Cap 2Analiza metodelor de proiectare a matriţelor de injectat pentru materiale polimerice și...

CAP 2 ANALIZA METODELOR DE PROIECTARE A MATRIELOR DE INJECTAT PENTRU MATERIALE POLIMERICE I STABILIREA UNEI BAZE DE DATE PENTRU

PROGRAMUL TimMold

24

Cap 2 Analiza metodelor de proiectare a matrielor de injectat pentru materiale polimerice i stabilirea unei baze

de date pentru programul TimMold

n acest capitol se va face o prezentare succint a matrielor de injectat clasice, preciznd

funcionarea i construcia lor. Se vor identifica factorii care influeneaz procesul de injectare i care determin paii necesari de parcurs pentru a proiecta o matri de injectat, att varianta clasic bazat pe calcul tabelar ct i varianta asistat de calculator. Paii prezentai n acest capitol stau la baza crerii unui program (TimMold) ce va ghida proiectantul de matrie, i va uura munca i astfel va reduce timpul i costul proiectrii unei matrie.

2.1 Construcia i funcionarea matrielor de injectat Matriele sunt dispozitivele n care se obin piesele din material plastic prin injectare i

care sunt alctuite de regul din poanson, respectiv cavitate. n mod normal, producerea matrielor implic un cost mrit, acestea erau utilizate de regul n producia de serie mare. n mod obinuit, matriele erau produse din oel durificat, aluminiu i/sau aliaje de beriliu-cupru. Aceast alegere de materiale a fost una cu caracter economic matriele de metal cost mai mult, dar au o via de utilizare mai lung care se rsfrnge asupra numrului mare de piese produse nainte de distrugere. Matriele din oel rezist mai puin, dar acestea sunt bune pentru serii de cteva zeci i sute de mii de piese sau la piese de volum mare. [ICL 06, SER 99]

Matria, la nivelul cel mai de baz, este format din dou pri: - miezul: formeaz suprafeele interne ale piesei cu trsturile aferente, - cavitatea: formeaz suprafeele externe ale piesei. Cavitatea i miezul sunt separate atunci cnd matria este deschis, n momentul scoaterii piesei din matri. Aceast separaie a matriei apare de-alungul liniei de separaie. Linia de separaie se gsete ntr-un plan ce corespunde unei caracteristici geometrice ale piesei, captul sau linia de mijloc, aceasta poate fi regulat, o muchie sau neregulat care se potrivete neregularitilor piesei. [SER98]

Matria este subansamblul mecanic care are rolul de a imprima materialului plastic o anumit form cu dimensiuni bine determinate. Proiectarea i executarea corect a matrielor de injectat condiioneaz realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare. Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din materiale plastice a condus la elaborarea unor soluii constructive i tehnologice specifice att n domeniul proiectrii ct i n cel al execuiei matrielor de injectat. Matriele pentru injectat materiale termoplastice sunt construite n principiu din dou pri principale: semimatria din partea duzei de injectare i semimatria din partea aruncrii. Matria este fixat pe platourile de prindere ale mainii de injectat. [SER 99]

Majoritatea matrielor lucreaz folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cu axa perpendicular pe planul de separatie. n cazul unor injectri speciale (injectare bicolor sau tricolor) injectarea se face att perpendicular pe planul de separaie ct i n planul de separaie (fig. 2.1). [SER 99]

n fig. 2.2 este prezentat o matri de injectat cu dou cuiburi care cuprinde elemente constructive caracteristice acestui ansamblu constructiv. Matria de injectat se monteaz pe


PROGRAMUL TimMold

25

platourile de prindere ale mainii de injectat prin intermediul celor dou plci de prindere, 4 i 13, care se fixeaz cu ajutorul unor bride sau uruburi de fixare. Centrarea matriei pe platourile mainii se realizeaz cu ajutorul inelelor de centrare 28 (pe partea mobil) i 19 (pe partea fix). Inelele de centrare sunt prinse n plcile de prindere ale matriei cu ajutorul uruburilor 3.

Fig. 2.1 Tipurile principale de matrie de injectat [SER 99]

a-injectare perpendicular pe planul de separaie, b-injectare n planul de separaie c-injectare special/ 1-matria, 2,3-cilindrii de injectare/ x-planul de separaie al matriei

Materialul plastic topit din duza mainii de injectat ajunge n duza 18 a matriei de injectat i prin intermediul reelei de injectare la cuiburile matriei.

Fig. 2.2. Matria de injectat cu 2 cuiburi [SER 99]


PROGRAMUL TimMold

26

Piesa injectat se formeaz n cuibul format de poansonul 17 i pastilele 15 i 16. Dup ntrirea materialuiui plastic n matri, ca urmare a rcirii plcilor matriei, prin intermediul circuitului de racire matria se deschide n planul de separaie X. Piesa injectat, ntrit ca urmare a contraciei pe poansonul 17, rmne solidar cu partea mobil a matriei mpreun cu reeaua de injectare, reinut de buca extractoare 20. Tija de aruncare 1 este tamponat de o tij fix de pe maina de injectat i sistemul de aruncare este acionat determinnd micarea plcii de aruncare 5, plcii portarunctoare 6, arunctoare 26, arunctorului central 25 i a tijelor reaductoare 24.

Plcile arunctoare i portarunctoare sunt fixate cu ajutorul uruburilor 7. Tija de aruncare 1 este ghidat de buca central 2 i este nurubat n placa arunctoare 5. Piesa injectat este aruncat din matria de arunctoarele tip tift 26, iar reeaua de ctre arunctorul central 25.

La nchiderea matriei, tijele de aruncare 24 lovesc tifturile tampon 22 determinnd revenirea la pozitia iniial a ntregului sistem de aruncare. Plcile matriei sunt prinse cu ajutorul uruburilor 27 i sunt centrate cu ajutorul tifturilor 21. Centrarea celor dou semimatrie se realizeaz cu ajutorul tifturilor 21. Centrarea celor dou semimatrie se realizeaz cu ajutorul coloanelor de ghidare 14 i a bucelor de ghidare 12. [SER 99] Clasificare matrie de injectat

Datorit varietii foarte mari a formei pieselor injectate, a seriilor de fabricaie largi, a sistemelor constructive dezvoltate pentru injectare, aruncare, etc., clasificarea matrielor se face dup mai multe criterii.

Dup numrul de cuiburi, matriele se clasific n: -matrie cu un singur cuib; -matrie cu dou cuiburi; -matrie cu mai multe cuiburi (3, 4, 5, etc.). Dup sistemul de injectare, matriele se clasific: -cu injectare direct prin culee; -cu injectare punctiform; -cu injectare cu canale de distribuie; -cu injectare pelicular sau film; -cu injectare tip umbrel; -cu injectare inelar; -cu injectare cu canal tunel; -cu injectare cu canale izolate; -cu injectare cu canale nclzite. Dup modalitatea de acionare a sistemului de aruncare, matriele se clasific : -cu aruncare mecanic; -cu aruncare pneumatic; -cu aruncare hidraulic. Dup numrul planelor de separaie, matriele se clasific astfel: -cu un singur plan de separaie; -cu doua plane de separaie; -cu mai multe plane de separaie. Dup modalitile constructive de realizare a mariei n funcie de forma piesei: -simple;


PROGRAMUL TimMold

27

-cu bacuri; -cu deurubare; -cu mai multe planuri de separaie. Exist i alte criterii de clasificare a matrielor de injectat, ns de mai mic importan

(tipul de arunctoare, sistemul de temperare, forma piesei injectate etc.) [SER 99][ICL 06]

2.2 Identificarea factorilor care influeneaz procesul de injectare

Factorii de influen ce pot avea un impact direct asupra injectrii n matri, respectiv asupra obinerii unei piese care s corespund desenului de execuie sunt: geometria piesei, materialul ales, tipul matriei i tipul mainii de injectare (fig. 2.3).

Fig. 2.3 Factorii ce influeneaz procesul de injectare [U 02]

2.2.1 Piesa

Primul factor de influen l reprezint studiul preliminar al piesei de injectat ce se realizeaz n legtur cu forma, dimensiunile, materialul, greutatea, grosimea, cerinele funcionale impuse, precum i alte caracteristici ale acesteia.

Forma pieselor injectate din materiale plastice se concepe n corelare cu o serie de reguli tehnologice rezultate din restriciile impuse de natura materialului, caracteristicile matriei i tipul de main utilizat. Condiiile de utilizare a piesei determin geometria, dimensiunile, masa ei etc. Experiena i cunoaterea caracteristicilor tehnice generale ale diferitelor materiale au determinat fundamentarea unor reguli generale, folosite la obinerea unei geometrii corecte a pieselor obinute prin procedeul de injectare:

- piesa injectat trebuie s aib forma cea mai simpl posibil - dimensiunile i masa piesei trebuie s fie ct mai mici - este necesar ca prin configuraia piesei s fie ndeplinite condiiile de scoatere a acesteia

din matri - se evit pe ct posibil configuraiile complicate i proeminenele pentru a nu complica

construcia matriei - se evit pe ct posibil muchiile ascuite


PROGRAMUL TimMold

28

n general, se ia n considerare faptul c materialul plastic i micoreaz dimensiunile dup scoaterea din matri, influennd precizia dimensional a piesei injectate [CHE 04].

n faza de proiectare a produsului, trebuie s se ia n considerare mai muli factori care in de: alegerea materialului plastic, alegerea locului de injectare, contracia materialului, grosimea pereilor.

Reguli de proiectare a pieselor injectate din material plastic: a) Grosimea pereilor piesei injectate s fie uniform - pentru a evita curgerea

turbulent la injectare, care are drept consecin formarea de goluri, retasuri i apariia tensiunilor interne n pies (fig.2.4)

Fig.2.4 Formarea retasurilor i a fisurilor [CHE 04]

Dac forma i scopul piesei nu permit proiectarea sa cu perei constani, atunci este necesar a se folosi urmtoarele indicaii (fig.2.5):

Fig.2.5 Indicaii de proiectare a pieselor cu grosimi diferite [CHE 04]

Pentru materialele care se gsesc n baza de date, s-a realizat urmtorul tabel: Tabel 2.1 [PRO]

Material Grosimea recomandat a pereilor [mm] ABS 1.2 3.5 CA 0.7 - 3 PS 0.9 4

PEJD 0.75 - 5 PEID 0.75 - 5

PP 0.6 4 PA6 0,6 - 4

PVC - M 0,5 - 4 POM 0,5 - 5 PET a 0,5 - 4

RetasuriFisurisaucrpturi


PROGRAMUL TimMold

29

b) Evitarea aa numitelor locuri calde prin aglomerri de material n cazul pereilor groi ai unei piese injectate determin prelungirea ciclului de injectare ca urmare a mririi timpului de rcire n matri. Concentrarea maselor de material i formarea locurilor calde se realizeaz mai ales n colurile piesei, la unirea pereilor laterali cu fundul piesei sau la intersecia mai multor perei. [CHE 04] Din aceast cauz, legtura ntre perei trebuie realizat prin rotunjiri cu raze prescrise, n vederea reducerii turbulenelor i eliminarea tensiunilor interne (fig. 2.6).

