare
Dimensionarea canalelor de distribuţie Dimensionarea digului Calcule de rezistenta
Verificarea suprafeţei de închidere a matriţei Verificarea rigidităţii plăcilor de formare Dimensionarea poansoanelor Deformarea poansoanelor
Dimensionarea şi deformarea plăcilor matriţei Alegerea sistemului de racier
Alegerea sis. de răcire pentru placa de formare şi poanson Transferul de căldură între materialul şi matriţă Transferul de căldură în interiorul matriţei Determinarea timpului de răcire prin calcul Alegerea sistemului de aruncare Alegerea sistemului de centrare si conducere Schita matritei Alegerea materialelor care compun matrita Bibliografie
15 16 16 16 16 17 27 28 29 29 31 31 32 33 33 35 35 36 38 38 39 41 43 43 44 45 45 46 47 49 50 51
1. Materialul plastic
Materialul plastic (*sunt produse sintetice de natură organică , anor ganică ganică sau mixtă, care se pot prelucra ușor în diferite forme, la cald sau la rece, cu sau fără presiune) a fost inventat
în 1860 de un englez (Alexander Parkes) şi a constituit un înlocuitor sintetic al sticlei. El a
materie solidă, incoloră, uneori transparentă, lucioasă , ajutat la descoperirea celuloidului (* materie flexibilă, plastică, produsă industrial, ușor inflamabilă, obținută din nitroceluloză și camfor, folosită la fabricarea filmelor fotografice, a lacurilor și a unor obiecte uzuale , fabricat in Statele Unite in 1870) .
Celuloidul a fost inventat de americanul John Hyatt in 1869 si este un material plastic ce se obtine prin dispunerea unui amestec format din nitrat de celuloza, pigmenti si material de umplutura intr-o solutie alcoolica de camfor. La incalzire, celuloidul celuloidul se poate deforma plastic, adica devine maleabil si poate fi turnat cu usurinta in diferite forme. Celuloidul se intareste atunci cand se usuca si se raceste. Cu celuloidul sau, John Hyatt a incercat sa obtina un premiu acordat pentru realizarea unui material care sa inlocuiasca fildesul necesar realizarii bilelor de biliard. Americanul nu a castigat premiul, dar in 1870 a obtinut un brevet pentru inventia sa. Materialele plastice sunt substanţe sintetice de origine organică obţinute din polimeri polimeri..
-3-
1.1. Polimeri Un polimer este o substanță compusă din molecule cu masă moleculară mare, formate dintr-un număr mare de molecule mici identice, numite monomeri, legate prin legături covalente. Exemple cunoscute de polimeri sunt plasticul, ADN-ul și proteinele.
Structura polipropilenei: Carbonul este albastru - Hidrogenul gri
1.1.1.
Etimologie și scurt istoric
Cuvântul polimer derivă din grecescul πολσ (poli), însemnând „pluri‟ și μέρος (meros), însemnând „parte‟. Termenul a fost adoptat în 1833 de către Jöns Jakob Berzelius , deși
definiția polimerului polimerului dată de el este destul de diferită față de cea modernă. Începând din anul
1811, chimistul Henri Braconnot s-a axat pe studierea derivatelor celulozei, probabil cea mai importantă parte din știința polimerilor. Demararea vulcanizării în secolul al XIX -lea a îmbunătățit duritatea latexului sintetic, semnificând popularizarea polimerului semi-sintetic. În 1907, Leo Baekeland a creat primul polimer compet sintetic, bachelita, care a fost făcută publică în 1909. 1.1.2.
Teorii
În afara progreselor semnificative în sintetizarea și caracterizarea polimerilor, o înțelegere corectă a aceastora nu s-a ivit decât în 1920. Înainte de al doilea deceniu al secolului al XIX- lea, oamenii de știință au crezut că polimerii erau grupuri de mici molecule (numite coloide coloide= = substanțe microscopice microscopice dispersate uniform prin alte substanțe), fără mărimi
moleculare bine stabilite, ținute în strânsă legătură de o forță necunoscută, un concept numit „teoria asociației‟. În 1922, Herman Staudinger a propus teoria lanțurilor atomice de polimeri ținuți alături de legături covalente, o idee care nu a fost acceptată mai bine de un deceniu, dar pentru care Staudinger a primit Premiul Nobel . Lucrările lui Wallance Carothers (1920) au confirmat că polimerii pot fi sintetizați rațional din monomerii care îi constituie. O importantă contribuție în știința polimerilor sintetici a fost adusă de chimistul italian Giulio Natta și de chimistul german Karl Ziegler , care au câștigat Premiul Nobel în chimie, în anul 1963 , pentru “catalizatorul Ziegler -Natta”. În ceea ce privește reacția de adiție, un aport important îl are Paul Flory, 1974 . Lucrarea sa extinsă în domeniul polimerilor include cinetica polimerizării pas cu pas și a adiției polimerizării, transferul lanțului atomic, volumul inclus ,”Convenția Flory” și “Teorema Flory -Huggins, pentru care i se acordă Premiul Nobel în chimie 1974. Materiale sintetice, precum nylonul, teflonul sau siliconul au format baza pentru o industrie a polimerilor. De asemenea, în acești ani s -a acordat o deosebită importanță sintetizării raționale a polimerilor. Cei mai importanți produși polimeriz azi de pe piață sunt
-4-
sintetici și produși în volume mari. Polimerii sintetici își găsesc astăzi loc în aproape fiecare industrie sau segment de viață.sunt adesea folosiți ca adezivi sau lubrifiante, dar la fel de bine sunt utilizați pentru diverse produsede la jucării până la avioane .ei au fost implicați într -o mare varietate de aplicații biomedicale, de la dispozitive pentru implanturi, până la droguri. 1.1.3.
Polimerizare în lanț
În chimie polimerizarea în lanț este o reacție (proces chimic) prin care molecule de monomeri sunt multiplicate formând lanțuri de monomeri (macromolecule) numite polimeri.
-5-
1.2. Materia primă pentru obţinerea materialelor plastic : 1.2.1.
Liantul (masa de baza) reprezentata de:
* hidrocarburi obtinute prin distilarea petrolului;
* răşini (substante solide cu aspect sticlos); 1.2.2.
Umplutura (determina proprietatile mecanice ale materialului plastic)
-poate fi formata din substante organice (faina de lemn, tesaturi din bumbac, tesaturi din fibre sintetice) sau anorganice (azbest, sticla, mica, talc etc.)
1.2.3.
Plastifianti (au rolul de mari plasticitatea la cald)
1.2.4.
Stabilizatori (asigura mentinerea in timp a proprietatilor materialelor plastice)
1.2.5.
Coloranti
1.2.6.
Materiale de armare (fibre, fulgi din sticla)
1.2.7.
Fungicide si insecticide (cresc rezistenta materialelor plastice la actiunea microorganismelor)
1.2.8.
Agenti de odorizare (corecteaza mirosul)
1.2.9.
Agenti de ignifugare (cresc rezistenta la foc a materialelor plastice)
-6-
1.3. CLASIFICAREA MATERIALELOR PLASTICE Dupa modul de comportare la acţiunea căldurii, materialele plastice pot fi: 1.3.1.
Termoplastice:
Sunt acele materiale plastice care la căldură devin plastice iar prin răcire se întăresc.Procesul este reversibil.
1.3.1.1. Polietilena (PE)/Polimetilenă - filme, folii, pahare, castroane, jucării etc. -este un polimer termoplastic semicristalin de culoare albă sau semiotransparentă, materialul plastic cel mai răspândit, obținut prin procesul de polimerizare , fiind produsă de industria petrochimică. Producția anuală în lume este de aproximativ 80 milioane tone.
Tipuri de polietilenă în funcție de densitate, construcția lanțului molecular PEX sau XLPE - polietilenă reticulată PE-LD – polietilenă cu densitate mică PE -LLD – polietilenă cu densitate liniară joasă (densitatea: 0,915– 0,925 g/cm3). PE-LMD – polietilenă mediu densificată (densitatea: 0,926– 0,940 g/cm3). PE-HD – polietilenă de mare densitate 0,97 g/cm3) PE-HD-HMW - polietilenă înalt densificată (de înaltă densitate) cu masa moleculară ridicată PE -HD-UHMV - polietilenă înalt densificată cu masă moleculară foarte ridicată etc. Utilizări material de ambalaj (pungi de plastic, membrană, folie, containere etc.} plăci extrudate (care se pot freza, termosuda, termoforma), din care se pot fabrica compostatoare, uși, site industriale, roți dințate cu auitogresare, rafturi țevi și fitinguri
folii bare
elemente de alunecare (în industria alimentară, jgheaburi, canale)
Formula chimică a polietilenei este (C 2H4)nH2. Din formula chimică n” poate lua diferite valori, iar diferite materiale plastice se obțin prin amestecarea a diferitelor tipuri de polietilenă cu valori n” diferite. 1.3.1.1.1. Proprietăți fizice Polietilena este un polimer termoplastic, format din lanțuri lungi de hidrocarburi. Punctul de topire depinde de tipul polietilenei, valorile tipice fiind în gama 120 - 130 °C. Punctul de topire pentru polietilena de joasă densitate pentru uz comun este 105 - 115 °C. 1.3.1.1.2.
Proprietăți chimice Are o excelentă rezistență chimică, este rezistentă la acizi, baze, oxizi. Polietilena arde încet cu o flacără albastră cu vârf galben și emană un miros de parafină. Se dizolvă în hidrocarburi aromatice ca de exemplu toluenul și xilenul sau solvenți clorurați. 1.3.1.2. Polistirenul (PS) - carcase, radio, telefon, pixuri, stilouri, pahare , jucării etc. -este un material polimeric , slab transparent, amorf sau parțial cristalin, termic prelucrabil
(termoplastic). Se fabrică din monomer stirol, o hidrocarbură mai simplă lichidă, obținută din petrol. Polistirenul este unul din cele mai răspândite tipuri de masă plastică, cu un consum mondial (semnificativ) de miliarde de kilograme pe an.
-7-
1.3.1.2.1. Caracteristici Este solid la temperatura camerei.
Este prelucrabil prin încălzire (termoplastic). Are o temperatură de înmuiere de aproximativ 100 °C și redevine la stare solidă prin răcire. Este utilizat ca material industrial (de construcție) sub formă masivă sau spongioasă (buretoasă).
