UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIU FACULTATEA DE INGINERIE Departamentul de MAȘINI SI ECHIPAMENTE INDUSTRIALE Disciplina Tehnologii și Sisteme de prelucrare a maselor plastice
PROIECT Matrița de injecție
Indrumător proiect: Prof.dr.ing. Student: ȘOIMU Cristian Dumitru Anul III Mecatronică Gr.134
2015 1
Cerința : Să se proiecteze matrița de injectat pentru reperul din figură,materialul fiind poliamidă (p=1,13 g/cm3) ; n=11 Ø15
35
5 □40
Etapele proiectului : 1. Calculul masei reperului 2. Alegerea maşinii de injectare în funcție de volumul maxim de injectare 3. Calculul duratei totale a ciclului de injectare 4. Calculul numărului de cuiburi 5. Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialelor plastice 6. Alegerea sistemului de injectare 7. Calcule de rezistență 8. Alegerea sistemului de aruncare 9. Alegerea sistemului de centrare şi conducere 10. Realizarea desenului matriței
1. Calculul masei reperului 2
Pentru determinarea numărului de cuiburi şi pentru a putea alege sistemul de injectare este necesar să se determine masa reperului m = ρ∙V unde : ρ- este densitatea materialului folosit în [g/cm3] V – este volumul reperului în [cm3] 2 Vcil= ρ∙V=A∙h= A=π r ∙h=π∙(7,5)2∙30=5301,44 V□ =l2∙h = 402∙5=8000 m= ρ∙V=1,13∙13,3=15,02 cm3
2. Alegerea maşinii de injectare în funcție de volumul maxim de injectare
La alegerea maşinii de injectare, în prima fază, se are în vedere ca volumul maxim de injectare al maşinii să fie de cel puțin (10÷15) ori mai mare decât volumul reperului care se doreşte a fi obținut (V). Dacă, parcurgând etapele următoare de proiectare, calculele efectuate conduc la valori neacoperitoare pentru caracteristici ca de exemplu: forța de închidere, presiunea de injectare, dimensiunile maxime şi minime ale matrițelor care se pot monta pe platourile de prindere ale maşinii etc., se alege o altă maşină de injectare, cu caracteristici superioare. V max injectat > (10 ÷ 15) ∙V piesă Vmax injectat > 172,9 cm3 Diametrul melc-piston standard – 45 mm Volumul maxim de injectare – 240 cm3 Presiunea de injectare maximă – 175,5 Mpa Forța de închidere – 1300 kN Viteza de injectare – 40 mm/s Capacitatea de plastifiere – 80 kg/h Dimensiunile de gabarit ale platourilor de prindere– 600/600 mm Distanța dintre platourile de prindere , max/min – 360/140 mm Diamentrul inelului centrare al platoului fix/mobil – 140/140 mm Cursa platoului de prindere mobil – 350 mm Dimensiunile maxime ale matriței (orizontal/vertical) – 360/360 mm Puterea instalată – 37 kw
3. Calculul duratei totale a ciclului de injectare 3
Timpul total de injectare se determină cu relația : tT = ti + tm + tr + tp - ti - timpul de injectare se calculează cu relația: V ti= q 1