Fig. 2.6 Forma corect de proiectare pentru evitarea locurilor calde [CHE 04] c) Raportul raz de rotunjire/grosime (fig. 2.7) peretele nu trebuie s fie mai mic de 0,6 (r / s > 0,6). n practic, razele de rotunjire ntre l...l,5 mm dau rezultate foarte bune.

Fig. 2.7 Aplicarea razelor [PRO]

d) Proiectarea pieselor cu perei nclinai.

Piesele injectate se contract pe miezul matriei n timpul procesului de rcire n matri. Acest fenomen implic nclinarea pereilor piesei pentru a putea fi extras din matri. Contraciile pieselor injectate depind n mare msur de tipul materialului i de aceea conicitile pieselor injectate sunt tratate diferit pentru fiecare material n parte. n general, se recomand valori ale unghiurilor de nclinare ( i ) ntre 30' i 3. e) Adugarea de nervuri de rigidizare.

Pentru creterea rezistenei mecanice i a rigiditii, piesele injectate se proiecteaz adeseori cu nervuri de rigidizare. Nervurile de rigidizare sunt prevzute mai ales la piese cu perei subiri i la cele de dimensiuni mari. Ele se folosesc att la consolidarea pereilor laterali ct i a fundului.

Formaincorect

Rezultatulnurmainjectrii

Formacorect


PROGRAMUL TimMold

30

Fig. 2.8 Indicaii proiectarea nervurilor [CHE 04]

f) Forma prii de aezare. Pentru piesele injectate paralelipipedice se propun soluiile constructive din fig. 2.9

Fig. 2.9 Soluii constructive pentru fundul pieselor injectate de form paralelipipedic [CHE 04]

2.2.2 Materialul piesei injectate

Materialele plastice sunt o categorie unic de materiale, dar ele exist n diferite i variate forme fizice, unele sunt dure i rigide, altele sunt moi i flexibile, unele sunt solide, altele au o structur celular, unele sunt transparente, altele sunt opace. Toate materialele plastice fac parte dintr-o singur familie de materiale, cunoscut sub denumirea de polimeri. Aceast familie de materiale include de-asemenea cauciucul (att cel natural, ct i cel sintetic), vopsele, adezivi i textile sintetice.

Polimer este termenul chimic pentru o substan a crei structur este format din molecule n a cror componen intr uniti mai mici care se repet de foarte multe ori, fie sub forma unui lan, fie sub forma unei reele tridimensionale. Uneori, la aceste materiale se face referire ca polimeri sintetici organici, prin sintetic nelegnd c aceste materiale sunt create de om, iar pentru un chimist, termenul organic indic faptul c structura principal a moleculelor este predominant format din atomi de Carbon. Unitatea mic care se repet ca s formeze polimerul poart denumirea de monomer, iar reacia chimic ce permite moleculelor de monomeri s se uneasc i s formeze polimeri poart denumirea de polimerizare. Exemple de monomeri sunt stirenul i propilena, care dup polimerizare devin polistiren, respectiv polipropilen.

n zilele noastre, exist aproximativ cincizeci de tipuri diferite de materiale plastice n producia comercial i n multe cazuri, pentru fiecare material n parte exist multe variante i modificri. Anumite grupuri de materiale mprtesc anumite proprieti, cum ar fi de exemplu, modul lor de procesare sau tipul de produse n a cror componen se regsesc. Acest lucru face posibil clasificarea materialelor plastice dup diferite criterii, cum ar fi:


PROGRAMUL TimMold

31

- Termoplastice i termorigide; - Semi-cristaline i amorfe; - De uz industrial i de uz general.

Pentru o alegere corespunztoare a materialului plastic n conceperea unei piese injectate, trebuie s se in seama de urmtorii factori:

- durata de via a piesei injectate; - configuraia piesei injectate; - calitile optice i de transparen impuse piesei; - solicitrile termice n exploatare; - solicitrile mecanice; - solicitri de natur electric; - solicitri de natur chimic; - costul materialului plastic.

Calitile i avantajele materialelor plastice Ptrunderea polimerilor practic n toate domeniile de activitate se datoreaz unor caliti i avantaje

particulare n raport cu celelalte materiale. Acestea sunt urmtoarele: polimerii prezint o mare varietate sortimental i prin urmare o mare diversitate a caracteristicilor mecanice i chimice. Materialele de sintez posed proprieti care nu coincid cu

cele ale materialelor naturale, iar plasticitatea lor permite realizri care altdat sunt imposibile. materialele plastice se caracterizeaz prin facilitatea i diversitatea procedeelor de prelucrare la

cadene de fabricare ridicate n raport cu materialele adiionale. Materialele plastice permit obinerea n serii mari de fabricaie a tot felul de obiecte rigide sau suple, mici sau mari, volumice sau cave, cu perei groi sau subiri, colorate sau chiar transparente. Astfel, pentru fabricarea unei butelii de ap mineral din policlorur de vinii (PVC) sau polietilen se obin cadene de 10.000 butelii/or n raport cu 500 butelii/or cnd acestea se realizeaz din sticl.

materialele plastice se caracterizeaz prin costul energetic redus al sintezei i transformrii lor n produse.

polimerii au densiti reduse, n jurul valorii de 1 kg/m3 n comparaie cu materialele tradiionale (7,8 kg/m3 pentru oel, 2,7 kg/m3 pentru aluminiu i 2,54 kg/m3 pentru sticl), ceea ce asigur produse uoare cu caliti satisfctoare, mai ales n domeniul bunurilor de larg consum sau al transporturilor. La calitile evidente remarcate mai sus, nu rareori se adaug i avantajele conferite de aspectul i coloritul plcut sau de rezistena la coroziune i ineria chimic.

Inconvenienele materialelor plastice Utilizarea materialelor plastice nu este nsoit numai de avantaje. Ar fi greit s credem c n ciuda

dezvoltrii accelerate a cererii i produciei de produse din materiale plastice, acestea ar putea substitui chiar i parial produsele realizate din materialele tradiionale (oel, ceramic, lemn), inconvenienele fiind prezentate n cele ce urmeaz, n ordinea importanei lor:

materialele plastice, cu puine excepii, prezint proprieti de rezisten mecanic relativ modeste, ceea ce exclude utilizarea lor pentru piese la care solicitrile mecanice sunt importante. n tabelul 2.2 sunt redate principalele caracteristici mecanice ale diferitelor materiale metalice, anorganice i polimerice.


PROGRAMUL TimMold

32

Tabelul 2.2 [SER 99] Material/Proprieti / [Kg/m3] E / [G pa] / [MPa] Oel 7,87 212 500 Aluminiu 2,7 71 270 Titan 4,51 120 2200 Sticl 2,54 72 3400 Poliester 1,4 1,2 550 Polietilen 0,93 0,2 15 Nylon 6 1,14 2,9 800 Polistiren 1,05 3,4 50

materialele plastice, contrar celor tradiionale, nu sunt auto sau biodegradabile. Persistena

polimerilor este atribuit lungimii lanurilor macromoleculare, care rezist foarte bine la aciunea factorilor naturali de degradare (bacterii, enzime, clim etc.), Aceast stabilitate remarcabil, corelat i cu faptul c multe produse din plastic sunt fabricate n serii mari pentru consum larg (ambalaje, folii), poate conduce la serioase probleme de poluare. Soluia acestei probleme este oferit de realizarea plasticelor fotodegradabile sau hidrodegradabile, dar pentru moment preul acestora este nc ridicat.

materialele plastice pot degaja produse toxice n timpul arderii lor. Ca i lemnul i hrtia, materialele plastice se aprind i ard relativ uor. n mod special, este periculoas policlorura de vinil

(PVC), care degaj n timpul arderii gaze toxice cum sunt clorul i fosgenul, iar poliuretanul degaj acid cianhidric. Considerentele legate de poluare i toxicitate impun o moderaie i un control n deciziile luate privind utilizarea materialelor plastice n diferite scopuri. Materialele plastice pot fi prelucrate prin diverse procedee, cum sunt: calandrarea, termoformarea, injectarea, extrudarea, rotoformarea etc. 2.2.3 Matria de injectat

n proiectarea unei matrie prin injectare trebuie dat mult atenie proiectrii cavitii de

matri, aceasta influennd n mod direct ntregul proces de formare prin injecie. Considerarea proiectrii cavitii n faza iniial a proiectului va duce la o calitate a produselor injectate, n proiectarea aceasta intrnd anumii factori, cum ar fi:

- numrul de caviti, - linia de separaie, - tipul matriei, - tipul i poziia punctului de injectare, - sistemul de distribuie, - sistemul de rcire, - sistemul de aruncare; Factorii care pot avea influen direct asupra injectrii si in de matri sunt numrul de

cuiburi alese, dimensiunea cuibului, configuraia reelei de injectare si alctuirea acesteia, temperatura matriei, modul de obinere al acesteia si precizia de execuie.

1) Stabilirea numrului optim de cuiburi Matriele pot s aib un cuib sau mai multe, n funcie de dimensiunile piesei i de maina de injectat utilizat. Numrul optim de cuiburi pentru o matri se stabilete pe baza unei analize comparative, innd cont de urmtorii parametrii:


PROGRAMUL TimMold

33

G=capacitatea real de plastifiere a mainii de injectat Vinj=volumul maxim de material plastifiat necesar la o injectare Fi=fora maxim de nchidere pe care o poate dezvolta utilajul A x B = dimensiunile active ale platourilor mainii de injectat

a) din condiia de a nu depi capacitatea de plastifiere a mainii mtGn

6,31 [2.1]

G=capacitatea real de plastifiere, [kg/h] m=masa unei piese injectate, [g] t=durata complet a unui ciclu de injectare, [s] Valoarea lui masa piesei se poate stabili astfel:

kVm p [2.2]

Vp=volumul de material necesar realizrii unui reper, [cm3] =densitatea materialului polimeric, [g/cm3] k=coeficient de corecie conform tabelului: Tabel 2.3

Masa net a piesei, [g]

0,30,5 0,51 13 35 510 1020 2050 >50

Factor de corecie k

1,5 1.4 1,3 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05

Ex: Pentru o pies din ABS cu masa de 12.85g (masa calculat ntr-un soft CAD) a rezultat o durat de injectare de 17.44s

Fig.2.10 Simularea umplerii pentru aflarea duratei de injectare [TUT 10 A]

b) Din condiia de a nu depi volumul maxim de material Vinj pe care maina l poate transfera n matri la o injectare [ICL 06].