1.3.1.3.
Policlorura de vinil (PVC) – piese pentru instalatii de apa sau electrice etc.
POLICLORURĂ DE VINIL
DENSITATE:
1,38 –1,55 / 1,16 –1,35 g/cm³ REZISTENȚĂ LA 50 –75 / 10 – TRACȚIUNE: 25 ( N/mm²) REZISTENȚĂ LA 10 –50 / ÎNTINDERE: 170 –400 % DIN 53455 MODUL DE ELASTICITATE: 1000 –3500 N/mm² DIN 53457 DURITATE: 75 –155 N/mm² DIN 53456 REZISTENȚĂ LA LOVIRE: > 20 kJ/m² DIN 53453 REZISTENȚĂ LA ZGÂRIERE: 2 –75 kJ/m² DIN 53453 REZISTENȚĂ LA > 1015 / > STRĂPUNGERE: 1011 Ω DIN 53482 REZISTENȚĂ LA 1013 / 011 Ω SUPRAFAȚĂ: DIN 53482 PROPRIETATEA 3,5 / 4 –8 DIELECTRICĂ: DIN 53483
50 Hz εr
Policlorura de vinil cu numele prescurtat PVC este o substanță din categoria materialelor
termoplastice cu o structură amorfă. Sunt două forme de PVC, forma dură” și forma moale” la care s- au adăugat stabilizatori. Forma moale este mai răspândită fiind PVC -ul, adecvată -8-
prelucrărilor tehnice, este forma care care se aplică pe dușumea, sau în construcții la conductele din material plastic.
Policlorura de vinil ia naștere prin polimerizarea (legarea) monomerelor de clorură de vinil (CH2 = CHCl) 1.3.1.3.1.
Istoric
Primul care a sintetizat clorura de vinil în laboratorul profesorului Justus von Liebig” din Gießen a fost în anul 1835 chimistul francez Henri Victor Regnault, care a observat că sub acțiunea razelor solare clorura de vinil polimerizează dând naștere la o pulbere albă. Importanța acestei descoperiri a fost numai mai târziu observată. In 1912 chimistul german Fritz Klatte” face cercetări similare cu cele ale chimistului francez, acesta producând clorura de vinil din acetilenă și acid hipocloros. Clorura de vinil va fi utilizată la filme fibre sintetice, lacuri. Azi însă din motive de protecție a mediului înconjurător și prin dezvoltarea industriei chimice s-au descoperit alte substanț e PVC-ul este treptat înlocuit. 1.3.1.4.
Poliesteri tip PET- tastatura, mouse, ştechere, carcase, sticle, acoperişuri etc.
1.3.1.5.
Plexiglas - lentile, industria automobilelor, si aeronautică , medicina (lentile de contact) etc
1.3.1.6.
Teflon -medicina (produse ortopedice, instrumente medicale), electrotehnica (stechere, soclu), industria chimica (aparate de laborator) etc.
1.3.1.7.
Poliamida PA (nailon)- industria auto, materiale sportive (patine cu rotile, clapari de schi)
1.3.1.8. Poliamida (REDPLAST) - este un polimer semicristalin de obicei de culoarea alb laptoasa sau galbuie, care face parte din grupa de mase plastice tehnice cu rigiditate si rezistenta ridicata; un polimer format din mai mulți monomeri de amide, unite prin legături peptidice într-o reacție de policondensare. Aceste legături se pot forma pe cale naturală, ca în cazul proteinelor, lânei sau a mătasei, sau se pot fabrica prin procesul de polimerizare ca de exemplu în cazul nailonului. Prezinta o combinare optima de calitati: rezistenta mecanica, rigiditate, rezistenta la lovituri si proprietati bune de alunecare. Poliamidele sunt utilizate în constructia de masini, utilaje, vehicule, medicina, industria alimentara, chimica, electronica si electrotehnica, inzestrarea laboratoarelor, constructia de pompe si armaturi, constructii de precizie si cu presiuni joase, textilă, la fabricarea covoarelor
sau a echipamentelor sportive datorită durabilității și rezistenței lor foarte mari.
1.3.1.8.1. Clasificare In principiu, distingem cateva tipuri de poliamide oferite, in functie de numarul de monomeri sau de metodele de polimerizare: • PA 6 (poliamida extrudat) • PA 6 G (poliamid turnata) • PA 12 • PA 66 • Poliamide alifatice • Poliamide semi-aromatice • Poliamide aromatice
După starea lor cristalină, poliamidele pot fi: • semi-cristaline • amorfe
Materialul se poate prelucra prin aschiere, sudare, lipire, termoformare. -9-
In cadrul fiecarui tip mentionat sunt posibile variante cu proprietati fizicomecanice diferite ceea ce determina diverse campuri de utilizare. 1.3.2.
Termorigide:
-sunt casante la rece si se întăresc la caldura. La o nouă reîncălzire, acestea nu se mai deformează. Procesul este ireversibil.
1.3.2.1. Melamina - industria electrotehnică, fabricarea mobilei etc. -este o molecula folosita ca baza in procesele de sinteza pentru fabricarea de rasini, materiale plastice sau adezivi. Este si motivul pentru care studiile privind posibila sa toxicitate realizate pâna acum au vizat doar expunerea la locul de munca (prin inhalare sau a la contactul cu pielea), nu de ingerare. 1.3.2.2.
Bachelita - carcase, mânere
tigăi, produse ornamentale si de podoaba etc. -bachelita este o rășină sintetică, din familia fenoplastelor obținută în formă brută prin reacția de condensare dintre aldehida formică și fenoli într-un mediu alcalin.
În amestec cu diferite materiale, prin presare la cald, se obține o masă plastică insolubilă,
termostabilă, electroizolantă, dură, rezistentă la șoc și la uzură. A fost descoperită în 1907[1] de către chimistul belgian Leo Baekeland (de unde îi provine și
Structura bachelitei
numele), care a prezentat-o doi ani mai târziu la o conferință a societății științifice American Chemical Society.
Se utilizează la fabricarea diferitelor materiale presate și laminate, la obținerea unor materiale și piese electroizolante, obiecte de uz industrial și casnic. 1.3.2.3.
Poliuretan (PU) - ca spumă izolatoare, perne, saltele, bureţi de baie sau de
şters tabla etc. -produs macromolecular obținut prin polimerizarea unor compuși chimici cu glicoli, folosit la
fabricarea materialelor plastice. Tip de polimer utilizat ca material plastic „Pe baza rezultatelor cercetărilor întreprinse [...] au fost realizate tipuri noi de tălpi din poliuretan cu o greutate mai redusă cu 1520 la sută, ca și noi modele de tălpi din cauciuc la care s -a îmbunătățit și aspectul, asigurându-se vernisarea lor.
1.3.2.4. Polipropilenă -polipropilena este un material plastic mai rezistent la căldură decât policlorura de vinil (PVC). Este folosită in industria materialelor plastice, mai ales la instalațiile de încălzi re.
În anul 2007, piața globală a polipropilenei a avut un volum de 45.1 milioane tone, care a dus la o cifră de afaceri de 65 de miliarde de dolari americani (47.4 miliarde de Euro).
- 10 -
1.3.2.4.1. Proprietăți chimice și fizice -cea mai mare parte din polipropilena com ercială este izostatică și are un nivel intermediar
Scaun fabricat cu oli ro ilenă 1.3.2.5.
de cristalinitate între cea a densității mici
Polietilenă (PEMD -polietilenă de mică densitate) și cea a densității ridicate polietilenă (PEMD - polietilenă de mare densitate).
Polipropilena normală este dură și flexibilă, în special când este copolimerizată cu etilenă. Aceasta permite polipropilenei să fie utilizată ca un plastic pentru producția în industria de automobile concurând cu ABS. Polipropilena este ieftin ă și poate deveni translucidă când nu este colorată.
1.4. Proprietăţile materialelor plastice:
densitatea 0,9 – 1,8 g/cm3;
dilatarea termică (de câteva ori mai mare decât la metale şi aliaje); conductibilitatea termică (de câteva ori mai mică decât la metale şi aliaje); conductibilitatea electrică (scăzută, sunt rele conducătoare de electricitate); rezistenţa la rupere (depinde de rezistenţa materialului de umplere sau de armare); rezistenţa la şoc (bună – folosite pentru ochelari şi căşti de protecţie etc.); prelucrabilitatea prin aşchiere (foarte bună – se pot tăia, strun ji, freza, găuri etc.) stabilitatea chimică (bună – pot fi utilizate pentru transportul uleiurilor, a unor acizi etc.);
biodegradarea (bună – unele pot fi atacate de anumite bacterii, ciuperci, insecte). În urma arderii materialelor plastice rezultă cantităţi mari de căldură (9000 – 10000 Kcal/Kg, comparativ cu lemnul 3800 – 4000 Kcal/Kg).
- 11 -
2. Injectarea maselor plastice 2.1. Injectarea maselor plastice in retea automata Instalatii de golire material din big baguri sau octabinuri - automatizează şi uşurează acest proces pentru orice tip de material indiferent de forma lui, fie pulbere, granule sau fulgi. Golirea automată se face printr -un cap - sonda cu mişcare verticală şi vibratii concomitent cu ridicarea big-bag- ului sau a pungii din octabin. Aceste echipamente se pot ataşa oricărui
sistem de alimentare sub vacuum şi rezolvă problema legată de manopera. Un film de prezentare se poate vedea pe http://www.youtube.com/watch?v=ywyMWxy7AsA
Capul-sondă
de sucţiune Prin capul-
sondă cu vibraţii materialul este
afânat şi poate curge către aria de sucţiune. Prin vibraţii acesta se afundă în material iar materialul se
adună în jur. Capul- sondă
face balans în
material şi acumulări de material sunt
- 12 -
dislocate prin
vibraţii. Inelul de ridicare
Amortizare
Inelul de ridicare poate fi
Staţiile de
ataşat atât la bucle de big bag cât
şi la ambalaje din plastic similare iar sistemul poate fi cu
uşurinţă adaptat de la bigbaguri joase la cele înalte. Inelul este
confecţion at din INOX AISI 304
rapidă golire OKTOMAT ® se amortizeaz
ă în doar câteva luni prin eliminarea pauzelor în
producţie şi a costurilor minime de operare. Prin
întreţinere minimă, economie
de spaţiu şi forţă de muncă.
