Proiectarea Unei Matrite de Injectat Materiale Plastice cu Doua Cuiburi Diferitedoc
=== Proiectarea unei matrite de injectat materiale plastice cu doua cuiburi diferite ===
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
DOMENIUL – INGINERIE INDUSTRIALĂ
PROGRAMUL DE STUDIU – TCM
FORMA DE INVĂȚĂMÂNT – CU FRECVENȚĂ
PROIECTAREA UNEI MATRIȚE DE INJECTAT MATERIALE PLASTICE CU DOUĂ CUIBURI DIFERITE
Coordonator stintific:
Conf. dr. ing. MIHĂILĂ ȘTEFAN
Absolvent:
ȘERB DORU CONSTANTIN
ORADEA
2016
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ
Departamentul : INGINERIE INDUSTRIALĂ
TEMA Nr.
Lucrare de finalizare a studiilor a studentului ȘERB DORU CONSTANTIN
1). Tema lucrării de finalizare a studiilor:
PROIECTAREA UNEI MATRIȚE DE INJECTAT MATERIALE PLASTICE CU DOUĂ CUIBURI DIFERITE
2). Termenul pentru predarea lucrării 30.06.2016
3). Elemente inițiale pentru elaborarea lucrării de finalizare a studiilor
TITLUL LUCRARII, BIBLIOGRAFIE, NUMĂRUL DE CUIBURI ALE MATRITEI DE INJECTAT, MATERIALUL DIN CARE ESTE EXECUTATA PIESA DIN PLASTIC.
4). Conținutul lucrării de finalizare a studiilor
PREZENTAREA GENERALE A MATERIALELOR PLASTICE
PROCESUL TEHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI
PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT
. PROIECTAREATEHNOLOGIEI DE EXECUTIE A REPERULUI BUCSA ARUNCĂTOARE
PROIECTARA DISPOZITIVULUI DE FIXARE A PIESEI BUCSA ARUNCĂTOARE
STABILIREA SCULELOR ASCHIETOARE
MASURI PRIVIND SECURITATEA ȘI SĂNĂTATEA IN MUNCĂ.
BIBLIOGRAFIE.
5). Material grafic:
DESEN ANSAMBLU MATRITA DE INJECTAT, PLANE DE OPERATII REPER, DESEN ANSAMBLU DISPOZITIV
6). Locul de documentare pentru elaborarea lucrării: S.C. PLASTOR S.A, S.C. UAMT S.A, BIBLIOTECA UNIVERSITATII ORADEA.
7). Data emiterii temei 1. XI. 2015
Director departament: Conducător știintific:
Prof.dr. ing. BLAGA FLORIN conf. dr. ing. MIHĂILĂ ȘTEFAN
Absolvent,
ȘERB DORU CONSTANTIN
DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE
A
LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR
Titlul lucrării ________________________________________________________ ________________________________________________________
________________________________________________________
Autorul lucrării ___________________________________________________
Lucrarea de finalizare a studiilor este elaborată în vederea susținerii examenului de diplomă / disertație organizat de către Facultatea_____________________________________________ din cadrul Universității din Oradea, sesiunea____________________ a anului universitar ___________
Prin prezenta, subsemnatul (nume, prenume, CNP)____________________________________________________
, declar pe proprie răspundere că această lucrare a fost elaborată de către mine, fără nici un ajutor neautorizat și că nici o parte a lucrării nu conține aplicații sau studii de caz publicate de alți autori.
Declar, de asemenea, că în lucrare nu există idei, tabele, grafice, hărți sau alte surse folosite fără respectarea legii române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.
Oradea, Semnătura
________________
Data_______________
REZUMAT
In lucrarea de fata se prezinta o serie de aspecte legate de modalitatile de proiectare a unui produs din material plastic precum si etapele de procesare astfel incat se urmareste obtinerea unui timp de executie scazut si o calitatate superioara. Se prezinta de asemenea etapele de proiectare a unei matrite de injectat pornindu-se de la dimensionarea cuiburilor, proiectarea sistemelor de racire, aerisire si aruncare, in final se efectueaza o serie de calcule de verificare a unor elemente principale din componenta matritei.
In continuare se prezintă tehnologia de executie a reperului bucșă aruncătoare ce face parte din componenta matritei, se intocmesc toate calculele necesare in vederea optimizării procesului de fabricatie. Tot in cadrul acestui capitoll se elaboraeză un program CAM in vederea prelucrării piesei astitate de calculator.
In ultima parte a lucrării se prezintă dispozitvul utilizat la prelucarea reperului stabilit, se aleg sculele necesare din catalogul de scule tinandu-se cont de mai multe criterii respectv pretul de cost, regimuri de lucru etc.
In final se prezinta o serie de aspecte legate de sanatatea si securitatea in munca cu referire la activitaea de procesare a materialelor plastice, precum si atelierele de prelucrări prin așchiere .
CUPRINS
Introducere
CAP.1. PREZENTAREA GENERALĂ A MATERIALELOR PLASTICE…………………..8
1.1. Importanta materialelor plastice……………………………………………………………10
1.1.1. Avantajele materialelor plastice……………………………………………………13
1.1.2. Inconvenientele materialelor plastice……………………………………………13
1.2. Reciclarea materialelor plastice……………………………………………………………14
1.3. Tehnologia de injectare a materialelor plastice……………………………………….15
1.4. Descrierea procesului tehnologic de injectare a materialelor plastice…………16
1.5. Procesul de curgere al topiturii in matrita……………………………………………….18
CAP.2. DESCRIEREA PROCESULI TEHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI DIN MATERIAL PLSTIC…………………….,,,,,,…………………………………………………….20
2.1. Caracteristicile materialului termoplastic utilizat pentru injectare………………20
2.2. Alegerea materialului plastic……………………………………………………………….20
2.2.1. Comportareapolietilenei la actiunea unor agenti chimici…………………21
2.2.2. Date tehnologice utilizate in injectarea polietilenei de joasa
densitate…………………………………………………………………………………………………….21
2.2.3. Proprietati de utilizare ale polietilenei de inalta densitate………………..21
2.2.4. Particularitati de injectare ale polietilenei……………………………………..21
2.3. Criterii de proiectare a formei si dimensiunilor piesei………………………………22
2.4. Sisteme CAE pentru piesa injectata……………………………………………………..24
2.4.1. Obiectivele sistemului…………………………………………………………………25
2.5. Tehnologia reperului…………………………………………………………………………..26
2.5.1. Alimentarea utilajului cu materie prima………………………………………….26
2.5.2. Dozarea materiei prime………………………………………………………………26
2.5.3. Injectarea si comprimarea materialului plastic in matrita………………….27
2.5.4 Solidificarea si racirea piesei………………………………………………………..27
2.5.5. Scoaterea piesei din matrita………………………………………………………..28
2.5.6. Durata totală a ciclului de injectare……………………………………………..28
2.6. Alegerea utilajului pentru injectat…………………………………………………………30
CAP.3. PROIECTAREA MATRITEI DE INJECTAT…………………………………………..31
3.1. Introducere……………………………………………………………………………………….31
3.2. Sisteme CAD/CAM la realizarea matritei……………………………………………….33
3.3. Fabricarea matritei cu ajutorul calculatorului………………………………………….34
3.4. Stabilirea procedurilor de injectare si a numarului de cuiburi……………………35
3.5. Proiectarea sistemului de injectare……………………………………………………….37
3.5.1. Alegerea diametrului duzei de injectare din matrita…………………………37
3.5.2. Alegerea sectiunii si traseului canalului de distributie……………………..38
3.5.3. Dimensionarea cuiburilor in functie de contractia materialului………….38
3.6. Verificarea posibilitatii de realizare a piesei prin injectare…………………………40
3.6.1. Forma si dimensiunile piesei……………………………………………………….42
3.7. Proiectarea sistemelor conexe……………………………………………………………..43
3.7.1. Proiectarea sistemului de aerisire…………………………………………………..43
3.7.2. Proiectarea sistemului de racire a matritei……………………………………….44
3.7.2.1. Determinarea ecuatiei generale de bilant termic in matrita…………..45
3.7.3. Proiectarea sistemului de aruncare si separare a piesei…………………….46
3.7.4. Proiectarea sistemului de centrare- conducere…………………………………47
CAP.4. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCȚIA MATRIȚELOR………………….49
4.1. Oțeluri………………………………………………………………………………………….49
4.1.1. Oțeluri de uz general……………………………………………………………….49
4.1.2. Oțeluri pentru cementare………………………………………………………….50
4.1.3. Oțeluri pentru călire…………………………………………………………………51
4.1.4. Oțeluri de îmbunătățire…………………………………………………………….52
CAP. 5. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUTIE A REPERULUI BUCSA ARUNCATOARE…………………………………………………………………………………………..54
A. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE CLASICĂ…………….54
5.1. Alegerea semifabricatului……………………………………………………………….54
5.2. Stabilirea itinerarului tehnologic………………………………………………………55
5.3. Calculul adaosului de prelucrare și a dimensiunilor intermediare…………55
5.4. Calculul regimurilor de aschiere………………………………………………………60
. 5.5. Calculul normei tehnice de timp………………………………………………………68
B. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE ASISTATA DE CALCULATOR CAD-CAM……………………………………………………………………………..76
CAP. 6. PROIECTAREA SDV-EURILOR NECESARE……………………………………….87
6.1 Proiectarea unui dispozitiv de frezat…………………………………………………87
6.1.1. Determinarea forței de strângere realizată de dispozitiv…………….88
6.1.2. Calculul de verificare al șurubului………………….….………………88
6.2. Proiectarea burghiului elicoidal de Ø22mm ……………………………………..91
6.2.1. Calculul avansului de lucru…………………………………………………….91
6.2.2. Calculul forței axiale la găurire………………………………………………..92
6.2.3. Calculul forței principale de așchiere……………………………………….92
6.2.4. Calculul momentului de torsiune………………………………………93
6.2.5. Calculul puterii……………………………………………………………………..93
6.2.6. Calculul pasul elicei…………………………………………………….94
6.2.7. Calculul unghiului de înclinare al canalelor elicoidale…………………94
6.2.8. Calculul parametrilor geometrici………………………………………………94
CAP. 7. NORME DE SANATATE SI SECURITATE IN MUNCA…………………………..95
PENTRU ATELIERELE DE PROCESARE MATERIAL PLASTIC………………95
PENTRU ATELIERELE DE PRELUCRĂRI METALICE PRIN AȘCHIERE….96
CAP.1. PREZENTAREA GENERALA A MATERIALELOR PLASTICE
In ultimii ani, dezvoltarea rapidă a tehnologiei informației, a producției de automobile și avioane, precum și a ambalării produselor alimentare au depins în mare măsură de existența unor anumite produse din material plastic. In prezent, un număr mare de producători internaționali de automobile au uzinele lor proprii de asamblare.
Primele materiale plastice au fost produse din transformarea materialelor naturale. în anul 1859 au apărut fibrele vulcanizate, în 1869 a aparut celuloidul și în 1897 galitul. Primul material sintetic apărut (1908) a fost rășina fenolformaldehidică numita bachelită. Exista numeroase procedee de fabricare a materialelor plastice. O galeată, o sticlă, o cască de motociclist, o planșă de windsurfing sunt toate fabricate din diferite tipuri de plastic. Pentru fiecare obiect, trebuie ales materialul plastic care are calitățile cele mai potrivite: suplețe, rigidate, rezistență la șoc, elasticitate, transparență, greutate mică.
Plasticele termorigide se folosesc la fabricarea obiectelor prelucrate manual sau a celor care necesită o fabricație îngrijită. Așa se fabrică ambarcațiunile, piesele de caroserie, barele de protecție etc. în industrie se utilizează două procedee de tragere în formă a obiectelor din plastic.
Suflarea este folosită pentru fabricarea obiectelor care au interiorul gol, cum sunt mingile, flacoanele, sticlele, popicele. Materia plastică încălzită coboară în formă, în care se injectează apoi aer. Aceasta are ca efect întinderea materialului cald pe pereții interiori ai formei.
Metoda cea mai utilizată este însă injectarea. Este folosită mai ales pentru fabricarea obiectelor cum sunt pieptenii, periuțele de dinți, ustensilele de bucătărie. Materia plastică intră sub forma de granule într-o mașină de injectare. Prin încălzire, ea este transformată într-o pastă mai mult sau mai puțin groasă, care este apoi injectata în formă și răcită printr-un circuit de apa. Masele plastice sunt folosite, cu mici excepții, în toate domeniile de activitate. Această performanță de pătrundere în mai toate sectoarele de activitate se datorează proprietăților lor de neegalat vis-a-vis de celelalte materiale: sunt anticorosive, electroizolante, au greutăți specifice mici, au proprietăți mecanice bune, cost scăzut, aspect exterior plăcut, se pot prelucra atât pe cale mecanică tradițională cât și prin procedee specifice cum ar fi injecția lor, se pot acoperi cu vopsea sau prin galvanizări, permițând în felul acesta să capete aspectul dorit de către proiectant. Există însă și unele proprietăți care fac dezavantajoasă utilizarea maselor plastice, cum ar fi micșorarea rezistenței mecanice cu creșterea temperaturii, coeficientul de dilatare mare, coeficientul de transmiterea căldurii mic, etc.
In ultimii 10 ani, sectorul de prelucrare a materialelor plastice s-a dezvoltat foarte rapid. Astfel, consumul de materiale plastice pe cap de locuitor în Europa Centrală a ajuns să fie la un nivel aproximativ egal cu cel din Europa de Vest (60-80 kg/an). în Europa de Est însă, consumul pe cap de locuitor este mai mic (20-50 kg/an), nivelul tehnologic fiind ceva mai scăzut. Cu toate acestea, s-au construit multe fabrici de prelucrare a materialelor plastice, în decursul anului 2007 au fost prelucrate prin extrudere, suflare și injectare, aproximativ 9.600 ktone de materiale plastice, astfel: PE 37%, PP 22%, PVC 17%, PET 11%, PS 10%, și altele 3%, având drept scop utilizarea în industria de ambalaje și industria de construcții, fiind urmate de piața produselor tehnice, a produselor de uz casnic și piața agricolă.
In perioada 2008-2011 toate țările au trecut printr-o criză mondială,în majoritatea țărilor europene economia începe să își revină, înregistrând astfel pentru prima oară, un trend ușor ascendent față de primul trimestru al anului.
Și în România, datele statistice arată o îmbunătățire a activității economice per total industrie, chiar dacă efectele crizei mondiale nu au fost complet îndepărtate.
Comparativ cu situația înregistrată anul trecut la nivelul primului semestru, previziunile sunt optimiste și se bazează pe realizările pozitive obținute pe parcursul anului 2011, precum și a celor de la începutul anului curent.
Astfel, în trimestrul I 2012 comparativ cu trimestrul I 2011, în sectorul fabricării cauciucului și a maselor plastice s-au înregistrat creșteri ale următorilor indicatori economici:
producția industrială: +20,2%;
indicele de productivitate a muncii: +16,28%;
indicele valoric al cifrei de afaceri pe total (piața internă și piața externă): +28,35%.
In luna martie 2012, comparativ cu luna februarie 2012, creșteri semnificative de prețuri sau înregistrat la produsele din cauciuc și mase plastice de +1,9%.
Numărul mediu de salariați din sectorul fabricării produselor de cauciuc și mase plastice a înregistrat un trend descendent de-a lungul anului 2011, dar pentru trimestrul I al anului 2012 s-a trecut ușor în sfera pozitivă, înregistrându-se o ușoară creștere a acestuia, cu 3,26% față de trimestrul anterior.
Materialele plastice sunt prelucrate pentru a obține produse tehnice, după cum urmează: industria de construcții 15%, industria de ambalaje 35%, electrice și electronice 15%, industria automobilelor 15%, utilizări în domeniul agriculturii 5%, uz casnic 10% și altele 5%.
Comerțul exterior in luna ianuarie a anului 2012, volumul exporturilor de cauciuc și mase plastice a constituit 142,1 mii euro, cu 29,63% mai mult față de aceeași lună a anului precedent, iar volumul importurilor a totalizat 176,3 mii euro, cu 25,58%) mai mult față de aceeași lună a anului precedent. Creșterea volumului operațiunilor de export-import s-a datorat unei dinamici pozitive realizate cu toate țările partenere, cea mai mare contribuție fiind determinată de țările Uniunii Europene.
Perspectivele pe parcursul anului 2012 se preconizează că economia va avea o evoluție pozitivă, aceasta datorându-se atât factorilor interni (consum intern, investiții interne) cât și externi (comerț exterior, investiții străine directe, finanțări internaționale). Tendințele economiei vor fi în continuare influențate mai mult de cererea externă.
Atragerea investițiilor străine și crearea de noi locuri de muncă rămân o prioritate pentru a asigura o creștere economică durabilă si pentru a opri exodul forței de muncă peste hotare. Potrivit unui sondaj al INS (Institutul Național de Statistică) „toate domeniile economice au întregistrat o creștere în perioada iunie – august 2012". Pentru sectorul de fabricare a produselor din cauciuc și mase plastice se așteaptă o creștere mult mai accentuată decât pe total (sold conjunctural +15%).
Importanța materialelor plastice
In ultimele decenii materialele plastice ocupă un loc foarte important în societatea modernă înlocuind tot mai mult materialele metalice, ceramice și lemnoase.
Producția mondială de materiale plastice s-a dezvoltat în ultimele 4 decenii într-un ritm foarte rapid, având o creștere medie de 12% ceea ce înseamnă dublarea producției la un interval de aproximativ 7-8 ani, în ciuda unei relative încetiniri a extracției de petrol și gaze, cele două surse primare de materii prime în fabricarea lor.
In figura de jos se reprezintă grafic evoluția producției mondiale de materiale plastice.
Fig..11. Prezentarea grafică a producției mondiale de componente din material plastic.
Principalele resurse sunt petrolul și gazele naturale, folosirea altor resurse, materiale pentru satisfacerea nevoilor actuale ale economiei mondiale ar presupune creșterea de 6 ori a producției de bumbac pentru înlocuirea fibrelor sintetice, de 5 ori producția de cauciuc natural ș.a.m.d. O asemenea situație ar fi imposibila și chiar in ciuda creșterii prețului la gaze și petrol plasticele sunt indispensabile datorită avantajelor pe care le prezintă în comparație cu celelalte materiale disponibile în lume la ora actuală.