PROGRAMUL TimMold

34

p

inj

VkV

n 2 [2.3]

Vinj= [cm3] , Vp= [cm3], k= coeficient de corecie c) din condiia ca fora maxim de nchidere Fi pe care o poate dezvolta utilajul s nu fie depit ca valoare de fora generat de presiunea la care materialul plastifiat a umplut cavitatea cuibului (aceasta for rezultant indus de presiunea topiturii de polimer tinde s deschid matria) [ICL 06].

ii

i

i

spFn 2,13 sau Cii Sp

Fn 2,13 [2.4]

pi = presiunea topiturii de polimer, n cuib pi=(0,40,6) pinj pinj = presiunea de injectare prescris pentru materialul procesat [daN/cm2] Sc = suprafaa frontal a cuibului [cm2] (sau proiecia cuibului pe planul de separaie) Fi = fora maxim de nchidere dezvoltat de maina de injectare [daN], d) Din condiia de ncadrare a matriei pe suprafaa activ a platourilor mainii

n4 posibil din dispunerea geometrica a cuiburilor

Fig.2.11 Stabilirea aezrii cuiburilor [ICL 06]

Numrul de cuiburi n matri va fi:

),,,,min( 4321 nnnnn [-] [2.5] Valoarea rezultat poate fi redus dac seria de fabricaie este mic i nu se justific

realizarea unei matrie cu multe cuiburi, de gabarit mare. De asemenea, se prefer realizarea de matrie cu numr par de cuiburi, amplasate ntr-o schem dublu simetric, iar proiectantul alege de regul variante constructive cu un numr redus de cuiburi. Cuiburile pot fi dispuse in diverse ipostaze plecnd de la forma I pentru dou cuiburi la forma de stea sau S, Z sau H sau combinate pentru mai multe cuiburi. [ICL 06]

2) Dimensionarea cuiburilor Dimensiunea cuibului reprezint un factor specific matriei i se cunoate faptul c la producerea de piese mari (borduri de automobile, diverse carcase, tomberoane pentru deeuri


PROGRAMUL TimMold

35

etc.) nu poate fi vorba de mai multe cuiburi din cauza faptului c la fabricarea acestor piese, mainile de injectat au dimensiuni mari de gabarit. In cazul pieselor de dimensiuni mici sau mijlocii, matriele pot sa aib de la dou pn la cteva zeci de cuiburi. Dimensiunea cuibului are influen direct asupra realizrii pastilei i totodat a ntregii matrie. [ICL 06]

3) Proiectarea reelei de injectat Reelele de injectare sunt considerate a fi un element foarte important n proiectarea de

matrie i producia de piese din materiale termoplastice, din considerentul c alegerea unei reele de injectare cu o anumit configuraie respectiv seciune, poate influena favorabil sau nefavorabil obinerea de piese injectate bune sau cu defecte.

De asemenea, forma i dimensiunile alese pentru reeaua de injectare influeneaz n mod direct curgerea materialului precum i umplerea cavitilor matriei.

Reelele de injectare sunt sistemele utilizate n cazul injectrii n matriele cu mai multe cuiburi sau cu un singur cuib reprezentnd elementul intermediar ntre duza mainii de injectare i cuiburile matriei. [Campo, 2006], [PMD, 2001] Reelele de injectare sunt alctuite n cele mai multe cazuri din urmtoarele trei elemente principale: culee, canale de distribuie i diguri (fig.2.12). De asemenea, pot exista i cazuri n care anumite elemente ale reelei lipsesc, unul dintre exemple ar fi reelele de tip culee sau injectarea direct. [SER 99]

Un alt factor ce ine strict de matri l reprezint proiectarea reelei de injectat i alegerea unui dig corespunztor pentru piesa ce se urmrete a fi obinut. Prin urmare, reelele de injectat pot fi de mai multe tipuri: reele de injectat convenionale/standard; reele de injectat radiale; reele de injectat neechilibrate i reele de injectat echilibrate. Reeaua de injectat convenional

Acest tip de reea de injectat se utilizeaz n produciile de serie mare i mas, principalul obiectiv fiind productivitatea rapid i ridicat, fr implicarea unor costuri mari. De asemenea, n acest caz, se utilizeaz i reele de tip radiale sau n form de stea.

Reeaua de injectat improvizat/neechilibrat Reelele de injectare neechilibrate sunt utilizate atunci cnd piesele au o configuraie mai

complex i nu pot fi injectate utiliznd reelele convenionale. [Harper, 2000] Sistemele de reele neechilibrate prezint o serie de dezavantaje din cauza unei umpleri

inegale, a umplerilor trzii sau a rcirii individuale a cavitilor, ceea ce duce la diverse neajunsuri. Dintre acestea amintim:

Umplere incomplet; Diferene de proprieti ale produselor; Contracii diverse ale pieselor, ceea ce duce la nerespectarea cotelor impuse; Existena unor goluri in pies; Bavuri; Inconsisten a materialului; Matri neproductiv.

De regul, i reelele convenionale fac parte din reele de tip neechilibrat, dar datorit ncercrilor de simulare de curgere cu ajutorul calculatorului se alege un numr optim de cuiburi

Fig.2.12 Alctuirea unei reele de injectat[1]


PROGRAMUL TimMold

36

astfel nct s se obin o reea echilibrat. ncercrile realizate n cazul reelelor neechilibrate de modificare a dimensiunilor calculate n vederea sau n scopul obinerii unei curgeri egale au artat c acest lucru a fost insuficient, fapt care a dus la eec. Acest lucru s-a constatat cu frecven la piese mici, la piesele cu perei subiri, precum i la piesele care au o lungime a canalelor de distribuie secundare cu mult mai mare dect lungimea canalelor de distribuie secundare.

Reeaua de injectat echilibrat n acest caz, materialul se distribuie n mod egal de la duz nspre caviti, iar volumul de

material i condiiile de injectare sunt aceleai. Reelele de injectare echilibrate de tip radial sau de tipul literei H sunt considerate a fi echilibrate natural. Echilibrarea natural a acestora este datorat faptului c distanele canalelor de distribuie sunt de-asemenea egale pe ntregul design al reelei, ceea ce duce la o umplere proporional i simultan a cavitilor matriei. Dac se dorete obinerea unor piese injectate de o calitate ireproabil i o toleran ridicat, se recomand o aezare uniform a cavitilor n matri, aezare care s faciliteze o umplere echilibrat. Numrul maxim de caviti al unei matrie depinde de volumul total al acestora, plus reeaua de injectare, precum i fora de nchidere a mainii de injectat. [JEA 82] In fig. 2.13 a,b,c sunt prezentate diverse tipuri de reele dintre cele amintite anterior.

Fig. 2.13 Tipuri constructive de reele a reele neechilibrate/improvizate, [JEA 82]

b reele standard, c reele echilibrate

Reelele ramificate sunt de obicei prevzute cu o poriune gtuit sau o prelungire a reelei, prevzut n scopul permiterii materialului plastic sau topiturii s i continue drumul nestingherit prin canalele de distribuie secundare pn la intrarea n cavitate. n fig. 2.14 se arat modul de dimensionare al unei caviti reci sau poriuni gtuite (cold slug) care fac parte dintr-o reea de injectare.

Fig. 2.14 Evidenierea poriunii gtuite n cazul reelelor [2]

n cazul n care proiectarea reelei nu s-ar fi realizat n acest mod i acea prelungire ar fi

lipsit, cotirea spre celelalte canale de distribuie realizndu-se brusc, materialul topit s-ar fi solidificat n acest punct de trecere de la un canal la cellalt, reducnd drastic posibilitatea de umplere a cavitilor.


PROGRAMUL TimMold

37

De cte ori o reea este ramificat, limea reelei trebuie s fie mai mare dect canalul reelei, deoarece prin ramificaii va curge mai puin material i este mai economic s se utilizeze un minim de material n reele.

Dac ntr-o reea am avea un numr N de ramificaii, relaia ntre diametrul canalului principal Dp i diametrul canalului secundar Ds ar fi de forma urmtoare:

Dp = Ds x N1/3 [2.6] De obicei, la toate interseciile canalelor unei reele se utilizeaz acea cavitate rcit sau gtuire. Aceasta are rolul de a ajuta ca materialul s nu se solidifice n momentul n care acesta ar trebui s urmeze frontul de curgere caracteristic canalelor urmtoare i de a conduce materialul n starea topit nspre caviti. Lungimea acestui canal, care este prezentat n figura anterioar, este de obicei egal sau chiar mai mare dect limea reelei sau diametrul acesteia i este situat la/dup intersecia a doua canale de distribuie.

Culeea

Canalul central de injectare sau culeea se definete ca fiind canalul prin care un material plastic fluid/n stare topit este injectat prin duza mainii de injectat n matri. Configuraia geometric a canalului central de injectare este de obicei sub forma unui con ai crui perei sunt lucioi, avnd o rugozitate mic, fiind rectificai i lustruii n vederea unei curgeri line/lente a materialului n matri. Acest lucru este foarte important n procesul de injectare, deoarece n cazul n care materialul se solidific n reeaua de injectare sau ntmpin piedici pe pereii acesteia, se constat c topitura nu mai ajunge la cuiburile matriei, iar acest lucru duce la neajunsuri din punct de vedere productiv.

Dimensionarea culeei se poate face n funcie de tipul materialului polimeric i masa de material plastifiat. Astfel, pentru materialele care se gsesc n baza de date a programului (TimMold), a fost creat urmtorul tabel, n funcie de greutatea piesei. Tabelul 2.4 Dimensionarea culeei

Nr. Crt.

do [mm]/

Material

Greutatea piesei [g]0-10 10-20 21-50 51-100 101-150 151-200 201-800

1 ABS 3 3.5 4 4.5 5 5.5 62 CA 3 3.5 4 4.5 5 5.5 63 PS 3 3.5 4 4.5 5 5.5 64 PEJD 3 4 4.5 5 5.5 6 6.55 PEID 2.5 3 3.5 3.5 4 4.5 56 PP 3 4 5 5.5 6 6.5 77 PA6 3 3.5 4 4.5 5 5.5 68 PVC -M 3 3.5 4 4.5 5 5.5 69 POM 3 3.5 4 4.5 5 5.5 610 PET a 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Canale de distribuie

Canalele de distribuie sau reelele de distribuie sunt sisteme prin care materialul curge de la culee nspre caviti n scopul umplerii acestora. Canalele de distribuie pot fi de mai multe tipuri sau configuraii.