Golire 100% automată Bag-ul flexibil este tras în sus şi strâns prin intermediul operaţiunii automate de ridicare. Prin micşorarea diametrului bag -ului materialul este împins către aria de sucţiune. La finalul procesului bag- ul este ridicat de pe podea facilitând golirea completă. Forma fund ului sacului determină golirea completă (100% la saci cu fund rotund şi big -baguri).
- 13 -
2.2. Injectarea maselor plastice in retea automata (asistată) cu gaz -este un proces care utilizează un gaz inert – de obicei
Azot (N2), pentru crearea unor cavităţi fără material
plastic în interiorul reperului injectat. Presiunea gazului
injectat poate fi până la 350 atm.
Azotul injectat formeaza astfel canale goale, continue în interiorul polimerului, completeaza umplerea cavitatii matritei cu plastic si gaz, aplica presiune polimerului în timp ce acesta se raceste si se solidifica, si se dilata pentru a compensa contractia volumetrica a plasticului. Gazul este evacuat inainte de deschiderea matritei si evacuarea produsului finit. Azotul este un gaz inert, uscat, inodor si ne-toxic. Proprietatea sa de a intra in contact cu plasticul topit la temperaturi inalte fara a induce oxidare il face ideal pentru aplicatiile NitroInject. Puritatea azotului este dictata de oxidarea la temperaturi înalte a diferitelor materiale, purtitatile specifice fiind variate. Azotul este folosit pentru ranforsarea nervurilor, eliminand defectele de suprafata. Ajuta la distribuirea uniforma a presiunii in interiorul matritei, rezultând o piesa mai compacta si mai aspectuoasa. 2.2.1.
Istoric:
Injectarea maselor plastic (asistată) cu gaz este cunoscută de mai bine de 20 de ani. În ultimii ani unele patente au expirat şi astfel tehnologia a devenit accesibilă şi tot mai mult utilizată în domenii cum ar fi: industria auto, bunuri de larg consum, grădinărit, mânere, etc. 2.2.2.
Succesiunea fazelor procesului este următoarea:
2.2.2.1.
Faza 1:
Se execută injectarea pe o cursă a melcului bine stabilită; Se injectează gazul prin duze speciale şi amplasate corespunzător în matriţă; Gazul urmează calea minimei rezistenţe şi va crea zone cu gaz în secţiunile cu grosimi mari; Presiunea gazului împinge pereţii reperului injectat pe suprafeţele matriţei – se obţine forma finală; Surplusul de gaz este eliminat în atmosferă sau reciclat.
2.2.2.2.
Faza 2:
injectarea a gazului poate fi comandată şi în funcţie de timp, adică la un anumit interval de timp de la faza de injectare. Este de preferat ca maşina de injecţie să fie echipată cu interfaţa pentru injectarea cu gaz, interfaţă care asigură comunicarea între maşină şi controlerul echipamentului cu gaz .
- 14 -
2.2.3.
Mod de functionare:
O linie pentru injectarea cu gaz este reprezentată în figura:
De la sursa de gaz (un generator de gaz sau, simplu, o butelie cu gaz), prin intermediul unui
compresor, gazul ajunge la unitatea de comandă care poate genera şi controla precis presiunea gazului funcţie de timp; gazul este astfel injectat prin intermediul unor duze speciale în matriţa montată pe maşina de injectat. Există maşini care dispun de controlere ce pot avea opţional şi software specializat pentru injectarea cu gaz. Utilizarea injectării asistate cu gaz este aleasă atunci când există pereţi cu secţiune mare a reperului de injectat dar şi în cazul unor repere care solicită o estetică deosebită a suprafeţelor vizibile. 2.2.4. Câteva dintre avantajele utilizării injectării cu gaz sunt: Azotul este produs, la o puritate inalta, din aerul comprimat generat de un compresor on-site Sistem compact, modular, sigur si usor de intretinut Se elimina intreruperile cauzate de lipsa de azot ca in cazul buteliilor Se elimina cresterile de costuri necontrolate ale furnizorilor de azot in butelii
reducerea volumului de masă plastică injectat cu până la 40% şi astfel reducerea costurilor cu materia primă; reducerea ciclui de injecţie prin reducerea timpului necesar de răcire; reducerea forţei de închidere deoarece faza de compactizare se realizează cu presiunea gazului; reducerea consumului de energie electrică; reducerea tensiunilor interne;
- 15 -
creşterea rigidităţii piesei; reducerea zonelor care ar putea prezenta „supturi”; etc.
2.2.5.
Dezavantaje:
costurile suplimentare cu echipamentul necesar şi costurile cu studiile de analiză a curgerii, creşterea complexităţii matriţei. Matriţele sunt special concepute pentru injectarea asistată cu gaz. Astfel, ele sunt prevăzute cu duze special de injectare a gazului amplasate pe baza studiilor de curgere şi de asemenea, sunt prevăzute cu dispozitive de blocare a traseelor de injectare pentru eliminarea riscului ca gazul injectat să aleagă o altă cale.
Un exemplu de desen de matriţă este prezentat în figura.
2.2.6.
Raspandire:
Tehnologia de injectare (asistată) cu gaz este larg răspândită, în special în S.U.A. În România există câteva firme care dispun de această tehnologie şi furnizează repere pentru industria producătoare de frigidere, auto, etc. 2.2.7.
Procesul tehnologic de creare al matritelor
În orice proces de injectare a matriţelor, sunt esenţiale câteva procese pentru obţinerea unui produs de calitate: design de produs, proiectarea matriţei şi executarea matriţ ei pentru injectare
Astfel, primul proces este cel de proiectare a matriţei, proces care se realizează în birou l de proiectare, cu ajutorul specialiştilor care şi-au dobândit statutul de profesionişti în birouri de proiectare în cadrul unor importante com panii multinaţionale care activează pe piaţa din
vestul României. Programul de software utilizat pentru proiectarea matriţelor este CATIA V5. Proiectul matriţei este apoi transferat la biroul de proiectare CAM. Pentru programarea maşinilor CNC, inginerii folosesc programul de software CIMATRON. 2.2.8. Tipuri de masini DEMAG , ENGEL , NEGRI BOSSI si KRAUSS MAFFEI , importate direct de la compania
producătoare, din Germania.
Cu aceste utilaje se pot injecta diverse repere de plastic folosi nd matriţele aduse de clienţi,
sau cu cele deţinute de atelierele de sculărie din firme, astfel se poate oferi clienţilor posibilitatea de a proiecta şi de a executa matriţele chiar în ateliere, asigurând astfel un proces tehnologic complet.
- 16 -
Masina injecţie multicomponent Descriere generală De la primele maşini din 1963 şi până în prezent, domeniul de activitate a fost şi este în contiună creştere, astfel încât astăzi sunt foarte multe oferte pentru aplicaţii multicomponent. Tehnologia a devenit tot mai sofisticată şi piaţa s -a dezvoltat dinamic. Multitudinea de posibilităţi oferite producătorilor, designerilor şi inginerilor au dus la fabricarea acestor maşini. Maşinile Multicomponent au o forţă de închidere cuprinsă între 650 şi 54000 kN. Unele avantaje ale injecţiei multicomponent sunt:
mai mare libertate de design
costuri reduse în ceea ce priveşte montarea şi materialele funcţionalitate îmbunătăţită
Aceste maşini oferă posibilitatea combinării diferitelor materiale. Combinaţii ca termoplaste cu cauciuc sau LSR nu mai constituie o problemă:
Tehnica multicomponent oferă o gamă largă de procedee:
17
injecţie compusă: două sau mai multe materiale sunt injectate şi unite etanş una de cealaltă.
Geometria cavităţii este schimbată înainte de fiecare secvenţă de injectare. De exemplu: faruri spate, unelte pentru casă şi grădină, periuţe de dinţi, carcase cu etanşări incorporate .
injecţie sandwich: două sau mai multe materiale sunt
injectate succesiv sau simultan. Geometria cavităţii rămâne neschimbată. De exemplu: mânere cu un miez tare şi cu o suprafaţă moale, produse cu un miez din material reciclat şi o suprafaţă din material vi rgin.
injecţie în strat: un produs (care trebuie să îndeplinească anumite cerinţe) este învelit cu un alt material. De exemplu: airbagurile, piese căptuşite .
injecţie montare: este un proces similar cu cel al injecţiei compuse, dar se folosesc materiale ca HDPE/PS. De exemplu: figurine d e jucărie, carcase electrice cu învelitori de protecţie deja montate:.
18
Maşini injecţie mase plastice seria AX Descriere generală Maşinile de injecţie total electrice seria AX folosesc un design simplu şi sunt bazate pe conceptul de închidere cu genunchi. Mașinile au fost sistematic îmbunătăţite din punct de vedere tehnic pentru un nivel ridicat de performanță și c onsum redus de energie, acoperind în acelaşi timp un larg spectru de producţie.
Caracteristicile seriei de mașini AX: - genunchi în 5 puncte - platan mobil cu căi de rulare precise fixate pe un şasiu stabil - deschidere maximă între coloane şi spaţiu mare de fixare a matriţei - buffer store – cu funcţie: transformă tensiunea de alimenatre în curent continuu (cu separare
de reţea). Condensatoarele ajută la stabilizarea tensiunii şi stochează energia recuperată de la frânare. - convertizor Siemens - acţionări complet electrice pentru înaltă repetabilitate şi eficienţă energetică - şnecuri fiabile şi torpilă din largul spectru de produse KraussMaffei pentru procesarea unei
largi game de produse şi asigurarea unui material topit de excelentă calitate - unitate de control de înaltă precizie MC5 cu Varan bus - robot linear LRX integrat complet pentru a realiza o celulă compactă de producţie Maşinile din această gamă oferă: - productivitate ridicată cu un consum redus - transmisie optimă de forţă/cursă - amprentă la sol redusă - operare uşoară fără erori - pretabilitate pentru o variată paletă de aplicaţii standard
19
Opțiuni suplimentare pentru perfomanță și flexibilitate AX: - tehnologie de acţionare cu servomotor optimizat - reducere cu 10% a consumului de energie - tehnologie de conversie, asigură conectarea la orice sursă de energie pe glob - convertori răciţi cu apă (tip HT11)
Transmisia de înaltă precizie, pe curea, cu funcţionare lină permite mişcarea lentă a maselor şi reduce totodată consumul de energie. Convertori cu senzori de scurgere şi răcire cu apă (tip HT11) facilitează utilizarea în medii închise deoarece apa elimină căldura.
