1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 2 2. STADIUL ACTUAL PRIVIND… [605254]

1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 2
2. STADIUL ACTUAL PRIVIND CALITATEA PIESELOR OBȚINUTE ÎN
PROCESUL DE INJECȚIE A MATERIALELOR PLASTICE ………………………….. …. 5
2.1. Injectarea în matriță: mașina și procesul ………………………….. ………………………….. ……………. 5
2.2. Relații între setările procesului și calitatea produsului ………………………….. ……………………… 5
2.2.1 Analize care utilizează metoda numerică ………………………….. ………………………….. …………… 5
2.2.2 Analiza metodei experimentale ………………………….. ………………………….. ……………………….. 6
2.2.3 Controlul presiunii în interiorul matriței ………………………….. ………………………….. ……………. 8
2.2.4 Controlul vitezei de injecție ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 8
2.2.5 Controlul presiunii din duză în timpul umplerii cuibului ………………………….. …………………… 8
2.2.6 Controlul temperaturilor procesului de injecție ………………………….. ………………………….. …. 9
2.2.7 Opimizarea parametriilor procesului de injecție ………………………….. ………………………….. …. 9
3. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND MATERIALELE TERMOPLASTICE
10
3.1. Definiția materialelor plastice ………………………….. ………………………….. …………………………. 10
3.2. Clasificarea materialelor plastice ………………………….. ………………………….. …………………….. 11
3.3. Avantajele și dezavantajele materialelor plastice ………………………….. ………………………….. .. 12
3.4. Caracteristiciile structurale ale materialelor plastice ………………………….. ………………… 13
3.5. Proprietățiile materialelor polimerice ………………………….. ………………………….. ……………….. 18
3.5.1 Proprietăți fizice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 18
3.5.2 Transmiterea presiunii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 19
3.5.3 Coeficientul de frecare externă ………………………….. ………………………….. ………………………. 19
3.5.4 Comportarea reologică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 19
3.6. Proprietăți mecanice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 19
3.7. Proprietăți tribologice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 20
3.8. Proprietăți termodinamice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 21
3.9. Proprietăți reologice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 22
3.10. Comportarea reolog ică a soluțiilor de polimeri ………………………….. ………………………….. . 22
3.11. Comportarea reologică a topiturilor de materiale polimerice ………………………….. ………… 22
3.12. Comportarea reologică a materialelor termoplastice solide ………………………….. ………….. 23
3.13. Procedee de fabricație a materialelor plastice ………………………….. ………………………….. … 24
4. Injecatrea materialelor termoplastice ………………………….. ………………………….. ….. 28
4.1. Princ ipiul injectării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 28
4.2. Trepte de proces ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 30
4.3. Condiții de formare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 32

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
1
4.4. Utilaje pentru injectarea materialelor plastice ………………………….. ………………………….. ……. 36
4.5. Matrițe pentru injectarea materialelor plastice ………………………….. ………………………….. …… 37
5. Descrierea reperului ………………………….. ………………………….. …………………………. 41
5.1. Caracteristici ale materialului reperului ………………………….. ………………………….. ……………. 41
6. Calculele masei reperului ………………………….. ………………………….. ………………….. 45
6.1. Calculul de dimensionare și verificare ………………………….. ………………………….. ……………… 45
6.1.1 C alculul numărului de cuiburi ………………………….. ………………………….. …………………………. 45
6.1.2 Calculul forței interioare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 47
6.1.3 Determinarea suprafețelor de închidere a plăcilor de formare ………………………….. ……….. 47
6.1.4 Sistemul de injectare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 48
6.1.5 Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialului ………………………….. ………. 48
6.1.6 Dimensionarea canalelor de distribuție ………………………….. ………………………….. …………… 49
7. Alegerea mașinii de injectat ………………………….. ………………………….. ………………. 51
8. Optimizarea procesului de injectare cu ajutorul calculatorului ……………………….. 53
9. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 62
10. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 64

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
2
1. INTRODUCERE

Materia lele plastice au apărut odată cu descoperirea vulcanizării cauciucului în
prima jumătate a secolului al XIX -lea, ca apoi în secolul al XX -lea au fost descoperite
materialele plastice din polimeri naturali.
În general, produsul de la care se pornește în fa bricarea materialelor plastice
este naftul, un produs obținut în rafinăriil de petrol. Naftul este un amestec de diferite
molecule de hidrocarburi.
Primul material sintetic a apărut în anul 1908, acesta fiind rășina
fenolformaldehidică numită bachelită .
În ultimii ani, materialele plastice au început să ocupe un loc din ce în ce mai
important în domeniile industriei. În figura 1, observăm producția și cererea pe piață
pe tipuri de material polimerice la nivel global.

Fig. 1 Producția și cererea pe piață pe tipuri de material polimerice la nivel global

Masele plastice se pot utiliza cu succes în: industria grea, industria
constructoare de mașini, aeronautică, industria alimentară (ambalaje, vafe, cutii,etc.),
industria ușoară, industria farmaceutică (se ringi de unică folosință, capsule și
ambalaje,etc.) și multe altele. 17%
12%
19%
13% 7% 7% 6% 19% LDPE,LL
HDPE
PP
PVC
PS,EPS
PET
PUR
Altele

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
3
Acest proces conține următoarele avantaje:
 aspect plăcut;
 posibilități de prelucrare ușoară;
 utilaje relativ simple și productive;
 rezistență la uzură;
 baze de materii prime accesibile;
 prețuri relativ scăzute.
Dezavantaje:
 stabilitate termică scăzută (unele pot fi utilizate până la 700C, altele până la
2000C , dar numai câteva pot fi folosite la temperaturi mai ridicate);
 duritate mică în comparative cu sticla;
 coductibilitate termică scă zută;
 coeficient mare dilatație termică (dacă în timpul lor sunt expuse la variații
bruște de temperatură, apar tensiuni interne care pot produce fisuri);
 “îmbătrănirea ” (care se manifestă prin procese lente de oxidare, de absorbție a
umidității, de reduce re a durității, de închidere a culorii, etc.).
Metodele de prelucrare ale maselor plastice sunt:
 extrudare ( se obțin: sine, tuburi și forme profilate);
 suflare (se obțin: mingi, flacoane, baloane, popice, etc.);
 injectare ( se obțin jucării, capace pentru sticle, nasturi, etc.).
Dintre cele 3 metode enumerate mai sus, cea mai utilizată metodă este cea a injectării .

Fig.1.2 Utilizarea materialelor polimerice pe tipuri de procese
36%
32% 10% 6% 5% 3% 2% 6%
Extrudare
Injectare
Suflare
Calandrare
Acoperire
Presare
Sinterizare

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
4
Lucrarea prezentă este structurată în 9 capitole încercând să ofere o imagi ne de
ansamblu a oportunității utilizării materialelor plastice prin tehnologia de injecție.
În capitolul 2 se prezintă studiul actual a celor mai cunoscute și folosite metode
de asigurare și control al calității, conform standardelor în vigoare privind te hnologia
de injecție de mase plastice. Se evidențiază modul cum se pot controla parametrii de
proces (presiunea, temperature,durta), precum și optimizarea acestora.
Capitolul 3 prezintă noțiuni generale despre materialele termoplastice. Sunt
evidențiate av antajele și dezavantajele materialelor plastice, proprietățile și procedeele
de fabricație acestora. Cunoașterea proprietăților fizice, mecanice, termodinamice,
tibologice, reologice sunt esențiale în tehnologia de injectare a maselor plastice.
Regimul de lucru a mașinii de injectat și părțile active ale matriței sunt direct în
legătură cu calitatea produsului realizat.
În capitolul 4 se prezintă tehnologia de injectare a materialelor plastice,
principiile și treptele de proces ale acesteia. Principalii fac tori care determină procesul
de formare a materialelor termoplastice sunt evidențiați alături de utilajul și
dispozitivele care concur la elaborarea tehnologiei de injectare.
Descrierea reperului ales este prezentat in capitolul 5, unde este prezentată
caracteristica materialului cu proprietățiile sale chimice și fizice, cât și comportarea
acestora la ardere.
În capitolul 6 , se prezintă metoda de calcul a masei reperului, calculul de
dimensionare și verificare a cuiburilor, determinarea suprafețelor de înc hidere a
plăcilor de formare, dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialului cât
și deminsionarea canalelor de distribuție.
Alegerea mașinii de injectat este prezentată în capitolul 7. Aceasta joacă un rol
foarte important în procesul de in jecție . deoarece calitatea produsului se regăsesc în
parametrii acesteia. De asemenea în alegerea mașinii, se tine cont și de dimensiunile
de gabarit ale matriției, cât și de distanța de deschidere a semimatrițelor.
Capitolul 8 descrie optimizarea procesu lui de injectare cu ajutorul
calculatorului, în care s -a făcut simularea modelui 3D. Pentru aceasta am folosit
programul de simulare Autodesk Mold Flow. În primă fază am creat structura de plasă
pe suprafața piesei, după care s -a ales punctul de injecție . Prin introducerea
parametriilor de injecție (a mașinii), cât și tipul materialului de injectat, am generat
simularea întregului proces.
Capitolul 9 este dedicat concluziei finale a lucrării de diploma, unde sunt
expuse rezultatele finale ale acestuia. Ia r în finalul lucrarii este atașată bibliografia.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
5
2. STADIUL ACTUAL PRIVIND CALITATEA
PIESELOR OBȚINUTE ÎN PROCESUL DE
INJECȚIE A MATERIALELOR PLASTICE

2.1. Injectarea în matriță: mașina și procesul
Prin tehnologia de injectare în matriță, granulele din materia l plastic sunt
transformate în produse variate a căror calitate este influențată de o multitudine de
factori specifici procesului de producție. În momentul de față, aproximativ 32% din
volumul total de materiale plastice este procesat prin injecție în mat rițe și aproape
toate ramurile industriale utilizează componente obținute prin acest procedeu. Deși în
aparență pare simplu, injectarea în matrițe este mai degrabă un proces complex,
dinamic și neliniar, în timpul căruia parametrii mașinii, proprietățiile materialului și
variabilele de proces ineracționează unele cu altele influențând calitatea pieselor .

2.2. Relații între setările procesului și calitatea produsului
2.2.1 Analize care utilizează metoda numerică
Pentru a investiga relația între setările procesu lui de injecție în matrițe și
caracteristicile calitative ale produsului injectat, este esențial să înțelegem comportarea
curgerii materialului în interiorul cavității matriței, deoarece calitățile produsului sunt
determinate de -a lungul celor trei stagii ale procesului: umplerea, compatizarea –
menținerea și răcirea. Studiile recente în analiza curgerii materialului pentru piesele
injectate în matrițe, au încercat să stabilească modele matematice cuprinzătoare având
la bază conservarea masei, momentului si e nergiei, cuplate cu ecuații ale proprietățiilor
reologice și termice ale polimerului folosit.
Aceste simulări de curgere au constituit o bază de plecare pentru analiza
calității, în ciuda limitării lor ca precizie. În ultimul timp, cercetătorii au extins
procesul de simulare pentru predicția calității produsului.
Calitatea pieselor obținute prin injecție poate fi împărțită în general în trei
categorii:
a) proprietăți dimensionale ca: lungime, grosime, greutate;
b) proprietăți de suprafață reprezentate de apariț ia defectelor de suprafață
cum sunt goluri de suprafață, exfolieri,crestături și adâncituri.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
6
c) proprietăți mecanice cum sunt: rezistența la tracțiune, compresiune,
lovire;
d) proprietăți optice.