PROGRAMUL TimMold

38

n cazul dimensionrii canalelor de distribuie, se ine cont de o serie de factori care depind de:

Configuraia matriei; Maina de injectat; Modalitatea de lucru; Materialul injectat. Dimensionarea canalelor de distribuie n funcie de configuraia matriei se realizeaz

innd cont de geometria piesei injectate, calitatea impus a piesei, volumul i grosimea pereilor acesteia. Dimensionarea canalelor n funcie de maina de injectat are ca factori presiunea de injectare, frecvena injectrilor, tipul de nchidere. Din punctul de vedere al modului de lucru, se ine cont dac se lucreaz n ciclu automat sau semiautomat, iar din punct de vedere al materialului injectat, se ine cont de contracia acestuia, compoziia chimic a materialului, vscozitate etc. [SER 99] Dimensionarea canalelor de distribuie. Pentru a determina diametrul D al canalului de distribuie, se ine seam de:

masa piesei grosimea pereilor piesei

n acest sens, s-au realizat ncercri privind dimensionarea canalelor de distribuie n funcie de dou diagrame, rezultatele fiind consemnate n tabele conform Anexei 2.3. Aceast dimensionare a canalelor de distribuie sau a reelelor de injectare s-a realizat pe dou planuri. n prima parte, n funcie de masa i grosimea piesei, iar a doua varianta n funcie de vscozitatea materialului, diametrul reelei crescnd n progresie geometric. [ICL 06] n fig. 2.15 se prezint tipul seciunilor (circular, parabolic i trapezoidal) pentru care s-au realizat calcule pentru grosimi de piese cuprinse ntre 0.5mm i 10 mm, n urma crora s-au obinut dimensiunile seciunilor ce pot fi vizualizate n tabelele din Anexa 2.4.

Fig. 2.15 Seciuni de canale i dimensionarea acestora, [JEA 82]

a- canal circular, b canal parabolic, c canal trapezoidal, d seciuni necorespunztoare Din punct de vedere teoretic, daca lum o seciune circular, respectiv una ptrat pentru o reea de injectat, dimensiunea canalului va fi dat de relaia:

- seciune circular, 3

22 ;Lp

K QD [2.6]

D-diametrul canalului de distribuie; K-constanta;

d)c)a) b)


PROGRAMUL TimMold

39

L-lungimea canalului [cm]; Q-debitul de material prin seciune [cm3/s]; p-pierderile de presiune n canal [cm2/s];

- seciune ptrat,

3

4 ;Lp

K Qa [2.7]

a-seciunea canalului de distribuie. K-constanta ce ine de material;

L-lungimea canalului [cm]; Q-debitul de material prin seciune [cm3/s]; p-pierderile de presiune n canal [cm2/s];

a) Canal seciune circular Avantaje: suprafa restrns n raport cu seciunea, rcire slab, pierderi de cldur i de frecare reduse, solidificarea materiei are loc n centrul ultimului canal circular, unde se menine o presiune adecvat. Dezavantaje: prelucrare n ambele jumti ale matriei, prin urmare, un grad de dificultate mai mare i un cost mai ridicat.

b) Canal seciune parabolic Avantaje: se apropie de canalul circular, fabricaie simpl prelucrare doar ntr-o singur jumtate a matriei (cu arunctori laterali pentru ndeprtarea modelului din form). Utilizarea are loc atunci cnd sertarele se vars peste suprafaa de mbinare. Dezavantaje: pierderi de cldur i cderi mai mari dect n cazul canalului circular.

c) Canal seciune trapezoidal Soluie alternativ la forma parabolic Dezavantaje: pierderi de cldur i cderi mai mari dect n cazul formei parabolice. n cazul determinrii dimensiunilor reelei de injectat, algoritmul utilizat a fost dimensionarea seciunii reelei cu ajutorul formulelor fundamentale, urmat de alegerea lungimilor de canale de distribuie n funcie de dimensiunile canalului i de vscozitatea materialului i dimensiunile alese ale digurilor, precum i dimensionarea ntregii reele de injectat. Tabel 2.5 Determinarea lungimii maxime a canalului de injectat

Diametrul reelei (mm)

Lungimea maxim a reelei Vscozitate sczut

(mm) Vscozitate ridicat

(mm) 3 100 50 6 200 100 9 280 150 13 330 175

Pentru determinarea lungimii maxime a canalelor principale de distribuie i a canalelor secundare de distribuie, s-a plecat de la dimensiunea seciunii canalului i vscozitatea


PROGRAMUL TimMold

40

materialului, fie ea ridicat sau sczut (Tabel 2.5), folosit de cei de la Mould-Technology i preluat de la dsm, care prezint o progresie geometric pornind de la dimensiunea de 3mm la cea de 13mm. n acest sens, s-au fcut calculele aferente pentru dimensiuni cuprinse ntre 3...15mm, avnd o frecven de cretere a diametrului cu 0.5mm. Aceste rezultate sunt evideniate n Anexa 2.5 A i B, unde se afl un surplus pentru calculul maxim al unor reele de injectat utilizate n cazul procedeului de microinjectare. Pentru calculul dimensiunilor specifice microinjectarii, s-a utilizat acelai algoritm, dar aici progresia geometric nu a prezentat o cretere progresiv, ci una regresiv, astfel nct s-au obinut rezultate pentru dimensiuni cuprinse ntre 3mm si 0.5 mm la o frecven de 0.1mm. Dimensionarea maxim a lungimii de canal n cazul microinjectarii i nu numai, prezint o importan deosebit datorit faptului c la o lungime mai mare dect cea prescris, materialul topit se solidific si nu mai ajunge s umple cavitile matriei, lucru care trebuie evitat.

O importan deosebit se acord i geometriei canalelor de injectare. n fig. 2.16 sunt prezentate diverse tipuri de seciuni geometrice pentru canalele de distribuie. Seciunile pot fi convenionale sau neconvenionale sau cu o geometrie specific unei bune curgeri n matri, respectiv cu o geometrie ce confer o curgere slab sau defectuoas n matri.

Fig. 2.16 Seciuni ale canalelor de distribuie [5]

Conform figurii de mai sus, canalele de distribuie pot avea urmatoarele seciuni: Seciune trapezoidal; Seciune parabolic; Seciune circular; Seciune nefavorabil (semicircular, dreptunghiular).

Seciunea canalelor de distribuie se calculeaz cu ajutorul urmtoarelor formule matematice :

Pentru seciunea circular: D=Smax+1,5[mm] [2.8]

unde

D diametrul seciunii; Smax grosimea maxim a peretelui piesei injectate.

Pentru seciune parabolic: D=Smax+1,5 [mm] [2.9] L=1,25 D [mm] [2.10]

L limea canalului de distribuie;


PROGRAMUL TimMold

41

Pentru seciune trapezoidal; L=1,25D [mm] [2.11]

Determinarea seciunii canalului prin aceast metod de calcule matematice ofer valori aproximative i nu exacte. Pentru o determinare mai exact a seciunii canalelor, este necesar a se lua n considerare comportamentul materialului plastic la curgere n reelele de distribuie, precum i alte proprieti ale acestuia.

Digul Digul reprezint poriunea ngust care prezint o adncime mic i care face legtura ntre canalul de distribuie i cuibul matriei. Exist o diversitate larg de tipuri de diguri utilizate n cadrul injectrii materialelor termoplastice, unele specifice pentru diverse tipuri de piese sau matrie speciale. In cazul dimensionrii digurilor, aceste dimensiuni sunt oarecum standard, pentru fiecare tip ele prezentnd anumite limite de care trebuie s se in cont n proiectarea matriei i a cror caracteristici i prezentare este evident n cele ce urmeaz.

Digurile sunt considerate porile de legtur ntre reelele de injectare i cuiburile matriei. Tipul de injectare poate fi diferit, acest lucru realizndu-se datorit modului n care se gsete configuraia digului. Prin urmare, digurile pot fi de diverse tipuri:

a) Dig de tip liniar/standard: Acest dig este tipul cel mai utilizat la injectarea n matriele care au 2 sau mai multe

caviti. Acest tip de dig se recomand pentru piese mici i mijlocii care au o seciune ngust a pereilor. Digul este amplasat de obicei la marginea produsului pe una din fee i trebuie ndeprtat n urma injectrii cu ajutorul unui tietor/cutter. Digul este amplasat pe planul de separaie al matriei, i n raport cu piesa poate fi amplasat deasupra, dedesubt sau in lateralul acesteia. n fig. 2.17 se poate observa un exemplu cu acest tip de dig. [SER 99]

Fig. 2.17 Dig de tip standard, [JEA 82] a- dig situat pe centrul planului de separaie, b dig situat sub planul de separaie

a)

b)


PROGRAMUL TimMold

42

a) Dig situat pe centrul planului de separaie OBSERVAII

Pentru a reduce pierderile de cldur i pierderile prin frecare, dac este posibil, suprafa mic cu volum mare. In acest caz, este de preferat canalul circular. Fabricaie dificil deoarece prelucrarea are loc n mod obligatoriu n ambele jumti ale matriei. Canalul dreptunghiular este de refuzat din cauza costurilor. Amplasarea central ngreuneaz smulgerea bavurii i necesit n mod eventual o prelucrare. Pragul de injecie trebuie situat, de preferin, pe nlimea unui perete cu deschidere spre cavitate, pentru a evita radiaia nedirijat. b) Dig situat sub planul de separaie OBSERVAII

Amplasarea pragului de injecie n afara centrului faciliteaz fabricaia. Un avantaj suplimentar: pragul situat n afara centrului se ndeprteaz mai uor i smulgerea este de asemenea este mai uoar. Pragul se deschide n cazul acesta n perete, prin urmare, nu are loc nicio radiaie nedirijat.

Dimensiunile n cazul acestui tip de dig sunt n general de 80...100% din grosimea pieselor care sunt mai mari de 3,5mm i avnd o adncime cuprins ntre 1...12mm. Limea acestor diguri este cuprins ntre 1...5mm, iar distana dintre reea i cavitate este cuprins ntre 0.5...1mm. Aceasta nu poate s depeasc 1,5 mm lungime.

Limea i nlimea reelelor pentru aceste tipuri de diguri se consider astfel calculate ca nlimea s fie aproximativ egal cu 0,7-0,8 din lime. Limea digului poate s ajung pn la 7mm n cazul unor piese a cror greutate maxim este de 200 de grame.[MOU 08] Digul standard este cel mai des utilizat n cadrul matrielor din industrie, fiind totodat aplicat la aproape toate tipurile de materiale termoplastice utilizate la realizarea de piese prin injectare. Din figura 2.16 se observ c digul este amplasat pe planul de separaie al matriei. n primul caz, digul se gsete pe placa poansonului, care este i placa mobil a matriei. Aceast aezare se utilizeaz de regul atunci cnd pereii piesei nu prezint nclinaie sau nu au draft.

Alt aezare a digului poate s fie pe poriunea plcii cavitii matriei, utilizat n special pentru a ascunde locul injectrii. n acest caz, linia de separaie a piesei este aleas mai convenabil, metoda fiind din punct de vedere al costului mai ieftin i se utilizeaz la piesele cu pereii nclinai. La aezarea digului la mijlocul liniei de separaie al matriei, modul n care trebuie s se utilizeze seciunea reelei este de tip cilindric sau semicilindric.