Utilitatea materialelor plastice este foarte diversificată: industria de construcții, industria mobilierului, industria ambalajelor, industria textilă, industria de aparate electronice si mecanice, industria aerospațială și aeronautică, artă, optică etc.
Din punct de vedere al comportării termomecanice se deosebesc următoarele grupe de polimeri:
termoplastice;
duroplastice;
elostameri.
Substanțele în natură se prezintă în 4 stări de agregare: solidă, lichidă, gazoasă și plasmă. Compușii macromoleculari exista numai în stările de agregare condensate, solidă și lichidă.
Pentru caracterizarea proprietăților compușilor macromoleculari starea de fază care reprezintă o porțiune dintr-un sistem omogen din punct de vedere al compoziției chimice si proprietăților, separată de restul sistemului prin suprafețe nete. Se deosebesc două stări de fază ale polimerilor:
cristalină;
amorfă.
Starea de fază cristalină : se caracterizează prin aranjarea pachetelor de macromolecule flexibile in forme regulate formând rețele spațiale. Pachetul care cristalizează, posedă limite de separație și tensiune superficială, însușiri caracteristice substanțelor cristaline.
Starea de fază amorfă: este opusul fazei cristaline implicând elemente structurale neordonate și fără simetrie.
La compușii macromoleculari în afara stărilor de agregare și de fază se definește și conceptul de stare fizică. Polimerii amorfi se reprezintă în trei stări fizice: viscoelastică, înalt elastică, vitroasă. Acestea se deosebesc între ele printr-o serie de proprietăți din modificarea cărora se determină temperaturile de transformare dintr-o stare în alta, cât și dependența lor de structura și proprietățile polimerilor.
Temperaturile caracteristice ale polimerilor sunt: temperatura de vitrifiere Tv, temperatura de curgere Tc, temperatura de fragilizare Tb, temperatura de topire Tt, temperatura de degradare termică Td.
Temperatura de vitrifiere Tv reprezintă temperatura până la care se menține starea sticloasă caracterizată de deformații elastice foarte mici.
Temperatura de curgere Tc reprezintă temperatura până la care se menține starea înalt elastică. Această temperatură este un interval pentru fiecare material.
Temperatura de fragilizare Tb este temperatura minimă până la care materialul nu este casant.
Temperatura de degradare termică Td este temperatura la care începe descompunerea polimerului sub influența căldurii. Cu cât gradul de polimerizare este mai mare, cu atât stabilitatea termică este mai mică.
Temperatura de topire Tt este caracteristică polimerilor cristalini și marchează trecerea de la starea cristalină solidă la starea lichidă. Polimerii cristalini au temperatură de topire bine definită, iar polimerii semicristalini se caracterizează atât prin temperatura de topire cât și prin temperatura de vitrifiere.
Polimerii numiți “cristalini ” sunt de fapt semicristalini cu grad de cristalinitate mai mare de 90%.
Avantajele materialelor plastice
Principalele avantaje sunt:
prezintă o mare diversitate a caracteristicilor mecanice și chimice.
materialele de sinteză posedă proprietăți ce nu se întâlnesc la materialele naturale și plasticitatea lor permite realizări altădată imposibile;
materialele plastice se caracterizează prin facilitatea și diversitatea procedeelor de prelucrare la cadențe de fabricare ridicate în raport cu materialele tradiționale. Se pot realiza în serie mare și masă o serie largă de obiecte rigide sau suple, mici sau mari, volumice sau cave, cu pereți subțiri sau groși, colorate sau transparente;
materialele plastice se caracterizează prin cost energetic redus al sintezei și transformării lor în produs;
polimerii reprezintă densități reduse deci sunt considerați ușori în comparație cu celelalte materiale;
reciclarea materialelor este o operație ușoara și rentabilă. Materialul de reciclat se toacă și se amestecă în proporție de 20 – 30% cu material brut.
1.1.2. Inconvenientele materialelor plastice
În comparație cu materialele tradiționale (materiale. metalice, lemn, ceramice)
materialele plastice prezintă următoarele dezavantaje:
cu cateva excepții prezintă proprietăți de rezistență mecanică relativ reduse, deci nu se pot folosi la realizarea pieselor care sunt supuse la solicitări mecanice importante. Trebuie reținut faptul că orice mașină are în componența sa un mare număr de piese ce nu au rol funcțional și care pot fi realizate din materiale plastice;
nu sunt biodegradabile, aceasta find o problemă din punct de vedere a protecției mediului. Soluția este realizarea plasticelor fotodegradabile si hidrodegradabile.
materialele plastice pot degaja produse toxice în timpul arderii lor. Ca și lemnul și hârtia, ce mai mare parte de materiale plastice se aprind foarte ușor. Acesta e un important criteriu de alegere a materialelor pentru anumite utilizări ca: pentru decorațiuni interioare se vor utiliza materiale plastice cu rezistență mare la aprindere și care nu degajă prin ardere gaze toxice. În acest sens cercetările au fost și sunt foarte extinse, iar rezultatele nu întârzie să apară.
1.2. Reciclarea materialelor plastic
Descompunerea naturală a plasticului în mediul înconjurător necesită peste 500 de ani din cauza materialelor care îl alcătuiesc. Cu toate ca unele mase plastice par a fi identice, in realitate sunt grupe de materiale diferite cu o structura moleculara diferita. Activitatea de reciclare mase plastice depinde de procesul de a le separa pe fiecare in parte. Utilizarea materialelor plastice prezintă probleme de identificare, separare si decontaminare. Spectrometrul este una din tehnicile utilizate pentru a asigura precizia identificării acestor materiale care, dupa procesare, sunt deseori folosite in manufacturarea echipamentelor electronice si electrice noi.
Activitatea de reciclare mase plastice reprezintă cea mai mare provocare in realizarea economica privind colectarea de material suficient segregat pentru a face reciclarea viabila. Costul de colectare a materialelor in cantitati mici de la o multitudine de surse este principalul obstacol in dinamizarea progresului de reciclare a multor polimeri. In unele tari, politicile administrative isi asuma o mare responsabilitate in recuperarea de ambalaje si alte produse. Aceasta "responsabilitate" presupune dezvoltarea procesului de reciclare mase plastice prin acoperirea unor elemente ale costurilor comerciale tradiționale – inițial prin manufacturare si distribuire, si in final de către consumator prin preturile de producție ușor crescute.
Activitatea de reciclare mase plastice a diferitelor tipuri de plastic prezintă o problema in ceea ce privește incompatibilitatea polimerilor. Introducerea asa – numiților " compatibilizatori" care creaza stabilitate polimerica intre legaturile dintre structura diferita a moleculelor, faciliteaza utilizarea de combinații. Compatibilizatorii pot face deja posibila producerea unui tip de aliaje de plastic din materiale de calitate inferioara.
Exista șapte tipuri diferite de materiale plastice. In vederea realizarii unui corect proces de reciclare mase plastice puteti determina tipul plasticului privind aproape in partea de jos a recipientului. Acest număr corespunde gradului materialului din plastic. Gruparea separata pe tip de material este obligatorie inainte de a recicla. Cele mai des intalnite tipuri sunt:
PET( polietilen tereftalat)
HDPE ( polietilena de inalta densitate)
PVC ( policlorura de vinilin)
LDPE (polietilena de joasa densitate)
PP ( polipropilena)
PS (polistiren)
Activitatea de reciclare mase plastice este importanta din punct de vedere al conservării resurselor de titei. în tarile Uniunii Europene circa 60 % din totalul deșeurilor de mase plastice colectate sunt valorificate energetic.
1.3. Tehnologia de injectare a materialelor plastice
Datorită apariției a numeroși polimeri noi cu caracteristici foarte diferite, cât și datorită perfecționării tehnologiilor de prelucrare a acestora în ultimii ani, am asistat la o dezvoltare vertiginoasă a industriei materialelor plastice. Factorul principal care a determinat lărgirea accentuată a domeniilor de utilizare specifice polimerilor termoplastici, atât în domeniul bunurilor de consum cât și în sfera aplicațiilor industriale, îl constituie proprietățile fizico-chimice ale acestor materiale.
Un exemplu în acest sens îl constituie compușii macromoleculari termoplastici, ce se caracterizează prin însușirea de a-și modifica foarte puțin proprietățile fizice într-un interval larg de temperatură cuprins între temperatura de topire și temperatura de solidificare.
Studiul variației caracteristicilor fizice în raport cu temperatura a permis să se concluzioneze că produșii macromoleculari termoplastici nu au valori precise ale temperaturii de solidificare și topire. Astfel în cazul solidificării pentru materialul plastic se deosebesc: temperatura de întărire la care încetează orice mișcare microbrowniana și temperatura de casare la care materialul devine friabil. În cazul de topire se definesc: temperatura de înmuiere, la care materialul plastic trece într-o stare vâscoasă, putând suporta deformații plastice preponderente sub acțiunea unor forțe exterioare și temperatura de curgere, la care energia de coeziune intermoleculară scade foarte mult, macromoleculele putându-se deplasa sub acțiunea unor forțe relativ mici.
Tehnologia de injectare a materialelor termoplastice utilizează cu precădere proprietățile acestora în intervalul definit de temperatura de înmuiere și de curgere a compușilor macromoleculari.
Prelucrarea materialelor plastice la cald, sub presiune, în matrițe închise, denumită și tehnologie de injectare, a constituit în mare măsură factorul principal al dezvoltării acestei categorii de materiale, permițând transformarea lor în produse, având cele mai diverse și complexe forme, în condiții de mare responsabilitate și în serii industriale mari.
Matrițarea prin injectare este procedeul cu cea mai mare aplicabilitate, oferind în majoritatea cazurilor piese în formă finită. Aceste piese rezultă în urma unei formări volumice în cavitatea unor scule complexe.
1.4. Descrierea procesului tehnologic de injectare a materialelor plastice
Formarea prin injectare reprezintă procedeul de prelucrare prin care un material macromolecular adus în stare vâscoasă sub acțiunea căldurii, este injectat sub presiune ridicată în cavitatea unei matrițe, 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, poate fi îndepărtat.
Matrițarea pe injectare este un procedeu de serie care permite realizarea unei piese din plastic, de la câteva grame la zeci de kilograme. Limita superioară este relativă și este impusă doar de performanțele tehnice de moment a utilajului.
Procedeul reclamă deci necesitatea simultană în funcționalitate a:
materialului plastifiat sub acțiunea temperaturii și presiunii
sculei purtând cavitatea activă pentru răcire și solidificare
utilajului asigurând parametrii procesului în cadrul unui ciclu de lucru
Un ciclu complet de matrițare prin injectare cuprinde mai multe faze. Cele mai importante sunt:
Procesul de injecție în urma căruia se va obține reperul dorit necesită parcurgerea următoarelor etape:
alimentarea mașinii de injectat cu materie primă
dozarea materiei prime
avansul și termoplastifierea materialului în cilindrul de injectare
injectarea materialului plastic în matriță
comprimarea materialului
solidificarea și răcirea piesei în cavitatea matriței
deschiderea matriței
scoaterea piesei din matriță.
În figura 1.2. este prezentată, în poziție “închisă “ pentru lucru și “deschisă” pentru demulare, schema constructivă de bază a unei mașini de injectat piese din material plastic.
Fig.1. 2.. Schema de principiu a injectării materialelor plastice
Se observă că granulele din material plastic din pâlnia de alimentare 8, a mașini de injectat ajung în cilindru de plastifiere 5. Melcul 7, rotindu-se, transportă materialul plastic în fața dispozitivului de extrudare, determinând împingerea axială a melcului până ce cantitatea de material necesară matrițării piesei este stocată în fața melcului. Un reglaj al distantei de retragere a melcului permite controlul automat al acestei faze. Rotația melcului este asigurata de motorul electric 9, iar mișcările de translație sunt asigurate de un cilindru cu piston acționat hidraulic 10. Plastifierea materialului plastic este asigurata de mișcarea de rotație a melcului 7, cât și de rezistența electrica 6. Injectarea materialului se face prin presarea de către matriță, prin duza 4.
Următoarele faze sunt:
– răcirea materialului plastic în cavitatea matriței 2
– deschiderea matriței și scoaterea piesei (se face la nivelul planului de separație a cavității 2 și prin deplasarea la stânga a semimatriței 1). Revenirea în poziția inițială închisă permite reluarea secvențelor ce determină durata ciclului.
1.5. Procesul de curgere al topiturii în matriță
Modul de curgere al topiturii de material plastifiat în cuibul matriței are o deosebit de mare importanță asupra calității piesei injectate.
Fig.1.3. Schema fazei de injectare în matriță
Topitura de material plastifiat curge în cuibul matriței datorită presiunii aplicate de către melcul mașinii de injectat care în faza de injectare funcționează ca un piston asupra căruia acționează la rândul lui pistonul cilindrului hidraulic de injectare în interiorul căruia acționează presiunea hidraulică de injectare (Pi).vezi figura de mai sus fig.1.3:
În timp ce topitura de material plastic ajunge în contact cu pereții cuibului matriței ea începe să se răcească imediat rezultând un strat de material plastic răcit ce formează un strat termoizolator de material ce îmbracă topitura din interiorul matriței. De aceea temperatura în centrul grosimii de perete al topiturii este mult mai mare decât pe margini și ca urmare fluiditatea topiturii este mult mai mare în centru decât pe margini. Astfel între straturile din exterior și cele din centru apar viteze de curgere diferite care determină un front de curgere asemeni unui balon înfășurat într-o membrană bine întinsă așa cum se vede în figura de mai jos:(efect Fontaine=fântână)
Granița dintre topitura care avansează în interiorul matriței și porțiunea ne-umplută a cuibului matriței se numește front de curgere al topiturii.
In spatele frontului de curgere topitura de material împinge în sensul de înaintare în matriță determinând tensionarea și întinderea frontului ca un balon. Topitura de material nu se deplasează printr-o simplă înaintare în cuibul matriței ci ea ajunge în contact cu suprafața cuibului matriței prin curgerea dinspre centrul grosimii de perete spre frontul de curgere și apoi spre suprafața matriței obținându-se asfel o mișcare de rostogolire a frontului de curgere (ca șenilele unui buldozer) peste suprafețele cuibului matriței determinând un strat superficial bine orientat (bine întins) care apoi prin contactul cu pereții cuibului matriței se răcește și se solidifică rezultând un strat superficial solidificat.
CAP.2. DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI DIN MATERIAL PLSTIC
2.1. Caracteristicile materialului termoplastic utilizat pentru injectare
Pentru alegerea corecta a materialului termoplastic, în funcție de condițiile tehnice care trebuie îndeplinite de produsul sau piesa prelucrată, specialiști angrenați în activitate de concepție a formarii produsului și proiectarea matrițelor trebuie să cunoască proprietățile fizice, mecanice, tehnologice precum și rezistenta polimerilor termoplastici la acțiunea diferiților agenți chimici. De asemenea la alegerea materialelor termoplastice trebuie să se țină cont și de aspectele economice, prețul diferitelor materiale plastice variind în limite foarte mari.Marea majoritate a materialelor termoplastice poate fi prelucrată în condiții bune prin injectare, deoarece nu suferă transformări chimice importante în cursul procesului de prelucrare, exceptând o mică degradare datorită căldurii.
În general, procesul tehnologic de injectare nu diferă esențial pentru diferite materiale termoplastice. Cu toate acestea injectarea materialelor termoplastice prezintă unele particularități, în funcție de tipul materialului, care trebuie cunoscute de către proiectantul de matrițe.
2.2. Alegerea materialului plastic
Materialul ales pentru realizarea piesei în acest caz este polietilena de înaltă densitate. Acest material termoplastic are prețul de cost relativ scăzut și prezintă următoarele proprietăți:
– densitatea normală 0.93 – 0.94 [kg/dmc]
– rezistența la tracțiune 200 [daN/cmp[
– alungirea la rupere 180 – 200 [%]
– duritatea Shore 41 – 46
– temperatura maximă de folosire 80 – 100 [oC]
– conductibilitatea termică 8*10 [cal/s*cm* oC]
– căldura specifică 0.55 [cal/ g oC]
2.2.1. Comportarea polietilenei la acțiunea unor agenți chimici
– Rezistență la acțiunea următorilor agenți chimici: acid acetic, acid clorhidric, amoniac(lichid), carbonat de sodiu, clorura de amoniu, clorura de calciu, clorura de sodiu, glicerina, grăsimi comestibile, lapte, parfum, soluții de săpun, suc de fructe, sulf.
– Prezintă rezistență limitată la acțiunea următorilor agenți chimici: acetone, acid sulfuric, alcool metilic, benzină, petrol, ulei mineral, vaselina.
– Nu rezistă la acțiunea următorilor agenți chimici: alcool etilic, clorofor, eter etilic.
2.2.2. Date tehnologice utilizate în injectarea polietilenei de inalta densitate [14]
– Temperatura de injectare 160 – 280 [oC]
– Presiunea de injectare 600 – 1700 [daN/cmp]
– Temperatura matriței 40 – 70 [oC]
– Contracția 1.5 – 5.0 [%]
– Temperatura de uscare 90 [oC]
2.2.3. Proprietăți de utilizare ale polietilenei de înaltă densitate
Polietilena de înaltă densitate rezistă bine la umiditate și la acțiunea agenților chimici. Are proprietăți mecanice și electrice bune, duritatea fiind mică. Contracția ei este mare și depinde foarte mult de condițiile de prelucrare. Piesele injectate din unele sortimente au deseori tensiuni interne remanente. Polietilena de mică densitate are proprietăți bune de curgere, suprafețe lucioase, colorit excelent.
Acest material termoplastic se întrebuințează pe scara larga în industria ușoară. Exemple: jucării, articole de menaj, articole cosmetice, ambalaje (dopuri si capace), flori artificiale. [14]
2.2.4. Particularități de injectare ale polietilenei
Polietilena se injectează foarte ușor însă proprietățile produsului injectat depind în mare măsură de tehnologia de injectare: în primul rând de alegerea rețelei de injectare, temperatura de injectare, crește rezistența la rupere a piesei injectate și se reduce durata ciclului de injectare.