Maşini injecţie mase plastice seria CX Descriere generală Maşinile de injecţie din seria CX cuprind segmentul mic şi mijlociu în ceea ce priveşte unitatea de închidere a maşinilor noastre. Acestea au: - un sistem de închidere complet hidraulic în 2 plata ne - o forţă de închidere de la 350 kN până la 6.500kN. - cantitate material injectat de la 13 la 5.453 grame (PS) Masinile din aceasta gama ofera: - obţinerea unor produse de înaltă calitate - pretare perfectă la cele mai ridicate exigenţe - adaptabilitate la cerinţele dumneavoastră de producţie. - o productivit ate şi o calitate de invidiat 20
- o gamă largă de combinaţii ale unităţilor de închidere şi injecţie existente - posibilitatea alegerii unei maşini conform cerinţelor dumneavoastră
În funcţie de cerinţele dvs., vă putem oferi maşini universale cu funcţii multiple sau maşini speciale pentru o anumită aplicaţie.
Modele de piese
Puteţi să vă configuraţi propria dumneavoastră maşină de injecţie, potrivită producţiei dvs., alegând una din cele peste 150 de combinaţii existente. Opțiuni suplimentare pentru perfomanță și flexibilitate CX: - Presiune de injecţie până la 3000 bari specific - Temperatura de plastifiere de până la 450°C - Turaţie şnec mărită (hidraulic) - Acţionare electrică şnec - Pompă separată pentru aruncător/miezuri - Acumulator presiune pentru o putere mărită a injecţiei
21
Maşini injecţie mase plastice seria EX Descriere generală Maşinile de injecţie mase plastice EX combină cel mai rapid timp pentru cicluri uscate, precizie remarcabilă şi curăţenie. Seria EX a KraussMaffei este un concept de maşini de injecţie total electrice. Caracteristicile cheie sunt performanţa înaltă, precizie extremă şi cel mai rapid timp pentru ciclul uscat din industrie. Pentru asigurarea vitezei şi performanţei este responsabilă închiderea cu genunchi în Z - inima maşinii EX. Împreună cu o unitate de injecţie acţionată direct electric, acest concept unic de inginerie garantează precizie extremă, răspuns ultra -rapid şi curăţenie absolută.
Caracteristicile seriei de maşini EX: - concept unic de închidere cu genunchi în Z - acţionare electrică pentru toate axele maşinii - elemente de închidere complet încapsulate – lubrifiere absolut curată menţine zona matriţei
curată - deschidere maximă a platanelor generoasă – spaţiu pentru matriţe foarte mari - unitate de control MC5 - şnecuri fiabile şi torpilă - motor de turaţie înaltă cu transmisie directă de forţă pentru mişcări de repetare precise - motor răcit cu apă – răcire distribuită la motor şi invertor pentru performanţă mărită
22
Maşini injecţie mase plastice seria MX Descriere generală Maşinile din seria MX:
- sunt maşini mari - au o forță de închidere cuprinsă între 8000 kN și 40000 kN.
Aceste maşini oferă o gamă largă de combinaţii posibile şi astfel se preteză la toate cerinţele de producţie. Maşinile din seria MX constituie alegerea perfectă pentru o gamă largă de aplicaţii, de la sisteme de injecţie simple/standard, până la procese complexe de plastifiere. Maşinile de injecţie trebuie să satisfacă diverse necesităţi, de aceea chiar şi versiunea de bază a maşinilor MX are foarte multe funcţii. Aceste maşini sunt astfel construite încât să ofere o cât mai uşoară montare/demontare şi schimbare a diferitelor com ponente Unele segmente de întrebuinţare îl constituie: Automobilele
Containere de depozitare, de transport
Bobinele pentru
maşini de spălat
Pompa de
acţionare asigură maşinii debitul şi presiunea
corespunzătoare. Ambele sunt
măsurate şi reglate în interiorul pompei
şi astfel se reduce considerabil consumul de energie. Toate presiunile şi vitezele sunt introduse digital în unitatea de comandă. Ventilele proporţionale, acţionate electric asigură o repetabilitate ridicată şi sunt capabile să menţină valorile setate, perioade lungi de timp. Acest lucru este foarte important pentru un ciclu
uniform al producţiei şi o calitate excepţională a produselor. 23
Pentru o reglare mai exactă a presiunii şi a vitezei şi pentru o repetabilitate a valorilor, maşinile din seria MX au un ventil de reglare adiţional pentru procesul de injecţie şi de plastifiere.
Componentele hidraulice sunt legate la unitatea centrală de comandă a maşinii, prin cea mai modernă tehnologie BUS. Acest lucru: - asigură o prelucrare rapidă şi exactă a datelor şi în acelaşi timp - oferă imunitate faţă de diverse influenţe exterioare.
Maşinile din seria MX sunt foarte uşor de întreţinut, deoarece componentele se pot monta/demonta cu uşurinţă şi sunt prevăzute cu un sistem special de păstrare şi curăţare a uleiului hidraulic.
Aceste maşini: - sunt foarte silenţioase, deoarece pompele sunt în interiorul unei carcase izolate fonic - sunt uşor de întreţinut - oferă un acces rapid la toate elementele hidraulice, oriunde ar fi acestea.
Caracteristici ale seriei MX: Maşinile din seria CX sunt foarte uşor de întreţinut, deoarece: - sunt foarte silenţioase, deoarece pompele sunt în interiorul unei carcase izolată fonic - sunt uşor de întreţinut - ofer ă un acces rapid la toate elementele hidraulice, oriunde ar fi acestea
24
Alte tipuri de masini de injectie masa plastica DEMAG Extra 200-840
an de fabricaţie - 1996. DEMAG Ergotech 35-115
forţa de închidere - 120 tf, distanţa între coloane - 470X470 mm, înalţimea minima a matriţei - 250 mm, cursa maximă de deschidere - 690 mm, cursa maximă de aruncare - 180 mm, diametrul melcului - 40 mm,
presiunea maximă hidraulică - 190 bar, volumul maxim injectat - 231 cm³; an de fabricaţie - 2005.
DEMAG Extra 120-430
forţa de închidere - 80 tf, distanţa între coloane - 400X400 mm, înalţimea minima a matriţei - 250 mm, cursa maximă de deschidere - 450 mm, cursa maximă de aruncare - 150 mm, diametrul melcului - 35 mm,
presiunea maximă hidraulică - 190 bar, volumul maxim injectat - 168 cm³; an de fabricaţie - 2006.
DEMAG Extra 80-310
diametrul melcului - 25 mm,
presiunea maximă hidraulică - 209 bar,
presiunea maximă hidraulică - 1946 bar, volumul maxim de injecţie - 442 cm³; an de fabricaţie - 2012.
forţă de închidere 50 tf, distanţă între coloane 355X355 mm, înălţimea minimă a matriţei 210/160/135 mm,
forţa de închidere - 35 tf, distanţa între coloane - 320X320 mm, înalţimea minima a matriţei - 180 mm, cursa maximă de deschidere - 350 mm, cursa maximă de aruncare - 100 mm,
diametrul melcului - 50 mm,
SUMITO shi DEMAG Systec 210-840
forţă de închidere - 285.6 tf, distanţă între coloane 580x580 mm, înălţimea minimă a matriţei - 330 mm, cursa maximă de deschidere - 675 mm,
cursa maximă de deschidere - 400 mm, diametrul melcului - 35 mm,
presiunea maximă de injecţie - 2024 bar, volumul maxim injectat - 168 cm³; an de fabricaţie - 2007. Demag EcQ 50-310
forţă de închidere 100 tf, distanţă între coloane 400X400 mm, înălţimea minimă a matriţei 250/200/175 mm,
cursa maximă de deschidere - 500 mm, diametrul melcului - 40 mm,
volumul maxim injectat - 54 cm³,
25
NEGRI BOSSI CANBIO V160-610
presiunea maximă de injecţie - 2025 bar, volumul maxim injectat - 231 cm³; an de fabricaţie - 2007. Demag EcQ 100-430
forţă de închidere 150 tf, distanţă între coloane 475X475 mm, înălţimea minimă a matriţei - 250 mm, cursa maximă de deschidere - 450 mm,
diametrul melcului - 45 mm,
forta de închidere - 300 tf, distanta între coloane – 630 x 630 mm, înaltimea minima a matritei - 310 mm, cursa maxima de deschidere - 640 mm, cursa maxima de aruncare - 225 mm, diametrul melcului - 70 mm, presiunea maxima hidraulica - 1500 bar, volumul maxim injectat - 1050 cm³; an de fabricatie - 1998. NEGRI BOSSI NB 300
presiunea maximă hidraulică - 1910 bar, volumul maxim de injecţie - 323 cm³; an de fabricaţie - 2007. Demag EcQ 150-600
forta de închidere - 160 tf, distanta între coloane – 510 x 450 mm, înaltimea minima a matritei - 170 mm, cursa maxima de deschidere - 460 mm, cursa maxima de aruncare - 200 mm, diametrul melcului - 45 mm, presiunea maxima hidraulica - 1700 bar, volumul maxim injectat - 360 cm³; an de fabricatie - 2000.
forţă de închidere - 265 tf, distanţă între coloane - NA, înălţimea minimă a matriţei - 400 mm, cursa maximă de deschidere - 900 mm, diametrul melcului - 55 mm, volumul maxim de injecţie - 510 cm³; an de fabricaţie - 2012.
ENGEL VICTORY 260
forţa de închidere - 50 tf, distanţa între coloane - 320X320 mm, cursa maximă de deschidere - 350 mm, cursa maximă de aruncare - 100 mm, diametrul melcului - 35 mm,
presiunea maximă hidraulică - 1837 bar, an de fabricaţie - 1998.
26
3. Proiectarea si executarea unei piese din plastic
prin intermediul unei instalatii de injectie masa plastica:
Să se proiecteze tehnologia de fabricaţie prin injectare a unui elementului de ambalare “cutie” în condiţiile unei producţii de 20 000 de bucăţi /lună. Figura 1. Cutie Material: policlorura de vinil (PVC);
Culoare: galbenă.