2.2.2 Analiza metodei experimentale
Metoda experimentală evaluea ză corect relația dintre setările procesului și
măsurătorile calitative. În această situație, relațiile intrări -ieșiri ale procesului de
injecție sunt tratate ca o cutie neagră prin selectarea atributelor calitative cum sunt
proprietățiile mecanice, propri etățiile suprafeței și proprietățiile dimesionale ca ieșiri și
setările de proces ca intrări.
Proprietățiile mecanice importante ale unei piese din plastic sunt rezistența la
tracțiune și modul de elasticitate, care pot fi obținute din curba de tensiune -deformare
și din rezistența la șoc. Cercetătorii în știința materialelor au aflat că mulți polimeri au
proprități mecanice îmbunătățite sau alte proprități mai puțin cunoscute.
Proprietățiile mecanice ale amestecurilor materialelor termoplaste, în special ale
celor bazate pe polipropilenă (PP), au fost studiate în mod extensiv. Amestecurile
materialelor termoplaste cu polimeri lichizi cristalini (LPC) pot efectiv să
îmbunătățească proprietățiile mecanice ale produsului. Amestecul polimeri
cristalini/polimer i lichizi cristalini (PC/LPC) este unul dintre cele mai des utilizate
materiale. Temperatura de injecție și viteza de injecție au efecte profunde asupra
întăririi LCP în matricea PC. O temperatură de injecție mai joasă, apropiată de punctul
de topire al LC P duce la obținerea unor mai bune proprietăți mecanice. Adăugând fibre
în matricea polimerului se pot de asemenea îmbunătății substanțial caracteristiciile și
proprietățiile mecanice.
Patru variabile de proces: temperatura amestecului topit, timpul de ump lere,
temperatura matriței și presiunea de compactizare a materialului au fost evaluate prin
experimente și s -a descoperit că sunt importante. Aceste rezultat a fost în concordanță
cu concluziile obținute anterior.
Fenomenul de contracție al materialului este un alt fenomen important care are
efecte directe auspra stabilității deminesionale a produsului incluzând greutatea,
lungimea si grosimea,etc. Defectele de suprafață, de exemplu, adânciturile sunt de
asemenea cauzate de distribuția inegală a contracți ei materialului. Polimerii amorfi
prezintă proprietăți izotropice largi având contracții uniforme la prelucrarea prin
injectare. Polimerii semicristalini prezintă contracții mărite față de materialele
termoplastice amorfe.
Există trei tipuri de contracții pentru materialele de injecție în matrițe:

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
7
 contracția în matriță: este contracția materialului ce se produce în timpul când
acesta se află în interiorul matriței și are loc în timpul procesului;
 contracția as -mold este contracția ulterioară care se manifes tă după o periodă
relativ lungă de depozitare a produsului;
 contracția post -mold (finală) este relativ infimă, având o variație aproape liniară
cu timpul logaritmic între 0,02% și 0,08% pentru o periodă de 10 ani în cazul
materialelor amorfe.
O piesă de di mensiuni mari injectată este supusă la doua tipuri de contracții:
 contracție pe direcția liniilor de curgere, numită contracție logitudinală;
 contracție perpendiculară pe direcția liniilor de curgere, numită contracție
transversală.
Dezechilibrul dintre ce le două contracții creează o tensiune internă în piesă, care
determină deformarea ei. Contracțiile au valori diferite și depind în principal de:
 natura materialului plastic care se prelucrează și tendința macromoleculelor
sale de orientare (care poate fi m icșorată prin utilizarea unor materiale de
umplutură, ca de exemplu: fibră de sticlă, azbest, bioxid de siliciu, sulfat de
calciu, etc.);
 condițiile de răcire în matriță (diferențe de temperatură de la un punct la
altul);
 caracteristiciile constructive ale piesei injectate (forma piesei, grosimea
perețiilor, existența unor nervuri,etc.);
 condițiile de injectare în matriță (sistemul de injectare, locul de injectare,
momentul trecerii la presiunea ulterioară, viteza de umplere, presiunea,etc.);
 pentru a limit a deformațiile care apar la o piesă injectă, locul injectării se
alege astfel încât fronturile de curgere să ajungă pe cât posibil simultan la
extremitățiile cuibului;
 în cazul unor puncte de injectare multiple, limitele de întâlnire ale
fronturilor de cur gere favorizează deformația;
 viteza cu care materialul plastic topit pătrunde în cuib are influență asupra
fronturilor de curgere. Acestea pt suferi stagnări datorită unor obstacule sau
schimbări de direcție, stagnări care depind de viteza de curgere;
 pentru o umplere optimă este important momentul începerii acțiunii
presiunii ulterioare. Trecerea prea devreme la presiunea ulterioară, poate să
ducă la stagnări ale fronturilor de curgere, în timp ce trecerea cu întârziere la
presiunea ulterioară, poate condu ce la crearea unor tensiuni în zona
punctului de injectare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
8

2.2.3 Controlul presiunii în interiorul matriței
Presiunea de unplere (presiunea interioară) reprezintă un factor important la
realizarea umplerii cuibului matriței. Calitatea pieselor injectat e este influențată și de
modificarea în timp a presiunii din interiorul matriței.
Variația presiunii interioare în decursul ciclului de injectare poate fi studiată cu
ajutorul diagramei presiune -timp. Conform diagramei, ciclul de injectare cuprinde
următoa rele etape mai importante:
 începerea injectării prin înaintarea pistonului și compactizarea materialului,
cavitatea matriței fiind încă neumplută;
 creșterea presiunii și umplerea cavității matriței;
 creșterea ân continuare a presiunii până la atingerea val orii maxime a acesteia;
 exercitarea presiunii ulterioare care face ca materialul plastifiat din cavitatea
matriței să rămână sub presiune continuă în timpul procesului de solidificare;
 începerea solidificării materialului și scăderea presiunii odată cu sig ilarea
canalelor de umplere a matriței;
 răcirea piesei injectate;
 deschiderea matriței și eliminarea din matriță a piesei injectate.
Deși presiunea din cuib poate reprezenta mai bine starea materialului din matriță,
necesită montarea unui traductor de pres iune pentru fiecare cuib al matriței, acest
lucru neputând fi realizabil în anumite cazuri. Instalarea senzorului de presiune în
cuiburi mărește de asemenea costurile matrițelor.

2.2.4 Controlul vitezei de injecție
Cunoașterea vitezei de deplasare a fron tului de topitură este un parametru foarte
important pentru dirijarea procesului. În practică se folosește măsurarea vitezei de
înaintare a melcului. Diferite traductoare sunt folosite în componența aparatelor de
măsurare a vitezei melcului: „Se consideră că viteza de injecție este liniară și
invariabilă în timp”.

2.2.5 Controlul presiunii din duză în timpul umplerii cuibului
Presiunea din cuibul matriței poate fi o caracteristică folositoare pentru
monitorizarea și controlul procesului de injecție. Cu t oate acestea, instalarea unui
astfel de traductor poate fi nedorită în multe situații, deoarece poate produce probleme

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
9
cu matrițele. Costul ridicat al instalării acestor traductoare de presiune în cuibul
matriței este de asemenea o problemă, ceea ce face dificilă implementarea ei în
industrie largă. Controlul presiunii în duză prezintă o bună alternativă la controlul
presiunii în cuibul matriței.

2.2.6 Controlul temperaturilor procesului de injecție
Temperaturile, incluzând temperatura de injecție, tempe raturile din cilindru și
temperatura amestecului sunt variabile importante în procesul de injecție. Ele
afectează curgerea materialului și proprietățiile termice. Variabilele cheie ale
procesului cum sunt: viteza de injecție, presiunea de compactizare, pl astifierea datorate
vitezei melcului și timpul de răcire, sunt în strânsă legătură cu temperaturile. Multe
caracteristici ale calității produsului sunt astfel puternic influențate de controlul și
setarea temperaturilor.

2.2.7 Opimizarea parametriilor proc esului de injecție
Comparând controlul individual al variabilelor de proces, o atenție relativ mai
mică a fost acordată controlului direct al calității finale a pieselor injectate, datorită
lipsei unei descrieri corecte cantitative a relației complexe înt re caracteristiciile
calitative și condițiile procesului.
Un sistem de control on -line al calității produsului obținut prin injecție, după
cum este arătat în Figura 2.1 , este dificil de implementat.

Fig.2.1 Schema bloc a controlului on -line a parametrii lor de injecție

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
10
3. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND
MATERIALELE TERMOPLASTICE

Materialele plastice reprezintă un domeniu dezvoltat relative recent în raport cu
materialele metalice sau ceramic.
3.1. Definiția materialelor plastice
Materialul plastic reprezintă u n amestec de unul sau mai mulți polimei cu unul
sau mai mulți aditivi, care conferă proprietăți particulare necesare fabricării și utilizării
lor. Aditivii sunt substanțe adăugate în cantități mai mici unui polimer și acționează
asupra proprietățiilor fizi ce, chimice și electrice ale produsului. Aditivii generali
utilizați pot fi grupați în trei mari categorii: plastifianți, stabilizanți si aditivi diferiți.
Materialele plastice nu există în natură. Ele sunt compuși creați artificial în
laborator. Numele c are li s -a dat amintește de una dintre proprietățiile lor
fundamentale, si anume plasticitatea, capacitatea de a se deforma sub acțiunea unei
forțe exterioare și de a -și conserva apoi forma care le -a fost dată.
Fiind material chimice organice, materialele plastice se obțin prin reacții
chimice din produse naturale vii, care pot fii:

Fig.3.1 Produsele naturale din care se pot obține materialele plastice
Materiale
plastice
Origine
animală
Lapte de
vacă
Cazaină
Galalit
Origine
vegetală
Lemn,bumbac
Celuloză
Celuloid
Arbore de
cauciuc, păpădie
Latex
Cauciuc
Trestie de zahăr
Alcool
Policlorură de
vinil, polietilenă
Porumb
Polipropilen
ă
Origine
naturală
Petrol (55%)
Carbon (35%)
Gaze naturale
(10%)
Diverse tipuri
de materiale
plastice

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
11
3.2. Clasificarea materialelor plastice
Din punct de vedere al modului de procesare și al modifi cărilor chimice aferente,
materialele plastice se pot definii în două mari categorii:
 materiale termoplastice;
 materiale termorigide (termoreactive).
Materialele termoplastice sunt polimeri care trec sub acțiunea căldurii și presiunii
în stare plastică făr ă a suferi modificări chimice radicale. Transformările lor sunt
reversibile. Deșeurile și rebuturile precum și produsele scoase din uz pot fi reciclate
prin retopire.
Materialele termorigide sunt materiale plastice care sub acțiunea căldurii și
presiunii s uferă modificări chimice radicale și ireversibile. Deșeurile și rebuturile nu
pot fi reciclate prin retopire.
În figuriile 3.2 și 3.3 se prezintă schematizat modul de procesare al celor două
categorii de materiale.