Pentru mărirea randamentului de injectare se recomandă preîncălzirea granulelor la 60 – 70 oC. Contracția polietilenei este mai mare decât a polistirenului.
La proiectarea și executarea matriței de injectare pentru piese din polietilena, trebuie luată și în considerare contracția. La injectarea polietilenei trebuie acordată o atenție deosebită executării corecte a culeei pentru a obține piese fără locuri de împreunare vizibile. [14]
2.3. Criterii de proiectare a formei și dimensiunilor piesei
Forma și caracteristicile finale ale piesei sunt în corelație cu natura materialului injectat, caracteristicile matriței și chiar tipul utilajului de injectare folosit.
De asemenea, geometria, dimensiunile și masa piesei sunt determinate de condițiile de utilizare.
În figura 2.1 se prezintă fluxul informațional al proiectării unei piese din material plastic în care se observă cele mai importante pachete de software dedicate procesului de injectare.
Fig. 2.1. Fluxul informațional al proiectării unei piese din material plastic[15]
Există o serie de reguli generale ce se impun a fi respectate în legătură cu forma pieselor injectate și anume:
– dimensiunile și masa piesei injectate trebuie să fie cât mai mici
piesa trebuie să aibă o formă cât mai simplă
se vor evita proeminențele și muchiile ascuțite
se va ține cont de contracția piesei.
Pentru realizarea acestor deziderate se vor lua în considerare aspecte legate de:
Punctul de injectare
La alegerea punctului de injectare se vor avea în vedere următorii factori:
– deoarece punctul de injectare lasă o urmă pe suprafața piesei la desprinderea de rețea se recomandă ca el să fie amplasat într-un loc mai puțin vizibil.
– rezistența mecanică este diminuată în locul punctului de injectare și se cere plasarea lui în zonele mai puțin solicitate.
– curgerea materialului impune plasarea punctului de injectare astfel încât umplerea cuiburilor să se facă în toate zonele.
– natura funcțională impune ca punctul de injectare să fie amplasat preferențial pe axele de simetrie ale pieselor. Având în vedere cele enunțate mai sus, capătul liber al reperului mâner va avea o formă semisferică iar punctul de injectare va fi amplasat pe această suprafață și totodată pe axa de simetrie a piesei.
Fig. 2.1. Reprezentarea punctului de injectare
Planul de separație
Așezarea în matriță a cuiburilor și implicit a piesei trebuie să permită o scoatere simplă prin alegerea planului de separație, in cazul de față luându-se în considerare faptul că rețeaua de injectare se află în alt plan de separație pentru a cărei eliminare este nevoie de o deschidere suplimentară a matriței, aceasta va fi prevăzută cu două plane de separație.
Planurile de separație sunt deschise în general în mod forțat cu ajutorul unor elemente mecanice, înaintea planului de separație principal adică planul de deschidere al matrițe pentru eliminarea piesei injectate.
Fig. 2.2. Reperezentarea planului de separatie
2.4. Sisteme CAE pentru piesa injectată
In cazul pieselor injectate se impune problema integrării soluțiilor propuse de sistemele CAD, CAE și CAM. Acest sistem integrat presupune o accesibilitate bună la sistemele CAD precum și realizarea pieselor injectate și a matrițelor, tratate din punct de vedere termic, mecanic și reologic[3]. Analiza aprofundată a piesei injectate face obiectul a diferite sisteme de calcul care determină soluții cu rezultate foarte bune în practică.
2.4.1.Obiectivele sistemului
Din punct de vedere al evoluției pieselor injectate din material termoplastic se pun următoarele probleme: scurtarea timpilor de desfășurare, scăderea costurilor, creșterea calității produselor.
Scurtarea timpilor de desfășurare. Timpul necesar pentru realizarea unei matrițe-prototip întârzie producția de serie, însă se remarcă reducerea numărului modificărilor necesare pentru matrița de serie. Se creează astfel timp pentru modificări care nu erau până acum posibile, micșorându-se pericolul rebuturilor calitative.
Scăderea costurilor. Proprietățile pieselor din material termoplastic sunt influențate în mare măsură de procesul de fabricație, încă din faza de prototip se impun cerințe deosebite din punct de vedere al matriței. Acest lucru este valabil în special pentru procedeul de injectare, unde încă din această fază trebuie realizate matrițe apropiate de serie. Costurile unor asemenea matrițe-prototip sunt cu mult mai mari decât a modelelor pentru piesele din tablă.
Experiențele din domeniul matrițelor de injectat au arătat că în special la piesele mari și piesele critice din punct de vedere al curgerii utilizarea programelor reologice, termice și mecanice duce la reducerea costurilor.
Creșterea calității produselor. Cu ajutorul unor software se pot obține, referitor la piesa injectată, nu numai indicații privind comportamentul global, ci și antecalculații ale diferitelor caracteristici cum ar fi distribuția de tensiuni sau temperaturi în fiecare punct. Abaterile de la cerințe, spre exemplu de la distribuția omogenă a temperaturii în piesă în timpul răcirii în matriță, pot fi recunoscute la interpretarea rezultatelor de calcul. Prin schimbarea condițiilor limită, pe baza simulării numerice, pot fi împiedicate sau cel puțin minimalizate efectele care la piesa reală ar putea conduce la locuri slabe, ireversibile.
Un concept CAE pentru realizarea pe bază de calcul a unei piese injectate presupune luarea în considerare, conform figurii 2.1, a unor informații exterioare. Prin pregătirea secțiunilor software și hardware trebuie să fie posibilă prelucrarea datelor geometrice provenite din sistemul CAD și din coordonatele modelului. Dacă nu se pot obține aceste informații în timpul desfășurării procesului trebuie generate informații geometrice noi. Este necesară pregătirea unor module de calcul precum și date pentru generarea unor programe de calcul. Prin returnarea rezultatului de calcul sistemului CAD se poate realiza optimizarea construcției piesei prin buclă teoretică .
Fig. 2.3. Obiectivele unui concept CAE la realizarea unei piese
2.5. Tehnologia reperului
2.5.1. Alimentarea utilajului cu materie primă
Materia primă poate fi sub formă de pulbere sau granule. Granulația materiei prime are o mare importanță, deoarece influențează direct calitatea piesei obținute, de uniformitatea granulației depinzând omogenitatea topiturii, vâscozitatea și timpul de plastifiere.
Este necesar ca materia primă să nu conțină apă deoarece aceasta generează puncte de rezistență mecanică slabă. ABS fiind un material trigroscopic este necesar ca înaintea injectării acesta să fie uscat la 80º C timp de 2 – 3 ore. Pentru uscare se utilizează un curent de aer cald.
2.5.2. Dozarea materiei prime
Prin dozare se urmărește asigurarea cantității corespunzătoare de granule de ABS pentru umplerea cavității matriței. Materia primă (granulele de ABS) este introdusă în buncărul de alimentare și este dozată prin reglajul cursei melcului – piston. Acesta este acționat de un motor.
În general se va admite în dozarea cantității de material care rămâne în cilindru la sfârșitul ciclului de injectare. În acest mod se evită injectarea incompletă respectiv atingerea frontală a cilindrului de către melc.
2.5.3. Injectarea și comprimarea materialului plastic în matriță
Prin deplasarea pistonului sau melcului acesta preia materialul plastic fluidizat introducându-l prin orificiul de umplere al matriței (duză) în locașurile de formare ale produsului.
În timpul umplerii cuiburilor matriței melcul întâmpină rezistența din ce în ce mai mare a materialului. După umplerea matriței este necesar ca melcul sau pistonul de injectare să mai exercite asupra materialului fluidizat o acțiune de presare (vezi figura de mai jos, 2 – 3) pentru a anula tendința de revenire a polimerului în cilindrul de injecție.
Fig. 2.4. Poziția pistonului în diferite faze
t 1 – timp de umplere
t 2 – timp de menținere
t 3 – timp de răcire
În contact cu pereții reci ai matriței materialul începe să se răcească. În faza următoare îndesării urmează răcirea în masă și presiunea va scădea.
În faza de răcire există un moment în care la nivelul duzei de injectare se produce fenomenul de sigilare.
2.5.4. Solidificarea și răcirea piesei
În urma procesului de sigilare, solidificarea și răcirea piesei se accentuează. Are loc o creștere a densității și atingerea unei temperaturi care să permită scoaterea obiectului din matriță fără ca acesta să fie deteriorat. La durate de răcire prea scurte putem avea deformări ale piesei injectate, de aceea alegerea duratei de răcire este foarte importantă. Un timp de răcire prea mare poate influența negativ prețul de cost al piesei.
2.5.5. Scoaterea piesei din matriță
Scoaterea piesei injectate se realizează la nivelul planului de separație al matriței după ce a fost efectuată deschiderea acesteia.
Evacuarea piesei se va face prin intermediul unui sistem de aruncare acționat de un cilindru.
2.5.6. Durata totală a ciclului de injectare
Se va utiliza relația:
t T = t p + t i + t r + t men [ s ] [9.pg.120]
unde: t T – durata completă a ciclului de injectare
t p – timpul pentru ciclul în gol
t i – timpul de injecție
t r – timpul de răcire
t men – timpul de menținere a presiunii în matriță
t p – se ia funcție de caracteristicile mașinii de injectat
t p = 5 s
t i – se calculează cu relația următoare :
[ s ] unde
q – cantitatea de polimer deplasat într-o secundă, este o caracteristică a mașinii
q = 132 cm³/s
V – volumul piesei injectate
– volumul piesei injectate este format din volumul piesei propriu – zise la care se adaugă volumul culeei și cel al canalelor de distribuție.
V = Vpiesă + Vculee + Vcanalelor
Vpiesă ≈
Vculee =
Vcanalelor =
înălțimea canalului fiind h = iar raza canalului fiind
r = 2,5 mm
=> V = 9700 + 2998 + 1900 = 14.600 mm³ = 14,6 cm³
=> t i =
– timpul de menținere t men = 1,5 s prin comparația cu injectarea unor piese asemănătoare
– timpul de răcire se va determina cu relația :
[9.pg.121]
unde: q – este căldura latentă de solidificare
– greutatea specifică a materialului injectat [ g/cm³ ]
– grosimea peretelui piesei [ cm ]
– conductibilitatea termică a materialului
tp – temperatura piesei [ ºC ]
tm – temperatura matriței [ ºC ]
q se determină cu relația:
unde Q – căldura de modificare
m – masa piesei
– se cunoaște că Q = ( 1 )
c – căldura specifică a materialului
Δ T = t p – t s [9.pg.121]
ts – temperatura de solidificare,
pentru materialul ABS, t s = 90º C, t p = 200º C
din relația ( 1 ) =>
c = 0,30 =>
pentru ABS,
t m = 70º C
ρ = 1,09 g/cm³
=> t r =
2.6. Alegerea utilajului pentru injectat
Pentru realizarea pieselor injectate în condiții tehnico-economice optime, o importanță deosebită o are alegerea de către proiectantul de matrițe a celei mai adecvate mașini din parcul de mașini pe care îl are la dispoziție. Pentru aceasta este necesară cunoașterea caracteristicilor tehnice principale ale mașinilor de injectat din dotare, ca de exemplu: volumul maxim de injectare, presiunea de injectare, forța de închidere, dimensiunile maxime și minime ale matrițelor care se pot monta pe platourile de prindere a mașinii.
Criteriul de bază în alegerea mașinii de injectat trebuie să o constituie concordanța cât mai bună a performanțelor mașinii, cu caracteristicile piesei care urmează a fi obținută. În același timp injectarea piesei trebuie să se facă cu un consum de energie minim, respectiv cu ajutorul unei mașini de injectat cu putere instalată minimă.
CAP.3. PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT
3.1. Introducere
Fazele de construcție ale unei matrițe sunt prezentate în figura 3.1 Matrițele sunt concepute după criteriul parametrilor ideali de prelucrare în faza de umplere și în cea a procesului de injectare. Din punct de vedere al dimensionării, concepția matriței se împarte în trei grupe: concepția reologică, termică și concepția mecanică.
Concepția reologică. Pornind de la imaginea umplerii, o simulare a comportamentului frontului de umplere, se pot calcula necesarul de presiune de injectare, evoluția temperaturii materialului pe parcursul de curgere, viteza de forfecare și tensiunile care iau naștere cu aceasta ocazie. Valorile sunt calculate și funcție de timp și de loc. Modificări ale temperaturii și ale tensiunilor de forfecare se pot recunoaște clar și pot fi modificate prin variația condițiilor de prelucrare: timp de umplere, temperatura materialului și temperatura peretelui matriței. Prin aceasta comportamentul în producție a unei matrițe poate fi recunoscut încă din faza de prelucrare. Cele mai renumite firme de programe de calcul reologic sunt (Moldflow, Cadmould etc.)
Programul de calcul reologic (Moldflow, Cadmould, Moldex 3D) presupune următoarele:
– calculul drumurilor maxime de curgere;
– calculul diametrelor optime ale canalelor de curgere (matrițe cu cuiburi multiple combinate cu sisteme cu canale încălzite);
– calculul complet prin sistem FEM – 3D al sistemului de injectare.
Procesul de umplere complet al matriței este tratat de catre calculator prin metoda elementelor finite.
Pentru introducerea geometriei și reprezentarea rezultatelor se necesită un program de intrare-ieșire (CATIA).
Concepția termică. Următorul pas important în concepția matriței de injectare este calculul proceselor termice din matriță.
Sistemul de temperare al matriței are o influență determinantă asupra duratei ciclului de injectare și implicit a costurilor piesei injectate.
Fig. 3.1. Fazele construcției unei matrițe de injectat.[14]
Programele de calcul pentru concepția termică a matriței calculează schimbul de căldură a matriței cu mediul, influența izolațiilor matriței, debitul mediului de răcire, poziția și diametrul canalelor de temperare, pierderea de presiune în sistemul de temperare precum și timpul necesar de răcire.
La concepția termică a matriței se respectă următorii pași de calcul:
– calculul timpului de răcire;
– bilanțul termic al matriței;
– debitul mediu de temperare;
– diametrele canalelor de temperare;
Concepția mecanică. A treia componentă de baza a unei proiectări de succes a matriței cu ajutorul calculatorului este dimensionarea mecanică.
Matrițele de injectat sunt supuse forțelor exercitate de materialul plastic din cuib și forței de închidere a mașinii. Sub acțiunea acestor forțe, matrița se deformează. Calculele făcute matriței de injectat se ivesc la optimizarea dimensională. Dimensionarea mecanică are la bază mai multe programe de calcul cu elemente finite (Antras, Ansys etc.)
Pentru calculul deformării matriței de injectare (soluția statică) a problemei există următoarele variante:
– programul de calcul 2D;
– programul de calcul 3D;
– măsurători în matrița. Se urmărește pe de o parte evitarea unor costuri prea ridicate prin supradimensionare, iar pe de altă parte evitarea unor costuri ulterioare datorate unor zone slabe.
3.2. Sisteme CAD/CAM pentru realizarea matriței
Sistemul de proiectare asistată de calculator și fabricația asistată de calculator CAD / CAM în domeniul matrițelor de injectat s-a dezvoltat foarte mult în ultimii ani de mai multe firme (ProEnineer, Catia, Simatron, Moldflow C-mold, Delcam etc. ).
folosirea sistemului CAD / CAM asigura următoarele avantajele:
– la dezvoltarea piesei de la idee la construcție trebuie să se economisească timp;
– prin sistemul CAE se obțin piese injectate și matrițe optime, astfel încât, calitatea produsului crește.
Sistemele CAD / CAM au evoluat ajungându-se astăzi la sisteme integrate (fig.3.2.). Un astfel de sistem integrat este multimodular, care se bazează pe sisteme numerice de calcul NC, legătura între construcția matriței, programarea fabricației și fabricația cu NC pe mașini moderne de prelucrat matrițe.
Fig.3.2. Sistemele integrate CAD / CAM pentru realizarea unei matrițe[14].
Utilizarea elementelor normalizate în construcția unor matrițe prin sistem CAD a fost posibilă ca urmare a preocupării firmelor producătoare de a prezenta norme cât mai complete de elemente de matrițe.
Firmele Hasco, DME și Strack sunt printre putinii fabricanți a căror cataloage propun norme de matriță sub forma de programe compatibile cu o serie de sisteme CAD diferite.
Programul logic al firmei Strack este caracterizat printr-un timp de acces scurt deși baza de date conține aproximativ 20.000 matrițe complete și aproximativ 30.000 de piese distincte [14]. O caracteristică, specifică a acestui program este faptul că permite accesul la ansamble complete de matrițe. De exemplu, dacă utilizatorul schimbă grosimea plăcii, programul schimbă automat piesele si accesoriile care se utilizează. Aceasta se aplică de asemenea când diferite grosimi de plăci cuprinse în catalog, sunt specificate de operator
Norma Hasco folosește deja a patra versiune de programe catal de norme. Cu acest sistem funcționarea desenului este simplificată și prezentată interactiv direct, plecând de la sistemul CAD folosit.
Alte norme produse de diferite firme sunt astăzi compatibile numai parțial cu diferite sisteme de proiectare (CATIA, Procad etc.).
3.3. Fabricarea matriței cu ajutorul calculatorului
Sistemul CAM include toate activitățile legate de executarea și supravegherea procesului de fabricație a matriței de injectat.
Sistemul CAM în fabricația de matrițe se referă la:
-automatizarea fabricației;
– controlul fabricației;
-manevrarea și deplasarea sculelor și materialelor;
– supravegherea fabricației.
Construcția cu ajutorul calculatorului. Dorința mare de simplificare și flexibilitate în domeniul construcției de matrițe necesită prelucrarea de proceduri standard și rutine automate în sistemul CAD [14] .