Dezavantajele acestui tip de dig sunt posibilitatea apariiei mprtierii neuniforme a materialului i este obligatorie operaiunea de tiere a digului n urma procedeului de injectare.

b) Dig de tip tunel/submarin: Prin injectarea cu canal tunel, materialul plastic ajunge de la duz la cuibul matriei prin

intermediul unui canal de distribuie pus n legtur cu un canal conic prelucrat n plan nclinat. n fig.2.18 se prezint o astfel de injectare cu canal tunel precum i modul de nclinare al acestuia. [SER 96]

Fig. 2.18 Dig de tip tunel nclinat[4,7]


PROGRAMUL TimMold

43

Poziionarea acestui tip de dig este flexibil i poate fi utilizat pe orice parte a piesei, aceasta fiind situat pe partea fix sau mobil a matriei, dar trebuie avut n vedere faptul c designul trebuie s fie realizat cu atenie astfel nct la deschiderea matriei, culeea s se rup i s fie evacuat din matri. Problema care se pune este ca digul s nu rmn blocat n matri, lucru care ar duce la ncetinirea productivitii i o matri cu un design necorespunztor.

Dimensiunile frecvent utilizate pentru acest tip de dig sunt cuprinse ntre 0.8...1.5 mm, iar n cazul materialelor plastice ranforsate dimensiunile pot fi mai mari. Sistemele cu canal tunel sunt utilizate mai ales n cazul injectrii unor materiale plastice cu elasticitate mare. La materialele plastice fragile se recomand s se mreasc diametrele canalelor de distribuie astfel nct la extragerea forat a reelei de injectare, aceasta s fie elastic, s nu se rup. [SER 96]

Avantajele acestui tip de dig sunt trecerea tunelului de linia de separaie la evacuarea piesei i a reelei, precum i utilizarea unei reele circulare. Ca dezavantaje, s-a constatat c la materialele ranforsate, rezultatele sunt slabe din punct de vedere al injectrii, iar materialul injectat poate s nghee sau s se solidifice n dig nainte de a ajunge n cavitate.

O alt variant a canalului tunel o reprezint tipul de dig canal cu tunel curbat. Acest tip de dig de canal curbat este utilizat mai rar i este de preferat atunci cnd suprafaa produsului trebuie s fie mat, lucioas i cnd se cer condiii de calitate privind aspectul exterior al piesei.

Extracia canalului curbat se realizeaz uor dac canalul de distribuie conic are grosime mic. Astfel, n momentul deschiderii matriei, atunci cnd piesa este aruncat de pe poanson de ctre arunctoare, iar reeaua este aruncat de ctre arunctorul central, se produce o retezare forat n zona digului ntre pies i reea, ceea ce duce la o extragere forat a canalului curbat din locaul acestuia. [MOU 08]

Canalul curbat poate fi realizat direct ntr-o pastil de o firm specializat n acest scop sau poate s fie realizat n dou pastile care vor fi asamblate ulterior, n fiecare dintre acestea executndu-se cte o jumtate de canal. n fig. 2.19 se prezint un astfel de tip de canal curbat.

Fig. 2.19 Dig de tip tunel curbat, [JEA 82]

Injectarea cu acest tip de canal este convenabil pentru realizarea roilor dinate din

materiale termoplastice. Ca avantaj al acestui procedeu, se urmrete obinerea unei suprafee mate, lucioase. Se consider a fi cea mai bun soluie pentru puine materiale plastice.

Dezavantajul acestui tip de dig este utilizarea la scar redus, privind materialele plastice, datorit faptului c prin configuraia i designul acestuia, curgerea materialului prin acest tip de canal se realizeaz cu dificultate.

c) Dig de form pelicular sau film Pieselor liniare cum sunt riglele de calcul, vizoare pentru calculatoare etc. le sunt impuse

condiii severe din punctul de vedere al proprietilor optice i al celor mecanice. Datorit


PROGRAMUL TimMold

44

faptului c proprietile optice i cele mecanice sunt n strns legtur cu proprietile de curgere, injectarea pelicular sau film este recomandat n aceste cazuri (fig. 2.20). [HAR 00]

Fig. 2.20 Dig de tip pelicular sau film, [JEA 82]

Dezavantajele injectrii unor astfel de piese printr-un punct sau prin mai multe puncte

sunt eliminate prin utilizarea injectrii peliculare astfel: Evitarea liniilor de ntlnire pe suprafaa piesei; Evitarea incluziunilor de aer; O apreciere mai bun a contraciei piesei injectate. Injectarea pelicular se realizeaz astfel nct dintr-un canal de distribuie, materialul

plastic ajunge n cuibul matriei printr-un dig cu limea foarte mare, ntre reea i piesa injectat formndu-se astfel un film sau o pelicul subire. Exist o serie de soluii constructive pentru injectarea pelicular lateral. n cazul injectrii unor piese cu suprafa mare n matriele de injectat cu un singur cuib, se aplic injectarea pelicular central. Pentru un asemenea caz, se utilizeaz de obicei o matri cu deschidere prin bacuri pentru a elimina reeaua de injectare.

Digul de tip film const ntr-o reea i un dig ce are o lime egal cu ntreaga poriune sau latur a unei caviti. [FIS 03] Acest tip de dig se utilizeaz cu precdere pentru piese de lungime mare dar subiri la care curgerea s se fac filiform.[GOO 04] O curgere ct mai uniform este de o deosebit importan pentru piesele realizate din materiale ranforsate i acolo unde se cere ca deformarea pe lungime a piesei s fie minim. Dimensiunile unui astfel de dig sunt de obicei mici i sunt cuprinse ntre 0.25...0.6 mm grosime i 0.5...1mm lungime sau suprafaa digului, n funcie de greutatea i suprafaa piesei ce se injecteaz.

Avantajul acestui tip de dig este c se preteaz la injectarea materialelor plastice ranforsate, iar dezavantajul const n problema ndeprtrii reelei i a digului de pies, n urma acestui lucru constatndu-se c nu se poate ascunde locul injectrii, acesta fiind vizibil pronunat.

Digul de tip evantai face parte din familia digurilor de form pelicular i se folosete n general pentru produsele ntinse i plate, fiind amplasat pe una din feele laterale ale piesei i trebuind ndeprtat manual prin tiere dup injectare. Fig. 2.21 este reprezentativ pentru acest caz.

Fig. 2.21 Dig de tip evantai, [JEA 82]


PROGRAMUL TimMold

45

Acest dig este unul pelicular i poate avea grosimea pereilor variabil. Acest tip se utilizeaz pentru matrie cu seciune ngust i care necesit injectarea fr nghe sau solidificare prematur, care ar putea fi favorizat de presiunea mic din matri sau de locurile unde deformarea i stabilitatea dimensional sunt mai pronunate.

Digul trebuie s aib o anumit nclinaie astfel nct s se menin o curgere constant prin seciunea acestuia. Acest lucru poate fi realizabil dac:

Vscozitatea topiturii este constant; ntreaga lime a digului trebuie utilizat pentru curgere; Presiunea este aceeai pe ntreaga lime/suprafa a digului. Viteza de injectare este mic pentru reducerea imperfeciunilor. Dimensiunile recomandate la acest tip de dig sunt grosimea, care nu trebuie s fie mai

mare de 80% din grosimea piesei, iar limea digului variaz de la 6mm pn la 25% din lungimea cavitii. Pentru piesele care au o grosime de 0.8mm, se recomand ca digul s aib o grosime de 0.7mm, iar n cazul injectrii cauciucului se recomand folosirea unui dig cu 100% din grosimea piesei, ceea ce d o calitate mai bun a piesei injectate i un control mai bun al curgerii materialului.

Avantajele acestui tip de dig sunt: permiterea unei umpleri rapide a unor piese de lungime mare, precum i cele cu seciune dificil. De-asemenea, umplerea unor piese de suprafa i lungime mare se realizeaz printr-un front de curgere uniform.

Dezavantajul n acest caz const n tierea culeei i a reelei. d) Dig de tip punctiform/ ac Prin injectare punctiform materialul ajunge direct la cuib printr-un canal cu conicitate

foarte mare. n fig. 2.22 sunt prezentate diverse tipuri de diguri punctiforme.[SER 96] Digul de tip ac/punctiform se utilizeaz de obicei la matriele cu mai multe cuiburi,

poziionarea acestuia fiind flexibil i injectarea realizndu-se de obicei pe partea superioar a piesei. [CAV 04]

Fig. 2.22 Diguri de tip punctiform [7]

Structura de baz a matriei n acest caz este complicat, deoarece n aceast situaie se

utilizeaz metoda celor trei plci /cu plac intermediar. [CAV 00] Digul trebuie s fie destul de slab pentru a se rupe fr a avea efecte negative asupra piesei. Acest tip de dig este preferat a se utiliza cu o seciune ct mai mic. Designul pentru acest tip de dig trebuie s fie particularizat pentru diversitatea pieselor ce se injecteaz, necesitatea principal fiind asigurarea unei curgeri simetrice care s duc la umplerea matriei fr probleme.

n timpul funcionrii matrielor de injectat cu canale punctiforme, pot aprea unele inconveniene la eliminarea reelei, datorit unor fire de material care rmn ntre pies i reea. Pentru eliminarea acestui inconvenient i pentru reducerea duratei ciclului de injectare s-a


PROGRAMUL TimMold

46

introdus o variant mbuntit a sistemului, i anume injectarea punctiform cu antecamer. La aceast variant, digul punctiform vine n contact cu o poriune mrit a canalului care formeaz antecamera.[SER 96] La prima injectare, antecamera se umple cu material plastifiat care, avnd i rol de izolator, permite injectarea continu n zona central. O aplicare corect a acestui procedeu presupune o injectare continu, deoarece oprirea mainii ar duce la solidificarea materialului n antecamer i, prin urmare, la imposibilitatea efecturii injectrii urmtoare.

Dimensiunile recomandate n cazul injectrii materialelor plastice neranforsate sunt cuprinse ntre 0.86mm. [GOO 04] Digurile care sunt mai mici dect cele descrise anterior nu se recomand, datorit faptului c se pot degrada termic. n cazul injectrii materialelor plastice ranforsate, se recomand ca digurile s fie mai mari de 1mm, iar lungimea maxim a acestora s aib valoarea de 1mm.

Avantaje: design corespunztor pentru injectarea n matrie cu multiple cuiburi, reducere de material plastic la injectare, ruperea reelelor se realizeaz separat de piese.[ROS 00]

Dezavantaje: resturile de diguri pot cauza probleme prin rmnerea acestora n matri, ceea ce duce la blocarea umplerii unuia sau a mai multor cuiburi. Pentru a se diminua acest lucru, se utilizeaz duze cu acionare pneumatic pentru eliminarea reelei i a digului din matri. Digurile punctiforme nu se utilizeaz n cazul unor polimeri cu vscozitate mare sau a unora care sunt sensibili din punct de vedere al temperaturii.

e) Dig de tip culee Injectarea cu acest tip de dig este o injectare direct, n sensul c digul propriu-zis l

reprezint nsi culeea. Canalul central de injectare devine culee, el fiind amplasat pe partea superioar a produsului i fiind necesar ndeprtarea manual a acesteia dup injectare.