Fig.3.2 Schematizarea procesării termoplasticelor

Fig.3.3 Schematizarea procesării termorigidelor
Echipament
Matriță

+
Energie Termică
Plastifiere
Răcire
Obiect
Reciclabile
Echipament
Matriță

+
Inițiatori/Energie Term ică
Plastifiere
Răcire
Obiect
Nereciclabil

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
12

3.3. Avantajele și dezavantajele materialelor plastice
Utilizarea remarcabilă a polimerilor în toate domeniile de activitate se datorează
avantajelor tehnico -economice ce le prezintă în vederea creșterii economicității,
calității și competitivității produselor industriale.
Acestea sunt:
 materialele plastice care prezintă o mare varietate sortimentală și în consecință
o mare diversitate a caracteristicilor mecanice și a proprietățiilor f izico -chimice;
 polimerii se caracterizează printr -o mare diversitate a procedeelor tehnologice
de prelucrare la cadențe de fabricare ridicate în raport cu materialele
tradiționale. Astfel pentru fabricarea unei butelii de apă minerală din policlorură
de vi nil (PVC) sau polietilenă se obțin cadențe de 10.000 butelii/oră în raport cu
500 butelii/oră din sticlă;
 materialele plastice sunt bune izolatoare termice și fonice;
 unele prezintă transparență superioară sticlei, sunt neinflamabile sau pot fi
ignifugate;
 în general au o bună stabilitate dimensională, au elasticitate care atenuează
șocurile;
 finisarea suprafețelor exterioare se obține direct din formarea pieselor, nu
necesită prelucrări suplimentare;
 posibilități foarte largi de colorare, aspect plăcut, pr ezintă rezistență la
coroziune.
Materialele plastice se caracterizează prin cost redus al transformării în produse asa
cum reiese din Figura 3.4.

Fig.3.4 Costul transformării în produse ala materialelor plastice 13%
7%
7%
3% 70% Costul (Consumul) energetic
(kwh)
Oțel
Sticlă
Hârtie
Polimeri
Aluminiu

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
13

Materialele plastice prezintă și unele d ezavantaje precum:
 majoritatea au rezistență mecanică scăzută ceea ce exclude utilizarea lor pentru
piese la care solicităriile mecanice sunt importante. În astfel de cazuri se
recomandă utilizarea materialelor plastice armate cu fibre de sticlă, carbon,
bor,etc.;
 contrar celor tradiționale, nu sunt auto sau biodegradabile. Soluția acestei
probleme este oferită de realizarea plasticelor fotodegradabile sau
hidrodegradabile, dar pentru moment prețul acestora este încă ridicat;
 intervalul de temperatură la ca re se pot utiliza este mult mai mic decât al
metalelor;
 coeficientul de dilatare termică al materialelor plastice este ridicat, însă poate fi
diminuat prin ranforsarea cu fibre de sticla,carbon,kevlar,etc.;
 coeficientul de transmitere a căldurii este mult mai mic decât al metalelor
(dezavantaj la lagăre,dar avantaj la ghidaje);
 materialele plastice pot degaja produse toxice în timpul arderii lor.
În mod special este periculoasă policlorura de vinil care degajă în timpul arderii,
gaze toxice cum sunt clorul și fosgenul. În condiții de umiditate se formează vapori de
acid clorhidric.
Aceste dezavantaje vor fi în scurt timp diminuate sau îndepărtate fie prin
îmbunătățirea calității materialelor actuale, fie prin realizarea unor materiale noi cu
calități superio are. Cu toate aceste dezavantaje, utilizarea materialelor plastice este în
creștere continuă, aplicându -se peste tot unde condițiile tehnico -economice o permit.

3.4. Caracteristiciile structurale ale materialelor plastice
Din punct de vedere structural deos ebim următoareke caracteristici:
1. Gradul de polimerizare (p) al unui compus macromolecular este determinat de
numărul de unități structurale ce intră în compoziția macromoleculei.
În gradul de polimerizare (p) și masa moleculară medie (M) există relația :

mMp (2.1)
-unde: m este masa moleculară a unității structurale.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
14
S-a observat că energia de coeziune crește cu cât gr adul de polimerizare este mai mare.
2. Microstructura determină în mare măsură proprietățiile polimerului.
În funcție de așezarea unității structurale în catenă,copolimerii se clasifică astfel:
 copolimeri statistici: cu succesiunea întâmplătoare a unitățiilor structurale în
catena principală;
 copolimeri alternați regulat: în care unitățiile structurale de tip diferit A și B
alternează în catena principală;
 copolimeri secvenționali sau în blocuri: blocurile de unități structurale de tip
diferit alternează în ca tena principală;
 copolimeri grefați: formați din catene principale alcătuite din unități
structurale de același tip, pe care se grefează catene formate din unități
structurale de tip diferit.

În concluzie, după forma geometrică a catenei, polimerii se împ art în:
a) polimeri liniari;
b) polimeri ramificați;
c) polimeri spațiali: – cu rețea bidimensională
-cu rețea tridimensională.

3. Energia de coeziune
Energia de coeziune reprezintă totalitatea forțelor intermoleculare de tip Van Der
Waals și a legăturiilor de hi drogen care acționează de -a lungul catenelor. Mărimea
energiei de coeziune condiționează proprietățiilor polimerilor:
 dacă forțele intermolculare sunt mici, de exemplu la polietilenă, energia
de coeziune este mică și polimerul este flexibil, deci ușor de deformat
sub acțiunea unei forțe;
 dacă între catene se stabilesc legături de hidrogen ca de exemplu la
poliamide, atunci energia de coeziune a polimerului este mare,
flexibilitatea lui scade și concomitent crește rezistența mecanică,
stabilitatea termică și tendințele de cristalizare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
15
4. Cristalinitatea
Cristalizarea polimerilor a fost demonstrată prin spectrele de difracție ale razelor X.
Polimerii pot fi:
 polimeri amorfi cu structură fibrilară (macromoleculele întinse) sau
globulară (macromoleculele răsuc ite ghem dispuse neregulat) se
caracterizează printr -o așezare neuniformă a macromoleculelor și prin
compactitate redusă;
 polimeri parțial cristalini ce se caracterizează prin coexistența unor
microdomenii amorfe cu microdomenii cristaline (cristalite).
Macromoleculele sunt așezate ordonat în spațiul tridimensional ți au un
grad avansat de compactitate.
Sub efectul încălzirii materialelor plastice, macromoleculele acestora se separă
una de cealaltă, și apoi în timpul solidificării acestora apare fenomenul d e fuziune a
macromoleculelor care poate avea loc în două feluri astfel:
 rămân în starea în care sunt fără a se aranja în nici o ordine particulară,
până la solidificarea completă a materialului plastic. În acest caz putem
spune că materialul plastic are o structură amorfă precum reiese din
Figura 3.3:

Fig.3.3 Structură amorfă

 dacă o parte din macromolecule se aranjează într -o anumită ordine,
unele în raport cu altele până la solidificarea completă a materialului
plastic. În acest caz spunem că materi alul plastic are o structură parțial
cristalină, acest lucru îl vedem în Figura 3.4:
A

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
16

Fig.3.4 Structură parțial cristalină

A- micromediu amorf
B- micromediu cristalin

Proporția dintre volumul zonelor cristaline și cel al zonelor amorfe, determină
gradul de c ristalinitate al materialului.
Astfel procentul de cristalinitate P c se poate exprima prin relația :
mpc
VVcP
, unde: V c – este volumul de material cristalizat;
Vmp – este volumul total de material.

Volumul de mat erial cristalizat depinde de condițiile de injectare:
 viteza de răcire al materialului;
 orientarea macromoleculelor în piesa injectată;
 parametrii tehnologici ai mașinii de injectat.

B

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
17
Tabelul 3.1 arată procentul de cristalinitate a principalelor materiale
termoplastice:

Materialul termoplastic Simbol Procent de
cristalinitate
Poliamidă PA 6 40%
Poliamidă 66 PA 66 70%
Poliacetal POM 90%
Polietilentereftalat PET 50%
Polibutilentereftalat PBT 50%
Politetrafluoretilenă PTFE 95%
Polifenilensulfură PPS 50%
Poliarilamidă PAA 30%
Polietilenă de joasă
densitate PEJD 65%
Polietilenă de înaltă
densitate PEID 80%
Polipropilenă PP 60%
Polietecetonă PEEK 35%
Polimer cu cristale
lichide LCP 99%

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
18
3.5. Proprietățiile materialelor polimerice
Materialele plasti ce au următoarele proprietăți fizico -mecanice cum ar fi:
prelucrabilitate bună, stabilitate chimică deosebită, neinflamabilitate, densitate redusă.
Datorită acestor proprietăți, matrialele plastice au rolul de a înlocui în bună parte
metalele și aliajele lor, lemnul și materialele de construcție.
Alegerea materialelor pentru fabricarea reperelor are în vedere atât
proprietățiile lor, cât și metodele de evaluare a acestor proprietăți. Fiecare proprietate
este semnificativă și pertinentă în raport cu meto da prin care ea se definește. Având în
vedere că influența unor parametri de structură, mediu și de transformare este
relevantă pentru proprietățiilr măsurate, metodele de evaluare au fost normalizate, dar
producătorii pot dezvolta norme interne sau norme impuse de clienți. În figura 3.5 sunt
enumerate proprietățiile materialelor plastice.

Fig.3.5 Proprietățiile materialelor plastice

3.5.1 Proprietăți fizice
Cunoașterea proprietățiilor fizice ale materialelor plastice prelucrate prin
injectare este necesară deoarece regimul de lucru, forma și dimensiunile organelor
active ale mașinii depind de valorile caracteristicilor fizice.
În mașina de injectat materialul trece din starea solidă (granulară sau
pulverulentă), în starea de topitură. Valoril e parametrilor de lucru ai unei mașini de
injectat (temperaturi, presiuni, viteze, etc.) depind de materialul prelucrat carcaterizat
de proprietățile sale fizice. Din aceste motive este necesară cunoașterea proprietățiilor
fizice ale materialelor plastice în stare solidă, granulară sau pulverulwntă, în stare de
topitură, precum și în stare tranzitorie dintre granule sau pulbere și starea de topitură.

Proprietățiile materialelor
plastice
Fizice
Chimice
Termodinamice
Mecanice
Instantanee
Mecanice pe termen
lung
Tribologice

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
19

3.5.2 Transmiterea presiunii
În medii discontinue, granulare sau pulverulente (f g ≠ 0), presiunea se tran smite
astfel decât în fluide (f g = 0). Mediile granulare sunt anizotrope, presiunea
netranmițându -se cu aceeași valoare în toate direcțiile în jurul unui punct .

3.5.3 Coeficientul de frecare externă
Frecarea între granulele sau pulberea de material plast ic și suprafețele metalice
are importanță în practică, deoarece valoarea coeficientului de frecare influențează
debitul mașinii de injectare și determină valoarea energiei disipate prin frecare externă.
Valoarea coeficientului de frecare depinde de: presiu ne, viteza relativă, temperatură,
rugozitatea suprafețelor în contact, prezența sau absența lubrifiantului pe suprafețele
de contact. Coeficientul de frecare externă, atât pentru pulberi,cât și pentru granule, se
micșorează cu presiunea și este practic ind ependent de viteza relativă în raport cu
suprafața metalică. Coeficientul de frecare crește cu creșterea adâncimii asperităților
suprafeței metalice și cu numărul microcanalelor de pe suprafața granulelor.
Temperatura are efect diferit asupra coeficientul ui de frecare externă care este
dependent de natura materialului. Frecarea externă a materialelor plastice determină
acumularea de sarcină electrostatică. De acest fenomen trebuie să se țină seama la
transportul prin conducte al granulelor sau a pulberii d e material plastic.