Proiectarea și prelucrarea suprafețelor neregulate de matriță sunt greu de realizat fără intervenția calculatorului. Prin folosirea unor software moderne construcția tridimensională a devenit accesibilă. Produse speciale complexe pot fi privite din unghiul dorit, rotite, reflectate și secționate în plus apar numeroase facilități de construcție, de exemplu: legarea suprafețelor prin punți tangențiale, obținerea suprafețelor prin funcții matematice, rotunjiri cu rază constantă sau variabilă. Printr-o definire geometrică exactă proiectantul își face o imagine clară asupra construcției matriței încă din faza de început.
Programatorul NC trebuie să definească fiecare pas de lucru și să stabilească prelucrarea eficientă a geometriei, făcând legătura dintre tehnica de fabricație practica și programarea NC.
Pentru a nu se renunța la valorile practicate proprii, majoritatea modulelor CAM permit înființarea unui fișier propriu de date tehnologice. Unele sisteme oferă facilități pentru cicluri automate, de exemplu: strunjirea de degroșare sau optimizarea sculei și a cursei sculei. Simulările grafice oferă posibilitatea controlului drumurilor parcurse și a coliziunilor .
Sisteme de programare NC. Alături de sistemele integrate CAD / CAM există o serie de sisteme de programare NC de sine stătătoare. Ele permit atât obținerea noilor geometrii de piese, cât și prelucrarea datelor geometrice din sistemele CAD, pentru utilizări simple, aceste sisteme pot genera, în dialog sprijinit grafic, un program de prelucrare NC.
3.4. Stabilirea procedurilor de injectare și a numărului de cuiburi
Stabilirea procedeului de injectare se face în funcție de sistemul de injectare definit prin ansamblul duză, canale, diguri, cuiburi.
Avându-se în vedere că piesele care trebuie realizate cu dimensiuni relativ reduse și ținând cont de faptul că este indicată obținerea mai multor piese simultan pentru a se mări productivitatea injectării am ales ca procedeu de injectare, injectarea multicuib cu canale de distribuție. Materialul este distribuit de la canalul central la cuiburile matriței prin canale de distribuție.
Alegerea secțiunii digului se va face la dimensiuni minime astfel încât după executarea probelor de matriță secțiunea să poată fi mărită.
Din tabel se alege pentru masa piesei m între 10……20 g
=> diametrul digului d’ = 0,5…0,8 mm
lungimea digului l’ = 14 mm.
– determinarea numărului de cuiburi n al matriței se va face conform relației :
[ buc ]
m – masa piesei, m = = 15,9 g
=> m1 ≈ 20 g si m 24
– s-a luat în considerare doar masa materialului plastic
G – capacitatea de plastifiere reală a mașinii [ kg/h ]
– capacitatea de plastifiere a mașinii de injectat este de 30 kg/h. Această valoare va fi înmulțită cu un randament = 0,7
=> G = 30 · 0,7 = 21 kg/h
t = durata completă a ciclului de injectare, t = 24 s
=> n =
se alege constructiv n = 2 cuiburi
Amplasarea cuiburilor se va face în acest caz conform schemei de mai jos :
Fig. 3.3. Amplasarea cuiburilor
3.5. Proiectarea sistemului de injectare
Se vor face dimensionări care să permită definirea soluției constructive a sistemului de injectare. Proiectarea sistemului de injectare cuprinde mai multe etape.
3.5.1. Alegerea diametrului duzei de injectare din matriță
Alegerea diametrului duzei matriței se va face în funcție de:
masa piesei de injectat
tipul materialului plastic utilizat.
=> d 0 = f (masa piesei, material)
Dacă notăm raza duzei mașinii cu R și cu d diametrul duzei mașinii de injectat, atunci : d 0 = d + 1
R = r + 1
m = 20 si 24 g.
Fig. 3.4. Duză de injectat
Matrița având 2 cuiburi => m = 20x 1+ 24 x1= 44g și materialul piesei : PEID => conform tabelului => d 0 = 4,8 mm.
Conicitatea orificiului duzei nu trebuie să depășească 4º. S-a ales conicitatea = 4º.
Lungimea culeei de injectare este dependentă în general de grosimea plăcilor în care se montează duza. În cazul matriței proiectate, lungimea culeei este : l = 65 mm.
– se impune însă respectarea raportului : = 5…9.
= = 10
În acest caz se admite o mărire a diametrului duzei la 1,1…1,2 d0
=> d0 = 1,1 · d0 = 4,95 => se alege d0 = 5 mm
.
3.5.2. Alegerea secțiunii și traseului canalului de distribuție
În practică sunt întâlnite diferite geometrii ale secțiunilor canalelor de distribuție.
Secțiunea circulară este cea mai favorabilă curgerii materialului plastic, viteza de curgere, având o repartizare parabolică de-a lungul secțiunii, dar apar dificultăți în practicarea canalelor în ambele plăci.
S-a ales geometria canalelor de distribuție de forma :
Fig. 3.5. Geometria canalelor de distribuție
din [15] tab. 3.5. este dată valoarea diametrului canalului în funcție de tipul materialului plastic.
pt. PEID => d = 4,75…9,54 mm; se alege d = 6 mm
Suprafețele canalelor trebuie să fie perfect lustruite.
Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialului
În cazul proiectării matrițelor de injectat, dimensiunile părților active (ale cuiburilor) trebuie să asigure dimensiunile prescrise ale piesei injectate, după răcirea ei completă.
Deci, este necesară dimensionarea cuiburilor matriței în concordanță cu toleranțele prescrise dimensiunilor piesei și ținând cont de contracția piesei.
Fenomenul de contracție se manifestă prin aceea că dimensiunile corespunzătoare ale părților active ale matriței.
Fig. 3.6 [15]
Notând o dimensiune nominală cu h și toleranța ei cu , dimensiunea efectivă a piesei va fi h . Similar, dacă notăm dimensiunea nominală a cuibului cu H și toleranța ei cu , dimensiunea efectivă a cuibului va fi H .
Dimensiunea maximă a piesei ( h +) se va realiza cu dimensiunea maximă a cuibului matriței ( H + ∆ ) atunci când contracția este minimă ( Cmin ) respectiv dimensiunea minimă a piesei ( h – ) va rezulta cu dimensiunea minimă a cuibului când contracția este maximă ( Cmax ).
Se poate scrie :
(H +∆) – (H + ∆) Cmin = h + și
(H – ∆) – (H – ∆) Cmax = h –
Considerând ca și necunoscute dimensiunea nominală a cuibului H și toleranța acestei dimensiuni ∆ se rezolvă sistemul neglijând termeni foarte mici și introducând termenul :
=> și
pentru materialul ABS, contracția C = 0,3…0,8 %
Avându-se în vedere rolul funcțional al piesei , toleranța dimensiunilor se stabilește la valoarea = 0,5 mm
dimensiunea nominală h1 – diametrul
h1 = 16 mm ; = 0,5 mm
C med = = 0,55%
H1 = = 16,088 ≈ 16,1 mm
∆1 = 0,5 – 16,1 = 0,459 ≈ 0,46 mm
– înălțimea reperului h2 = 95 mm ; = 0,5 mm
H2 = = 55,44 mm
∆2 = 0,5 – 45,25 = 0,39 mm
3.6. Verificarea posibilității de realizare a piesei prin injectare
Designul produselor din materiale termoplastice injectate este, în principal, confruntat cu criterii tehnologice, estetice și economice. Ca atare, cunoașterea proprietăților materialului, a tehnologiei și a mijloacelor tehnologice utilizate pentru prelucrarea lui sunt deosebit de importante și acționează posibilitatea obținerii unor forme estetice raționale, funcționale.
Factorii semnificativi care permit evaluarea capacității unui material pentru a fi folosit pentru diverse aplicații sunt: rezistența la tracțiune, alungirea la rupere prin tracțiune, modulul de elasticitate, rezistența la șoc și duritatea. Acești factori sunt determinați nu numai de natura materialului respectiv, ci și de acțiunea chimică a unor substanțe, radiații.
În cazul produselor din polietilena de inaltă densitate, formate prin injectare, trebuie să se țină seama, în principal, de următoarele aspecte:
– umplerea corectă a cavitații matriței
– extragerea produsului, după injectare, din matriță
– calitatea produsului injectat
– performanțele fizice ale produsului
– toleranțele necesare
Umplerea cavității matriței, presiunea maximă de injectare realizată de mașinile de injectat, viteza de injectare și vâscozitatea relativă înaltă a polimerului limitează forma și mărimea cavității care poate fi umplută în timpul procesului de injectare, respectiv în care se formează produsul. Și mărimea culeei de injectare are o mare importanță asupra ușurinței de umplere a unei anumite cavități și trebuie să fie suficient de mare și pentru cuiburile care prezintă zone critice pe parcursul curgerii topirii de polimer.
Extragerea produsului din matriță se face ținând cont de faptul că polietilena de înaltă densitate are o contracție după răcire relativ mare, intre 2 – 4 % și care depinde și de grosimea pereților piesei. Această proprietate cauzează dificultăți de extragere și din această cauză se practica de obicei o conicitate de minim 1,5o. [15].
Calitatea suprafeței are în vedere formarea inevitabila a bavurilor în zona de separație. Ca atare se iau măsura constructive de deplasare a zonei de separație în locuri permise de piesa. Un defect major din punct de vedere al esteticii și al rezistenței piesei îl prezintă așa zisele “linii de sudura”, provenite din întâlnirea a două sau mai multe fluxuri de material topit, sau semnele de curgere, ca rezultat al pulverizării topiturii în zona culeei și a umplerii prea încete a cavității matriței. Semnele de curgere, liniile de sudură și blocările aerului depind foarte mult de forma, mărimea și poziția rețelei de injectare.
Distorsiunile sunt rezultatul contracției diferențiate a materialului și a orientării macromoleculelor. Mărimea culeei afectează mult distorsiunea piesei. Culeele mici cauzează o umplere lentă, orientarea macromoleculelor și deci distorsiuni. Adesea distorsiunile greu controlabile sunt evitate prin placarea produsului cu armături de
rigidizare. Un alt mijloc de diminuare a distorsiunilor îl reprezintă proiectarea adecvată a sistemului de răcire a matriței.
Toleranțele necesare matriței se asigură cu o relativă dificultate, având în vedere că polietilena prezintă o contracție mare. Ca atare și precizia dimensională a produsului se realizează mai greu și deseori se recurge la finisarea matriței la dimensiunile finale ale cavităților, după câteva injectări de probă.
3.6.1. Forma și dimensiunile piesei
pedala parghie
Fig. 3.7. Prezentarea pieselor din material plastic (PEID)
Condițiile de utilizare a piesei determină și dimensiunile ei. Reguli ce se impun a fi respectate în legătură cu forma piesei injectate:
– piesa injectată trebuie să aibă forma geometrică cea mai simplă posibil
– dimensiunile și masa piesei injectate trebuie să fie cât mai mici
– configurația piesei trebuie să permită scoaterea cât mai ușoară din matriță
– se vor evita pe cât posibil proeminențele și muchiile ascuțite
– se ține cont de contracția piesei în legătură cu precizia dimensională
Alegerea punctului de injectare are în vedere o serie de factori restrictivi. Estetica piesei impune alegerea punctului de injectare într-un loc mai puțin vizibil, deoarece punctul de injectare lasă o urmă pe suprafața piesei, la desprinderea de rețea. Rezistența mecanică este diminuată în locul punctului de injectare și se cere plasarea lui în locurile mai puțin sau deloc solicitate.
Natura funcțională impune ca punctul de injectare să nu se formeze pe suprafețe funcționale, recomandându-se plasarea lui pe axele de simetrie ale pieselor. Curgerea materialului impune plasarea punctului de injectare astfel încât umplerea cuiburilor să se facă în toate zonele, limitând riscul deformărilor și a bulelor de aer.
Matrița care va realiza piesa noastră atrre un singur plan de separatie datorita formei piesei .
Planul de separație se alege astfel încât piesele să fie scoase cât mai simplu și ușor din matriță.
Stabilirea grosimii pereților piesei injectate se face pentru o valoare minimă neceară, ce depinde de: destinația și sarcinile la care este supusă piesa, forma piesei si caracteristicile reologice ale materialului termoplastic
În principiu se urmărește ca grosimea pereților piesei să fie uniformă, pentru a se evita formarea turbulențelor în timpul curgerii materialului termoplastic topit în matriță, cu consecință în formarea golurilor, retasurilor și apariția tensiunilor interne în piesă. Cum menținerea unei grosimi uniforme nu se poate respecta întotdeauna, trecerea de la o grosime la alta se va face progresiv.
Piesele injectate se contractă pe miezul matriței, în timpul procesului de răcire. Acest fenomen implica înclinarea pereților cuiburilor în vederea aruncării din matriță. Contracțiile pieselor injectate depind în mare măsură de tipul materialului plastic și de aceea conicitățile pieselor injectate sunt tratate diferit pentru fiecare material în parte.
Fenomenul contracției trebuie bine cunoscut de la proiectarea piesei și a tehnologiei de injectare. În cazul pieselor cilindrice sau tronconice din materiale termoplastice cristaline, deformațiile fiind mari datorită diferențelor de contracție longitudinală și transversală, se practică curbări, îngroșări și nervuri.
3.7. Proiectarea sistemelor conexe
3.7.1. Proiectarea sistemului de aerisire
La umplerea matriței de injectat cu materialul termoplastic plastifiat, aerul existent în cuib este forțat să se refugieze la extremitatea matriței. În cazul în care nu are nici o posibilitate de ieșire din matriță, aerul este comprimat și supraîncălzit, determinând arderea materialului plastic injectat.
La proiectarea matriței pentru injectarea piesei s-au luat măsuri speciale pentru asigurarea aerisirii corespunzătoare a cuiburilor.
Aerisirea matriței se face cu ajutorul poansonului de aerisire, montat cu joc în pastila . Aerul evacuat este evacuat spre exterior, datorită canalelor cu care este prevăzut poansonul de aerisire.
3.7.2. Proiectarea sistemului de răcire a matriței
Fig. 3.8. Reperezentarea sistemului de racire
Calitatea pieselor injectate din materiale termoplastice depinde de o serie de parametrii tehnologici, temperatura matriței la injectare este unul dintre cei mai importanți.
Răcirea corespunzătoare a matrițelor de injectat trebuie asigurată în toate cazurile, pentru obținerea unor piese injectate cu contracții minime și pentru scurtarea duratei ciclului de injectare. Răcirea pieselor injectate se realizează prin răcirea matriței de injectat cu ajutorul unui sistem de canale de răcire folosind ca mediu de răcire apa.
Reglarea temperaturii de răcire a matriței se realizează prin modificarea corespunzătoare a debitului apei de răcire.
La proiectarea sistemelor de răcire a matrițelor se impune respectarea următoarelor reguli:
Secțiunea canalelor de circulație a mediului de răcire trebuie să fie proporțională cu grosimea pereților piesei injectate;
Canalele de circulație trebuie plasate cât mai aproape de piesă;
În cazul pieselor cu grosimea pereților constantă, canalele de circulație trebuie amplasate la distanțe egale față de suprafețele piesei injectate, iar în cazul pieselor cu grosimea de perete variabilă, distanțele dintre canalele de circulație și suprafețele respective ale piesei trebuie să fie în raport invers cu grosimile pereților piesei;
Distanța dintre canalele de circulație trebuie stabilită în așa fel încât să realizeze o temperatură uniformă pe toate suprafețele active ale matriței;
Lungimea circuitului de răcire a matriței trebuie să fie cât mai mică, pentru ca diferența între temperatura de intrare și cea de ieșire a apei de răcire să nu depășească 3…5o;
Numărul schimbărilor de direcție a circuitului de răcire trebuie să fie cât mai mic posibil, pentru a asigura curgerea cât mai ușoara a apei de răcire;
Soluțiile constructive adoptate la proiectarea sistemelor de răcire ale matrițelor de injectare trebuie să asigure etanșarea perfecta a circuitului de răcire.
3.7.2.1 Determinarea ecuației generale de bilanț termic în matriță
Temperatura matriței este factorul hotărâtor pentru viteza de răcire si proprietățile reperului injectat, ea se stabilește în funcție de schimbul de căldură care are loc în matriță:
– între materialul termoplastic injectat în matrițǎ și materialul matriței Q;
– între matrița și mediul de temperare QT;
– între matrița și mediul înconjurător (platourile mașinii de aer) QE.
Dacă considerăm fluxurile termice care pătrund în matrițǎ ca pozitive, iar fluxurile termice care ies din matriță ca negative, atunci putem scrie ecuația de bilanț termic: Q= -QT – QE ,
rezultând ecuația : Q+ QE + QT = 0 ,
Fig. 3.9. Schimbul de căldură ce are loc în cazul unei matrițe de injectat [14].
Ecuația exprimă faptul că volumul de căldură care este preluat de matriță este identic cu de volumul de căldură cedat de matriță, în momentul în care temperatura matriței este constantă în timp.
Un rol foarte important la transferul termic conductiv din matriță îl are conductibilitatea termică a materialului matriței. In tabelul 3.3 se prezintă conductivitatea termică pentru câteva materiale.
Tab.3.1. Călduri specifice și cantități de căldură eliberate pentru materialele plastice[15].
3.7.3. Proiectarea sistemului de aruncare a piesei
După răcire, respectiv solidificarea piesei injectate, aceasta trebuie eliminată din matriță, o dată cu deschiderea acesteia. Faza de scoatere, respectiv de aruncare a piesei din matrița de injectat, face parte din ciclul de injectat. Modul de rezolvare constructivă, precum și durata în timp a acestei operații au o mare influență asupra calității procesului de injectare.
În principal, sistemele de aruncare utilizate pentru scoaterea piesei din matriță sunt de trei feluri:
cu aruncare mecanică
cu aruncare pneumatică
cu aruncare hidraulică
În cazul nostru, am optat pentru un sistem de aruncare mecanică. Acest tip de
aruncare este cel mai utilizat sistem de aruncare. Mecanismul de aruncare mecanică este acționat de către mașina de injectat, în timpul deschiderii matriței.
Sistemele de aruncare mecanică au o construcție ce ține cont de forma construcției și de cerințele estetice ale piesei de injectat, uneori fiind construcții mai complexe.