Se recomand a se utiliza pentru matriele cu o singur cavitate i pentru piese ce necesit o umplere simetric. , [JEA 82]

Acest tip de dig se utilizeaz att pentru seciuni mici ct i pentru seciuni mari, deoarece o meninere a presiunii are efect mai ndelungat la injectare. Se recomand utilizarea unei lungimi mici a culeei, ceea ce determin o umplere mai rapid a matriei. n fig. 2.23 se prezint cteva diguri de tip culee.

Fig. 2.23 Dig de tip culee, [JEA 82]


PROGRAMUL TimMold

47

Matria, n acest caz, este ieftin, deoarece materialul din reea a fost eliminat, iar presiunea de injectare a fost redus direct la umplerea cavitii. Dezavantajul la acest tip de dig l reprezint adaosul de material rmas pe piesa n urma tierii reelei/culeei.

Plastifierea materialului este controlat de alegerea unor perei corespunztori ai reelei n conformitate cu grosimea pereilor piesei. n general, contracia n reea este mai ridicat, iar n apropierea acesteia este mai sczut. Rezultatul n acest caz l reprezint o tensiune la stres ridicat n apropierea digului. Dimensiunea de nceput a culeei este controlat de duza mainii de injectat. Astfel, diametrul reelei n apropierea duzei trebuie s fie cu 0.5mm mai mare dect diametrul exterior al duzei. n cazul utilizrii unor buce standardizate de acest tip, se cunoate faptul c acestea sunt prevzute cu un canal de forma conic cu o nclinaie a pereilor de 2,4 grade, deschiderea mare fiind nspre pies. La punctul de injectare, diametrul trebuie s fie de aproximativ 1,5 ori sau chiar dublu pereilor piesei n acel punct. [JEA 82] n cazul n care se utilizeaz buce nestandardizate de reele, acestea au un cost mai ridicat i o precizie mai mic, iar o nclinaie prea mic a pereilor reelei poate duce la imposibilitatea umplerii piesei i utilizarea unei nclinaii prea mari a pereilor reelei duce la extinderea timpului de rcire i material plastic risipit.

f) Dig cotit (Tab gate) Acest tip de dig este specific pieselor de lungime mare i grosime mic i se utilizeaz

pentru a reduce forfecrile care pot aprea n matri. Forfecarea se realizeaz n general n apropierea digului, mai exact la legtura canalelor reelei care sunt ndeprtate dup injectare. Acest tip de dig este frecvent utilizat n cazul matrielor de forma P.[HAR 00],[ROS 00] n fig. 2.24 se pot observa cteva tipuri reprezentative de asemenea diguri. Digul de tip cotit (Tab gate) se utilizeaz pentru diverse materiale termoplastice cum ar fi ABS, PS, acril, PP, PVC, policarbonat. Materiale ca SAN i altele care au o fluiditate relativ sczut prezint riscul forfecrii la utilizarea acestui tip de dig. [JON 08]

n privina dimensionrii acestor tipuri de diguri, se recomand ca grosimea pereilor digului s fie egal sau puin mai mic dect a piesei ce se injecteaz. n cazul n care se injecteaz componente ce sunt utilizate n industria cosmetic, se prefer ca grosimea digului s fie aceeai cu grosimea pereilor piesei.

Fig. 2.24 Tipuri de diguri cotite (tab gate)[8]

O alt regul ce se impune n privina acestor tipuri de diguri este poziionarea acestora,

dac este posibil, ct mai nspre centrul piesei. n acest caz, trebuie s se in seama de forma i mrimea piesei ce se injecteaz. Dimensiunile de baz pentru aceste tipuri de diguri sunt 6,5 mm pentru limea canalului i grosimea acestuia s fie luat minim 75% din grosimea pereilor piesei. [JON 08]


PROGRAMUL TimMold

48

g) Diguri inelare. Injectarea pieselor cu simetrie rotativ se poate realiza cu ajutorul sistemului de injectare

inelar, sistem prin care materialul plastic dintr-un canal de distribuie inelar ajunge printr-un dig pelicular n cuibul matriei. Injectarea inelar permite obinerea la piesa injectat a unei rezistene mecanice ridicate, o precizie dimensional mai mare i evitarea urmelor de curgere a materialului.

Fig. 2.25 Dig inelar interior, [JEA 82]

Injectarea inelar poate fi realizat cu canal de distribuie cu seciune circular la

exteriorul piesei injectate sau la interiorul acesteia. n fig. 2.25 este prezentat un tip de dig inelar interior sau un dig de tip diafragm. Acest

tip de dig este utilizat de obicei pentru injectarea unor piese de forma cilindric sau rotund i care prezint un diametru interior deschis.

Se utilizeaz de obicei pentru matriele cu o singur cavitate care prezint un diametru interior mic sau mediu. Sunt utilizate n special atunci cnd concentricitatea prezint o mare importan i nu se accept linii de sudur pe suprafaa piesei injectate. Un avantaj al acestui tip de dig ar consta in faptul c se poate menine o curgere uniform pe toat suprafaa digului. n acest caz, grosimea pereilor digului este cuprins ntre 0.25...1.5mm. Dezavantajul digului de tip inelar interior const n faptul c reeaua trebuie ndeprtat n urma injectrii. [JON 08]

Digul de tip inel exterior este prezentat n fig. 2.26 i se utilizeaz n cazul injectrii pieselor de tip cilindric sau circular n matriele cu mai multe caviti sau atunci cnd nu se poate utiliza digul de tip inel interior. Materialul intr n inelul exterior printr-o parte, formnd o linie de sudur n partea opus a reelei, linie care nu se transfer piesei. Dimensiunile sunt n general aceleai cu cele prezentate anterior la digul de tip inel interior. [SER 96]

Fig. 2.26 Dig inelar exterior, [JEA 82]


PROGRAMUL TimMold

49

4) Dimensionarea final a reelei de injectat Dimensionarea final a reelei de injectat reprezint ultima faz care trebuie atins n

acest algoritm i care se prezint n program (TimMold) aplicaia prezentat n fig. 2.27, teoria propus nefiind nc introdus n program (TimMold), ea fiind constituit pentru un update al acestuia.

Fig. 2.27 Dimensionarea sistemului de injectare[5]

Sistemul de injectare din fig. 2.26 prezint urmtoarele elemente componente:

-a,b canale de distribuie secundare; -c canal de distribuie principal; -d culee; -e piesa injectata.

Pentru canalele circulare de diametru D, D1, D2 se recomand urmtoarele relaii: A = D; B = D; C = D.

Dintre factorii de influen ai procesului, temperatura matriei este unul dintre cei mai importani. Temperatura matriei trebuie s urmreasc dou cerine principale:

calitatea tehnic a piesei injectate ca funcie a uniformitii distribuiei temperaturii si a mrimii temperaturii matriei;

cicluri de injectare cu durat economic ca urmare a evacurii rapide a cldurii din matri;

6) Temperatura matriei Matria, din punctul de vedere al factorului temperatur, prezint: transfer termic ntre matri i materialul plastic, transfer de cldur ntre matri i mediul de temperare i transfer de cldur n interiorul matriei. [SER 96] Pe scurt, dac temperatura matriei este prea mare sau prea mic, acest fapt poate s influeneze pozitiv sau negativ topitura de material n umplerea complet a cavitilor matriei. Elementele componente ale matrielor de injectat pot fi grupate n: elemente active (plci de formare, cuiburi poansoane, bacuri), elemente de susinere i de prindere (plci de prindere, plci portpoansoane etc.), elemente pentru centrare i conducere (coloane si buce de ghidare, buce de centrare), elemente ale sistemului de aruncare (plci arunctoare si portarunctoare, tifturi de aruncare etc.), elemente de asamblare (uruburi, tifturi etc.) i altele. Toate elementele componente ale matrielor de injectat se prelucreaz de regul prin operaii de achiere cum sunt: strunjirea, frezarea, rabotarea, gurirea, rectificarea etc. i prin operaii de ajustare manual,


PROGRAMUL TimMold

50

prototipare, digitizare etc. Elementele active ale matriei mai pot fi realizate, pe lng procedeul de frezare, prin procedeul de electroeroziune.

7) Precizia de prelucrare a matrielor

Din punct de vedere al preciziei de prelucrare, o problem deosebit de important o constituie, pe lng o execuie ireproabil a prilor active ale matriei, asamblarea corect a componentelor acesteia. Astfel, asamblarea trebuie s asigure fixarea rigid n poziie reciproc corect a elementelor fixe, centrarea plcilor de prindere pe platourile de prindere ale mainii, conducerea perfect a celor dou semimatrie, funcionarea fr defeciuni a sistemului de aruncare s.a. [ICL 06]

Contracia piesei exprim gradul de reducere a dimensiunilor, de la dimensiunea efectiv n cuibul matriei la dimensiunea corespunztoare a produsului, datorit tensiunilor induse n materialul produsului (fig. 2.28). Valori nsemnate ale contraciei i ale tensionrii sunt nregistrate de obicei n lungul peretelui piesei. Schimbri ale direciei de curgere i geometria complex a piesei injectate pot ns s conduc la tensionarea necontrolat i n consecin la contracii ce afecteaz toleranele i precizia geometric.

Fig. 2.28. Contracia piesei [3]

Cmpul de toleran trebuie s fie corect definit, ntinderea lui nu trebuie s fie excesiv, ci

doar la limita necesar satisfacerii cerinelor de produs, motive pentru care trebuie avute n vedere:

a) toleranele ce in de tehnologia de execuie a matriei toleranele realizabile n fabricaia matriei toleranele adiionale induse de procedeul de prelucrare a prilor componente variaiile dimensionale suplimentare induse de factori de influen ce in de condiiile

de punere n form: - tipul de matri; - parametrii de reglaj;

- condiiile de rcire; - configuraia geometric a produsului;

deformaia indus de contracia specific a fiecrui material polimeric. [ICL 06] b) toleranele operaionale care au n vedere comportarea produsului pe durata ciclului

de via (variaii dimensionale datorate higro-scopicitii, dilatrii termice sau contactului cu diveri compui chimici). n cazul asamblrii elementelor conjugate ale matriei, acestea trebuie s prezinte tolerane la dimensiuni bine stabilite astfel nct ajustajele realizate s asigure asamblarea cu joc sau cu strngere n limita impus funcionrii. tifturile cilindrice utilizate n cazul poziionrii plcilor matriei sunt tolerate in cmpul m6, iar gurile pentru acestea sunt tolerate n cmpul H7, formnd un ajustaj cu strngere foarte mic.