3.5.4 Comportarea reologică
Este important ca materialele pulverulente sau garnulare care alimetează
mașinile de injectat să aibă proprietăți de curgere corespunzătoare, mai ales în cazul
alimentării automate a mașinilor. Din punct de vedere practic, interesează curgerea din
buncăre (pâlniile de alimentare). Au fost determinate și verificate experimantal, relații
pentru profilul vitezelor la curgerea granulelor, precum și debitul curgerii particulelor
prin orificii circulare sau dreptu nghiulare.

3.6. Proprietăți mecanice
Pentru a caracteriza din punct de vedere al rezistenței mecanice, un material
plastic trebuie să se țină seama de efectul concentrației diferitelor materiale din
compoziția sa, de efectul unor factori de mediu (umiditate, temperatură, presiune

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
20
atmosferică, raze ultaviolete, etc.), precum și de efectul trecerii timpului asupra
valorilor caracteristicilor mecanice. Valorile caracteristicilor mecanice ale unui
material termoplastic depinde și de masa moleculară, gradul de orie ntare al
polimerului, natura și concentrația materialelor auxiliare.
Rezistența mecanică a materialului este diminuată de existența concentratorilor
de eforturi unitare pe suprafața unei piese (găuri, crestături, gâtuiri).
Materiale plastice supuse soli citărilor ciclice, se încălzesc astfel încât ruperea
poate avea loc în două moduri diferite:
 temperatura crește în timp, după care se stabilizează; ruperea are loc prin
propagarea fisurii;
 temperatura crește continuu, materialul se înmoaie și în final ced ează.

3.7. Proprietăți tribologice
Proprietățiile tribologice ale materialelor termoplastice depind de natura
polimerului, de natura și cantitatea componentelor topiturii, de natura suprafeței de
contact, de rugozitatea pieselor în contact, de presiune, de te mperatura și de viteza
relativă a pieselor. Atât frecarea interioară a polimerului, cât și frecarea pe suprafețele
metalice este micșorată prin adaosul unor lubrifianți.
Temperatura suprafeței metalice cu care materialul plastic se află în contact
influen țează coeficientul de frecare, constatăndu -se astfel creșterea coeficientului de
frecare cu scăderea temperaturii. La temperaturi mari sau la viteze mari, coeficientul
de frecare crește(Figura 3.6).
Un rol important pentru cuplul material plastic -oțel, îl joacă rugozitatea
suprafeței, constatându -se un minim pentru PA 6.6 și o variație mai puțin pronunțată
pentru celelalte materiale plastice (Figura 3.7).

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
21

Fig.3.6 Efectul temperaturii asupra coeficientului de frecare µ cu oțelul pentu diferite
materiale plastice: 1 -poliamidă 6.6; 2 -poliformaldehidă; 3 – polietilenă de înaltă tensiune;
4-poliamidă cu 10% polietilenă

Fig.3.7 Eectul rugozității asupra coeficientului de frecare µ cu oțelul pentru diferite
materiale plastice: 1 -poliamidă; 2 -poliformalde hidă; 3 -polietilenă de înaltă densitate;
4-poliamidă 6.6

3.8. Proprietăți termodinamice
Proprietățiile termodinamice ale materialelor termoplastice depind de
temperatură și de presiune. Coeficientul de dilatare liniară α 1, crește odată cu
temperatura. Materia lele termoplastice au o conductivitate redusă, ceea ce permit
utilizarea lor ca izolatori termici. Conductivitatea termică redusă a termoplastelor se

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
22
îmbunătățește prin compoundarea acestora cu materiale bune conducătoare de
căaldură: oxizi metalici, pulb eri metalici.

3.9. Proprietăți reologice
Reologia se ocupă cu studiul curgerii corpurilor sub acțiunea unor forțe și cu
răspunsul corpurilor ca urmare a aplicării acelor forțe.
Materialele polimerice se îbtâlnesc sub diverse forme, dintre care cele mai des
întâlnite sunt: soluții, topituri, stare solidă .

3.10. Comportarea reologică a soluțiilor de polimeri
Soluțiile de polimeri au vâscozitate mare față de soluțiile micromoleculare.
Umflarea și dizolvarea polimerilor depind de: natura polimerului și solventulu i,
flexibilitatea catenelor macromoleculare, masa moleculară și compoziție chimică a
polimerului, cristalinitate, reticulare, temperatură.
Vâscozitatea soluțiilor diluate de polimeri depinde de tensiunea de forfecare sau
de reopantele aplicate, deci prezi ntă o comportare nenewtoniană.
Sub acțiunea unei tensiuni de forfecare, macromoleculele se întind și se
orientează cu axa mare în direcția de curgere. Gradul de orientare depinde de raportul
depinde de raportul dintre intensitatea mișcării browniene și m ărimea reopantei. Cu cât
reopanta este mai mare, cu atât este mai mic efectul mișcării browniene, deci crește
efectul de orientare, ceea ce conduce la micșorarea vâscozității. Ridicarea temperaturii
nu conduce întotdeauna la scăderea vâscozității soluțiilo r de polimeri.

3.11. Comportarea reologică a topiturilor de materiale
polimerice
S-a considerat că vâscozitatea de forfecare depinde de: masa moleculară,
distribuția masei moleculare, temperatura, presiune, reopantă, tensiune de forfecare,
natura și concentra ția componentelor recepturii, istoria solicitărilor termomecanice,

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
23
natura catalizatorilor, temperatura de polimerizare, dependențe care vor fi analizate în
cele ce urmează.
Presiunea influențează semnificativ vâscozitatea de forfecare a polimerilor. Cu
creșterea presiunii se micșorează distanțele intermoleculare, se măresc forțele de
atracție moleculară și ca urmare, crește vâscozitatea. Efectul presiunii asupra
vâscozității este cu atât mai mare cu cât molecula este mai mare. Acest fenomen
trebuie luat în calcul la starea parametriilor tehnologici la mașina de injectat.
Efectul presiunii asupra comportării topiturii este mai important în procesul de
injecție. Condițiile unui polimer precum și solicitările termomecanice la care este
supus la prelucrare inf luențează caracteristiciile fizice ale acestuia. Cu mărimea
numărului de prelucrări succesive vâscozitatea aparentă crește.

3.12. Comportarea reologică a materialelor termoplastice solide
Piesele injectate sunt corpuri reale care se comportă elastovâscos, adică se
deformează sub acțiunea unor forțe exterioare, datorită proprietățiilor de elasticitate.
Dacă solicitările sunt suficient de mari și se extind pe o durată mare de timp,
deformațiile devin cel puțin parțial reversibile. Rezistența pe care o opune piesa
injectată revenirii eslatice a deformației, se datorește vâscozității. Energia mecanică de
deformare (reversibilă sau ireversibilă) se transformă în căldură care se disipează în
corpul materialului [MIL86],[TUD83].
La solicitări de scurtă durată și valori scăzute, în general, se respectă legile de
dependență între tensiune și deformație. La tensiuni mici, materialele plastice se
deformeaz ă elastic și revin aproape instantaneu la starea inițială, cu recuperarea
aproape completă a energiei de deformare. La creșterea tensiunii peste deformația
elastică se suprapune un fluaj sau o deformație care crește cu durata de acțiune a
tensiunii. La înd epărtarea sarcinii, materialul plastic revine la starea inițială, pe care o
atinge după un anumit timp, deși nu toată energia de deformare este recuperată.
În figura 3.8, se prezintă diferite curbe caracteristice cu comportare diferită pentru mai
multe mat eriale plastice:
 curba efort -deformație (a) este caracteristică unui polimer fragil, de exemplu
polistirenul la temperatura camerei, care se particularizează printr -o alungire
foarte limitată și o creștere rapidă și proporțional a eforturilor cu deformați a;

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
24
 curba efort -deformație (b) este caracteristică pentru materialele plastice tenace;
 curba efort -deformație (c) este caracteristică pentru materialele cu comportare
plastică;
 curba efort -deformație (d) este caracteristică pentru materialele cu relaxare
slabă. La un nivel de laungire ridicat, cristalizarea provoacă o creștere a
modulului de elasticitate.
 Curba efort -deformație (e) este caracteristică materialelor termoplastice
semicristaline (polietilenă, polipropilenă, poliamidă).

Fig.3.8 Curbe caracteri stice σ -ε cu comportare diferită la deformație : a-
materiale plastice casante materiale plastice tenace; c – materiale plastice cu
deformare plastic ă importantă ; d- materiale plastice cu relaxare slabă; e –
materiale plastice semicristaline[SER02] .

3.13. Proc edee de fabricație a materialelor plastice
Vâscoelasticitatea este proprietatea unui corp care vâscos fiind are capacitatea
de a prezenta simultan câteva proprietăți elastice, cum sunt cele asociate capacității de
înmagazinare a energiei de deformare confo rm căreia aplicarea unei tensiuni va
provoca o deformație ca va tinde spre o valoare de echilibru în timp. Vâscoelasticitatea

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
25
este o parte a reologiei. Reologia studiază deformarea solidelor în timp și curgerea
vâscoasă a fluidelor. În figura 3.9, este sch ematizată schema bloc a prelucrării
materialelor termoplastice .

Fig.3.9 Schema bloc a prelucrării materialelor plastice

Principalele grupe de procedee de prelucrare a materialelor plastice sunt:
a) Matrițarea : are în vedere formarea pieselor masive sau c ave cu pereți subțiri
printr -un proces ce presupune introducerea sub presiune a unui polimer topit
într-o cavitate închisă și solidificarea acestuia în urma răcirii. Se pot prelucra
atât materiale termoplastice cât și materiale termorigide. Matrițele utili zate sunt
scule foarte complexe și costisitoare. Se pretează la serii mari de fabricație a
unor piese obținute de regulă prin operația de injecție.
b) Extrudarea: este un proces tehnologic continuu de prelucrare a materialelor
plastice prin care se pot obține profile de lungime infinită cum ar fi: tuburi, țevi,
folii, izolații pentru cabluri electrice,etc. Extrudarea constă în aducerea
materialului printr -un tratament termomecanic la starea de curgere după care
acesta este obligat să treacă printr -o filieră cu profil corespunzător produselor
de realizat. Prin acest procedeu se obțin într -un ritm rapid profile continue a
căror lungime este condiționată numai de posibilitățiilr de depozitare și
transport. Instalațiile utilizate sunt complexe și au ca element cent ral mașina de
extrudat numită extruder.

Granule sau pudră
Obiect
Placă
Procedeul de
fabricație
Plastifiere

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
26

c) Calandrarea: este procedeul de laminare a unor materiale termoplastice pentru
obținerea unor foi sau folii în stare finită cu ajutorul unor mașini de prelucrare,
numite calandre. Procedeul care stă la baza caland rării este curgerea laminară a
unui fluid vâscos prin interstițiul dintre doi cilindrii care se află în mișcare de
rotație. Avantajeșe acestui procedeu se bazează pe posibilitățiile largi de
utilizare și de reglare ale calandrului, care produce foi continu e, omogene, cu
grosime uniformă chiar și sub 0.1 mm.