Placa dezbrăcătoare ia contact cu suprafețele frontale ale pieselor, prin acționarea sa determinând împingerea pieselor de pe poanson. Placa de dezbrăcare, în timpul cursei de aruncare și de retragere, este ghidată prin intermediul coloanelor și bucșelor de ghidare. La închiderea matriței, placa dezbrăcătoare este readusă în poziția inițială, datorită contactului cu partea fixă a matriței de injectat.
3.7.4. Proiectarea sistemului de centrare – conducere
Matrița de injectat se va monta pe platourile de prindere ale mașinii, prin intermediul unor bride de fixare. Asigurarea poziției corecte a celor două jumătăți de matriță, fixate pe platourile de prindere a mașinii de injectat, în raport cu capul de injectare al mașinii, precum și centrarea perfectă a celor două jumătăți ale matriței, au o importanță deosebită.
În vederea asigurării poziției corecte a celor două jumătăți, în așa fel încât la montarea lor pe platourile de prindere a mașinii de injectat, duza matriței să fie perfect centrică cu duza capului de injectare a mașinii, matrița se prevede cu inele de centrare, fixate în plăcile ei de prindere. Inelul de centrare din placa de prindere a părții mobile formează un ajustaj cu joc cu platoul de prindere al mașinii de injectat, întrucât centrarea matriței este asigurata de inelul de centrare montat în placa de prindere din partea duzei.
Pe parcursul desfășurării ciclului de injectare, conducerea matriței de injectat centrată, se asigură de către coloanele de ghidare ale mașinii pe care se deplasează, prin intermediul bucșelor de ghidare, platoul de prindere mobil.
Centrarea și conducerea interioară a matriței de injectat asigură obținerea pieselor cu o precizie corespunzătoare, realizându-se cu ajutorul coloanelor de ghidare, montate în partea mobilă a matriței și a bucșelor de ghidare, fixate în partea fixă a matriței.
Două dintre coloanele de ghidare sunt execute cu un diametru diferit de a celorlalte două, astfel încât cele doua părți ale matriței să poată fi montate numai într-o singură poziție, evitându-se deteriorarea lor din cauza montării greșite pe platourile de prindere ale mașinii de injectat.
Pentru menținerea timp cât mai îndelungat a preciziei centrării și conducerii
interioare a matrițelor de injectat și pentru micșorarea uzurii coloanelor și bucșelor de ghidare, acestea se prevăd cu canale de ungere.
Ungerea periodică a coloanelor de ghidare trebuie să se facă cu unsoare
consistentă, având adaos de bisulfură de molibden.
Conducerea interioară a celor două jumătăți de matriță, trebuie să fie în perfectă concordanță cu centrarea tuturor plăcilor matriței. Centrarea în poziția corectă, a plăcilor matriței, se realizează cu știfturi cilindrice de centrare. Fixarea plăcilor în poziția centrată se face cu ajutorul șuruburilor. Găurile pentru montarea știfturilor, respectiv a bucșelor de centrare, se realizează cu ajutorul unei mașini de găurit în coordonate, într-o singură prindere pentru toate plăcile.
CAP. 4. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCȚIA MATRIȚELOR
Matrițele de injectat materiale termoplastice pot fi confecționate din mai multe tipuri de materiale, cele mai de utilizate sunt: oțelurile, aliajele neferoase și materialele nemetalice. La serii de fabricație mari, de la 4000 până la câteva milioane de bucăți, se utilizează în general oțelul.
4.1. Oțeluri
Oțelurile pentru costrucția matrițelor de injectat trebuie să îndeplinească, din punct de vedere al fabricației, următoarele condiții: prelucrabilitate bună, calitate bună a suprafeței, tratamente termice simple, deformații cât mai reduse, posibilități de deformare la rece ( în cazuri speciale ). Oțelurile folosite la fabricarea matrițelor pot fi împărțite în următoarele grupe:
oțeluri de uz general;
oțeluri de cemenatre;
oțeluri de nitrurare;
oțeluri pentru călire
oțeluri de îmbunătățire;
oțeluri anticorozive
4.1.1. Oțeluri de uz general
Oțelurile de uz general pentru construcții, conform STAS, sunt ușor prelucrabile prin așchiere, se sudează bine, au rezistență și tenacitate corespunzătoare. Ele pot fi utilizate în condiții bune pentru confecționarea diferitelor plăci ale matrițelor care nu vin în contact cu materialul plastic, cum ar fi: placa de prindere, placa intermediară, placa distanțieră. Pentru a asigura rezistența necesară la solicitarea prin compresiune de regulă se utilizează marca de oțel OL 60.
Pentru matrițele mai mici, cu solicitări mai reduse, pot fi utilizate și mărcile OL 42 și OL 50. Din aceste oțeluri se mai pot confecționa și alte piese ca: șuruburi de fixare, dopuri filetate, prelungitoare, suporți etc.
4.1.2. Oțeluri pentru cementare
Aceste oțeluri au conținut redus de carbon ( 0,07-0,18% ). Prin carburarea suprafeței exterioare, conținutul de carbon crește la 0,8-0,9%, adâncimea stratului carburat fiind cuprinsă între 0,5-1,2 mm. După călire stratul exterior devine foarte dur ( 58-62 HRC ), având rezistența mare la uzură, păstrându-și în același timp tenacitatea miezului.
La utilizarea oțelurilor de cementare se ține seama de două procedee de prelucrare: prelucrarea prin așchiere și presare la rece.
Oțeluri pentru cementare folosite la prelucrarea prin așchiere. Pentru prelucrarea prin așchiere se pt utiliza toate oțelurile de cementare. Datorită faptului că matrițele de injectat lucrează în condiții grele de exploatare vor fi alese acele oțeluri de cementare care pe lângă o suprafață dură și o rezistență corespunzătoare a miezului chiar și pentru matrițe de dimensiuni mari.
În această categorie se utilizeazp atât oțelurile carbon de calitate pentru cementare cât și oțelurile aliate pentru cementare. Pentru confecționarea coloanelor de ghidare, a bucșelor de ghidare, a coloanelor înclinate, se recomandă oțelul carbon de calitate OLC 15.
Pentru cuiburile matriței, poansoane și alte piese ale matriței supuse la solicitări mari se recomandă oțeluri aliate pentru cementare. Datorită solicitărilor locale mari la compresiune și încovoiere la serii mari de piese injectate este necesar ca piesele matriței să aibă pe lângă o duritate superficială ridicată pentru a rezista la uzură și maximum de tenacitate în miez. Pentru aceasta se execută un tratament termic de îmbunătățire, a structurii miezului, respectiv o dublă călire.
Oțelurile recomandate pentru acest lucru sunt: 18MgCr10, 15CrNi15, 21MoMgCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30. Toleranțele mici indicate pentru reperele injectate impun în unele cazuri oțeluri care în urma tratamentului termic au o deformare minimă, cum ar fi: 21MgCr12,
28TiMgCr12, 16CrNiW10. Aceste oțeluri fiind cu granulație fină, pot fi supuse tratamentelor termice simple după cementare și sunt indicate pentru piese greu solicitate.
Oțeluri pentru cementare care se prelucrează prin deformare la rece.
Aceste oțeluri se recomandă atunci când se construiesc matrițe cu mai multe cuiburi și când suprafețele cuiburilor sunt greu de realizat prin așchiere.
Posibilitatea prelucrării prin presare la rece a diferitelor oțeluri va fi stabilită prin rezistența
obținută după recoacerea de înmuiere și prin existența unei granulații feritice fine. Structura de recoacere trebuie să fie lipsită de perlită lamelară.
Ca regulă se menționează că un oțel poate fi bine prelucrat pe adâncime când produsul
1,25 HB 5<300 . Cu cât diferența ântre 1,25 HB și 300 este mai mare, cu atât se pot prelucra cuiburi mai adânci și nuu este necesară o recoacere intermediară. La diferențe mai mici a valorilor de mai sus cuiburile prelucrate prin presare la rece trebuie să fie mai mici.
Pentru presare la rece sunt recomandate următoarele mărci de oțeluri: OLC 10, OLC 15.
Oțelurile OLC 10 și OLC 15 în stare normalizată au o duritate de 120-140 HB, pretându-se ușor presării la rece pentru cuiburi mici, fără recoacere intermediară.
După cementare, călire și revenire, se obține în miez o rezistență de 42-50 , duritatea în miez de 110-140 HB și în stratul cementat o duritate de minim 56 HRC.
Din analiza acestor date, rezultă că aceste oțeluri se pot utiliza pentru piese cemenate prelucrate prin deformare la rece, care nu necesită proprietăți de mare rezistență la miez.
Se execută în general cuiburi în pastile montate în plăci cu locașuri multiple, plăcile călite preluând eforturile de compresiune la închiderea matriței, iar cuiburile preluând efectul de uzură și presiunea materialului plastic.
4.1.3. Oțeluri pentru călire
Oțelurile pentru călire se recomandă în cazul matrițelor de injectat cu cuiburi plate. Datorită deformațiilor care apar în urma tratamentului termic de călire, în cazul cuiburilor cu configurație complicată, se folosește prelucrarea prin electroeroziune după tratament termic. Solicitările mari
la care sunt supuse aceste piese necesită obținerea unei structuri foarte fine care se realizează prin alegerea unei temperaturi minime de călire și menținerea scurtă la aceste temperaturi.
În construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc oțelurile de carbon de scule: OSC 6, OSC 9, OSC 10, OSC 11, OSC 12. Aceste oțeluri au călibilitate mică.
La diametre mai mari de 5 mm duritatea scade brusc sub 60 HRC la 2-4 mm distanță de suprafață. Aceste oțeluri nefiind recomandate pentru execuția sculelor cu grosimi mai mari de
20-25 mm, vor fi folosite la piese ca: bucșe de ghidare, bucșe de conducere, bucșă centrală, aruncătoare tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme complicate executate din aceste oțeluri se călesc în două medii ( răcire întreruptă ), sau li se aplică o călire în trepte
( izotermă ). Aceste procedee reduc riscul deformărilor și al apariției fisurilor.
De asemenea, în construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc cele aliate pentru scule cu adâncime de călire mare: 200CrC1220, 97MnCrW14, VMn18. Aceste oțeluri oferă pieselor o suprafață foarte dură și în același timp o mare rezistență în miez. See recomandă pentru matrițe cu adâncimea cuibului mare și cu precizie ridicată, prezentând deformații foarte mici în urma tratamentului termic. Oțelul 200Cr120 este ledeburitic și are caracteristici și tratament termic deosebit fașă de alte oțeluri. La acest oțel, pentru ca dimensiunile pieselor după călire și revenire să nu difere de cele inițiale ( în stare recoaptă ) se recomandă aplicarea unei căliri de la 1050-1060 urmată de o revenire la 475-500. După o primă revenire la 475 se măsoară dimensiunile și numai dacă mai este necesară o creștere a acestora, se repetă revenirea descompunând o nouă porție de austenită reziduală.
4.1.4. Oțeluri de îmbunătățire
Datorită unor motive ca: imposibilitatea eliminării, lipsa utilajelor de rectificare a profilelor complicate și de corectare a găurilor, necesitatea executării cuiburilor direct în placă de de formare a matriței, au dus la folosirea oțelurilor de îmbunătățire. După degroșarea prin așchiere, piesele se călesc și se revin înalt obținându-se o duritate 250-350 HB, alegerea durității făcându-se după posibilitățile de finisare. Atunci când toleranțele pieselor fabricate o permit se pot face după călire reveniri joase, duritățile obținute fiind mai ridicate, după care urmează operația de lustruire. Avantajele utilizării acestor materiale sunt: rapiditate în executarea matriței, eliminarea
riscului apariției deformărilor după tratamentului termic, posibilitatea executării de remedieri la matriță în cazul în care nu s-au obținut dimensiunile dorite de la prima încercare.
Oțelurile de îmbunătățire recomandate pot fi oțelurile carbon de calitate: OLC 45, OLC 55, OLC 60.
Oțelurile aliate pentru îmbunătățire pot fi: 41MoCr1A, 50VCr11 etc. Oțelurile 41MoCr11 se ztilizează pentru piesele puternic solicitate, cu secțiune mare de îmbunătățire. Prin călire și revenire se obțin 270-320 HB. Oțelul 50VCr11 se recomandă pentru secțiuni medii sub 50 mm. După îmbunătățire se obțin 300-400 HB.
Oțeluri recomandate pentru execuția elementelor constructive ale matrițelor
Tabelul 4.1
CAP. 5. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUTIE A REPERULUI BUCȘĂ ARUNCĂRE
PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE CLASICĂ
Alegerea semifabricatului.
Conform desenului de execuție, materialul prescris este C 45 .
Se va realiza o analiza a materialului din urmatoarele puncte de vedere : denumirea materialului, simbol, compozitie chimica , proprietatile tehnologice.
Materialul piesei este C 45, cesta are urmatoarele semnificatii :
Compozitia chimica este prezentată in tabelul 5. 1.
Tabelul 5.1.
Proprietatile tehnologice analizate ale materialului sunt : forjabilitatea, turnabilitatea, prelucrabilitatea prin aschiere si sudabilitatea.
Stabilirea itinerarului tehnologic
Itinerarul tehnologic cuprinde operațiile și fazele ce se execută asupra semifabricatului dea lungul procesului de prelucrare :
1. Debitare
2. Strunjire de degrosare cilindrica: frontală; exterioară
3. Strunjire de finisare cilindrică frontal si exterioara
4. Gaurire, alezare
5.Teșire.
6. Filetare
7. Frezare plană
8.Tratament termic
9.Rectificare plana
9.Rectificare cilindrică exterioara
10.Control final
5.3. Calculul adaosului de prelucrare
Adaosul de prelucrare se calculează pentru una din suprafețele frontale și pentru una din suprafețele cilindrice exterioare, urmând ca pentru celelalte suprafețe să se adopte aceleași valori.
Adaosul de material este stratul care se îndepărtează prin așchiere de pe suprafața semifabricatului în scopul obținerii preciziei suprafeței prelucrate.
Adaosul de prelucrare intermediar este stratul de material care se îndepărtează la fiecare operație (fază) de pe suprafața semifabricatului. Dimensiunile intermediare sunt dimensiunile succesive care se obțin la operațiile sau fazele de prelucrare prin așchiere ale suprafețelor considerate.
Determinarea mărimii optime a adaosului de prelucrare și calculul dimensiunii intermediare are o deosebită importanță tehnico – economică la proiectarea proceselor tehnologice deoarece valoarea lor influențează direct asupra productivității muncii și asupra prețului de cost al piesei.
Dacă adaosul de prelucrare este mare necesită multă energie, timp de prelucrare mai lung, deci productivitatea scade. Dacă adaosul de prelucrare este mic nu asigură îndepărtarea stratului defect al semifabricatului ca urmare crește numărul pieselor rebutate.
Adaosul de prelucrare se poate determina prin două metode:
metoda experimentală statistică – constă în stabilirea adaosului de prelucrare cu ajutorul unor standarde sau tabele normative alcătuite pe baza experienței sau a datelor statistice din intreprinderi. Dezavantajul acestei metode constă în faptul că adaosurile sunt determinate a ține seama de procesul tehnologic concret de aceea adaosurile determinate prin aceasta sunt orientative și mai mai decât cele necesare.
metoda prin calcul analitic – se bazează pe analiza factorilor care determină mărimea
adaosurilor de prelucrare și stabilirea elementelor componente ale acestora.
Calculul analitic se bazează pe premisa că mărimea adaosului intermediar pentru operație sau fază curentă trebuie să fie suficientă pentru a înlătura toate erorile de prelucrare apărute în faza precedentă, la care se adaugă erorile de așezare în faza curentă.
Relația generală pentru calculul adaosului de prelucrare este:
pentru suprafețe simetrice prelucrate simultan și pentru suprafețe de revoluție:
2 Ac min= 2(Rzp + Sp) + [15, pg. 108, rel. 6.11]
pentru piese nesimetrice sau suprafețe simetrice prelucrate succesiv:
Ac min= Rzp + Sp + ρp + εc [15, pg. 108, rel. 6.13]
Rzp – adâncimea medie a rugozității
Sp – adâncimea stratului superficial
ρp – abaterea de la poziția reciprocă corectă a suprafeței prelucrate față de
suprafața de bazare a piesei
εc – erorile de orientare și fixare la operația curentă.
Condițiile tehnologice impuse reperului necesită strunjiri de degroșare și finisare pe suprafața cilindrică exterioară pentru obținerea cotei 40. Calcularea dimensiunii SF se face pornind în ordinea inversă prelucrărilor reale. Adaosul de prelucrare corespunzător acestor faze este:
– Finisare: 2AC=1,1 [mm] [10, pg. 135. tab. 8.2.]
– Se alege o bară de oțel:
.
Pentru faza de degroșare adaosul de prelucrare este:
2AC=55-(56+1, 1=2,9 [mm].
Pentru stabilirea lungimii SF se determină adaosurile de prelucrare pentru suprafețele frontale.
Astfel pentru suprafața frontală 40 se necesită faze de finisare și degroșare:
– Finisare: AC=0,7 [mm] [10, pg. 135 tab.8.4.]
– Degroșare: AC=2,5-0,7=1,8 [mm].
Pentru suprafața frontală adaosul de prelucrare AC=3 [mm].
Astfel pentru suprafața frontală 50 se necesită faze de finisare și degroșare:
– Finisare: AC=0,7 [mm] [10, pg. 135tab. 8.4.]
– Degroșare:AC=2,5-(0,35+0,7)=1,45 [mm].
Pentru calcularea lungimii SF se ia în considerare adaosul de prelucrare pentru ambele suprafețe frontale: LSF=55+3+3=61 [mm].
Deci dimensiunile SF sunt: 60×66. Semifabricatul se obține la dimensiunea de 55×65 prin debitarea din bară cu dimensiunile 55×1000.
SF obținut prin laminare la cald.
Acest caz este analog celui precedent, deci semifabricatul obținut prin laminare la cald va avea dimensiuni identice: 55×65.
SF obținut prin turnare.
În cazul SF turnate se necesită adaosuri tehnologice suplimentare datorită defectelor de turnare în zona de suprafața (incluziuni nemetalice de suprafață):
– adaosul tehnologic suplimentar (datorită turnării) pentru suprafața cilindrică exterioară:Φ60 are valoarea de 1,5 [mm].