PROGRAMUL TimMold

51

Elementele de conducere specifice matriei, cum sunt coloanele si bucele de ghidare, trebuie s aib o precizie dimensional ridicat, rigiditate mare i rezisten la uzur. Abaterile de la coaxialitate ale bucei i ale coloanei de ghidare nu trebuie sa depeasc 0,012...0,016 mm. Coloanele si bucele de ghidare se monteaz n plcile matriei cu ajustaj intermediar H7/k6, asigurnd astfel o asamblare precis cu montaj uor. In cazul sistemului de aruncare, stabilirea corecta a ajustajelor este de mare importan. Ajustajele recomandate tifturilor de aruncare n placa de aruncare sunt ajustaje cu joc foarte mic. Lungimea de ajustare L a tiftului de aruncare n placa de formare trebuie s fie de (2,5...8)d, unde d reprezint diametrul tiftului de aruncare. Daca sunt utilizate coloanele nclinate la matriele cu bacuri, acestea trebuie montate n placa matriei cu ajustaj cu strngere, datorit forelor mari care acioneaz asupra lor. Cuiburile matrielor sunt realizate de regul sub form de pastile care sunt montate n plcile de formare cu umr, cu uruburi sau prin temuire. Pastilele ce se fixeaz in plcile matriei trebuie s se monteze i demonteze uor, ceea ce presupune un ajustaj intermediar. Montarea duzei n placa portpoanson se realizeaz cu ajustaj cu strngere, fiind uneori nevoie ca aceasta s se asigure mpotriva rotirii cu un mic bolt. n cazul inelului de centrare care se monteaz pe placa de prindere a matriei, se recomand folosirea ajustajului cu joc, iar pentru fixarea acestuia pe plac se folosesc uruburi. La tot ceea ce s-a amintit anterior, s-a realizat o diagram referitoare la principalii factori de influen asupra calitii i preciziei produselor injectate, prezentat n fig. 2.29.

FigFig. 2.29 Diagrama principalilor factori de influen asupra

calitii i preciziei produselor injectate

2.2.4 Maina de injectat Procedeul de matriare prin injectare are unele avantaje, printre care cele specifice

injectrii suplimentare cu o bun repartizare a presiunii n matri i o mai redus orientare a materialului, dar i dezavantaje, legate de o matri mai complex i mai puin fiabil asociat cu un slab control al presiunii i necesitatea unor lucrri de adaptare a mainilor de injectat. [ICL 06]

Succesiunea transformrilor care se produc n materialul iniial pn la piesa final se clasific n ordinea urmtoare:


PROGRAMUL TimMold

52

- Alimentarea cu material plastic solid (granule) a mainii; - Avansul i termoplastifierea materialului n cilindrul de injectare; - Injectarea materialului plastic n matri; - Comprimarea i ndesarea materialului n matri sub aciunea melcului-piston; - Rcirea i solidificarea piesei n cavitatea matriei; - Deschiderea i scoaterea piesei din matri.

Fig. 2.30 Utilaj pentru injectare materiale plastice [RUT 09]

Utilajele folosite la injectarea pieselor (fig. 2.30) din material plastic sunt considerate ca fcnd parte din categoria preselor specializate datorit modului de lucru n raport cu ciclul complet al unei injectri. Utilajele de injectare se compun din dou uniti: Unitatea de injectare

Unitatea de injectare are rolul de a asigura alimentarea cu material, plastifierea acestuia, injectarea n matri i micrile de apropiere i retragere a cilindrului n timpul unui ciclu.

Rolul de transformare a granulelor de material plastic ntr-un omogen continuu este jucat de ctre unitatea de injectare i injectarea acestuia n matri. Ansamblul cel mai important este cilindrul de plastifiere n care se asigur aducerea materialului n stare injectabil i din care un melc piston execut injectarea n cavitile matriei. Dinspre duz spre pistonul de injectare, materialul se prezint n faze diferite de topire i omogenizare. De-asemenea, temperatura materialului variaz n lungul cilindrului ct i pe direcie radial, dar n zona final i faza precedent injectrii, diferena temperaturilor extreme T nu poate fi mai mare de 15C [ICL 06].

Unitatea de nchidere

Unitate de nchidere este alctuit din organele de nchidere i deschidere ale matriei, dispozitivele de aruncare a pieselor injectate i sistemele de protecie. Unitatea de nchidere, pe lng rolul de nchidere i deschidere, trebuie s asigure i fora necesar strngerii matriei n timpul injectrii pentru ca aceasta s nu se poat deschide. [ICL 06]. Strngerea se poate asigura prin mai multe moduri:

nchidere mecanic cu sistem de prghii cu genunchi; nchidere hidromecanic cu sistem de prghii cu genunchi; nchidere hidraulic cu un cilindru;


PROGRAMUL TimMold

53

nchidere hidraulic multicilindru. Mrimea unei matrie depinde n primul rnd de mrimea mainii de injectat. Factorii de care trebuie s se in seam sunt:

- cantitatea de material pe care o injecteaz maina - presiunea mainii de injectare - cantitatea de material pe care o poate plastifia maina de injectat n unitatea de timp - suprafaa maxim a platoului mainii, dat de distana dintre coloane - fora de nchidere a mainii necesar compensrii forei care ia natere n cuibul matriei

la presiune maxim Astfel, tiind volumul de material necesar realizrii unui reper (volum dat de orice soft

CAD n funcie de materialul ales), putem alege maina de injectat. n funcie de caracteristicile acestor maini, proiectantul de matrie va fi ndrumat de ctre soft cte cuiburi s aleag i astfel ce tipizate standard s-ar potrivi pentru a proiecta matria pentru reperul su. 2.3 Metoda de concepie asistat de calculator

Dezvoltarea soft-urilor de proiectare din ultimele dou decenii a dus la apariia pe pia a produse cu forme complexe care fr ajutorul calculatorului nu ar putea fi materializate. Noii proiectanii au ajuns la performane mult superioare folosind calculatoarele. Proiectarea asistat de calculator (CAD) folosete proprietile matematice i grafice ale calculatorului pentru a ajuta inginerul proiectant n crearea, modificarea, analiza i prezentarea proiectelor. Muli factori au contribuit n crearea tehnologiei CAD, care cu timpul a ajuns o unealt indispensabil n lume inginereasc. Rapiditatea de procesare a ecuaiilor i manevrarea bazelor de date uureaz foarte mult munca proiectantului. Combinarea creativitii umane cu tehnologia oferit de calculator ofer soft-urilor CAD o continu dezvoltare. [GHI 2007]

Competiia conduce la necesitatea de accelerare a procesului de creare a unui produs complet nou sau a unui produs bazat pe experiena anterioar. Adaptarea companiei la mediul concurenial n care activeaz ia n considerare schimbrile tehnologice care se produc n procesul de proiectare al produselor, n tehnologia procesului de fabricaie i n tehnologia sistemelor informatice.

Proiectarea asistat de calculator (CAD Computer Aided Design) este, n prezent, din ce n ce mai des utilizat n domenii foarte diverse, n inginerie mecanic, arhitectur sau pentru design de produs, fiind un domeniu n plin evoluie. Totui, transformrile recente ale principalelor sisteme de proiectare asistat dovedesc faptul c domeniul CAD se afl nc n plin evoluie. Aceasta privete att arhitectura general ct i instrumente noi de modelare n sistemele de proiectare existente, ct i posibilitatea acestora de a crea nu numai simple schie 2D cu hauri i cote, ci, mai ales, modele geometrice solide i suprafee, pe baza parametrilor indicai de inginerul proiectant.

Pentru a pune n eviden importana folosirii calculatorului n industrie s-a realizat un articol cu titlul Application of CAD/CAM/FEA, reverse engineering and rapid prototyping in manufacturing industry, n care este prezentat contribuia calculatoarelor prin diferite soft-uri CAD/CAM/CAE n realizarea unui studio de caz reprezentat printr-o garnitur rupt. n fig. 2.31 este prezentat demersul articolului.


PROGRAMUL TimMold

54

Fig. 2.31 Paii parcuri pentru realizarea studiului de caz [U 2010 a]

Utilizarea calculatorului n diferite domenii industriale este pus n eviden i de

articolul cu titlul Obtaining mold inserts cavities using Rapid Prototyping techniques (fig. 2.32), n care este prezentat metodologia de lucru pentru realizarea unor plci de formare prin procesul de Prototipare Rapid.

Fig. 2.32 Paii parcuri pentru realizarea studiului de caz [U 2010 b]

ntr-un sistem de proiectare asistat, interfa operator calculator prezint o importan

fundamental att la intrarea n sistemul considerat, ct i la ieirea din acesta. Astfel, spre exemplu, la intrarea n sistem se pune problema stabilirii valorilor(raza unui cerc, distana liniar dintre dou entiti etc.), introducerea coordonatelor punctelor n dou sau trei dimensiuni,


PROGRAMUL TimMold

55

alegerea i identificarea unei entiti n vederea modificrii geometriei, a poziiei spaiale, a orientrii etc. Iar la ieire, se pune problema vizualizrii obiectelor obinute, ntr-o form obinuit (proiecii, perspectiv) sau prin prezentarea arborelui de concepie al acestora.

n termeni generali, proiectarea asistat de calculator poate fi definit ca fiind procesul de transformare al unui set de specificaii funcionale i cerine ntr-o reprezentare complex a produsului sau sistemului fizic, care satisface, ct mai bine, acele cerine i specificaii impuse de client. n timpul procesului de transformare, inginerul proiectant ia decizii legate de forma, proprietile de material, tehnologii de fabricaie etc., bazate pe informaii preluate din ndrumare, standarde, analize numerice, experien proprie. Evoluia sistemelor de proiectare asistat a scurtat ciclul crerii unui produs, i-a crescut complexitatea i performanele, a demarat o adevrat competiie pentru realizarea de produse fiabile, la preuri ct mai reduse. Etapele de proiectare a produsului, menionate anterior, nu s-au modificat, dar munca de schiare, de analizare i optimizare, de prezentare a produsului au fost simplificate iar timpul de proiectare redus, astfel oferind clientului posibilitatea de lansare pe pia a produsului mult mai rapid. Sistemele moderne de proiectare asistat ofer posibilitatea efecturii unor calcule matematice i evaluri complexe, punnd la dispoziia utilizatorilor biblioteci cu metode de calcul algebric, statistic, calcul automat pentru suprafee i volum, determinarea momentelor de inerie, calcule de rezisten cu elemente finite etc. [GHI 2007]

Procesul de proiectare a unui produs nou a sczut cu pn la 50%, trgnd dup sine i o scdere a preului produsului.

n prezent, proiectarea asistat de calculator este concentrat asupra modelrii geometrice a produsului cu ajutorul unuia sau mai multor sisteme de proiectare asistat i asupra obinerii de date relevante n diferite stadii de funcionare ale produsului. Deseori, lipsa informaiei duce la inventarea unor soluii, cu un consum corespunztor de timp i bani. Sunt, astfel, necesare produse software specializate n managementul informaiilor deinute, referitoare la activitile de concepie, proiectare i realizare a proiectelor. Produsele software au rolul de a asigura inginerul proiectant n crearea mai rapid a documentelor, n ordonarea informaiilor pe domenii, n generarea de rapoarte etc. Documentele create trebuie s fie standardizate conform normelor specifice, astfel nct s permit n viitor refolosirea informaiilor pe care le conin, ori de cte ori este necesar. Studii recente arat ca 80% din a activitatea de proiectare la nivel industrial se bazeaz pe diferite variante de proiecte, fiind utilizat i informaia obinut anterior. Astfel, refolosirea informaiei este inerent procesului de proiectare.