unde: - V este volumul reperului - q1 – este viteza de deplasare a materialului, din caracteristicile maşinii se alege q1 = (0,5 – 0,8) ∙Vmax - tm - timpul de menținere a presiunii în matriță se stabileşte la valoarea între (5 – 10 s) prin comparație cu injectarea unor piese asemănătoare. - tr - se alege prin observarea injectării unor piese asemănătoare; valoarea între 10 – 30 s. - tp - timpul de pauză se ia din caracteristicile maşinii între 5 - 10 s. tT = ti + tm + tr + tp = 0,098+5+20+6=31,09 s V ti= q 1
13,3 = 135 =0,098 s
tm=5 s tr=20 s tp=6 s
4. Calculul numărului de cuiburi Numărul de cuiburi al matriței de injectat se determină, în majoritatea cazurilor, în funcție de dimensiunile piesei care se doreşte a fi obținută prin injectare şi capacitatea de injectare a maşinii pentru care se proiectează matrița unde: - G - este capacitatea de plastifiere reală a maşinii de injectare, în [kg/h] - m - masa unei piese injectate, în [g]; - tT- durata completă a ciclului de injectare, în [s]. G ∙tT 22,22 ∙31,09 n= 3,6 ∙ m = 3,6 ∙ 15,02∙ 1,15 =11,11
4
5. Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialelor plastice Dimensiunile elementelor active trebuie să asigure dimensiunile prescrise ale piese injectate, după răcirea ei completă. Pentru a se evita apariția rebuturilor este necesar ca dimensionarea elementelor active ale matriței de injectat să se facă în strânsă concordanță cu toleranțele prescrise pentru dimensiunile respective ale piesei, având în vedere şi mărimea contracției piesei. Valorile teoretice ale contracțiilor pentru poliamida 6 = (0,6-1,4) a) d=40 mm Cmin=0,6 = 0,006 mm Cmax=1,4 = 0,014 mm 0,6+1,4 Cmed= = 1 % = 0,01 mm 2 D=
d 1−Cmed
=
40 1−0,01 = 40, 40
H7 -> T=25 ʯm = 0,025 mm 0,025 D= = 0,0125 mm 2 Toleranța la presă δ =Δ + D (
Adopt
Cmax −Cmin ) =0,0125+40,40( 2
0,014−0,006 )= 0,33 mm 2
δr =0,4 mm
d=40+ 0,4 mm Toleranța la cuib Δ= δ
+D(
Cmax −Cmin ) =0,4-40,40( 2
Adopt Δ=0,25 mm b) d=15 mm Cmin=0,6 = 0,006 mm Cmax=1,4 = 0,014 mm 0,6+1,4 Cmed= = 1 % = 0,01 mm 2
5
0,014−0,006 )= 0,23 mm 2
D=
d 1−Cmed
=
15 1−0,01 = 15, 15
H7 -> T=18 ʯm = 0,018 mm 0,018 D= = 0,009 mm 2
Toleranța la presă δ =Δ + D ( Adopt
Cmax −Cmin 0,014−0,006 ) =0,009+15,15( )= 0,069 mm 2 2
δr =0,1 mm
d=15+ 0,1 mm Toleranța la cuib Δ= δ
Cmax −Cmin 2
+D=
=0,1-15,15(
0,014−0,006 )= 0,039 mm 2
Adopt Δ=0,05 mm c) d=35 mm Cmin=0,6 = 0,006 mm Cmax=1,4 = 0,014 mm 0,6+1,4 Cmed= = 1 % = 0,01 mm 2 D=
d 1−Cmed
=
35 1−0,01 = 35, 35
H7 -> T=25 ʯm = 0,025 mm 0,025 D= = 0,0125 mm 2 Toleranța la presă δ =Δ + D (
Adopt
Cmax −Cmin 0,014−0,006 ) =0,0125+35,35( )= 0,15 mm 2 2
δr =0,2 mm
d=35+ 0,2 mm Toleranța la cuib
6
Δ= δ
+D=
Cmax −Cmin 2
=0,2-35,35(
0,014−0,006 )= 0,05mm 2
Adopt Δ=0,1 mm
6. Alegerea sistemului de injectare Sistemul de injectare al matriței se compune din: duză, canale şi diguri prin carematerialul plastic ajunge în cuib. Alegerea şi dimensionarea corectă a sistemului de injectare, care constă de fapt în alegerea modului de injectare, amplasarea cuiburilor, alegerea locului de injectare, stabilirea formei, secțiunii şi amplasării canalelor de injectare, are o influență determinantă asupra calității pieselor injectate şi asupra productivității procesului de prelucrare. Injectarea prin canale de distribuție