Deci: 55+2×1,5=58.5 [mm]
– adaosul tehnologic suplimentar pentru suprafețele frontale are valoarea de 3[mm]. Deci: 55+2×3=60 [mm]
Determinarea variantei optime
Consumul de material este indicat de coeficientul de utilizare a materialului; acesta reprezintă un indicator care arată gradul de înglobare al materialului în produsul finit.
Valoarea lui se calculează cu relația:
unde:
Cn- consumul util sau cantitatea de metal încorporată în unitatea de produs;
NC- norma de consum.
Consumul util „Cn” se determină calculând cantitatea de metal înglobată în piesa finită. Norma de consum reprezintă suma tuturor consumurilor de material, atât tehnologice cât și netehnologice.
Ea se calculează cu formula:
unde:
Ct- consum tehnologic;
Σpn- suma pierderilor netehnologice.
Cazul A
Calculul consumului util „Cn” al piesei:
Calculul normei de consum „Nc”:
Semifabricatul se livrează în baze:
Lungimea unui semifabricat pentru realizarea unei piese este de 65 [mm] iar lungimea bazei este de 1000 [mm] se calculează numărul de SF ce se pot obține dintr-o bază:
(n- 1 factor ce ține cont de cantitatea de material care se pierde prin tăierea SF individuale
Norma efectivă de consum (luându-se în considerare toate componentele sale) are valoarea:
Coeficientul de utilizare al materialului pentru acest caz are valoarea:
– coeficientul de utilizare a materialului.
Cazul B
În acest caz valoarea consumului util „Cn” are aceeași valoare cu cazul A deoarece reperul finit va avea aceleași dimensiuni,
Norma de consum pentru SF turnat are valoarea :
– coeficientul de utilizare a materialului
Centralizând valorile coeficienților de utilizare a materialului pentru cele 3 cazuri avem:
Analizând gradul de utilizare a materialului precum și posibilitățile tehnologice de obținere a semifabricatului pentru reperul dat se optează pentru semifabricat obținut prin laminare din următoarele considerente:
producția fiind de unicat nu se justifică realizarea unui model de turnare și elaborarea unei șarje de oțel aliat (care indică probleme în procesul de elaborare);
prin turnare sau forjare, datorită răcirii rapide în formă piesa brut turnată va rezulta cu duritate foarte mare (aproximativ 50 HRC) ceea ce impune un tratament de recoacere de durată lungă (30 ore) care este costisitor.
Dacă se iau în calcul costurile suplimentare impuse de realizarea modelului și de recoacerea piesei (atât energie cât și manoperă) se observă că semifabricatul laminat este cel mai avantajos chiar dacă presupune o pierdere de material (procentual) mai ridicată.
5.4.Calculul regimurilor de așchiere
Calculul regimului de așchiere la strunjirea de degrosare frontala a cotei Ø55×65 mm :
Utilaj: SN 400×1500. Caracteristici:
Scule aschietoare : Cutit frontal 20×20 STAS 6382-80/P20
Dispozitive :Universal SN400
Veificator : Subler de exterior 150-0,05 SR ISO 3599-96
Stabilirea regimurilor de lucru.
Stabilirea durabilitatii economice si a uzurii sculei aschietoare
T=90 min
VB=1 mm
Stabilirea adancimii de aschiere si a numarului de treceri: Stabilirea avansului de aschiere: s = 0,8……1,2 mm/rot
-se alege din caracteristicile masinii unelte s =1 mm/rot
Stabilirea vitezei de aschiere: Vtabel = 139 m/min
Se menționează ca vitezele de așchiere s-au ales din tabele normative și s-au corectat cu coeficienți de corecție:
• în funcție de starea materialului: Kv1 = 0,85
• in funcție de sectiunea transversalǎ : Kv2 = 0,97
• in funcție de raza la varf a cutitelor : Kv3 = 0,85
• in funcție de unghiul de atac: Kv4 = 1,13
Vcorectat=Kv1Kv2Kv3Kv4 Vtabel=110,07 m/min
Stabilirea turatiei piesei: =159,25 rot/min
Din gama de turatii a strungului aleg : =120 rot/min
Viteza realǎ de aschiere se calculeazǎ cu formula: : =79,16 m/min
Verificarea puterii motorului :
-componenta principalǎ a fortei de aschiere Pz =375 daN
-puterea realǎ: =6,18 kw
-puterea motorului electric : NME=7,5 kw
< NME
Coeficientul de durabilitate:
Calculul puterii la strunjirea frontală de degroșare:
II. Calculul regimului de așchiere la strunjirea frontală de finisare Ø60×60:
Calculul vitezei de așchiere ( coeficienții au aceleași valori):
Calculul puterii (coeficienții au aceleași valori):
Calculul regimului de așchiere la strunjirea de degroșare cilindrica exterioara a cotei Φ51.5×11 :
Fazele operatiei
– Prinderea semifabricatului în universal
-Strunjire cilindricǎ exterioarǎ de degroșare la cota mm
Utilaj: SN 400×1500. Caracteristici:
Scule aschietoare : Cutit drept pentru degrosat 20×20 6376-80/P20
Veificator : Subler de exterior 200-0,05 SR ISO 3599-96
Stabilirea durabilitatii economice si a uzurii sculei aschietoare
T=90 min [15, tb.9.10]
VB=1 mm [15, tb.9.11]
Stabilirea adancimii de aschiere si a numarului de treceri :
Stabilirea avansului de aschiere: s = 0,3……1,12 mm/rot [15, tb. 9.15]
-se alege din caracteristicile masinii unelte s =0.48 mm/rot
Stabilirea vitezei de aschiere: Vtabel = 136 m/min [15, tb. 9.15]
Se menționează ca vitezele de așchiere s-au ales din tabele normative [15, tb. 9.40] și s-au corectat cu coeficienți de corecție:
• în funcție de starea materialului: Kv1 = 0,85
• in funcție de sectiunea transversalǎ : Kv2 = 0,97
• in funcție de raza la varf a cutitelor : Kv3 = 0,95
• in funcție de unghiul de atac: Kv4 = 0,76
Vcorectat=Kv1Kv2Kv3Kv4 Vcorectat=80,95 m/min
Calculul turației:
[rot/min]
Se alege funcția de la cutia de viteze a strungului: [rot/min].
Recalcularea vitezei de așchiere:
Verificarea puterii motorului :
-componenta principalǎ a fortei de aschiere Pz =262 daN [15, tb. 9.15]
-puterea realǎ: =4,012 kw
-puterea motorului electric : NME=7,5 kw
< NME
Verificarea avansului din punct de vedere a rezistenței cuțitului:
– secțiunea cuțitului este: 20×20=400 [mm2].
Determinarea avansului se face cu relația:
[3 rel.10.6.] [mm2]; unde:
– Y1=0,75 [10, pg. 177.]
– b=h=16 [mm]
– L=30 [mm] – lungimea în consolă a cuțitului;
– =80 [daN/mm2] [10, pg. 173.]
– C4=27,9 [10, pg. 173.]
– HB=230 – duritatea materialului;
– n1=0,75 [10, pg. 178.]
– x1=1 [10, pg. 177.]
[mm/rot].
Secțiunea cuțitului rezistă până la prelucrarea semifabricatului cu un avans maxim de 0,45 [mm/rot].
.
Verificarea avansului din punct de vedere a rezistenței plăcuței din carbură metalică:[mm/rot] [10, pg. 174.]
unde: C1=4 [mm] – grosimea plăcuței,
=85 [daN/mm2]
=900; xs=0,7 [10, pg. 174.]
[mm/rot]
– plăcuța din carbură metalică P20 rezistă la prelucrarea semifabricatului cu un avans maxim de 0,96 [mm/rot].
Calcularea forței tangențiale pe care o poate suporta dintele pinionului:
[daN] [10, rel.10.17.]
unde: m=3 [mm] – modulul pinionului cremalierei;
b=16 [mm] – lățimea dintelui pinionului;
Y=1,9 [mm] – coeficient de formă a dintelui pinionului;
=35 [daN/mm2] – rezistența la încovoiere a materialului pinionului.
C4=27,9; HB=230; x1=1; y1=0,75; n1=0,75.
.
Deoarece toate elementele de verificare sunt bune pentru faza de strunjire, de degroșare Φ51,5 cea mai solicitată fază, pentru celelalte faze se vor calcula numai elementele regimului de așchiere.
IV. Calculul regimului de așchiere la strunjirea de finisare cilindrica Φ50 x 10.
În funcție de calitatea suprafeței: Ra=3,2÷1,6 se alege S=0,03 [mm/rot].
Calculul vitezei de așchiere (i=2 treceri):
Calculul turației:
Se alege turația de la cutia de viteze:
.
Recalcularea vitezei de așchiere:
.
V. Calculul regimului de așchiere pentru strunjirea de degroșare Φ41,5×50:
;
.
Calculul turației:
.
VI. Calculul regimului de așchiere pentru strunjirea de finisare Φ40,5×50:
;
;
VII. Calculul regimului de așchiere pentru rectificarea de degroșare Φ40×50:
Pentru rectificare se recomandă următoarea valoare pentru avansul de pătrundere (transversal):
– rectificarea de degroșare: 0,0025÷0,075 [mm/rot] [10, pg. 405.]
– se alege: t=0,004 [mm/rot].
Calculul forței de așchiere și a vitezei periferice a piesei:
– ca viteză de așchiere se consideră viteza periferică a discului de rectificat la mers în gol. Viteza periferică a discului de rectificat se alege tabelar
Viteza periferică a piesei se calculează cu relația:
[10, pg. 405]
Determinarea forței de așchiere: [10, pg. 407]
[10, pg. 407. rel. 18.4]
Determinarea puterii la rectificarea exterioară:
VIII. Calculul regimului de așchiere la alezare Φ19:
Se calculează turația:
Recalcularea vitezei de așchiere:
Stabilirea regimului de așchiere la filetare M 24
Condiții de așchiere: filet pătrat pentru M24x23, se execută pe SN 400 cuțit Rp3; secțiunea transversală 16×10 mm2; cu răcire.
Adâncimea de așchiere [15, pg. 145, tab 8.67]
t ≤ P/30 =
Avansul s = p = 3 mm/rot
Viteza de așchiere [15, pg. 182, tab 9.33]
Turația [15, pg. 264, tab 10.1
n = 75 rot/min
Recalcularea vitezei
Calcularea forței de așchiere
CFz = 34,42; CFy = 0,0031 [15, pg. 172, tab 3.18]
xFz = 1; xFy = 1,75; yFz = 1; yFy = 1,2 [15, pg. 172, tab 3.19]
nFz = 0,35; nFy = 2 [15, pg. 172, tab 3.20]
kmz = 1; kmy = 1 [15, pg. 172, tab 3.23]
kkz = 1,08; kky = 0,44 [15, pg. 172, tab 3.23]
krz =
r = 0,5; krz =
kγz = 1; kγy = 1 [15, pag. 174, tab 3.25]
kFz = 1 x 1,08 x 0,87 x 1 x 1 = 0,93
kFy = 1 x 0,44 x 0,75 x 1 x 0,7 = 0,23
Fz = 34,42 x 0,2 x 61,2 x 1430,35 x 0,53 = 3,1 = 315,44 daN
Fy = 0,0031 x 0,2 x 61,75 x 1432 x 0,23 = 67,07 daN
Fx = 0,34; Fz = 0,34 x 315,44 = 107,24 daN
Calcularea puterii de așchiere
5.5.Calculul normei de timp
Norma de timp – reprezintă timpul necesar executării unei unități de lucrare de către unul sau mai multi muncitori care lucreazăa cu intensitatea normală în anumite condiții tehnico-economice pecizate. Conform STAS 6909 – 75 structura normei de timp este:
Timpul de pregătire – încheiere (Tpi) este timpul în cadrul căruia muncitorul înaintea începerii lucrului crează la locul de muncă condițiile de efectuare a prelucrării și după terminarea lucrului aduce locul de muncă în starea inițială.
Activitățile efectuate în timpul de pregătire – încheiere sunt: primirea comenzii, studiul documentației, primirea și predarea sculelor și dispozitivelor, predarea pieselor și a restului de material. Timpul de pregătire – încheiere se ia o singură dată pentru întregul lot de piese prelucrate la operația respectivă.
Timpul operativ (Top) – este timpul în cursul căruia muncitorul efectuează sau supraveghează lucrările necesare pentru modificarea cantitativă și calitativă a obiectului muncii efectuând totodată și acțiuni ajutătoare pentru ca modificarea să aibă loc. Timpul operativ Top – este format din timpul de bază tb, timpul ajutător ta. Timpul de bază reprezintă timpul consumat pentru prelucrarea prin așchiere a materialului în vederea modificării formei, dimensiunilor și calității suprafețelor.
Norma de timp se determină cu relația:
[15, pag. 117, rel 6.56]
La strunjirea longitudinală cu cuțit k = 900 până la un prag:
[15, pg. 345, tab 12.1]
l1 = 0,5……2 mm; l2 = 0
La strunjirea longitudinală cu cuțit k = 900 cu scăpare liberă a cuțitului
l1 = 0,5……2 mm; l2 = 5 mm
l – lungimea prelucrată a piesei în mm
l1 – lungimea de intare a cuțitului în mm
l2 – lungimea de ieșire a cuțitului în mm
s – avansul; i – numărul de teceri
La filetare, cu scăpare liberă a cuțitului
[15, pag. 346, tab 12.4]
l1 = (1…3)p; l2 = (1- 3)p unde:
p – pasul filetului
n – turația de filetare, rot/min
n1 – turația de retragere, rot/min
q – numărul de începuturi
Timpul auxiliar ta – este timpul consumat pentru efectuarea mânuirilor necesare executării lucrărilor. În cursul timpului ajutător materialul nu suferă nici o transformare. Timpul ajutător se consumă pentru prinderea și desprinderea piesei de prelucrat, comanda mașinii-unelte, măsurători, evacuarea așchierii, măsurători de control.
Timpul de deservire a locului de muncă Tdl – este timpul în cadrul căruia muncitorul asigură pe toată durata schimbului menținerea în stare normală de funcțiune a utilajului și de utilizare a sculelor precum și organizarea, ordinea și curățenia la locul de muncă.
Acest timp se împarte în: timpul de deservire tehnică (tdt) și timpul de deservire organizatorică (tdo).
Timpul de deservire tehnică este consumat pentru înlocuirea sculelor uzate, reglarea mașinii-unelte în timpul zilei de lucru, evacuarea, ascuțirea sculelor.
Timpul de deservire organizatorică se referă la așezarea semifabricatelor, a sculelor precum și predarea-primirea schimbului, ungerea și curățirea utilajelor.
Timpul de întreruperi reglementate (Tir) – este timpul în cadrul căruia procesul de muncă este întrerupt pentru odihnă și necesități fiziologice ale muncitorului și pentru a avea loc întreruperile condiționate de tehnologie și organizarea muncii.
Norma de timp pentru operația de prelucrare a unei singure piese se calculează cu ralația:
[15, pg. 117, rel 6.56]
n – numărul de piese din lot
Pentru simplificarea calcului normei de timp, timpul de deservire tehnică se exprimă în procente din timpul de bază.
[15, pg. 117, rel 6.57]
kdt – procent de deservire tehnică
kdo – prodent de deservire organizatorică
kon – procent de odihnă și necesităși fiziologice
Operația : Strunjire frontala de degrosare.
– cuprinde: – pregătirea curentă a lucrului 15 min; [15, tab. 5.65.]
– montarea in universal 0.5 min
– deplasarea și fixarea păpușii mobile 1 min;
– schimbarea turației 0,1 min;
– schimbarea avansului 0,1 min;
– rotirea port-cuțitului 0,1 min;
– așezarea sau îndepărtarea apărătorii contra așchiilor 0,05 min;
– pornirea sau oprirea motorului electric 0,05 min;
– pornirea sau oprirea universalului 0,05 min;
– pornirea sau oprirea căruciorului 0,05 min (trei ori);
– schimbarea sensului avansului 0,05 min;
– montarea scule, cuțite 0,3 min (trei bucăți);
– centrare cuțite 0,3 (trei ori);
– srângere cuțite 0,2 min (trei ori).
-timp de bazǎ: =0,89 min
l=66 mm;l1=1 mm; l2= 1 mm; i=1
unde:l – lungimea de prelucrat, în mm;
l1 si l2 – curse de siguranță la intrare și, respectiv, la ieșire , în mm;
s – avansul de așchiere, în mm/rot;
n – turația sculei, în rot/min;
i – numărul de treceri.
-timp auxiliar: =1,91 min
unde:Ta1 – timpul de prindere și desprindere;
Ta2 – timp ajutator pentru comanda masinii unelte;
Ta3 – timp ajutator pentru masurǎtori de control;
Ta1=0,53 min [15, tb. 12.21]
Ta2=0,03+0,05+0,02+0,06+0,17+0,8=1,13 min [15, tb. 12.22]
Ta3=0,25 min [15, tb. 12.24]
– timpul de deservire tehnică: =0,01 min
– timpul de deservire organizatorică: =0,02 min
– timpul de odihna si necesitǎti firesti: =0,7 min
La nivel de operație, norma de timp Tn are expresia:
=17,14 min/buc
Operatia de strunjire cilindrica exterioara de degrosare :
-timp de bazǎ: =1,72 min
l=60 mm;l1=0,6 mm; l2= 1 mm; i=1
unde:l – lungimea de prelucrat, în mm;
l1 si l2 – curse de siguranță la intrare și, respectiv, la ieșire , în mm;
s – avansul de așchiere, în mm/rot;
n – turația sculei, în rot/min;
i – numărul de treceri.