Fig 3.11 . Instalația de calandrare : 1-extruder ; 2 –
separato r magnetic; 3 -calandru ; 4 -cilindri de angajare; 5 -cilindri
de finisare; 6-role de transport; 7 -dispozitiv de imprimare; 8 –
conveior de stab ilizare; 9 -tunelul de răcire; 10 -calibru de
grosime; 11 -dispozitiv de tăiere a marginilor; 12 -sistem de rulare
Instalațiile de calandrare sunt echipamente complexe .
d) Termoformarea: reprezintă un procedeu cu precădere asociat
deformării materialelor termopl astice (uneori termorigide) subțiri
(pelicule sau plăci) în matrițe cu elemente active nerigide. Piesele

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
27
tridimensionale de tip pahar sau diferite ambalaje se obțin din
semifabricate plane.
Asamblarea grupează o serie de operații ce utilizează încălzirea,
presarea și lipirea pentru a realiza îmbinări demontabile și mai des
nedemontabil.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
28
4. Injecatrea materialelor termoplastice

4.1. Principiul injectării
Prelucrarea prin injecție este cel mai larg procedeu industrial de obținere a
articolelor din materialele plastice.
Aplicații: produsele variază de la piese mari, cum sunt cele folosite în industria
automobilelor (spoilere, borduri de interior), la obiecte mult mai mici, ca de exemplu
componente electromecanice (comutatoare electrice sau întrerupătoare).
Avan taje:
 capacitatea de a obține forme complexe cu o productivitate ridicată;
 preț de cost scăzut.
Definiție: prelucarea prin injecție reprezintă procesul tehnologic prin care materialul
plastic, adus în stare de curgere prin acțiunea căldurii, este introdus sub presiune , în
cavitatea unei matrițe (cuib), unde are loc răcirea și solidificarea lui. Odată cu
încetarea forței de presare, materialul răcit păstrează forma cavității interioare a
matriței în care a fost injectat și din care, după un anumit timp poa te fi îndepărtat.
În condițiile industriale, procesul se repetă în cadrul unui ciclu de injectare, care
conține următoarele faze mai importante:
 alimentarea cu material (dozarea);
 încălzirea și toprea materialului în cilindrul mașinii;
 închiderea matriței ;
 introducerea sub presiune a materialului topit în matriță;
 compactizarea materialului în matriță;
 răcirea și solidificarea materialului în matriță;
 deschiderea matriței și eliminarea piesei injectate.

Principalii parametrii tehnologivi care influențeaă calitatea unui produs finit
obținut prin injecție sunt:
 presiunea pistonului în cilindru;
 temperatura materialului injectat, temperatura matriței;

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
29
 durata unui ciclu de injecție.
Realizarea prin injectare a unei piese poate fi urmărită în figura 4.1.

Fig.4.1 Schema de principiu a injectării
1-platou mobil; 2 -matrița; 3 -platou fix; 4 -duza; 5 -cilindru; 6 -corp de încălzire; 7 -melc;
8-pâlnie de alimentare; 9 -sistem de antrenare a mișcării de rotație; 10 -sistem de
acționare a mișcării de translație

Materialul, sub formă de granule se introduce în pâlnia de alimentare 8, de
unde cade în cilindrul de injectare 5. Materialul plastic ajuns în cilindrul de injectare
este transportat de melcul 7 în timpul mișcării de rotație spre capul cilindrului, unde se
gasește duza de injectare 4. Mișcarea de rotație a melcului se realizează cu ajutorul
sistemului de angrenaje 9. În timpul transportului, granulele ajung în stare de topitură,
ca urmare a frecărilor precum și a încălzirii de către elementele de încălzir e 6.
Materialul plastic plastifiat este împins sub presiune în matrița de injectat 2, de către
melcul 7, ca urmare a presiunii exercitate de sistemul de acționare 10 (motor hidraulic
liniar).
După răcirea și solidificarea materialului în matriță, platoul m obil al mașinii de
injectat se îndepărtează de platoul fix 3. Astfel matrița se deschide și ca urmare a
acționării sistemului de extragere, piesa injectată A este eliminată din matriță.

a- injectarea materialului
în matriță
b- răcirea și solidificarea
topiturii
c- deschiderea matriței și
aruncarea reperului din matriță

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
30
4.2. Trepte de proces
Procedeul de injectare al materialelor plastice es te un proces ciclic care
cuprinde operații care nu sunt perfect delimitate. Dacă se reprezintă grafic mișcarea
melcului și a matriței în cursul procesului de injectare se obține diagrama din figura
4.2.

Fig4.2 Deplasarea melcului și a matriței în procesu l de injectare
tu – timp de umplere a matriței;
tul – timp de presiune ulterioară(compactizare);
tr – timp de răcire;
td – timp de demulare.
Întregul proces de injectare poate di cuprins în următoarele trepte de
proces (Figura 3.3):
 plastifierea;
 umpler ea matriței;
 compactizarea;
 răcirea și demularea.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
31

Umplerea matriței

Compactizarea
Plastifierea

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
32

Răcirea și demularea

Fig.4.3 Trepte de proces

4.3. Condiții de formare
Principalii factori care determină procesul de formare a materialelor
termoplastice sunt:
 propritățiile chimice, fizice și de curgere ale materialului termoplastic în
condițiile specifice procesului de injectare;
 regimul temperaturiilor;
 regimul presiunilor;
 durata necesară formării.
Proprietățiile chimice, fizice și termodinamice, sunt dterminate pentru
desfășurarea procesului de injectare. Propritățiile polimerilor amorfi sau cristalini sunt
diferite.
Regimul temperaturilor: topitura materialului termoplastic se face prin
transmiterea căldurii de la peretele cilindrului la material și prin transormarea prin
fricțiune a energiei mecanice în energie termică. Cu cât temperatura materialului
termoplastic este mai ridicată, cu atât acesta este mai fluid, matrița se umple mai ușor,
iat timpii de injectar e se reduc.
Temperatura matriței este hotărâtoare în faza de răcire -solidificare a reperului.
Măsurând temperaturile locale în mai multe puncte din interiorul cilindrului de
injectare și a matriței în timpl ciclului,se poate reda sub forma unui grafic,din amica

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
33
materialului termoplastic de -a lungul cilindrului și al matriței pe care îl putem vedea în
figura 4.4.

Fig.4.4 Dinamica temperaturii materialului termoplastic de -a lungul cilindrului și a
matriței

t0-temperatura polimerului la intrarea în cilindr u;
t1-temperatura de topire a polimerului;
t2-temperatura de injecție;
t3-temperatura în matriță;
l1-l5-coordonate pe lungimea mașinii.

Regimul presiunilor:
În timpul procesului de injectare se dezvoltă o serie de forțe care exercită
presiuni importante asupra materialului termoplastic.
Presiunea exercitată de melc transportă materialul plastic topit din camera
cilindrului mașinii, prin duză și canalele matriței, pentru umplerea cavității acesteia:

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
34
 presiunea exterioară p e reprezintă presiunea exercitată de piston asupra
cilindrului mașinii de injectat. Prin intermediul materialului, presiunea
exterioară se transmite în interiorul matriței;
 presiunea interioară p i reprezintă presiunea din interiorul matriței;
Presiunea interioară este mai mică decât pre siunea exterioară datorită faptului că o
parte se pierde la trecerea materialului prin duza mașinii,duza matriței, canalele de
alimentare.
 presiunea ulterioară p u sau presiunea de compactizare, reprezintă
presiunea exercitată de melc asupra materialului di n cavitatea matriței,
după umplerea matriței cu material. Această presiune compensează
contracția rezultată în urma răcirii materialului topit;
 presiunea în punctul de sigilare p s este corespunzătoare momentului
solidificării materialului în digul de la in trarea în cuibul matriței,
sigilându -se astfel materialul în matriță;
 presiunea interioară remanentă p r reprezintă presiunea din piesa
injectată în momenul deschiderii matriței.

Fig.4.5 Schema simplificată a injectării pentru pun erea în evidență a presiunilor
1-matriță; 3-melc;
2-cilindru; 4 -cilindru hidraulic;

pi-presiune interioară;
pe-presiune exterioară;
ph-presiune hidraulică.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
35
Stadiul de umplere a m atriței are loc de la t 0 la t 2. În prima parte (0 -1),
presiunea rămâne constantă, iar apoi în momentul unplerii crește brusc la valoarea p i
(porțiunea de curbă 0 -2).
În stadiul de compactizare, polimerul se răcește și volumul scade. Se aplică
presiunea ul terioară care determină introducerea unor noi cantități de topitură. Se
ajunge până la o valoare maximă a presiunii interioare p i max, după care presiunea va
scădea până la valoarea presiunii de sigilare p s (2-4).
Stadiul de răcire se caracterizează print r-o scădere mai lentă a presiunii, ca
urmare a solidificării (4 -5). La sfârșitul stadiului, matrița se deschide și reperul este
evacuat din matriță. Presiunea remanentă în punctul 5 trebuie să fie mai mare decăt
presiunea mediului, pentru a asigura demines iunile obiectului.

Fig.4.6 Ciclul de injectare
pi-presiunea interioră;
pr-presiunea remanentă;
pimax-presiunea interoară maximă;
ps-presiunea de sigilare.
Timpul de formare este influențat de caracteristicile polimerului,de
dimensiunile reperului de inj ectat și de sistemul de răcire al matriței. Durata de fomare
determină productivitatea mașinii și calitatea pieselor injectate. Un element impoertant
în determinarea duratei de formare, îl constituie raportul dintre greutatea piesei
injectate și capacitate a de plastifiere a mașinii de injectat .

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
36
4.4. Utilaje pentru injectarea materialelor plastice
Mașinile de injectat sunt principalele utilaje pe care se execută piese injectate
din materiale termoplastice. Din punct de vedere constructiv cât și din punct de ved ere
funcțional, utilajele de injectare se compun din două unități:
 unitatea de injectare;
 unitate de închidere.
Unitatea de injectare asigură alimentarea cu material, plastifierea acestuia,
injectarea în matriță și mișcările de apropriere și retragere a mo dului în timpul unui
ciclu.
Unitatea de injectare este formată din următoarele elemente de intrare:
 d-diamtrul melcului;
 Si-cursa de injectare.
Volumul de injecție teoretic minim se calculează astfel:
4SdVi2
it
(cm3).
Vie=f*V it (cm3);
-unde f reprezintă factorul de corecție ce depinde de forma și dimensiunile pieselor și
mărimea culeei (f=0,6…0,9).
Unitatea de închidere asigură închiderea matriței și menținerea ei închisă pe
perioada solicitărilor din timpul lucrului. În timpul injecției, m aterialul plastic ajunge
în interiorul cuibului, la presiuni de 600 -800 bari sau superioare, dând naștere unei
forțe F2 (Figura 4.7) ce tinde să deschidă matrița.

Fig. 4.7. Distribuția forțelor în procesul de
injecție

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
37
Forța de închidere reziduală F r este cea care realizează compresia matriței în
timpul procesului, respectându -se condiția: F r=F1-F2>0.
În calculul forței de închidere intervin următoarele elemente:
 z-numărul de cuiburi ale matriței;
 Ap-aria proiecției suprafeței cuibului pe planul de s eparație (cm2);
 L-drumul de curgere (mm);
 s-grosimea medie de peretea piesei (mm).
Forța de închidere se determină cu ajutorul formulei astfel:
F1=z*A p*pw [kN];
-unde p w este presiunea din cavitatea matriței.

Pentru alegerea mașinilor de injectat cu mate riale plastice, se va ține cont de
caracteristicile tehnice ale acestora,precum sunt:
 volumul maxim de injectare [cm3];
 capacitatea de plastifiere [kg/h];
 presiunea de injectare [daN/cm2];
 forța de închidere [kN];
 dimensiunile de gabarit ale platourilor de prindere [mm];
 distanța dintre platouri max/min [mm];
 dimensiunile maxime de montaj ale matriței orizontal/vertical [mm];
 puterea instalată [kw].