Dimensionarea canalelor de distribuție L=1,25∙D=6,5∙1,25=8,2=0,82 D=Smax+1,5=5+1,5=6,5=0,65 secțiune trapezoidală Determinarea debitului de material plastic Q=S∙v=0,43∙4=1,72 cm2/s S=
( L+l)∙ D (8,2+5,15)∙ 6,5 = =43,38 m2=0,43 cm2 2 2 7
v= 40 mm/s= 4 cm/s L D = D l
=>
8,2 6,5 = 6,5 l
=> l=5,15 mm
Determinarea efortului unitar de forfecare, viteza de forfecare şi vâscozitatea dinamică a topiturii -
efortului unitar de forfecare, în [daN/cm2] ΔP ∙ R 347,81 ∙ 0,325 Ʈ= 2 k = = 62,79 2 ∙ 0,9 ΔP =
Q ∙ 2 k ∙ Δl π ∙ R3
=
1,72 ∙ 2∙ 0,9 ∙13 =347,81 π ∙ 0,034
-
viteza de forfecare, în [s -1] 4∙Q 4 ∙1,72 γ= π ∙ R 3 = π ∙ 0,034 =64,41
-
vâscozitatea dinamică [daN ∙ s/cm2] Ʈ 62,79 ʯ= γ n = 64,410,5 =7,82
Dimensionarea digurilor Digul reduce secțiunea de curgere a topiturii şi face legătura dintre canalul de distribuție şi cuibul matriței. Există mai multe tipuri de diguri care se folosesc la injectarea materialelor termoplastice.
Dimensiunile digurilor se recomandă de obicei de fiecare producător de materiale plastice, dar sunt recomandate valori orientative: - pentru dig cu secțiune dreptunghiulară: 8
L = (0,6 ÷1,2) mm= 1 mm; B = (0,6 ÷1,2) mm = 1 mm; A = D −1,5mm = 6,5-1,5= 5 mm;
7. Calcule de rezistență
7.1 Calculul presiunii interioare de injectare Valoarea presiunii interioare din cuibul matriței, (presiunea exterioară a maşinii de injectat, din care s-au scăzut pierderile de presiune la trecerea prin duză şi canalele de injectare), poate fi dedusă din valoarea presiunii exterioare cu relația : pi= (0,4 ÷ 0,6) . pe [daN/cm2] pe=800-1400= 1000 [daN/cm2] pi=0,5∙1000=500 cm
7.2 Calculul forței de închidere a matriței Forța interioară maximă de injectare se determină cu relația: Fmax = pi ∙Aefpr [daN] , unde: pi este presiunea topiturii în matriță (presiunea interioară), în [daN/cm2] Aefpr - aria efectivă a proiecției piesei injectate şi a rețelei de injectare pe planul de separație al matriței, în [cm2 ]. Aefpr = 402∙4+130,38∙4+60∙8,2+14,1∙2=7441,72 mm2 = 74,4172 cm2 Fmax= pi ∙Aefpr=500∙74,41=37205 daN Forța de închidere a matriței de injectat Fi = (1,1÷1,2) ∙ Fmax [daN] 9
Fi = 1,2∙37205=44646 daN
7.3 Verificarea suprafețelor de închidere ale plăcilor de formare Această verificare se efectuează în cazul în care aria suprafeței frontale a cuibului, sau a cuiburilor, este mare în raport cu aria suprafeței totale a plăcii de formare. Aria efectivă a suprafeței totale a plăcii de formare se determină ca fiind: Aefst = Aefpr + Aefsi =74,41+1296=1370,41 cm2 Aefsi=l2=3602=129600 mm2=1296 cm2
Aria suprafeței de închidere Fi 44646 Asi= Ta = =1275,6 35
8. Alegerea sistemului de aruncare 9. Alegerea sistemului de centrare şi conducere 10. Realizarea desenului matriței
10