-timp auxiliar: =1,91 min
unde:Ta1 – timpul de prindere și desprindere;
Ta2 – timp ajutator pentru comanda masinii unelte;
Ta3 – timp ajutator pentru masurǎtori de control;
Ta1=0,53 min [15, tb. 12.21]
Ta2=0,03+0,05+0,02+0,06+0,17+0,8=1,13 min [15, tb. 12.22]
Ta3=0,25 min [15, tb. 12.24]
– timpul de deservire tehnică: =0,01 min
– timpul de deservire organizatorică: =0,02 min
– timpul de odihna si necesitǎti firesti: =0,7 min
– timpul de pregătire-încheiere : Tpî=13+9=19 min
– timpul unitar Tu = =10,29 min
La nivel de operație, norma de timp Tn are expresia:
=11,39 min/buc
Operatia de strunjire frontala de finisare:
-timp de bazǎ: =0,53 min
l=19,5 mm;l1=0,6 mm; l2= 0,5 mm; i=1
unde: l – lungimea de prelucrat, în mm;
l1 si l2 – curse de siguranță la intrare și, respectiv, la ieșire , în mm;
s – avansul de așchiere, în mm/rot;
n – turația sculei, în rot/min;
i – numărul de treceri.
-timp auxiliar: =2,29 min
unde:Ta1 – timpul de prindere și desprindere;
Ta2 – timp ajutator pentru comanda masinii unelte;
Ta3 – timp ajutator pentru masurǎtori de control;
Ta1=0,7 min [15, tb. 12.21]
Ta2=0,03+0,05+0,02+0,06+0,17+0,14+0,02+0,8=1,29 min [15, tb. 12.22]
Ta3=0,3 min [15, tb. 12.24]
– timpul de deservire tehnică: =0,008 min
– timpul de deservire organizatorică: =0,02 min
– timpul de odihna si necesitǎti firesti: =0,09 min
Operatia de gaurire:
-timp de bazǎ: =4,13 min
l=36 mm;l1=66 mm; l2= 3 mm; i=1
-timp auxiliar: =1,01 min
unde:Ta1 – timpul de prindere și desprindere;
Ta2 – timp ajutator pentru comanda masinii unelte;
Ta3 – timp ajutator pentru masurǎtori de control;
Ta1=0,53 min [15, tb. 12.21]
Ta2=0,04+0,09+0,05+0,05=0,23 min; [15, tb. 12.22]
Ta3=0,25 min [15, tb. 12.24]
– timpul de deservire tehnică: =0,18 min
– timpul de deservire organizatorică: =0,10 min
– timpul de odihna si necesitǎti firesti: =0,35 min
Operatia de filetare:
Timp de bazǎ: =1,8 min
l=28 mm;l1=2 mm; l2=0 mm;
unde:l – lungimea de prelucrat, în mm;
l1 si l2 – curse de siguranță la intrare și, respectiv, la ieșire , în mm;
p – pasul filetului, în mm/rot;
n – turația sculei, în rot/min;
-timp auxiliar: =3,42 min
unde:Ta1 – timpul de prindere și desprindere;
Ta2 – timp ajutator pentru comanda masinii unelte;
Ta3 – timp ajutator pentru curatirea dispozitivului;
Ta1=3,1 min [15, tb. 12.46]
Ta2=0,02+0,02+0,03+0,02+0,013=0,22 min [15, tb. 12.52]
Ta3=0,10 min [15, tb. 12.51]
de deservire tehnică: =0,028 min
– timpul de deservire organizatorică: =0,048 min
– timpul de odihna si necesitǎti firesti: ==0,192 min
– timpul de pregătire-încheiere : Tpî=8+9=17 min
– timpul unitar Tu = =5,08 min
La nivel de operație, norma de timp Tn are expresia:
=5,93 min/buc
Operația de rectificare exterioara:
– așezarea piesei pe masa magnetică 4 min;
– primirea, predarea documentațiilor, a comenzilor cu indicațiile necesare, a sculelor, dispozitivelor și aparatelor de măsură 8 min;
– montarea și demontarea mesei magnetice 3,5 min;
– schimbarea discului abraziv 7 min.
Timpul de bază:
Timpul auxiliar:
timp pentru prinderea și desprinderea piesei;
timp pentru comanda mașinii:
– apropierea sau retragerea pietrei de piesă 0,1 min;
– pornirea avansului de trecere 0,03 min;
– cuplarea și decuplarea vitezei mesei 0,03 min;
– schimbarea mărimii vitezei de avans și a mărimii avansului de
trecere 0,05 min;
– pornirea și oprirea lichidului de răcire 0,04 min.
Timpul de deservire tehnică:
Timpul de deservire organizatorică:
Timpul de odihnă și necesități fiziologice:
B. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE ASISTATA DE CALCULATOR CAD-CAM
In acest capitol se prezintă realizarea programului CAM a unui reperului bucșă aruncătoare.
Tehnologia de fabricație se realizează cu ajutorul softului EMCO, un soft bine cunoscut pe piața mondială , fiind considerat un dintre cele mai utilizate softuri pentru modulele CAD și CAM .
Prezentare generală a programului utilizat EMCO
EMCO este un soft complet integrat CAD/CAM/CAE, produs de compania Emco Maier Gmbh. Funcțiile CAM se adresează programării mașinilor unelte cu comandă numerică (CNC) pe baza modelului 3D generat în modulul CAD. Funcțiile CAE furnizează instrumente pentru simularea comportării produsului virtual în diverse condiții de mediu și de funcționare.
Toate aceste module sunt integrate în aceeași interfață, nu avem nevoie de alte aplicații sau module exterioare pentru definitivarea ciclului de viață al produsului. Avantajul deosebit care il reperzinta este păstrarea unității datelor, orice modificare a acestora se va reflecta imediat la toate nivelurile proiectului.
Dacă efectuăm o modificare în modelul 3D aceasta se va regăsi imediat și în modulul CAM, rezultând noi traiectorii pentru mașina de prelucrat, sau în modulul de simulare, unde vom avea o analiză corespunzătoare noului produs, fără a fi nevoie de intervenția utilizatorului. Este încurajată și ingineria concurentă, astfel, imediat după etapa de modelare, specialiștii CAM sau CAE pot începe simultan propriile activități, orice modificare a modelului de bază ducând imediat la actualizarea acestora.
Programul EMCO beneficiază de o interfață ușor de utilizat, această interfață permite folosirea unor funcții avansate, atunci când este nevoie, prin modularizare și personalizare.
Prezentarea etapelor de lucru
Se prezinta desenul de execuție al reperului pentru care se va realiza tehnologia de execuție executat in programul CAD.
Fig.5.1. Desenul de execuție pentru reperul „bucsa aruncătoare” 2D
Tinând cont de planele de operații, în prima fază are loc recepția materialului care va fi din bara laminată din C 45 de diametru Ø55 mm.
După recepție se executa operatia de debitare utilizandu-se masini specializate pentru debitare.
În figurile de mai jos sunt reprezentate vederile cu piesa finită si semifabricatul executat in CAD.
Fig.5. 2. Prezentarea reperului „bucșă aruncătoare” 3D.
Fig.5. 3. Reprezentarea semifabricatului.
Din modulul de proiectare asistată de calculator, CAD, se va face trecerea la modulul de fabricație asistată de calculator, CAM, prin trecerea la modulul „Manufacturing”, modul în care se vor stabili parametri tehnologici, operațiile care se vor executa asupra piesei cât și simularea în vederea verificării prelucrarilor care au loc asupra reperului „bucșă aruncătoare”
Pentru prelucrarea piesei s-a ales mașina unealta Strung CNC. Ca și dispozitiv de fixare vom folosi universalul strungului prezentat in figura de mai jos.
Fig.5.4. Reprezentarea modului de prindere a piesei.
Pentru a putea efectua prelucrările stabilite se alege semifabricatul respectiv .
Fig.5.5. Stabilirea semifabricatului.
In continuare se vor defini sculele necesare pentru toate operatiile.
Fig.5.6. Tipurile de scule utilizate.
Se selectează comanda CAM si pe urma selectand butonul Settings apare un nou toolbar in partea stanga de unde se alege masina CNC, sculele de care avem nevoie si dimensiunile semifabricatului. Selectam Tool measurement – Insert tool – Tool database se deschide o fereastra cu 93 de scule pe care le alegem in functie de operatiile pe care le efectuam.
In final vom avea o structură liniara care poate fi văzută selectând Tool measurement în care sunt prezentate sculele necesare:
Comform itinerarului tehnologic se va realiza strunjirea de degroșare de la diametrul de Ø55 mm până la diametrul de Ø 41.5 mm.
Fig.5.7. Prezentarea modului de aschiere
Următoare fază comform itinerarului tehnologic este frezarea plana la diametrul de Ø50, frezare care are rolul de a anula unul din gradele de libertate pe care le are piesa – rotatie in jurul axei sale.
Prinderea piesei se va face în menghină.
Operația de frezare se realizată cu o freză cilindro-frontală cu diametrul de Ø16, freza acoperind dintr-o trecere suprafața care necesita să fie frezată.
Pentru a verifica dacă operațiile de strunjire, găurie și frezare pot fi postprocesate de către mașina unealtă, softul EMCO ne oferă posibilitatea de a simula în vedere tridimensională toate operațiile.
În figurile de mai jos se vor prezenta imagini cu simulările operațiilor.
Fig. 5.8. Traseul de strunjire pentru prima fază.
.
Fig. 5.9. Simulare operatiei de găurire.
Fig. 5.10. Simularea operatiei de filetare.
Programul generat de catre softul EMCO pentru CNC:
N1 G54
N2 G95
N3 ; Exported CamConcept project: C:\Documents and Settings\Admin\Desktop\LICENTA PRINDERA 1.ecc
N4 ; Export filter: DIN/ISO 2.00
N5 ; tool tool name radius length X length Z missing textentry (4700008)
N6 ; T1D1 Roughing tool SCAC R 12 0.400 0.000 0.000
N7 ; T2D1 Start drill 120°/12mm 6.000 0.000 0.000
N8 ; T3D1 Twist drill 19mm 9.500 0.000 0.000
N9 ; T4D1 Intern. thread tool NVR 0.100 0.000 0.000
N10 ; 1: positioning
N11 M8
N12 G96 S0
N13 M3
N14 G0 X60 Z81
N15 G0 X60 Z5
N16 ; 2: facing
N17 D0
N18 G53 G0 X86 Z276.500
N19 T1 D1
N20 M8
N21 G96 S220
N22 M3
N23 G0 X65 Z10
N24 G0 X65 Z4.510
N25 G64
N26 G1 X55 Z4.510 F0.200
N27 G1 X0.200 Z4.510
N28 G1 X0.200 Z4.700
N29 G1 X0.200 Z5
N30 G0 X65 Z5
N31 G0 X65 Z4.020
N32 G64
N33 G1 X55 Z4.020
N34 G1 X0.200 Z4.020
N35 G1 X0.200 Z4.700
N36 G1 X0.200 Z5
N37 G0 X65 Z5
N38 G0 X65 Z3.530
N39 G64
N40 G1 X55 Z3.530
N41 G1 X0.200 Z3.530
N42 G1 X0.200 Z4.510
N43 G0 X65 Z4.510
N44 G0 X65 Z3.040
N45 G64
N46 G1 X55 Z3.040
N47 G1 X0.200 Z3.040
N48 G1 X0.200 Z4.020
N49 G0 X65 Z4.020
N50 G0 X65 Z2.550
N51 G64
N52 G1 X55 Z2.550
N53 G1 X0.200 Z2.550
N54 G1 X0.200 Z3.530
N55 G0 X65 Z3.530
N56 G0 X65 Z2.060
N57 G64
N58 G1 X55 Z2.060
N59 G1 X0.200 Z2.060
N60 G1 X0.200 Z3.040
N61 G0 X65 Z3.040
N62 G0 X65 Z1.570
N63 G64
N64 G1 X55 Z1.570
N65 G1 X0.200 Z1.570
N66 G1 X0.200 Z2.550
N67 G0 X65 Z2.550
N68 G0 X65 Z1.080
N69 G64
N70 G1 X55 Z1.080
N71 G1 X0.200 Z1.080
N72 G1 X0.200 Z2.060
N73 G0 X65 Z2.060
N74 G0 X65 Z0.590
N75 G64
N76 G1 X55 Z0.590
N77 G1 X0.200 Z0.590
N78 G1 X0.200 Z1.570
N79 G0 X65 Z1.570
N80 G0 X65 Z0.100
N81 G64
N82 G1 X55 Z0.100
N83 G1 X0.200 Z0.100
N84 G1 X0.200 Z1.080
N85 G0 X65 Z1.080
N86 G1 X65 Z1.090
N87 G0 X65 Z10
N88 G0 X65 Z10
N89 G96 S500
N90 G0 X65 Z10
N91 G0 X65 Z0
N92 G41
N93 G1 X55 Z0
N94 G1 X0 Z0
N95 G1 X0 Z5
N96 G40
N97 G1 X0 Z10
N98 G0 X65 Z10
N99 ; 3: turning cycle
N100 M8
N101 G96 S220
N102 M3
N103 G0 X65 Z0
N104 G0 X53.150 Z0
N105 G64
N106 G1 X53.150 Z-5 F0.200
N107 G1 X53.150 Z-49.900
N108 G1 X54.400 Z-49.900
N109 G1 X55 Z-49.900
N110 G0 X55 Z0
N111 G0 X51.300 Z0
N112 G64
N113 G1 X51.300 Z-5
N114 G1 X51.300 Z-49.900
N115 G1 X54.400 Z-49.900
N116 G1 X55 Z-49.900
N117 G0 X55 Z0
N118 G0 X49.450 Z0
N119 G64
N120 G1 X49.450 Z-5
N121 G1 X49.450 Z-49.900
N122 G1 X53.150 Z-49.900
N123 G0 X53.150 Z0
N124 G0 X47.600 Z0
N125 G64
N126 G1 X47.600 Z-5
N127 G1 X47.600 Z-49.900
N128 G1 X51.300 Z-49.900
N129 G0 X51.300 Z0
N130 G0 X45.750 Z0
N131 G64
N132 G1 X45.750 Z-5
N133 G1 X45.750 Z-49.900
N134 G1 X49.450 Z-49.900
N135 G0 X49.450 Z0
N136 G0 X43.900 Z0
N137 G64
N138 G1 X43.900 Z-5
N139 G1 X43.900 Z-49.900
N140 G1 X47.600 Z-49.900
N141 G0 X47.600 Z0
N142 G0 X42.050 Z0
N143 G64
N144 G1 X42.050 Z-5
N145 G1 X42.050 Z-49.900
N146 G1 X45.750 Z-49.900
N147 G0 X45.750 Z0
N148 G0 X40.200 Z0
N149 G64
N150 G1 X40.200 Z-5
N151 G1 X40.200 Z-49.900
N152 G1 X43.900 Z-49.900
N153 G0 X43.900 Z0
N154 G1 X44.050 Z0
N155 G0 X65 Z0
N156 G0 X65 Z0
N157 G96 S500
N158 G0 X65 Z0
N159 G0 X40 Z0
N160 G42
N161 G1 X40 Z-5
N162 G1 X40 Z-50
N163 G1 X55 Z-50
N164 G40
N165 G1 X65 Z-50
N166 G0 X65 Z0
N167 ; 4: contour turning
N168 M8
N169 G96 S220
N170 M3
N171 G0 X50.369 Z5.556
N172 G0 X40.183 Z5.556
N173 G64
N174 G0 X40.183 Z0.556
N175 G1 X40.183 Z-1.117 F0.200
N176 G1 X40.369 Z-1.117
N177 G0 X40.369 Z5.556
N178 G0 X39.997 Z5.556
N179 G64
N180 G0 X39.997 Z0.556
N181 G1 X39.997 Z-1.117
N182 G1 X40.369 Z-1.117
N183 G0 X40.369 Z5.556
N184 G0 X39.811 Z5.556
N185 G64
N186 G0 X39.811 Z0.556
N187 G1 X39.811 Z-1.117
N188 G1 X40.183 Z-1.117
N189 G0 X40.183 Z5.556
N190 G0 X39.625 Z5.556
N191 G64
N192 G1 X39.625 Z0.556
N193 G1 X39.625 Z-1.047
N194 G1 X39.766 Z-1.117
N195 G1 X39.997 Z-1.117
N196 G0 X39.997 Z5.556
N197 G0 X39.439 Z5.556
N198 G64
N199 G1 X39.439 Z0.556
N200 G1 X39.439 Z-0.954
N201 G1 X39.766 Z-1.117
N202 G1 X39.811 Z-1.117
N203 G0 X39.811 Z5.556
N204 G0 X39.253 Z5.556
N205 G64
N206 G1 X39.253 Z0.556
N207 G1 X39.253 Z-0.861
N208 G1 X39.625 Z-1.047
N209 G0 X39.625 Z5.556
N210 G0 X39.067 Z5.556
N211 G64
N212 G1 X39.067 Z0.556
N213 G1 X39.067 Z-0.768
N214 G1 X39.439 Z-0.954
N215 G0 X39.439 Z5.556
N216 G0 X38.881 Z5.556
N217 G64
N218 G1 X38.881 Z0.556
N219 G1 X38.881 Z-0.675
N220 G1 X39.253 Z-0.861
N221 G0 X39.253 Z5.556
N222 G0 X38.695 Z5.556
N223 G64
N224 G1 X38.695 Z0.556
N225 G1 X38.695 Z-0.582
N226 G1 X39.067 Z-0.768
N227 G0 X39.067 Z5.556
N228 G0 X38.510 Z5.556
N229 G64
N230 G1 X38.510 Z0.556
N231 G1 X38.510 Z-0.489
N232 G1 X38.881 Z-0.675
N233 G0 X38.881 Z5.556
N234 G0 X38.324 Z5.556
N235 G64
N236 G1 X38.324 Z0.556
N237 G1 X38.324 Z-0.396
N238 G1 X38.695 Z-0.582
N239 G0 X38.695 Z5.556
N240 G0 X38.138 Z5.556
N241 G64
N242 G1 X38.138 Z0.556
N243 G1 X38.138 Z-0.303
N244 G1 X38.510 Z-0.489
N245 G0 X38.510 Z5.556
N246 G0 X37.952 Z5.556
N247 G64
N248 G1 X37.952 Z0.556
N249 G1 X37.952 Z-0.210
N250 G1 X38.324 Z-0.396
N251 G0 X38.324 Z5.556
N252 G0 X37.766 Z5.556
N253 G64
N254 G1 X37.766 Z0.556
N255 G1 X37.766 Z-0.117
N256 G1 X38.138 Z-0.303
N257 G0 X38.138 Z5.556
N258 G1 X38.152 Z5.556
N259 G0 X50.369 Z5.556
N260 G0 X50.369 Z5.556
N261 ; 5: drilling
N262 D0
N263 G53 G0 X86 Z276.500
N264 T2 D1
N265 G0 X0 Z5
N266 M8
N267 G97 S1050
N268 M3
N269 G94
N270 G0 X0 Z5
N271 G1 X0 Z-1 F320
N272 G0 X0 Z5
N273 G0 X0 Z0
N274 G1 X0 Z-2
N275 G0 X0 Z5
N276 G0 X0 Z-1
N277 G1 X0 Z-3
N278 G0 X0 Z5
N279 G0 X0 Z5
N280 ; 6: drilling
N281 D0
N282 G53 G0 X86 Z276.500
N283 T3 D1
N284 G0 X0 Z5
N285 M8
N286 S670
N287 M3
N288 G0 X0 Z5
N289 G1 X0 Z-2 F320
N290 G0 X0 Z5
N291 G0 X0 Z-1
N292 G1 X0 Z-4
N293 G0 X0 Z5
N294 G0 X0 Z-3
N295 G1 X0 Z-6
N296 G0 X0 Z5
N297 G0 X0 Z-5
N298 G1 X0 Z-8
N299 G0 X0 Z5
N300 G0 X0 Z-7
N301 G1 X0 Z-10
N302 G0 X0 Z5
N303 G0 X0 Z-9
N304 G1 X0 Z-12
N305 G0 X0 Z5
N306 G0 X0 Z-11
N307 G1 X0 Z-14
N308 G0 X0 Z5
N309 G0 X0 Z-13
N310 G1 X0 Z-16
N311 G0 X0 Z5
N312 G0 X0 Z-15
N313 G1 X0 Z-18
N314 G0 X0 Z5
N315 G0 X0 Z-17
N316 G1 X0 Z-20
N317 G0 X0 Z5
N318 G0 X0 Z-19
N319 G1 X0 Z-22
N320 G0 X0 Z5
N321 G0 X0 Z-21
N322 G1 X0 Z-24
N323 G0 X0 Z5
N324 G0 X0 Z-23
N325 G1 X0 Z-26
N326 G0 X0 Z5
N327 G0 X0 Z-25
N328 G1 X0 Z-28
N329 G0 X0 Z5
N330 G0 X0 Z-27
N331 G1 X0 Z-30
N332 G0 X0 Z5
N333 G0 X0 Z-29
N334 G1 X0 Z-32
N335 G0 X0 Z5
N336 G0 X0 Z-31
N337 G1 X0 Z-34
N338 G0 X0 Z5
N339 G0 X0 Z-33
N340 G1 X0 Z-36
N341 G0 X0 Z5
N342 G0 X0 Z5
N343 ; 7: thread turning
N344 D0
N345 G53 G0 X86 Z276.500
N346 T4 D1
N347 M8
N348 S200
N349 M3
N350 G0 X21.835 Z5
N351 G0 X22.835 Z5
N352 G33 X22.835 Z-25.900 K3
N353 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.600
N354 G0 X21.835 Z5
N355 G0 X23.249 Z5
N356 G33 X23.249 Z-25.900 K3
N357 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.424
N358 G0 X21.835 Z5
N359 G0 X23.567 Z5
N360 G33 X23.567 Z-25.900 K3
N361 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.346
N362 G0 X21.835 Z5
N363 G0 X23.835 Z5
N364 G33 X23.835 Z-25.900 K3
N365 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.300
N366 G0 X21.835 Z5
N367 G0 X24.071 Z5
N368 G33 X24.071 Z-25.900 K3
N369 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.268
N370 G0 X21.835 Z5
N371 G0 X24.285 Z5
N372 G33 X24.285 Z-25.900 K3
N373 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.245
N374 G0 X21.835 Z5
N375 G0 X24.485 Z5
N376 G33 X24.485 Z-25.900 K3
N377 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.226
N378 G0 X21.835 Z5
N379 G0 X24.685 Z5
N380 G33 X24.685 Z-25.900 K3
N381 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.211
N382 G0 X21.835 Z5
N383 G0 X24.885 Z5
N384 G33 X24.885 Z-25.900 K3
N385 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.197
N386 G0 X21.835 Z5
N387 G0 X25.083 Z5
N388 G33 X25.083 Z-25.900 K3
N389 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.185
N390 G0 X21.835 Z5
N391 G0 X25.083 Z5
N392 G33 X25.083 Z-25.900 K3
N393 G33 X21.835 Z-26 I3 K0.185
N394 G0 X21.835 Z5
N395 ; 8: positioning
N396 M8
N397 G96 S0
N398 M3
N399 G0 X60 Z10
N400 M30
CAP. 6. PROIECTAREA SDV-EURILOR NECESARE
6.1. Proiectarea unui dispozitiv de frezat
In cadrul lucrării s-a proiectat un dispozitiv pentru fixarea piesei in vederea efeectuării operației de frezare plană. Dispozitivul de frezat face parte din grupa dispozitivelor universale, care permit reglarea pe anumite dimensiuni, corpul și mecanismul de strângere sunt normalizate iar fălcile schimbabile și unele elemente de așezare se proiectează și se execută in concordanță cu forma și dimensiunile piesei de prelucrat.