4.5. Matrițe pentru injectarea materialelor plastice
Matrița este un ansamblu mecanic complex care are rolul d e a froma un produs
cu o anumită configurație geometrică, cu dimensiuni prestabilite și cu suprafețe de
înaltă calitate. În tabelul 4.1 sunt enumerate tipurile de matrițe după un anumit criteriu .

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
38

Tabelul 4.1 Tipuri de matrițe
Nr. crt Criteriu Tipuri de matrițe
1 După numărul de
cuiburi – matrițe cu un singur cuib
– matrițe cu două sau mai multe cuiburi
2 După sistemul
de injectare – cu injectare directă
– cu injectare punctiformă
– cu injectare cu canale de
distribuție
– cu injectare peliculară sau cu film
– cu injectare cu canale încălzite
– cu injectare cu canal tunel
– cu injectare cu canale izolate
– cu injectare tip umbrelă
– cu injectare inelară
3 După modalitatea
de acționare a
sistemului de
aruncare – cu aruncare mecanică
– cu aruncare pneumatică
– cu aruncare hidraulică
4 După numărul
planelor de separație – cu un singur plan de separație
– cu două plane de separație
– cu mai multe plane de separație
5 După modul de
scoatere a pie sei din
matriță -cu tije aruncătoare
-cu placă aruncătoare
-cu bacuri
-cu deșurubare (miezuri rotitoare)

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
39

Matrițele pentru injectat materiale termoplastice sunt constituite din două părți
principale:
 subansamblul fix al matriței din spre unitat ea de închidere, montat pe platoul
mobil al mașinii de injectat;
 subansamblul mobil al matriței din spre unitatea de închidere, montta pe platoul
mobil al mașinii de injectat.
Cele două subansamble de mai sus sunt fixate pe platourile de închidere ale mași nii
de injectat, fie direct prin șuruburi de fixare, fie prin intermediul unor bride de fixare.
Din punct de vedere a poziției de injectare, se deosebesc două tipuri de matrițe de
injectat cum ar fi:
 matrițe de injectat cu duză de umplere perpendiculară p e planul de separație;
 matrițe de injectat cu duză de umplere în planul de separație.
În figura 4.8 este prezentată o matriță de injectat cu două cuiburi cu duza
perpendiculară pe planul de separație în care se pot destinge atât elementele specifice,
cât și elementele tipizate.

Fig.4.8 Elementele matriței de injectat

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
40

1-tija de aruncare; 2 -bucșa de conducere; 3 -șurub; 4 -placă de prindere; 5 -placă
aruncătoare; 6 -placă postaruncătoare; 7 -șurub; 8 -placă distanțier; 9 -placă suport;
10,11 -placă de formare; 12 -bucșă de ghidare; 13 -placă de prindere; 14 -coloană de
ghidare; 15 -,16-pastilă; 17 -poanson; 18 -duza de injectare; 19 -inel de centrare; 20 –
bucșă centrală; 21 -știft; 22 -știft tampon ;23 -șurub; 24 -știft readucător; 25 -aruncător
central; 26 -aruncător; 27 -șurub ; 28-inel de centrare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
41
5. Descrierea reperului

Piesa de mai jos care se regasește în figura 5.1, este carcasa unui sensor folosit
în industria automotiv .

Fig.5.1 Carcasa unui sensor

5.1. Caracteristici ale materialului reperului
Mate rial: compozit ( poliester 70% + 30% fibră de sticlă ).
Polibutilentetftalatul (PBT) este deseori abreviat cu PBT sau PBTP și este
obținut prin polimerizare de condensare a dimetiltereftalatului și butan -diolului 1,4 în
prezența titanatului de tetrabutil.
Datorită secvenței mai lungi de grupări de metilenă în unitatea de PBT (Figura
5.2), lanțurile lui moleculare sunt mai flexibile și mai puțin polare decât la
polietilentereftalat (PET), ceea ce determină valori mai mici ale punctului de topire (~
2240C) și ale temperaturii de tranziție vitroasă (22…430C). temperatura de tranziție
vitroasă mai mică permite cristalizarea rapidă, când materialul este în matriță, cicluri
mai scurte de injectare și viteze mari de injectare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
42

Fig.5.2 Formula chimică a PBT -ului
În inginerie,PBT -ul este utilazat pentru stabilitatea lui dimensională, mai ales în
apă (dar nu ajunsă la punctul de fierbere) și rezistenței la uleiuri pe bază de
hidrocarburi. Fără a genera fisuri. Are proprietăți mecanice bune (tabelul 5.1) și
excele nte proprietăți electrice, dar o temperatură joasă de deformare (540C) la o
sarcină de 1,8 Mpa. Absorbția redusă de apă, mai puțin de 0,1% în 24 ore de
imersare, este printre cele mai reduse pentru polimeri.
Atât stabilitatea dimensională, cât și propri etățile electrice sunt menținute la
umidate ridicată.

Tabelul 5.1 Proprietățile mecanice ale PBT -ului
Polimerul Alungire
la
rupere,% Alungire
la
curgere,% E
(încovoire)
MPa Duritate
RM Duritate
Shore D σr
MPa σt
MPa Iiod
RT LT

PBT 5-300 3,5-9 2000 -4000 70-90 90-95 40-50 27-199 27-120

RT-temperatura camerei, LT -temperatura joasă -200

PBT-ul este un izolator electric mai bun decât PET.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
43
Astăzi, ca și în cazul PET -ului, există un interes major pentru compozitele pe
bază de PBT. Adaosurile de fibră de sticlă au efect benefic asupra modulului de
elasticitate la încovoiere.
Prin injecție se prelucrează aproape 90% din cantitatea produsă de PBT. Ca și
PET,PBT este predispus la hidroliză și,deci, granulele trebuie bine uscate înainte de a
fi injec tate. La temperaturi peste 2700C, PBT -ul se descompune rapid , astfel că
temperaturile de topire (înmuiere) la care se prelucrează sunt în intervalul 240 -2700C.
Se recomandă viteze mari de injecție, mai ales pentru compozitele cu fibre de sticlă,
pentru a obține o bună calitate a suprafețelor pieselor injectate.
PBT-ul tinde să înlocuiască poliamidele pentru piese de precizie, datorită
stabilității dimensionale mai bune, mai ales în apă și în uleiuri minerale, fără fisurare
de sarcină. Amestecurile de PBT c u policarbonați sunt utilizate pentru piese de
protecție la șoc la autovehicule. Figura 5.3 prezintă ponderea aplicațiilor pe baza de
PBT pe piața europeană.
Aplicațiile tipice ale PBT -ului includ: carcase de pompe, elice, cuzineți de
lagăre, elemente de c aroserie și de interior pentru autovehicule, piese pentru
electronică și electrotehnică, cum ar fi întrerupătoare și carcase de siguranțe, angrenaje
în aparate de măsură și birotică. În electrotehnică și electronică, din PBT se fac suporți
de bobine, între rupătoare miniaturale, cadre de display, cutii de distribuție în telefonie,
etc.
PBT-ul are aplicații în produse e gospodărie nu numai datorită temperaturii
ridicate de deformare, a rigidității, a proprietățiilor dielectrice și a stabilității
dimensionale, ci și pentru rezistența lui la lichide și chimicale tipic folosite în casă
(detergenți, uleiuri și grăsimi, sucuri de fructe și legume, băuturi, alimente și
mirodenii). Piese confecționate din materiale pe bază de PBT sunt: mânere de aragaz,
pise pentru c afetiere, carcase, perii la uscătoare de păr, etc. Alte aplicații ar fi: bobine,
pistoale pentru adezivi la cald, carcase de pompe.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
44

Fig.5.3 Domenii de aplicații ale materialelor pe baza de PBT

17%
34%
9% 40% Alte aplicații
Electronică și
electrotehnică
Produse de gospodărie
Industria
autovehiculelor

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
45
6. Calculele masei reperului

6.1. Calculul de dime nsionare și verificare
Pentru determinarea numărului de cuiburi și pentru a putea alege
sistemul de injectare, este necesar să se determine masa reperului, unde:
ρ-este densitatea materialului PBT în [g/cm3] = 1.31 – 1.58 [g/cm3];
ρ = 1.40 [g/cm3];
V- volumul reperului, în [cm3];
V=1,06 [cm3].
Pentru determinarea numărului de cuiburi și alegerea sistemului de
injectare, este necesară determinarea masei reperului:
m=ρ*V=1.40*1.06= 1.48 g.

6.1.1 Calculul numărului de cuiburi
În funcție de capacitatea d e injectare a mașinii pe care se proiectează procesul
tehnologic de realizare a piesei, numărul total de cuiburi se stabilește astfel:
n=
, unde:

G-este capacitatea reală de plastifiere a mașinii;
G=93.5 g/s (din documentația tehnică a mașinii de injectat);
m-este masa netă a piesei înmultțită cu un factor de corecție, care este de 0.15
pentru piesă cu masa între 0.5 -10 g;
m=0.15*1.48=0.22 g;
tT-este timpul total de injectare, calculat astfel:
tT=ti+tm+tr+tp, unde:

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
46
tp=2s este ciclul de mers în gol cu o cursă maxima a platanului;
ti-este timpul de injecție calculate astfel:
ti=
=1.06/8.354=0.126, unde:
q1=8.354 [ cm3/s], viteza de deplasare a materialului;
tm- 1s este timpul de menținere a presiunii în matriță;
tr-este ti mpul de racier care este de 3 s;
tT=0.126+1+3+2=6.126 s.
Deci numărul de cuiburi va fi:
n=
=(9.3*0.61)/(3.6*0.22)=7.

În funcție de productivitatea care trebuie realizată și de complexitatea
produsului obținut, se alege numărul de cuibu ri în așa fel încât calitatea produsului
obținut să nu fie periclitată calitativ, ținându -se cont și de faptul că este vorba despre
un produs automotiv, unde este implicat și factorul uman, va trebui să acordăm o
atenție deosebită a acestor tipuri de piese pentru a nu periclita viața omului. Din aceste
motive întemiate, vom alege matrița cu două cuiburi (Figura 6.1).

Fig.6.1 Matrița cu două cuiburi

Printr -un calcul economic se urmărește stabilirea numărului de cuiburi pentru
care creșterea cheltuielilor de execuție se justifică prin sporul de producție obținut pe
seama măririi numărului de cuiburi.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
47

6.1.2 Calculul forței interioare
Conform datelor experimentele, valoarea presiunii interioare din cuibul matriței
poate fi dedusă din valoarea presiunii ext erioare cu relația:
pi=(0.4~0.6)*p e=0.6*1100=660 [daN/cm2];
unde p e =(800~1400) [daN/cm2].
Forța inferioară de injectare va fi:
Fi=0.6*p e*s=660*2.57=1696 [daN/cm2];
unde: – Fi-este forța interioară de injectare, în daN;
– pe-este presiunea ex terioară a mașinii de injectare, în daN/cm2;
– s-este suprafața totală a cuibului, în cm2.