Tabelul 1. Dimensiuni pentru reperul din figura 1 Dimensiuni [mm] A B C D E F G H I R1 R2 R3 R4 R5
53 37 45 74 70 4 62 54 46 4 4 4 4 4
27
3.1. DESCRIEREA CONSTRUCTIV FUNCTIONALA A REPERULUI Reperul prezentat face parte dintr-un ansamblu având rolul de cutie.
Reperul cutie are o formă paralelipipedică de dimensiuni reduse, având praticat la interior tot un paralelipiped mai mic cu 4 mm faţă de dimesiunile de gabarit. Prezintă raze de racordar e de 4 mm între pereţii verticali şi tot de 4 mm între pereţii verticali şi peretele orizontal. Celelalte dimensiuni constructive sunt prezentate în desen.
Cutia este confecţionată din material PVC de culoare galbenă având următoarele proprietăţi : Tabelul 2
Material
Policlorură de vinil
Simbol PVC-R
Densitate [g/cm3]
Duritate Rockwel
Absorbţia de apă şi aer
Rezistenţa la tracţiune
1,35÷1,45
-
0,6÷0,7
7÷25
[%]
[N/mm2]
Avind în vedere dimensiunile constructive şi materialul folosit pentru obţinerea reperului se foloseşte metoda injectării. Această metodă constă în aducerea unui compound macromolecular în stare plastică şi introducerea acestuia sub presiune într -o matriţă de formare.
28
3.2. CALCULUL MASEI REPERULUI Pentru determinarea numărului de cuiburi şi pentru a putea alege sistemul de injectare este necesar să se determine masa reperului cutie”. unde: este densitatea PVC – ului, în [g/cm3], = 1,4 g/cm3; V – volumul reperului, în [cm3]. V (70 45 54) (66 37 46) (53 4 62) (37 4 46) 64,11 cm3 m V 1, 4 64,11 89,75 g.
3.3. ALEGEREA MASINII DE INJECTARE La alegerea maşinii de injectare, în primă fază, se are în vedere ca volumul maxim de injectare al maşinii să fie de cel puţin (10...15) ori mai mare decât volumul reperului care se doreşte a fi obţinut. Dacă, parcurgând etapele următoare de proiectare, calculele efectuate conduc la valori neacoperitoare pentru caracteristici ca de exemplu forţa de închidere, presiunea de injectare, dimensiunile maxime şi minime ale matriţelor care se pot monta pe platourile de prindere ale maşinii, etc., se alege o altă maşină de injectare, cu caracteristici superioare. Vmin = (10...15)V = 641,16 ... 961,5 cm 3 → Vmin > 13 • V → Vmin > 833,43 cm3
29
Se alege maşina de injectat Krauss Maffei 450 -3500 C3, cu următoarele caracteristici tehnice:
Tabelul 3 Caracteristica Diametrul melc-piston standard Volumul maxim de injectare
UM mm cm 3 MPa Presiunea de injectare maximă kN Forţa de închidere Viteza de injectare cm/s Capacitatea de plastifiere g/s Dimensiunile de gabarit ale platourilor de mm prindere mm Distanţa dintre platourile de prindere, max/min Dimensiunea maximă a matriţei mm (orizontal/vertical)
Valoarea 80 1543 2205 4500 3016 120 1200/1270 800/900 1200/1270
30
3.4. CALCULUL DURATEI TOTALE A CICLULUI DE INJECTARE Timpul total de injectare se determină cu relaţia:
tT = tu + tr + tp, unde tu – timpul de umplere; tr – timpul de răcire (incluzând stadiul de compresie, răcire şi postinjectare); tp – timpul pentru pauză.
Caracteristicile maşinii alese sunt: - ciclul în gol, cu cursă minimă a platanului, t p = 6 s; viteza de deplasare a materialului, q 1 = 135 cm3/s Timpul de injectare t i se calculează cu relaţia: -
t i
V q1
64,11 135
0,475 s
Timpul de menţinere a presiunii în matriţă (t m) se stabileşte la valoarea de 5 secunde, prin comparaţie cu injectarea altor piese asemănătoare. Timpul de răcire (t r ) se alege prin observarea injectării unor piese asemănătoare; valoarea aleasă este de 20 secunde. Timpul total de injectare devine astfel:
tT ti t m t r tp 0, 475 5 20 6 31, 475 s
, ceea ce corespunde unei producţii orare de 114 piese sau 10,24 kg/h.
3.5. CALCULUL NUMARULUI DE CUIBURI Numărul de cuiburi al matriţei de injectat se determină cu relaţia: n
G t T
[buc], unde:
3,6 m - G = 120 g/s – capacitatea de plastifiere reală a maşinii de injectare; - masa m a piesei este masa netă netă a piesei înmulţită cu factorul -
de corecţie
1,05, adică m = 1,05 89,745 = 94,23 g durata completă a ciclului de injectare t T = 31,475 s
→ n
G t T
3, 6 m
120 31, 475 3, 6 94, 23
11,13 12 cuiburi
Se va proiecta o matriţă cu 12 cuiburi. Numărul economic de cuiburi n e se calculează cu relaţia: ne
N tT k 60 C
, unde:
N = 20000 buc. (numărul de piese care urmează a fi fabricate); durata completă a ciclului de injectare t T = 31,475 s = 0,524 min; K = 13,50 lei/h (retribuţia orară a operatorului, inclusiv asigurări sociale, impozit şi cheltuielile comune ale secţiei de fabricaţie); - C = 72 lei (costul execuţiei unui cuib). După înlocuiri, rezultă: -
ne
N tT k 60 C
20000 0,524 13,5 60 72
5, 72 6 cuiburi.
31
3.6. DIMENSIONAREA CUIBURILOR IN FUNCTIE DE CONTRACTIA MATERIALELOR PLASTICE Dimensiunile elementelor active trebuie să asigure dimensiunile prescrise ale piesei
injectate, după răcirea ei completă. Pentru a se evita apariţia rebuturilor este necesar ca dimensionarea elementelor active ale matriţei de injectat să se facă în strânsă concordanţă cu toleranţele pres crise pentru dimensiunile respective ale piesei, având în vedere şi mărimea contracţiei piesei. Fenomenul de contracţie se manifestă prin aceea că, dimensiunile piesei, măsurate după (12÷24) ore de la injectare sunt mai mici decât dimensiunile corespunzăto are ale elementelor active (cuiburi şi poansoane) ale matriţei, chiar în situaţia în care construcţia tehnologică a matriţei de injectat este corectă, maşina de injectare este în bună stare defuncţionare şi corect reglată, iar parametrii tehnologici de injectare sunt corect stabiliţi şi respectaţi întocmai în exploatare. Valoarea contracţiei minime pentru PVC este C min = 0,1% iar a celei maxime este Cmax = 0,5%. C C max - contracţia medie C med min 2
Notând cu: h – dimensiunea piesei; - toleranţa piesei; H - dimensiunea nominală corespondentă a cuibului; Δ - toleranţa cuibului. C C min 0,5 0,1 H max H 0,02 H ; 2 2 Cmax C min 0,02 H . 2
H
Rezultatele dimensionării cuiburilor matriţei sunt prezentate în următorul tabel:
Tabelul 4 Dimensiunile piesei h [mm] h1 = 70 mm h2 = 66 mm h3 = 4 mm h4 = 45 mm
Dimensiunile şi toleranţele cuibului [mm] H1 = 70,21 mm
δlcalculat = 0,14 ; δladoptat = 0,145 Δ1 = 0,0045 H2 = 66,198 mm
δlcalculat = 0,132 ; δladoptat = 0,135 Δ2 = 0,003 H3 = 4,012 mm
δlcalculat = 0,008 ; δladoptat = 0,01 Δ3 = 0,002 H4 = 45,135 mm
δlcalculat = 0,09 ; δladoptat = 0,095 Δ4 = 0,005 H5 = 53,159 mm
h5 = 53 mm h6 = 37 mm
δlcalculat = 0,106 ; δladoptat = 0,11 Δ5 = 0,004 H6 = 37,111 mm
δlcalculat = 0,074; δladoptat = 0,08 Δ6 = 0,006 H7 = 62,187 mm
32
h7 = 62 mm
δlcalculat = 0,124 ; δladoptat = 0,13 Δ7 = 0,006 H8 = 54,162 mm
h8 = 54 mm
δlcalculat = 0,108 ; δladoptat = 0,11 Δ8 = 0,002 H9 = 46,138 mm
h9 = 46 mm
δlcalculat = 0,092 ; δladoptat = 0,095 Δ8 = 0,003
3.7. ALEGEREA SISTEMULUI DE INJECTARE Deoarece configuraţia reperului este simplă iar dimensiunile reduse, pentru alimentarea cuiburilor se alege un sistem de injectare prin canale de distribuţie. 3.7.1.
Dimensionarea canalelor de distribuţie
Figura 2
Se optează pentru canale de distribuţie cu secţiune circulară al căror diametru se determină cu relaţia: D = smax + 1,5 [mm], unde smax reprezintă grosimea maximă a peretelui piesei injectate (s max = 5 mm).