Realizarea prilor active ale matrielor pornind de la un solid se poate face folosind mediul SolidWorks. n continuare vom prezenta aceast metodologie.[COS 08]

n fig. 2.33 este redat bara meniu pentru comenzile de generare a sculei pentru realizarea elementelor active (Tooling Split) ale matrielor de injectare: [COS 08]

(1) Suprafaa Plan-(Planar Surface): creeaz o suprafa plan folosind schia unui contur nchis sau un set de muchii de pe piesa master; (2) Suprafaa Offsetat-(Offset Surface): creeaz o suprafa offsetat folosind una sau mai multe suprafee continuu alturate;

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Fig. 2.33 Meniurile barei de comenzi Scula de injectare [SEI 2007]


PROGRAMUL TimMold

56

(3) Suprafaa radiant-(Radiate Surface): dezvolt o suprafa de separaie radiant avnd originea la o muchie, paralel cu un plan; (4) Suprafaa riglat-(Ruled Surface): creeaz o suprafa riglat mrginit de muchii; (5) Suprafaa petec-(Filled Surfaces): creeaz suprafee faetate (Surface Patch) printr-un contur marginal nchis definit de muchii existente, schie sau alte curbe; (6) Suprafaa de unire-(Knit Surfaces): combin mai multe suprafee adiacente care nu se intersecteaz; (7) Analiza de umplere-(MoldflowXpress Analyses Wizard): ruleaz o analiz de curgere i umplere a cavitaii matrielor la injectare folosind FEM/FEA; (8) Analiza de nclinare a pereilor-(Draft Analyses): analizeaz demulabilitatea pieselor injectate, pe baza unghiului de nclinare al pereilor n raport cu direcia de extragere; (9) Detectarea subtierii-(Undercut Detection): identific suprafeele piesei master care realizeaz subtiere cu pereii elementelor active ale matriei de injectare; (10) Linie de separaie-(Split Line): proiecteaz o schi, o curb, sau o suprafa plan, crend suprafee de separaie multiple; (11) nclinare faet-(Draft): modific nclinarea unei fee la un unghi precizat fa de un plan neutru sau o linie de separaie; [SEI 07, COS 08]

Exista dou strategii de generare a componentelor active ale unei matrie de injectare, respectiv:

1. Se pornete de la solidul care reprezint piesa final i n modul ansamblu interimar, se insereaz ntr-un paralelipiped reprezentnd cele dou componente active ale matriei: cavitatea i miezul reunite. Prin constrngere se controleaz poziionarea piesei n raport cu blocul paralelipipedic de baz. Se scaleaz ansamblul interimar n raport cu centroidul sau un sistem de referin pentru a se ine cont de contracia materialului. Se genereaz pe feele lateral linii de separaie i se dezvolt o suprafa de separaie pe baza creia se divide blocul paralelipipedic, obinndu-se ca i solide derivate: cavitatea i matria. Aceast metod este creat n SolidWORKS nc din versiunile iniiale i folosete comenzile: 1,2,3,4,5,6 i 10 din bara de meniuri a comenzii Scula de injectare (Mold Tools),

2. ncepnd cu versiunea SW 2004, a fost introdus n modul Pies solid individual (Solid part) o alt strategie de dezvoltare direct pe modelul solid a celor dou componente active: cavitate (Cavity) i miez (Core), folosind comenzile: 13, 14, , 19. Aceast metod este foarte puternic i comod.

OBSERVAIE: metodele de generare ale cavitilor i miezurilor se pot aplica att

pentru realizarea matrielor de injectare, de turnare sub presiune, de forjare sau a modelelor i miezurilor de formare n nisip.

2.3.1 Studiu de caz n continuare, se prezint paii de realizare a plcilor de formare (poanson i cavitate)

pentru dou piese diferite (fig.2.34 a,b) ca form. Aceste piese vor fi prezentate i n Cap. 4 i reprezint baza de testare a programului creat (TimMold). Piesele luate n studiu se execut prin injectare din Polyamida PA66 .


PROGRAMUL TimMold

57

Fig. 2.34 Piese din plastic a pies din plastic de form cilindric, b pies din plastic de form prismatic[U 05]

a) Primul pas n proiectarea elementelor active este de aflare a greutii piesei (fig. 2.35 a, b) . Piesa cilindric are grutatea de 25.56g , iar cea prismatic de 24,48g.

Fig. 2.35 Greutatea pieselor alese

a pies din plastic de form cilindric, b pies din plastic de form prismatic [U 06]

b) Al doilea pas este de scalare a pieselor - acestea vor fi scalate unifor cu 0,8% (fig. 2.36) fa de centrul lor. Scalarea se face datorit contraciei materialului plastic ce apare n timpul rcirii, contracie ce depinde de caracteristicile materialului polimeric.

a)b)

a)b)


PROGRAMUL TimMold

58

Fig. 2.36 Scalarea pieselor cu 0,8%

a pies din plastic de form cilindric, b pies din plastic de form prismatic [U 07] c) Al treilea pas const n studiul posibilitilor de extracie a piesei i implicit prin detectarea sau crearea unei linii de separaie a posibilitilor de separare n cavitate i miez (fig. 2.37). Planul de separaie se alege astfel nct s fie favorabil construciei matriei de injectat. Se evit alegerea unui plan de separaie ce presupune construirea unei matrie de injectat cu bacuri datorit creterii costurilor de fabricaie.

Fig. 2.37 Studiul posibilitilor de creare a planului de separaie a pies din plastic de form cilindric, b pies din plastic de form prismatic [U 08]

n acest pas dac piesa prezint un contur nchis neambiguu programul l detecteaz

automat. De asemenea prezint prin culori verde, galben i rou suprafeele care fa de direcia de extracie precizat de programator pot fi extrase sau prezint dificulti i imposibilitatea extragerii din matri. Dac piesele prezint orificii (fig. 2.38) acestea trebuiesc definite i nchise pentru a da posibilitatea soft-ului de a demula corect cele dou plci de formare.

a) b)b)

a) b)

b)


PROGRAMUL TimMold

59

Fig. 2.38 nchiderea gaurilor folosind funcia Shut Off Surface [U 09]

d) n pasul urmtor se realizeaz construirea planului de separaie n baza liniei de separaie

care determin o suprafa complex (Kilt), (fig. 2.39). Pentru piesa de form cilindric s-a optat ca pastila de formare s fie realizat dintr-un semifabricat cilindric, iar pentru piesa de form prismatic vom folosi o pastil prismatic.

Fig. 2.39 Construirea planului de separaie

a pies din plastic de form cilindric, b pies din plastic de form prismatic [U 10]


PROGRAMUL TimMold

60

e) Se construiete scula de separare n cavitate-miez (fig.2.40); n acest pas se recomand construirea schiei corespunztoare extrudrii blocului

elementelor active. Aceast schi se salveaz.

Fig. 2.40 Construirea sculei de separare n cavitate-miez [U 11] f) n ultimul pas se realizeaz despicarea blocului elementelor active pe baza sculei de

separare corespunztor planului de separaie detectat anterior (fig. 2.41);

Fig. 2.41 Obinerea celor doua elemente active cavitate-miez [U 12]

a plcile de formare pentru piesa cilindric, b plcile de formare pentru piesa prismatic

a)

b)


PROGRAMUL TimMold

61

Observaie: cele dou pastile active vor fi prevzute cu orificii pentru tifturile de poziionare i uruburi de fixare pentru a constitui mpreun cu reeaua de injectare i canalele de rcire, plcile active compuse prin armare.

2.3.2 Simularea umplerii n MoldFlow Soft-ul rezolv prin metoda FEM/FEA pe baza caracteristicilor de material, a

temperaturilor de injectare i a sculei, studiul curgerii i determin timpul de injectare estimativ informnd dac procesul decurge corect sau este imposibil. Sistemul permite vizualizarea dinamic a cmpurilor de curgere i salveaz rezultatele ntr-un raport. 1) Pentru a respecta paii propui n programul TimMold, program ce ofer posibilitatea alegerii numarului de cuiburi i tipului de injectare, se vor face simulri n mediul MoldFlow pentru a vedea umplerea a 1, 2 respectiv 4 caviti la piesa de form cilindric (fig. 2.42 a, b, c)

Fig. 2.42 Stabilirea numrului de cuiburi [U 13]

a matri monocuib, b matri cu 2 cuiburi, c matri cu 4 cuiburi

a) Alegerea materialului corespunztor studiului. Dup cum am precizat mai sus, materialul din care vor fi injectate cele dou piese este PA 66.

Fig. 2.43 Alegerea materialului pentru piesa injectat [U 14]

Soft MoldFlow permite vizualizarea proprietilor mecanice, termice, optice, reologice

etc. pe care le are materialul ales. b) Alegerea condiiilor de injectare: temperatura de injectare a materialului i temperatura

matriei, timpul de rcire n interiorul matriei, se poate alege maina de injectat. Programul seteaz ca valori implicite valorile medii pe fiecare domeniu, dar acestea pot fi

modificate pentru optimizarea umplerii i a timpului de umplere n intervalul propus de program.

a) b) c)


PROGRAMUL TimMold

62

Fig. 2.43 Alegerea condiiilor de injectare [U 15]

Se mai pot mbunti situaiile prin alegerea mai multor puncte de injectare, echilibrarea

reelei, modificarea seciunii pragurilor de injecie, dar aceste modificri apeleaz la expertiza programatorului n domeniu.

Studiind raportul simulrii s-au extras diagramele cu timpul de injectare pentru cele trei cazuri menionate mai sus (fig. 2.44 a, b, c), procentajul de umplere (Figura 2.46 a, b, c) i temperatura frontului de curgere (Figura 2.47 a, b, c).

Fig. 2.44 Timpul de implere al cavitilor [U 16]

a timpul de umplere al matriei cu o singur cavitate, b timpul de umplere al matriei cu o singur cavitate, c timpul de umplere al matriei cu o singur cavitate,


PROGRAMUL TimMold

63

c)

Se observ c timpul de injectare difer de la o simulare la alta, acest lucru se ntmpl datorit presiunilor diferite care apar n timpul injectrii. Astfel putem vedea n diagramele de mai jos (fig. 2.45) presiunea n diferite momente ale injectrii. Se observ o scdere drastic a presiunii de i

Cap 2Analiza metodelor de proiectare a matriţelor de injectat pentru materiale polimerice și...

Documents

Transcript of Cap 2Analiza metodelor de proiectare a matriţelor de injectat pentru materiale polimerice și...