6.1.3 Determinarea suprafețelor de închidere a plăcilor de formare
Se recomandă efectuarea acestei verificări în cazul în care suprafața frontal a
cuibu rilor este mare în raport cu suprafața totală a plăcii de formare.
Suprafața totală a plăcii de formare S t se calculează cu relația:
St=Sc+Si=2.57+2.01=4.58 cm2;
În care:
-Sc este suprafața frontal a cuibului (2,57 cm2);
-Si este suprafața de închidere .
Verificarea se face cu relația:
Si=
=1696/840=2.01 cm2
Unde:
-Si este suprafața de închidere necesară, în cm2;
-σr este rezistența la rupere a materialului plăcii, în daN/cm2.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
48
În urma calculelor, se va alege OLC 45, unde avem:
σr = 700 – 840 [N/mm2];
σa = 120 – 160 [N/mm2].

La proiectarea matriței se va alege suprafața de închidere efectivă mai mare
decât suprafața de închidere calculată.

6.1.4 Sistemul de injectare
Modul de injectare al materialului este injectarea prin canale de dit ribuție, care
se folosesc în cazul injectării în matrițe cu mai multe cuiburi, atunci când este necesar
ca materialul plastic să fie distribuit de la cilindrul mașinii la cuiburile matriței.
Masa piesei este de 1.65 g care trebuie înmulțită cu un coeficie nt de corecție, în
cazul nostru cu 0.15.
mp=0.15*1.65=0.247 g;
– diametrul orificiului duzei, d=4mm;
– lungimea culeei din duza de injectare, L=(5…9)*d;
L=7*4=28 mm;
– diametrul digului de injectar e, d dig=0.3…0.5 mm;
– lungimea digului, l dig=1.5 mm.
Valorile prezentate au fost luate din literaturile de specialitate, în funcție de
greutatea piesei.

6.1.5 Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialului
Dimensionarea cuiburilor se fa ce cu ajutorul relațiilor:
H=

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
49
Δ = δ – H

Cmed =

Unde: H – dimensiune nominală a cotei c uibului (corespunzătoare cotei h);
±Δ – abaterea superioară și inferioară a dimensiunii cuibului;
h – dimensiunea exterioară sau interioară a piesei injectate
±δ – abaterea superioară și inferioară a dimensiuni piesei
Cmin, Cmax – contracția minimă și maximă a materialului piesei.
Contracția se exprimă în procente și reprezintă o caracteristică t ehnologică
a materialului plastic.
Contracția pentru polipropilenă este 1,2…2,5%.
Cmin=1,2%;
Cmax=2,5%;
Cmed=
=1,85 %
Cmed=1,85%.
Abaterea limită pentru domeniul de dimensiuni nominale, în cazul
cotelor specifice piesei noastre este de ±δ = 0,3 mm pentru o clasă de
toleranță mijlocie, la cotele peste 30 mm până la 120 mm, și ±δ = 0,2 mm
pentru cotele de peste 6 mm până la 30 mm.
Pentru cota 24.5±0.2 se calculează dimensiunea cuibului în felul
următor:
H + Δ = (h + δ) * (1+C min) = 24. 5*
= 24.86 mm;
H – Δ = (h – δ) * (1+C max) = 10.05 *
= 10.09 mm.
Se obține pentru cuib Ø24.5±0.02 Tcuib = 0.27.

6.1.6 Dimensionarea canalelor de distribuție
Se optează pentru canale de ditribuție cu secțiune în U datorită
pastilei de injecție.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
50
După ce s -a reprezentat la scară traseul canalelor de distribuție se
poate determina lungimea canalului de distribuție:
Δ l = n * L p = 1 * 16.6 = 16.6mm.

Debitul topiturii de material plastic injectat prin canalul de distribuție
se ca lculează cu relația:
Q = S * v [cm3/s], S=2.57mm2;
Unde:
S=aria secțiunii de curgere în [cm2], esprimată în funcție de
diametrul canalului de curgere;
v=viteza de injectare în [cm/s] (din cartea mașinii de injectat);
Q=S*v=2.57*6= 112 [cm3/s].

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
51
7. Alegerea mașinii de injectat

La alegerea mașinii de injectat, în primă fază, se are în vedere ca volumul
maxim de injectare al mașinii să fie de cel puțin 10…15 ori mai mare decât volumul
reperului care se dorește să fie obținut.
V=1.06 cm3 – volumul piesei de realizat.
Se alege mașina de injectat BOY 35E care are următoarele caracteristici tehnice
(conform tabelului 7.1):

Dr. BOY 35E
Avantajele mașinii de injecție BOY 35E:
 pompa sistem servo -motor;
 patru coloane,sistem de prindere 2 plăci în consolă;
 precizie foarte mare pentru toleranțe foarte mici;
 spațiu amplu pentru a instala matrițe largi;
 acces ușor,ideal pentru a încorpora echipamente opționale;
 efiicența maximă prin investiție favorabilă și costuri operare;
 numai 1,91 m2 spați u necesar.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
52

Date tehnice:
 euromap: 350 -15/350 -52/350 -92;
 forță prindere: 350 kN;
 înălțime max.utilă plăcii:500 mm;
 distanță coloane: 280×254 mm;
 vol.maxim injectat:76,5 cm3 (teoretic).
Tabel 7.1 Caracteristici tehnice
Caracteristici tehnice UM MI
Diametru melc piston
standard Mm 30
Volumul maxim de
injectare cm3 82.82
Presiune de injectare
maximă MPa 2500
Forța de închidere kN 500
Viteza de injectare mm/s 132
Capacitatea de plastifiere Kg/h 77
Dimensiunile de gabarit
ale platourilor de prindere Mm 500/425
Distanța dintre platourile
de prindere, max/min Mm 450/550
Diametrul inelului de
centrare al platoului
fix/mobil Mm 125/125
Cursa platoului de
prindere mobil Mm 170/270
Dimensiunea maximă a
matriței
(orizontal/vertical) Mm 430/430
Putere instala ție kW 75

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
53
8. Optimizarea procesului de injectare cu ajutorul
calculatorului

Simularea procesului de injectare în matriță se poate realiza folosind programe
complexe realizate de diferite firme specializate. În acest caz folosim unul dintre cele
mai perf ormante programe de simulare a injectării în matriță, programul
MOLDFLOW.
Programul de analiză MOLDFLOW folosește un model geometric “ mesh ”
(planșa) care este creat în mod automat de program pe baza geometriei piesei de
analizat.

Fig.8.1 Creare “ mesh ”

Modelul piesei de analizat poate fi creat în orice program de simulare
tridimensională pe calculator, model care este important sub forma de suprafață IGES
sau STL în programul de analiză MOLDFLOW.
“Mesh -ul” conține elemente tetraedice care au 11 noduri, iar simularea curgerii
se bazează pe calculul în fiecare nod. Numărul total de elemente ale nodului determină
acurățarea rezultatelor și durata analizei, mai multe elemente însemnând o precizie mai
mare, dar și un timp de calcul mai lung. Fiecare nod al e lementului finit, “ mesh -ul”
are asociat un volum de control, iar suma acestor volume dă volumul modelului.
Pasul următor este alegerea punctului de injectare. Programul indică zonele
optime pentru amplasarea punctului de injectare în situația în care e ste folosită
opțiunea “ best injection gate location ”. Dacă nu, simularea se va face pentru o poziție

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
54
oarecare aleasă de noi, după criteria de constructive și funcționare a matriței, de aspect
al piesei injectate, în funcție de amplasarea cuibului în situaț ia matriței de injectat cu
un singur cuib.

Fig.8.2 Punct de injecție

Urmează alegerea materialului plastic din Banca de materiale a programului în
funcție de cerințele calitative impuse piesei de injectat. Banca de materiale este
actualizată în mod regulat, și furnizează toate datele necesare efectuării calculului cum
ar fi date referitoare la cristalinitatea materialului, familia de materiale din care face
parte, ranforsări, indice de curgere,date ce privesc condițiile de procesare cum ar fi:
tempe ratura matriței,tensiunile maxime de forfecare precum și viteza maximă de
forfecare. De asemenea este dată conductivitatea materialului, căldura specifică,
temperatura la care poate fi extrasă piesa din matriță și temperatura la care îngheța
frontul de mat erial.
Parametrii de injectare care urmează să fie introduși pot rezulta dintr -un calcul
de optimizare a valorilor acestora sau pot di introduse valori stabilite de utilizator. Se
stabilește numărul de straturi din grosimea de perete a piesei în care să s e facă analiza,
după care poate începe calculul în situația în care se simulează doar umplerea sau
umplerea și menținerea..
Cu acest program se poate face și simulări de răcire și calcul de tensiuni
remanente.

Punct de injectie

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
55
MOLDFLOW folosește niște principii care st au la baza proiectării umplerii.
Enumerăm în continuare câteva dintre acestea:
 umplerea echilibrată în toate direcțiile de curgere (umplerea să se facă în același
timp și cu aceași presiune);

Fig.8.3

Fig.8.4

Din aceste figuri se pot determina garanți a curgerii materialului și de asemenea
umplerea întregii cavități.
 umplerea poate fi îmbunătățită prin schimbarea punctului de injectare, a
grosimii peretelui în anumite zone ale piesei sau prin combinația acestora;

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
56

Fig.8.5

 gradientul de presiune să fie constant de -a lungul drumului de curgere;

Fig.8.6

 tensiunile de forfecare să aibă valori mai mici decât valoarea critică;
 apariția bulelor de aer;

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
57

Fig.8.7

 liniile de sudură să fie în zone nesensibile;

Fig.8.8

 poziționarea digului să fie cât mai m ai departe de locul unde frontul de curgere
se bifurcă în canale de curgere groase și subțiri. Frontul întârzie în zonele mai
înguste și pierde căldură, în timp ce zonele mai groase se umplu necesitând doar
presiunea curentă.Frontul de material în zonele s ubțiri poate înghiți fără să se
mai facă umplerea;

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
58

Fig.8.9

Fig.8.10

 proiectarea rețelei astfel încât digul să înghețe când s -a făcut umplerea și
compactizarea adecvată. Nu apare supracompactizarea care cauzează tensiuni
interne excesive în piesă;
 orientarea fibrelor este importantă. Ne arată zonele unde pot exista întreruperi
de fibră. Aici există pericolul fisurii materialului;

Fig.8.11

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
59
 temperatura frontului de curgere: se acceptă o variație de tempertură cuprinsă
între 0 și 20C față de temperatura de injectare. Ideal este că temperatura
frontului de curgere să fie constantă sau cu o variație de max.20C în plus
datorită încălzirii prin forfecare sau în minus datorită răcirii în contact cu pereții
cuibului matriței;

Fig.8.12

 timpul de să fie cât m ai uniform în toate nodurile piesei și cât mai mic.
Nivelul presiunii de menținere în timp ce polimerul se răcește, determină
valoarea contracției volumetrice. O valoare joasă duce la creșterea contracției
volumice și poate determina retașuri, în timp ce o presiune de menținere prea mare
mimizează contracțiile, dar cresc posibilitățiile de apariție a bavurilor. Presiunea de
menținere acționează doar până când topitura de material plastic îngheață.

Fig.8.13

Pentru simularea curgerii în matriță se foloseșt e programul MOLDFLOW.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
60
MPI/FLOW este un modul al softului Mold Flow Insight(MPI) cu ajutorul
căruia se poate simula fazele de umplere și compactizare a procesului de injecție în
matriță a materialelor termoplastice în vederea studierii comportării acestora în timpul
curgerii.
MPI/Flow permite:
 determinarea și vizualizarea cursului frontului de curgere în timpul umplerii
matriței;
 determinarea presiunii de injecție și a forței de închidere necesare;
 optimizarea grosimii pereților piesei pentru a asigura o ump lere uniformă,
minimizarea timpului de ciclu și reducerea costului piesei;
 determinarea pozițiilor liniilor de sudură (fuziune) și deplasare, reducerea sau
eliminarea acestora;
 identificarea eventualelor capcane (bule) de aer și determinarea pozițiilor
acestora pentru o aerisire optimă a matriței;
 optimizarea parametrilor de proces ca: timpul de injecție, viteza de injecție,
temperatura topirii, presiunea de compactizare, timpul de compactizare și
timpul de ciclu;
 determinarea domeniilor din piesă cu cele m ai mari viteze de forfecare, unde ar
putea apărea deformații ale piesei;
 determinarea timpului de solidificare.