Prin înlocuire se obţine: D = 5 + 1,5 = 6,5 mm.Traseul canalelor de distribuţie este următorul:
215
5 , 6
Φ 6 1
8 3 1 , 6 4
45,83
2 6 1 , 4 5
7 8 1 , 2 6
38,162 46,138 54,162
Figura 3 33
Se poate determina, în acest moment, lungimea canalului de distribuţie: ΔL = Lc + n Lr , unde:
Lc este lungimea canalului central, în [mm]; Lr este lungimea unei ramificaюii de la canalul central cгtre cuib, оn [mm];
-
n este numгrul de cuiburi. ΔL = 215 + 6∙16 = 311 mm = 31,1 cm Debitul topiturii de metal plastic injectat prin canalul de distribuţie se calculează cu relaţia: v [cm3/s], unde:
Q=S
S este aria secţiunii de curgere, în [cm 2], exprimată în funcţie de diametrul canalului de distribuţie D;
-
S
D 2
4
(0,65)2 4
0,3316 cm2;
v este viteza de injectare, în [cm/s], din cartea maşinii de injectat (v = 3016 cm/s) După înlocuire, debitul va fi: Q = S v = 0,3316 • 3016 = 100,03 cm3/s. Pierderile de presiune în canalul de secţiune circulară se determină cu relaţia: -
p
2 K L Q R
3
[daN/cm2], unde:
K este constantă, K = 0,9; ΔL este lungimea canalului în [cm]; Q este debitul de material prin secţiunea canalului, în [cm 3/s];
-
R este raza canalului circular, în [cm]
sau după înlocuiri p
2 K L Q R
3
2 0,9 31,1100,03 3
0,65
51,94 = 5,194 MPa
2
Vâscozitatea dinamică a topiturii se determină cu relaţia:
, unde:
n
-
p R este efortul unitar de forfecare [MPa]; 2 K 2205
0,65
p R 2 398,12 daN/cm 2 = 39,812 MPa 2 K 2 0,9 4Q este viteza de forfecare (reopanta) [s -1]; 3 R 4Q 4 100,03 3,71 s-1 3 3 R 0,65 2 - n – coeficient pentru materiale plastice, n = 0,5
n
398,12 0,5
3,71
206,7 daN s/cm2
34
3.7.2.
Dimensionarea digului
Pentru dig se alege varianta constructivă – dig circular – care asigură separarea completă a reţelei de piesa injectată.
Figura 4
Pentru forma constructivă aleasă, se aleg următoarele valori pentru: -
lungimea digului, L = 2 mm; diametrul alezajului, d = 3 mm.
3.8. CALCULE DE REZISTENTA presiunii interioare de injectare şi a forţei de închidere a matriţei 8.1. Calculu l
Presiunea interioară din cuibul matriţei se exprimă conform relaţiei: pi 0,5 pe , unde pe este presiunea exterioară a maşinii de injectat, p e = 2205 daN/cm2
pi = 0,5 · 2205 = 1102,5 daN/cm 2
Pentru a calcula forţa de închidere a matriţei este necesar să se determine aria efectivă a proiecţiei piesei şi a reţelei de injectare pe planul de separaţie al matriţei.
Aefpr = n · Aefp + Aefr , unde: -
n este numărul de cuiburi Aefp este aria efectivă a proiecţiei piesei Aefr este aria efectivă a proiecţiei reţelei de injectare
Figura 5 Aefp = (37 x 46) + [(46 x 54) – (37 x 46)] + [(62 x 53) –(45 x 54)] = 3286 mm2 = 32,86 cm2; π 3,252 + 6 · (12,5 · 6,5)+(207,5 · 6,5)= Aefr = 2A1 + 6A2 + A3 = 8A1 + 6A22 + A3 = 8 · 2 35
= 1968,9 mm2 = 19,69 cm2; Aefpr = n · Aefp + Aefr = 19,69 + 6 • 32,86 = 216,85 cm 2.
Forţa interioară maximă de injectare se deterimină cu relaţia: Fmax = 0,5 · pe · Aefpr = 0,5 ∙ 2205 ∙ 21 6,85 = 239077,12 daN = 2390,77 kN; Forţa de închidere a matriţei se determină cu relaţia: Fi = 1,1·Fmax = 262984,8 daN = 2629,84 kN.
Forţa de închidere calculată este mai mică decât forţa de închidere asigurată de maşina de injectare aleasă F im = 4500 kN (Fi = 2629,84 kN < F im = 4500 kN). 3.8.1.
Verificarea suprafeţei de închidere a matriţei Pentru parcurgerea acestei etape se reprezintă la scară placa în care se află cuiburile matriţei astfel încât să se poată calcula aria efectivă a suprafeţei totale a plăcii (A efSt), aria efectivă a proiecţiei piesei injectate sau a pieselor şi a reţelei de injectare pe planul de separaţie al matriţei (A efpr ) şi aria efectivă a suprafeţei de оnchidere (A efSi). 400
4 0 2
4 2
352
Figura 6
Aria efectivă a suprafeţei de închidere se determină conform relaţiei:
AefSi = AefSt - Aefpr = 400 x 204 - 21697,8 = 59915,2 mm 2 = 599,15 cm2;
Aria suprafeţei de închidere în funcţie de forţa de închidere a matriţei se determină conform relaţiei: ASI
F i a -
cm2 , unde: Fi este forţa de închidere a matriţei [daN]
36
ζa = 1200 daN/cm 2 este rezistenţa admisibilă la compresiune a oţelului OL60 din care este confecţionată placa în care se află cuiburile matriţei
-
ASI
F i a
262984,8 1200
219,15 cm2
Se observă că este satisfăcută condiţia AefSie = 599,15 cm2 > ASi = 219,15 cm2. Aria efectivă a suprafeţei de închidere a matriţei este mult mai mare decât aria calculată datorită numărului mare de cuiburi şi modului de dispunere a acestora. 8.3. Dimensionarea plăcilor de formare
Plăcile de formare dreptunghiulare ale matriţelor de injectare se consideră a fi plăci cu pereţi groşi, prevăzute la interior cu cavităţi necirculare. Dimensiunile interioare şi exterioare ale plăcii de formare dreptunghiulare se determină constructiv şi apoi se verifică prin calcul la solicitarea compusă de întindere şi încovoiere. Pentru simplificarea calculului, peretele plăcii de formare se consideră ca o grindă uniform încărcată, încastrată la capete. Se consideră secţiunile periculoase, respectiv secţiunea (I -I) şi secţiunea (IIII), dispuse la distanţe egale de colţurile interioare ale plăcii de formare. Figura 7
Pentru plăcile de formare dreptunghiulare supuse la solicitarea compusă de întindere şi încovoiere, se utilizează relaţiile :
W
F 2 ASP
M max W
h
2 1
6
M max
pi h L2 24
, unde:
F este forţa care solicită peretele la întindere, în [daN]; ASp este aria secţiunii peretelui, în [cm 2]; Mmax este momentul de încovoiere maxim, în [daN∙cm]; W este modulul de rezistenţă, în [cm 3]. Înlocuind, se obţine: - pentru secţiunea (I -I): pi S1
L2
1102, 5 4, 6 0, 4
1, 62
2188,43 [daN/cm2] 2 2 7, 4 0,6 2 0, 6 - pentru secţiunea (II-II): pi S2 l 2 1102, 5 3, 7 0, 4 1, 72 2396,22 [daN/cm2] 2 2 2 h 2 2 2 2 7, 4 0,6 2 0, 6 unde: - pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm2]; - S1,2 sunt ariile proiecţiilor cavităţilor de formare pe peretele B şi respectiv A, în 2 [cm ]; - h este înălţimea plăcii de formare, în [cm];
2 h 1 2 12
37
- δ1,2 sunt grosimile pereţilor plăcii de formare în secţiunile (I -I) şi respectiv (II-II), în
[cm];
- L este distanţa între reazeme în secţiunea (I -I), în [cm]; - l este distanţa între reazeme în secţiunea (II-II), în [cm].
Rezistenţele ζ calculate trebuie să fie mai mici decât rezistenţa admisibilă ζ a pentru oţelul din care este confecţionată placa de formare. Verificarea rigidităţii plăcilor de formare se face, de regulă, la matriţele de injectat având dimensiuni mari, în care se injectează piese plane cu secţiune mare. Verificarea rigidităţii se face prin calculul săgeţii efective, care trebuie să fie mai mică decât săgeata admisibilă. În cazul plăcilor de formare dreptunghiulare, calculul rigidităţii se face numai pentru unul din pereţii plăcii şi anume pent ru peretele care are lungimea cea mai mare. Considerând peretele cu lungimea maximă o bară simplu rezemată la capete, încărcată cu o sarcină uniform distribuită, săgeata maximă la mijlocul barei se determină cu relaţia: f
pi h L4 384 E I
1102,5 7,4 4,6 4 384 2,110 6 0,133
0,034 [cm] unde:
pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm2]; L - distanţa maximă între reazeme, în [cm]; E - modulul de elasticitate longitudinal, оn [daN/cm2]; h - înălţimea plăcii de formare, în [cm]; I - momentul de inerţie care se determină cu relaţia: h 13 7,4 0,63 I 0,133 [cm4] 12
12
Se observă că ζ = 2188, 43 daN/cm 2 < ζa = 2500 daN/cm 2 ; ζ = 2396,22 daN/cm 2 < ζa = 5000 daN/cm 2. 3.8.2.
Verificarea rigidităţii plăcilor de formare
Verificarea rigidităţii se face prin calculul săgeţii efective, care trebuie să fie mai mică decât săgeata admisibilă. În cazul plăcilor de formare dreptunghiulare, calculul rigidităţii se face numai pentru unul din pereţii plăcii şi anume pentru peretele care are lungimea cea mai mare.
Considerând peretele c u lungimea maximă o bară simplu rezemată la capete,
încărcată cu o sarcină uniform distribuită, săgeata maximă la mijlocul barei se determină cu relaţia: f
pi h L4 384 E I
1102 ,5 7,4 4,64 384 2,1 106 0,133
0,0 34 cm , unde:
- pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm 2]; - L este distanţa maximă între reazeme, în [cm]; - E este modulul de elasticitate longitudinal, în [daN/cm2]; - h este înălţimea plăcii de formare, în [cm]; 3
- I este momentul de inerţie I 3.8.3.
h δ
3 1
12
0,6
7,4
12
0,133 cm
Dimensionarea poansoanelor
Poansoanele matriţelor de injectat au forme şi secţiuni diferite în funcţie de forma şi geometria pieselor injectate, iar diferenţele de presiune care iau naştere pe suprafaţa 38
poansonului în timpul procesului de umplere, determină încovoierea acestuia ceea ce va conduce la apariţia unor suprafeţe excentrice în piesa injectată. Dimensionarea poansoanelor se face având în vedere următoarele ipoteze simplificatoare: - se face abstracţie de conicitatea poansoanelor introducându -se dimensiuni medii (
- fixarea poansoanelor se consideră rigidă; - în cazul poansoanelor cu alezaje de răcire, acestea se consideră perforate; - masa proprie a poansoanelor nu se ia în considerare; - nu se ia în considerare efectul de amplificare al presiunii în zona lărgită a cuibului
dinspre partea injectată ca urmare a încovoierii poansonului;
- nu se ia în considerare efectul de consolidare a fundului neperforat.