Aceste tipuri de dispozitive fac parte din categoria dispozitivelor caracteristice pentru prelucrarea fără utilizarea timpului de mașină la așezare și la scoaterea pieselor de prelucrat.
Clasificarea se face după mai multe criterii:
– a. după construcția generală; cu o falcă mobilă ;cu două fălci mobile; cu fălci libere; cu fălci care se deplasează in mod reciproc.
– b. după construcția mecanismului de strângere : cu șurub; cu excentric; cu excentric și cu amplificarea forței cu pârghii , hidraulice, pneumatice, mecanice, mecanohidraulice, pneumohidraulice, cu arcuri cu stângere automată.
-c. după direcția forței aplicată la falca interioară; cu strângerea piesei prin tragere (sania fălcii mobile lucrează in intindere), cu strângerea piesei prin impingere (sania fălcii mobile lucrează in compresiune)
Dispozitivul proiectat este unul de tip menghină acționat mecanic cu șurub si avand două falci prismatice una fixă si alta mobilă, strângerea piesei se efectuează prin deplasarea fălcii mobile in plan orizontal, ea fiind actionată cu ajutorul unui surub.
Spre deosebire de mecanismele de strângere cu excentrici, mecanismele cu filet pot lucra in orice condiții, indiferent de abaterile dimensiunilor de strângere și de mărimea curselor și a forțelor de strângere.
Din aceste motive mecanismele de stângere cu filet sunt folosite pe scară largă in producția de unicate cat și de serie mică, la fixarea semifabricatelor direct pe mașina unealtă. Aceasta varianta de dispozitiv este recomandat pentru repere cu serie mica de fabricatie deoarece timpul de strangere si desfacere a piesei este relativ mare față de dispozitivele acționate hidraulic, pneumatic sau in alte variante.
6.1.1. Determinarea forței de strângere realizată de dispozitiv
Pentru șuruburile care au suprafță circulară forța de strângere realizată se determină cu relația:
[12, pag.297]
Coeficientul de frecare pe suprafțele elicei filetului metric se calculează in funcție de coeficientul de frecare
cu relația
( unghi la vârf al profilului filetului) care corespunde unui unghi de frecare = .
Unghiul elicei pentru filete metrice este intre , din care cauză rezultă că , toate șuruburile și piulițele de strângere care au filet metric respectă condiția de autofrânare.
r=8 (mm)
D=20(mm)
(daN) L=100 (mm)
6.1.2. Calculul de verificare al șurubului
Principalul element de acționare al dispozitivului îl constituie surubul de acționare. Celelalte dimensiuni de gabarit, se vor adopta în funcție de tipul mașinii pe care va fi montat dispozitivul.
Forța Q care acționează asupra manivelei șurubului de acționare se reduce în O, la un moment dat de torsiune și o forță tăietoare Q.
[12, pag.89]
Q = 25 [daN]
– Verificarea șurubului la încovoiere
[12, pag.90]
Unde: z – numărul de spire active
z = 7 spire
Determinarea erorii totale poate fi exprimat cu relația:
[12, pag.90]
În care: – eroare de orientare
– eroare de fixare
– eroare de prelucrare
– eroare de control
– coeficienți ce caracterizează curbele de distribuție a erorilor:
– Eroarea de orientare admisibilă:
[12, pag.91]
Pentru cazul când erorile au o distribuție normală de tangentă, =1
[12,pag.91] În care: =130 [μm]
=33 [μm]
=50 [μm]
=150 [μm]
– verificarea la forfecare
[12, pag.92]
– calculul forțelor de strângere
[12, pag.92]
În care: Q – forța de antrenare
L – lungimea manivelei
r – raza medie a filetului
α – unghiul elicei filetului
– unghiul de frecare pe suprafe’e elicoidale, frontale ale șurubului sau piuliței.
r =9 [mm]
α = 3˚ μ = 0,1
D = 20 [mm]
– Verificarea șurubului la solocitări compuse:
[12, pag.89]
Sarcina critică la flambaj se determină cu relația
[12, pag.89]
În care: E = modulu de elasticitate transversal
– pentru OL
– momentul de inerție [cm4]
– lungimea de flambaj [mm]
[12, pag.89]
Raza de inerție
[12, pag.90]
– Coeficientul de zveltețe “”
[12, pag.90]
[12, pag.90]
În care: C – coeficient de siguranță
P – forța activă [daN]
cea ce demonstreată că șurubul nu prezintă pericol de flambaj.
6.2. Proiectarea burghiului elicoidal de Ø22mm
6.2.1 Calculul avansului de lucru.
Mișcarea principală de așchiere pentru un punct pe muchia de așchiere principală este o mișcare de rotație in jurul axei proprii.
Mișcarea de avans este o mișcare de translație în lungul axei burghiului.
Muchiile principale de așchiere ale tăișurilor burghiului generează cu suprafețe principale de așchiere, două suprafețe elicoidale riglate de pas constant, egal cu avansul s .
Avansul de lucru se calculează cu relația:
(mm)
unde:
s – avansul de lucru
Dn – diametrul nominal
mm
6.2.2. Calculul forței axiale la găurire
La găurire forța axială se calculează cu ajutorul relației:
(daN)
unde:
CF – coeficientul de corecție
D – diametrul
XF – exponentul diametrului
YF – exponent al avansului de lucru
s – avansul de lucru
Astfel avem:
CF = 84,7
D = 22 mm
XF = 0,7
YF = 1
F = 0,91 · 84,7 · 250,7 ·0,251 = 183,4 daN
6.2.3. Calculul forței principale de așchiere
Forța principală de așchiere se calculează cu ajutorul relației:
(daN)
unde:
D0 – diametrul miezului și se calculează cu ajutorul relației:
(mm)
mm
Ks1 = 200
µ = 0,44
D0 = 3,92
daN
6.2.4. Calculul momentului de torsiune
Momentul de torsiune se calculează cu ajutorul relație:
(daN·cm)
daN·cm
6.2.5. Calculul puterii
Puterea necesară se calculează cu relația:
unde:
M – momentul de torsiune
N1 – turația
M = 42,672 daN·m
N1 = 150
Kw
Puterea mașinii unelte se calculează cu ajutorul relației:
Puterea mecanismului de avans se calculează cu ajutorul relației:
(Kw)
6.2.6 Calculul pasul elicei
Pasul elicei se calculează cu relația:
6.2.7. Calculul unghiului de înclinare al canalelor elicoidale
Unghiul de înclinare al canalelor elicoidale se notează cu E și se calculează cu relația:
6.2.8. Calculul parametrilor geometrici
Calculul unghiului de înclinare al canalelor elicoidale.
Calculul unghiului de degajare.
CAP. 7.
NORME DE SANATATE SI SECURITATE IN MUNCA
PENTRU ATELIERELE DE PROCESARE MATERIAL PLASTIC
In exploatarea matriței vor fi respectate toate normele de protecția muncii prevăzute pentru atelierele sau secțiile de injectat mase plastice.
Cele mai importante norme sunt :
Muncitori care lucrează la prese, mașini de injecție, de debavurat, de șlefuit, care manipulează, reglează sau exploatează matrițe vor folosi unelte și mijloace adecvate de protecție.
Se va evita contactul materialului plastic fierbinte cu pielea, materialul având temperaturi peste 55ºC.
Este interzisă acumularea de material plastic sub cilindrul mașinii de injecție și lângă acesta.
Presele și matrițele de injecție vor fi prevăzute cu sisteme de comandă, blocare și protecție, astfel concepute încât să evite orice accident în timpul exploatării. În acest scop se vor aplica măsuri de protecție ca :
folosirea butoanelor de comandă de execuție îngropată
protejarea prin carcase metalice a manetelor și pedalelor de comandă, contra atingerilor accidentale nedorite.
echiparea cu apărători ce permit funcționarea utilajului numai când apărătoarea se află în poziția de protecție (închisă).
comenzi bimanuale automate
Montarea, reglarea, curățirea, ungerea matrițelor precum și accesul la mecanismele de acționare a mașinilor se vor face numai când mașinile sunt oprite și numai de către un personal calificat.
Înainte de pornirea mașinilor se va controla dacă cuiburile matriței nu conțin corpuri străine.
Curățirea dispozitivelor de injecție și a matrițelor de bravuri și materiale prinse pe ele se va face cu aer comprimat și unelte adecvate din cupru sau aluminiu.
La inroducerea, așezarea și scoaterea normală a pieselor din matriță se vor folosi scule ajutătoare ( cârlige, clești, pensete ) și mijloace de protecție corespunzătoare ( mănuși, palmere, degetare ) astfel încât mâna muncitorului să nu ajungă în zona fierbinte a matriței.
Montarea și demontarea matriței se va face mecanizat și numai de către un personal calificat în acest scop.
În timpul cursei de închidere a matriței se interzice introducerea în zona periculoasă a mâinii sau a diferitelor obiecte pentru curățirea sau scoaterea pieselor.
La mașinile de injecție se interzice injectarea materialului în gol, fără a se lua măsurile corespunzătoare de protecție contra stropirii cu masă plastică fierbinte.
Demontarea și transportul pieselor care au o temperatură peste 55 ºC se va face folosind mănuși termoizolante pentru a se evita arsurile.
Se interzice operatorilor de la mașinile de injectat mase plastice să facă vreo intervenție sau reparație la mașinile respective. Acestea se vor face numai de personal calificat în acest scop.
PENTRU ATELIERELE DE PRELUCRĂRI METALICE PRIN AȘCHIERE
In conformitate cu legile in vigoare, se vor respecta urmatoarele norme de tehnica securitatii muncii specifice prelucrarii prin aschiere:
lucrul la masinile-unelte e permis numai personalului califcat, pregatit in acest scop
inainte de inceperea lucrului se va verifica starea tehnica a masinii, si se va porni masina in gol
se va verifica existenta impamantarii la reteaua electrica
in timpul lucrului se vor folosi ecrane de protectie sau ochelari de protectie impotriva aschiilor
imbracamintea sa fie bine stransa pe corp, iar parul acoperit
nu se admite folosirea sculelor si a uneltelor defecte
controlul suprafetelor prelucrate se face obligatoriu dupa ce a fost decuplata piesa de la mecanismul de miscare
la ivirea unei defectiuni se va intrerupe lucrul si se va anunta reglorul sau electricianul din cadrul atelierului intretinere al sectiei
nu se admite parasirea locului de munca fara avizul maistrului si lasand masina in functiune
la inchiderea lucrului se vor curata masinile si se ung organele in miscare, ghidajele
se va respecta ciclul de intretinere si reparatii utilaj.
BIBLIOGRAFIE
1. -Amza Gh., Dumitru M., Rândașu, V .-Tratat de Tehnologia materialelor, Editura Academiei Române, București, 2002..
2. -Drăghici,I.ș.a. – Îndrumar de proiectare în construcția de mașini. București, Editura tehnică ,1981
3. -Fetecău C .- Injectarea materialelor plastice. Editura Didactică și Pedagogică București. 2005.
4.-Hancu L., Iancău H.- Tehnologia materialelor nemetalice. Editura Alma Mater. Cluj Napoca. 2003.
5. -Iclănzan T. – Plasturgie. Tehnologia prelucrării materialelor plastice. Editura Politehnica Timișoara. 2003.
6. Iosip, M., Oprea, E., Boricean, D., Realizarea fabricației digitale a produselor folosind prototipul virtual, Qual Media, Cluj-Napoca, 2010.
7. -Manea Gh. – Prelucrarea prin injecție a materialelor plastice. Editura tehnică Bucuresti,1986.
8. -Mihăilă Șt. – Tehnologia fabricarii maselor plastice. Note de curs 2011 .
9. Picoș Constantin – Proiectarea tehnologiilor de prelucrare prin așchiere, vol. II, Editura Universitas, Chișinău, 1992;
10. Picoș, C. ș.a. – Calculul adaosurilor de prelucrare și a regimurilor de așchiere, Editura Tehnică, București, 1974,
11. Picos, C.,ș.a – Normarea tehnică pentru prelucrări prin așchiere, Vol.II. Editura Tehnică București, 1982.
12. Rosculet, S.V. – Proiectarea dispozitivelor, Editura. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1980.
13. Stănășel I. –Bazele proiectării tehnologice sistate de calculator. Note de curs
14. Seres, ,I., – Materiale termoplastice pentru injectare, tehnologie incercari, Editura Imprimeriei de Vest 2002. Oradea
15. Vlase, A. ș.a -.Regimuri de așchiere, Adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp, Editura Tehnică, București, 1990
16. Legea sanatatii si sercuritatii in munca 319/2006.
17. Siemens PLM, EMCO, Solid Edge
18. www.matplastindustry.ro
19. www.reciclaredeseuriplastic.ro
20. http//:selector.drometools.com/web/rom/ro
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiectarea Unei Matrite de Injectat Materiale Plastice cu Doua Cuiburi Diferitedoc (ID: 119468)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.