Tipuri de analize oferite de MoldFlow:
1. Flow: Analiza curegerii materialului în matriță;
2. Optimum profile analysis: Optimizarea procesului de in jecție din punct
de vedere a vitezei de curgere a topiturii și a presiunii de compactizare;
3. Cool: Analiza influenței răcirii asupra piesei injectate;
4. Warp: Analiza eventualelor probleme de deformare;
5. Stress: Analiza influenței diferitelor încărcări asupra piesei.
Pentru determinarea pozițiilor optime ale digurilor pe suprafețele modelului,
programul ia în calcul următoarele aspecte:
a) procesabilitatea sau posibilitatea de a obține cât mai ușor piesa injectată;
b) realizarea injectării cu o presiune de injectare cât mai mică, posibil
pentru a se produce minimum de viteze de forfecare și minimum de
tensiuni de forfecare;
c) grosimile de pereți;
d) lungimiile drumurilor de curgere și rezistența acestora la curgere.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
61
Pentru determinarea domeniului celor mai bune condiții d e injectare pentru
modelul dat, programul utilizează ca și date inițiale geometria piesei, a sistemului de
injectare și datele specifice materialului ales din baza de date a programului.
Determinarea domeniului optim se face pentru principalii 3 parametri i ai
procesului de injectare care sunt:
 temperatuta topiturii;
 temperatura matriței;
 timpul de injectare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
62
9. Concluzii

Ameliorarea continuă a produselor și creșterea performațelor acestora simultan
cu reducerea ciclului și costurilor de fabricație, au impus în ultimii ani printre aletle ți
tehnica RE.
În mod special în procesele de fabricație prin injecție a produselor din materiale
plastice și a sculelor aferente (matrița), se impune tot mai mult optimizarea concepției
astfel ca timpul necesar fabricației să fie cât mai scurt prin asimilarea conceptului
dezvoltării rapide a aunui produs. În acest domeniu , tot mai des produsele devin
organice ca formă (free form), iar proiectarea CAD -CAM devine dificilă.
Utilizarea tehnicii RE permite ca un produs 3D sau un model să poată fii rapid
transformate într -o formă diitală, apoi remodelate și pregătite pentru prototipare rapidă
sau chiar fabricare rapidă.
Un deziderat major este acela ca aceasta tehnică a RE să ofere suficiență
satisfacție din punct de vedere al performanției tehnice, dar și suficient de accesibilă
din punct de vedere al costurilor.
RE este de obicei eficientă din punct de vedere al costului doar dacă produsele
destinate RE necesită ă investiție ridicată,sau vor fi reproduse î n cantități mari (cazul
injectării în matriță), RE.
În urma celor 3 simulări se pot trage următoarele concluzii:
1. Pentru obținerea unor piese de calitate, abordarea procesului injecției cu
calculatorul ne oferă mai multe avantaje:
– la piese complexe,cum est e și cazul nostru, la serie de fabricație mare
sau în cazul unor piese de precizie, analiza cu calculatorul se justifică din
punct de vedere al costului cu proiectarea;
– prin simularea procesului de curgere în matriță și prin analiza
parametrilor și sistemu lui, calculatorul oferă tehnologului și
proiectantului de piesă și matriță, informațiile inițiale prețioase care fac
ca esperiența tehnologică să fie complectată astfel încât să fie eleiminate
erorile de proiectare și execuție în matriță;
– injectarea pe maș ini de injectat performante,dotate cu CNC, permit
optimizarea parametriilor mașinii astfel încât să se obțină piese de
calitate superioară.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
63
Rezultatele simulării a demonstrat că analiza FMA a dus la propunerea unor
îmbunătățiri realiste ce conduc la creșterea calității pieselor injectate în condițiile
scăderii costurilor de fabricație.
2. Injectarea materialului termoplastic în matriță este un fenomen complex care
trebuie să ia în considerare parametrii care depind de materialul termoplastic,
mașina de injectat și matrița.
3. Metoda de simulare a curgerii topiturii cu calculatorul prezintă următoarele
caracteristici:
– există programe diverse de analiză atât în 2 dimensiuni, cât și în 3
dimensiuni;
– programele de analiză bidimensionale sunt răspândite,dar sunt depășite
în ultimul timp de programele de analiză tridimensionale;
– programele tridimensionale permit optimizarea procesului analizând
variante diverse de soluții. Se alege astfel în mod optim materialul
termoplastic, punctul de injectare, parametrii de injectare,etc.;
– cu aceste programe se pot face simulări de răcire și calcul de tensiuni
remanente putând astfel să sesizăm defectele pieselor in jectate;
– prin aceste programe se pot vizualiza fronturile de curgere, tempe raturile
în timpul procesului de curgere etc.;
– deși sunt scumpe programele, se justifică la analiza pieselor complexe cu
pretenții calitative și serii mari de fabricație .

4. În urma simulării proce sului de i njectare , constanta are următoarele aspecte:
– datele de simulare obținute pe calculator pot fi date utile pentru
tehnologul de la injectare;
– apar o serie de elemente tehnologice noi care trebuie să le regleze
tehnologul la mașina de injectat astfel încât procesul de injectare să fie
optim;
– prin experiment se pot evita greșelile de proiectare și execuția matriței
care pot influența negativ calitatea piesei injectate;
– prin folosirea unui amestec de materiale, cu culori diferite se pot
vizualiza fronturile de curgere și se pot pune în evidență l iniile de
întâlnire;
– simularea poate fi asimilată în practică cu “punerea la punct ” a matriței
după execuție în vederea optimizării procesului de injectare.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
64
10. Bibliografie

1. Achim Ioan, Moise, Mircea Risteiu, Manuela Kadar, Gheorghe Onețiu,
Emil Ceuca Quality and Efficiency in Student Services (University
Canteens and Dormitories)" 1 Decembrie 1918" University, Alba Iulia
ROMANIAN HIGHER EDUCATION AND THE EUNET PROJECT
,British Council,2005 București.
2. Constantinescu D., Lungu M., Materiale Plastice, 37 nr. 3/2000, p. 154 –
161.
3. Crai, A., Iancau, H., Onetiu, G., Sabau, E., Popescu, C., The influence of
wall thickness for the parts made of thermoplastics injected on the process
parameters, 9th International Scientific Conference – AUTOMATION IN
PRODUCTION PLANNING AND MANUFACTURING, 05 -07 May
2008, Zilina, Slo vacia.
4. Drăgulănescu N. Studiul calității produselor și serviciilor, Ed.Niculescu,
2000
5. Drăgulănescu N, Drăgulănescu M. Managementul calității serviciilor, Ed.
AGIR, 2003
6. Fetecău, C., (2008). Prelucrarea maselor plastice .
7. Grozav S,Onetiu,Gh.,Oprea O.,Automa tisation instalation for the calculus
of contact area for circular pieces in the case of deformation by orbital
forging,International Scientific Conference ,24 -24 november 2010 ,Poznan
,Poland .
8. Sorin -Dumitru GROZAV, Gheorghe ONEȚIU, Mircea BEJAN, Mihaela
SUCIU, Ovidiu -Vasile OPREA: A MODEL TO OBTAIN THE
RELATIVE SPIRAL FEED DURING COLD ORBITAL
DEFORMATION, Metalurgia Inter national vol XVI .
9. Hancu L., Iancău H. – „‟ Tehnologia materialelor nemetalice. Tehnologia
fabricarii pieselor din materiale plastice‟‟ Ed. Alma Mater,Cluj –
Napoca,2003

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
65
10. Hinescu Arcadie , Ionela Paven, Gheorghe Onețiu, Improving the Labour
Efficincy and Assuring the Quality Trough Creativity and
Standards,SEMINAIRE INTERNATIONAL,le 5 -6 nov.2004 Targoviste .
11. Hinescu Arcadie, Malina Cordoș, Gheorg he Onețiu,Un concept modern –
Casa Europeana a calității,transpunerea în Romania a sistemelor de
management al calității din Uniunea Europeana,SESIUNEA DE
COMUNICĂRI ȘTII NȚIFICE 7 -9 mai 2004 Alba Iulia.
12. Hinescu Arcadie, Ionela Paven, Gheorghe Onețiu, Influen ța clusterului
asupra creșterii competitivității și eficienței firmei, REVISTA DE
COMERT Nr.7 iulie 2004 Ed.TRIBUNA ECONOMICA .
13. Hinescu,A.,Onetiu,Gh.,Mihon,S.,Managementul calitatii, Edit ura
Aeternitas, Alba Iulia 2003.
14. Hinescu,A.,Onetiu,Gh.,Managementul total al calitatii,Editura Risoprint
Cluj-Napoca 2004.
15. Hinescu,A.,Fleser N.,Dragolea L.,Onetiu,Gh.Management ,Edit ura
Risoprint Cluj -Napoca 2006.
16. Iancău, H., Tero, M., Onețiu, G., Hancu, L., Contribution Concerning the
Resin Transfer in the RTM Procedure of Producing Composed Material
Device, Buletinul Institutului Politehnic Iași, p.l 13.
17. Iclănzan T. Plasturigie: tehnologia prelucrării materialelor plastice.
Editura Politehnica, 2003 Timișoara.
18. Iclăzan T. Tehnologia prelucrării materialelor plastice și compozite.
Editura politehnica, 2006 Timișoara.
19. Ion Jinescu V., Măsurarea temperaturii la mașini pentru prelucrarea
materialelor termoplastice, a cauciucului și a arnestecurilor din cauciuc.
Materiale Plastice nr. 4, 1971.ică A. Managementul calității, Ed. Focus,
2006.
20. Jinescu V., V. Proprietățile fizice și termodinamice materialelor plastice.
Editura Tehnică, 1979.
21. Nicolae Bârsan PIPU, Al. Isac MANIU, Viorel Gh. VODĂ. Defectarea.
Modele statistice cu aplicații, Editura Economică, 1999.
22. Oprea C., Vasiliu, B ulacovshi V., Constantinescu Al. Polimeri. Structură
și proprietăți.Editura Tehnică București,1986.

Universitatea Petru Maior din Tg.Mureș Ana Boilă
66
23. Sereș I. Modelarea și optimizarea procesului de injectare a materialului
termoplastic cu influență asupra calității pieselor injectate, Teză de
doctorat, Or adea 2003.
24. Șereș I. Injectarea materialelor termoplastice. Editura Imprimeriei de Vest,
Oradea, 1996.
25. Șereș, I. Materiale termoplaste pentru injectare. Tehnologie. Încercări.
Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 2001.
26. Teodorescu Nicoleta, Renert M., Materi ale Plastice, 31, nr. 1, 1994, p.53 –
60.
27. Tudose R.Z., Volintiru T., Asandei N., Lungu M., Merica E., Ivan Gh.
Reologia compușilor macromoleculari, Vol 1, Editura Tehnică București,
1982.