Dimensionarea se face considerând poansonul ca o bară solicitată la încovoiere, având în vedere tipurile de în cărcare . Momentul de încovoiere este: 2 pi H 2 2 1102, 5 7, 4 2 M 40, 2486 daN cm ; 3
3
Wef este modulul de rezistenţă la încovoiere, b h 2 W 10,75 cm3; σ
ef
6 M
Wef
40248 ,6 10,75
3744 ,05 daN/cm2 < ζa = 4000 daN/cm2 (efortul unitar admisibil la
încovoiere, pentru materialul din care este confectionat poansonul, OSC 8). 3.8.4.
Deformarea poansoanelor
Considerând poansonul ca o bară în calculul deformaţiei maxime a unui poanson aflat în consolă, se porneşte de la faptul că deformaţia totală se compune din deformaţia datorată solicitării la încovoiere şi deformaţia datorată sarcinilor transversale : f = f i + f f [cm], unde: f i -este deformaţia datorată solicitării la încovoiere, în [cm]; f f- deformaţia datorată sarcinilor tran sversale, în [cm].
Deformaţia totală a unui poanson se calculează cu relaţia
f t = k1 · k2 · f [cm], unde: k1, k2 sunt factori de calcul; f - deformaţia calculată Factorul k1 ia în considerare efectele presiunii materialului plastic din jurul
poansoanelor, ca urmare a apariţiei contrapresiunii, care se opune deformării poansonului. Acest factor este o măsură a raportului dintre presiunea efectivă şi pierderea de presiune considerată . k 1
Pef Pc
unde:
Pef este presiunea efectivă, adică presiunea rămasă ca urmare a existenţei
contrapresiunii pe partea opusă poansonului; Pc - contrapresiunea de pe faţa opusă poansonului.
39
Figura 8
Pentru poansoane cu secţiune dreptunghiulară, factorul k 1 se calculează cu relaţia :
Figura 9 2 L1 L1 k 1 a 1 a 2 121 22 unde: L L 2 2 L1 este lăţimea poansonului; L2 - înălţimea poansonului. Factorii a1 şi a2 se calculează cu relaţiile:
a1 0,2873
Lc H
0,0407 0,728 ;
a 2 1,2923 103
Lc H
256543 10 4 0,8923 , unde:
Lc este perimetrul secţiunii poansonului, L c=2 · (L1 + L2) = 2 ∙ (4,5 + 5,4) = 19,8 cm; H - înălţimea poansonului. 2 2 L1 L1 45 45 k1 a1 a 2 121 22 0, 728 0,8923 121 22 91,72 L 2 L2 54 54 Factorul k2 ia în considerare presiunea necesară pentru umplerea matriţei. Presiunea de injectare, necesară pentru umplerea cuiburilor unei matriţe printr -un canal cu secţiune
dreptunghiulară, respectă, în aceleaşi condiţii de injectare (material, temperatură, viteza frontului de curgere), p
1 s
2
, unde: s este grosimea peretelui reperului.
Presiunea de injectare solicită diferit poansonul, în funcţie de grosimea peretelui reperului. Diferenţierea este luată în considerare cu ajutorul factorului k 2 care se calculează cu relaţia: k 2
p p c
unde:
p este presiunea reală necesară umplerii matriţei; pc - contrapresiunea de pe faţa opusă poansonului. Pentru calculul factorului k 2, cercetările experimentale au condus la obţinerea relaţiei s h ηa V L unde: 3 8 L s
56,9 39,1 1 k 2
40
s - este grosimea de perete a piesei injectate, în [mm]; ηa - viscozitatea aparentă, în [Nm/s]; - debitul de material, în [cm3/s]; V L - lăţimea de curgere a canalului, L = 2 · (L1 + L2 + 2 · s) = 21,4 cm pentru poansoane dreptunghiulare în [mm]. 0,4 s h 56,9 39,1 1 ηa 1543 7,4 56,9 39,1 1 ηa V 21,4 L k 2 8 L s3 8 21,4 0,43
Cercetările experimentale au făcut posibilă trasarea unor diagrame care permit să se determine cu uşurinţă încovoierea totală în funcţie de dimensiunea exterioară a poansonului pentru diferite lungimi ale poansonului şi grosimii de perete ale reperului inj ectat. Din diagramă, f t = 0,014. Figura 10
3.8.5.
Dimensionarea şi deformarea plăcilor matriţei
Plăcile matriţelor de injectat sunt solicitate la încovoiere şi forfecare ca urmare a presiunii exercitate de materialul plastic asupra cuiburilor şi a modului de rezemare.
Figura 11 41
1 – platou mobil; 2, 8 – plăci de prindere; 3 – bară distanţieră; 4 – placă de sprijin; 5, 7 – plăci de formare; 6 – poanson; 9 – platou fix
După ce dimensionarea s -a facut constructiv, se determină deformarea plăcii de sprijin (4) şi a plăcii de prindere (8) aflate indirect sub acţiunea presiunii exercitate asupra poansonului (6) şi a plăcilor de formare (5) şi (7). Placa de sprijin (4) se consideră ca fiind fixată rigid pe contur şi încărcată cu sarcină uniform distribuită. Săgeata produsă ca urmare a deformării se determină cu relaţia: f pl (4)
3 pi h 4 32 E s 3
1,33 pi h 2 4 E s -
f pl (4 )
3 pi h 4 32 E s 3
, unde:
pi = 1102,5 daN/cm2; h = 10 cm; s = 7,4 cm; E = 2,1·106 daN/cm 2.
1,33 pi h 2 4 E s
3 1102,5 104 32 2,1 106 7, 43
1,33 1102,5 102 4 2,1 106 7, 4
0,0356 mm
Placa de prindere (8), fixatг pe platoul (9) prevгzut cu alezaj de centrare, de diametru D, se considerг a fi o placг оncastratг pe contur єi оncгrcatг cu sarcinг uniform distribuitг. Оn urma solicitгrii de оncovoiere єi forfecare, sгgeata se determinг cu relaюia: f pl (8)
6 pi D 4 569 E s 3
1,3 pi D 2
o o o o
f pl (8)
6 pi D 4 569 E s 3
8 E s
, unde:
pi = 110,5 daN/cm2; D = 5 cm; s = 1 cm; E = 2,1·106 daN/cm2. 1,3 pi D 2 8 E s
6 1102,5 54 569 2,110 6 13
1,3 1102,5 5 2 8 2,1 10 6 1
0,0559 mm
Valorile deformaţiilor sunt acceptabile.
42
3.9. ALEGEREA SISTEMULUI DE RACIRE 3.9.1.
Alegerea sistemului de răcire pentru placa de formare şi poanson
Diametrul poansoanelor fiind relativ mic, doar placa de formare va fi prevăzută cu sistem de răcire. Dimensionarea constructivă impune ca diametrul canalelor de răcire să fie d = 11 mm iar traseul canalelor să aibă forma şi dimensi unile din figura de mai jos. 90
90
90
0 7 1
Figura 12 3.9.2.
Transferul de căldură între materialul plastic şi matriţă
Cantitatea de căldură Q cedată de materialul plastic din cuibul matriţei corpului matriţei se determină cu relaţia: Q = m · (H2 – H1), unde: m = masa pieselor injectate, inclusiv reţeaua de injectare se determină ca
fiind
m 6 m p Vr 6 mp L o o o
D 2
4
, în care:
mp este masa unei piese, m p = 89,75 g;
ΔL – lungimea canalului de distribuţie, ΔL = 311 mm = 31,1 cm; D – diametrul canalului de distribuţie, D = 6,5 mm = 0,65 cm;
43
m 6 m p Vr 6 m p L
D
kg
4
2
0,65
2
6 89, 75 31,1
4
1, 4 552,94 g 0,55294
entalpia materialului plastic la intrarea în matriţă, H 2, în [kcal/kg], se determină din nomograma variaţiei entalpiei PVC în funcţie de temperatură, având în vedere că temperatura materialului plastic la intrarea în matriţă este T i = (260 † 290)˚C, H 2 = 65 kcal/kg; entalpia materialului plastic la demulare, H 1, în [kcal/kg], se determină din nomograma variaţiei entalpiei PVC în funcţie de temperatură, având în vedere că temperatura în matriţă, la demulare, este T r = (80 † 110)˚C, H1 = 18 kcal/kg.
După înlocuiri, Q = m · (H2 – H1) = 0,55294 • (65 - 18)= 25,99 kcal 3.9.3.
Transferul de căldură între matriţă şi mediul de răcire
Transferul term ic de la matriţă la mediul de răcire se face prin convecţie şi se poate
exprima cu relaţia: QT = αT · ST · (TpT – TT), unde: 2 αT este coeficientul de transfer de căldură al mediului de răcire [W/m K]; 2 ST este suprafaţa activă a canalelor de răcire [m ]; TpT este temperatura canalului de răcire la perete [K]; TT este temperatura mediului de răcire [K]. Pentru calculul coeficientului de transfer de căldură al mediului de răcire, se va stabili mai întâi natura regimului de curgere, calculându- se numărul lui Reynolds cu ajutorul relaţiei: Re
wt d c
2600
102
0, 65 3600 3944, 9 unde: 2 1,1910
t
viteza medie de răcire w T = 2600 m/h > 2300 m/h; diametrul canalului de răcire d c = 0,65 cm; vâscozitatea cinematică a apei utilizată ca mediu de răcire ν T = 1,19·10-2
St. Deoarece Re = 3944,9 regimul de curgere este turbulent iar coeficientul de transfer de
căldură al mediului de răcire se va determina cu relaţia: t 0, 04
T
d c
( P e ) 0,75 ,unde:
λT este conductibilitatea termică a apei utilizată ca mediu de răcire, λ T = 0,58 W/m∙K; -3 dc = 6,5∙10 m, diametrul canalului de răcire; criteriul lui Peclet se calculează cu relaţia: Pe = Re ∙ Pr = 3944,9 • 15,42 = 60830,358 , în care: - Re = 3944,9 – numărul lui Reynolds; - Pr – numărul lui Prandl se determină ca fiind:
Pr
C p T K T -
-
După înlocuiri,
2
75,21,1910 0,58
15,42
unde: Cp , căldura specifică a apei, C p = 75,2 J/mol·K ;
, viscozitatea cinematică a apei, T = 1,19 • 10-2 St; KT, conductivitatea termică, KT = 0,58 J/m·s·K.
T
44
QT = αT · ST · (T pT – TT) = 13,824 • 103 • 0,0202 • (303 – 333) = - 8387,04 cal = - 8,387 kcal, unde: -
t 0, 04
T
d c
( P e ) 0,75 0, 04
0,58 6,5 10
3
(60830,358) 0,75 13,824 10 3 W/(m2∙K),
coeficientul de transfer de căldură al mediului de răcire; - ST – suprafaţa activă a canalelor de răcire se calculează în funcţie de lungimea canalelor Lcr şi diametrul acestora d c: Lcr = 4 ∙ 180 + 3 ∙ 90 = 990 mm ST = Lcr ∙ π ∙ dc = 990 ∙ π ∙ 6,5 = 0,0202 m2 TpT = 300C = 303 K – temperatura canalului de răcire la perete TT = 600C = 333 K – temperatura mediului de răcire 3.9.4.
Transferul de căldură în interiorul matriţei
Cantitatea de căldură Q E, transferată de la matriţă la mediul înconjurător (platourile maşinii şi aer) se determină cu relaţia: 4
T QE QR SM e C 0 Ms 100 unde: - suprafaţa liberă a matriţei în contact cu aerul înconjurător, S M , se determină
având în vedere că cele trei dimensiuni de gabarit ale matriţei sunt ,
SM=2 · (L · l) + 2 · (L · H) + 2 · (l · H) = 356480 [mm 2]= 0,356 [m2] - coeficientul de emisie, e = (6 ÷ 7) · 10 3m2, e = 6,5 · 103 m2; - constanta Stefan-Boltzman, C 0 = 5,6697 W/m2·K4; - temperatura la suprafaţa matriţei, T Ms = 300C, TMs = 303 K. 4
4
T 303 QE QR SM e C 0 Ms 0,356 6,5 103 5, 6697 1,105Kcal 100 100 Înlocuind valorile: Q + QE + QT = 25,99 – 8,387 – 1,105 = 16,515 kcal
3.9.5.
Determinarea timpului de răcire prin calcul
Grosimea peretelui reperului injectat este s = 4 mm, astfel încât timpul de răcire se poate determina prin calcul folosind relaţia: t r
A s 2 4a
unde:
- coeficientul A, se alege din tabelul 9.4, A = 0,61, în funcţie de raportul , T p TM 70 30 0,25 , în care: T0 TA 200 40 - T0 , temperatura iniţială de prelucrare a materialului plastic (figura 3.19 ), T 0=2000C ; - TM , temperatura medie a matriţei (figura 3.19) , TM=30oC ; - TP , temperatura maximă în mijlocul piesei injectate la aruncare, T P=70oC ; - T A , temperatura medie la aruncarea din matriţă a piesei injectate, T A=40oC, - s , grosimea peretelui piesei injectate [cm], s = 0,4 cm; - a , coeficient de difuzivi tate termică (tabelul 9.5) , a=4,8·10-4 [s/cm] . A s 2 0, 61 0, 42 t r 50,83s 4a 4 4,8 10 4
45
3.10. ALEGEREA SISTEMULUI DE ARUNCARE Pentru a putea alege sistemul de aruncare se calculează forţa de demulare. Deoarece piesa este de formă paralelipipedică închisa cu miez de aerisire (figura 7.3,b din [1]) forţa de demulare se determină cu relaţia : 2 b h 1 h 2 k ΔC V 8 a l h 1 h 2 p în care : 1 μ 100 - termenul (k·ΔC) se elimină ; - contracţia liniară, C 1 = 0,3%; - coeficientul de frecare dintre material şi miez, µ = 0,1; - modulul de elasticitate al materialului plastic la temperatura de demulare,E = 3 23 · 10 daN/cm2 (tabelul 2.7); - grosimea peretelui, a = 0,5 cm ; - lungimea piesei, l = 7,4 cm ; - depresiunea din matrita, p max = 100 daN/cm 2; 2 0, 2 3, 7 4, 6 0,3 FD 0,1 23 103 3, 7 4, 6 100 1688,9 kN 8 0,5 7, 4 100 1 0,1 FD < F2 forţa de deschidere a maşinii (4500 kN) o
C1 %
FD μ E
Se alege un sistem de aruncare cu placă dezbrăcătoare. Tija aruncătoare (11) este acţionată de tamponul maşinii de injectare şi prin intermediul plăcilor (7) şi (8) determină deplasarea tijelor intermediare (12). A cestea acţionează placa dezbrăcătoare (2) care vine în contact cu suprafaţa frontală a piesei pe care o extrage de pe poansonul (3) în timpul cursei de aruncare. Coloanele (13) şi bucşele de ghidare (14) ghidează placa dezbrăcătoare în timpul cursei de aru ncare şi retragere. La închiderea matriţei, placa dezbrăcătoare este readusă în poziţia iniţială datorită contactului cu partea fixă a matriţei de injectat.
46
Figura 13. Sistem de aruncare cu placă dezbrăcătoare: a, b - poziţii de aruncare; 1 - bucşă de ghidare 2 - placă dezbrăcătoare; 3 - poanson; 4 placă intermediară; 5 - placă; 6 - placă mobilă; 7 - placă fixare tije eliminatoare; 8 - placă fixare tijă aruncătoare; 9 - şurub; 10 - bucşă; 11 - tijă aruncătoare; 12 - tijă intermediară; 13 coloană de ghidare; 14 - element de reţinere; 15 - bucşă de ghidare; 16 - piese.
3.11. ALEGEREA SISTEMULUI DE CENTRARE SI CONDUCERE Pentru centrarea părţii fixe şi a celei mobile a matriţei în raport cu platoul fix şi mobil al maşinii de injectat se aleg soluţiile constructive prezentate în figurile 14 şi 15 . Pentru centrarea şi ghidarea plăcilor matriţei de injectat se folosesc ştifturi cilindrice şi coloane de ghidare. Soluţia constructivă aleasă este prezentată în figura 16.
Fig. 14 Centrarea matriţei în partea fixă:
mobilă: 1 - platoul fix al matriţei; 2 - inel de centrare; bucşă de 3 - placă de prindere a matriţei. şurub
Fig. 15 Centrarea matriţei în partea 1 - platoul mobil al matriţei; 2 ghidarere; 3 - tijă aruncătoare; 4 47
Pentru centrarea şi ghidarea plăcilor matriţei de injectat se folosesc ştifturi cilindrice şi coloane de ghidare. Soluţia constructivă aleasă este prezentată în figura 16.
Figura 16. Soluţie constructivă de centrare 1 - ştift de centrare; 2 - bucşă de ghidare; 3 - placă de formare; 4 - placă de formare; 5 coloană de ghidare; 6 - şurub de prindere; A - partea fixă a matriţei; B - partea mobilă a matriţei. Plasarea sistemului de ghidare se face pe diagonala matriţei. În figura 17 se prezintă poziţia ştifturilor de centrare şi a şuruburilor de prindere.
Figura 17
48
3.12. SCHITA MATRITEI Matriţa de injectat reperul cutie”, care cuprinde majoritatea elementelor componente întâlnite la construcţia matriţelor de injectat, este o matriţă complexă, cu 6 cuiburi, cu sistem de injectare cu canale de distribuţie şi cu sistem de răcire. Matriţa are două plane de separaţie, (I -I) şi (II-II). După injectare, matriţa se deschide în planul de separaţie (I -I). În timpul acestei faze, datorită contracţiei pe miezul (6), produsul este extras din locaşul de formare (2). Concomitent, elementul de reţinere (18) extrage culeea din duza (24). Desprinderea produsului de pe miezul (6) are loc în timpul deschiderii matriţei în planului de separaţie (II -II) şi este efectuată de placa extractoare (5), în urma
tamponării tijei centrale (14) în opritorul maşinei de injectat. Legătura între tija centrală (14) şi placa extractoare (5) se face prin intermediul plăcilor (10) şi (11) şi a tijelor interme diare (15). Miezul (6) este fixat între plăcile (19) şi (7). Deschiderea matriţei în planul de separaţie (II -II) poate fi reglată prin modificarea poziţiei surubului tampon de la opritorul maşinei de injectat.
Figura 18
49
3.13. ALEGEREA MATERIALELOR FOLOSITE LA CONFECTIONAREA REPERELOR CARE COMPUN MATRITA Oţelurile utilizate la confecţionarea elementelor matriţelor de injectat trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - prelucrabilitate bună; - calitate bună a suprafeţei; - tratamente termine simple; - deformaţii reduse.
În tabelul 4 sunt prezentate materialele din care sunt confecţionate elementele constructive ale matriţei din figura 18. Tabelul 4 Poz. Denumirea elementului matriţei 1 Placă de prindere fixă 2 Locaş de formare 3 Placă de formare 4 Placă intermediară I 5 Placă eliminatoare 6 Poanson 7 Placă intermediară II 8 Placă intermediară III 9 Placă de prindere mobilă 10 Placă port aruncătoare 12 Placă aruncătoare 12 Şurub M5x10 13 Bucşă de centrare 14 Tijă centrală 15 Tijă extractoare 16 Coloană de ghidare 17 Şurub M10x25 18 Tijă de reţinere 19 Placă intermediară IV 20 Bucşă de ghidare 21 Şurub M10x40 22 Bucşă de ghidare 23 Şurub M6x12 24 Duză 25 Inel de centrare 26 Bucşă de ghidare
Material OL 60 OLC15 OSC8 OLC45 OLC45 OSC8 OL60 OL60 OL60 OLC45 OLC45 GR.6.8. OSC8 OLC45 OLC45 OLC15 GR.6.8 OLC45 OL60 OSC8 GR.6.8 OSC8 GR.6.8 OSC8 OLC45 OSC8
STAS 500/2 – 86 880 – 86 1700 – 86 880 – 86 880 – 86 1700 – 86 500/2 – 86 500/2 – 86 500/2 – 86 880 – 86 880 – 86 1700 – 86 880 – 86 880 – 86 880 – 86 880 – 86 500/2 – 86 1700 – 86 1700 – 86 1700 – 86 880 – 86 1700 – 86
50
