Proiectarea Matritei Pentru Fabricarea Prin Injectie din Material Plastic a Reperului Capac Pentru Bateria 12 V 55 A de la S.c. Rombat S.a. Bistrita Nasaud

Cuprins

Introducere

Elaborarea temei de proiect

Rezumat

CAPITOLUL 1: DESCRIEREA MAȘINII DE INJECTAT

1.1 Generalități

1.2 Părțile componente ale mașinii de injectat

1.2.1 Unitatea de injectare

1.2.2 Tipizarea matrițelor

1.2.3 Unitatea de închidere-deschidere a mașinii de injectat

1.2.4 Centrarea și conducerea mașinii de injectat

1.2.5 Sisteme de aruncare

1.2.6 Sisteme de temperare ale matriței

1.2.7 Batiul mașinii

CAPITOLUL 2: CARACTERISTICI PRINCIPALE A MATERIALULUI INJECTAT

2.1 Polipropilena

2.2 Introducerea materialului în mașina de injectat

CAPITOLUL 3: MATERIALELE PLASTICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

CAPITOLUL 4: PROIECTAREA PIESEI PENTRU INJECTAT

CAPITOLUL 5: PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT

5.1 Construirea miezurilor și a plăcilor active

5.2 Aerisirea matriței

5.3 Proiectarea sistemului de injectare

5.3.1 Aruncarea mecanică a matriței

5.3.2 Centrarea și conducerea mașinii de injectat

5.4 Descrierea funcționării matriței

CAPITOLUL 6: ÎNTREȚINEREA, REPARAREA ȘI DEPOZITAREA MATRIȚEI

6.1 Întreținerea și repararea programată

6.2 Repararea defecțiunilor accidentale

6.3 Depozitarea

CAPITOLUL 7: CALCULUL DE REZISTENȚĂ AL PLĂCILOR ACTIVE PRIN ANALIZĂ CU ELEMENTE FINITE (CosmosXpress)

Anexe

Bibliografie

Introducere

Faptul că sunt pasionat de modelarea asistată de calculator a contribuit enorm de mult la a-mi alege o temă care să poată fi realizată în softurile de specialitate.

Alegerea firmei ROMBAT, s-a datorat propunerii inedite a îndrumătorului meu științific, dl. Prof. Dr. Ing. Sorin Dumitru Grozav și faptul că această societate, reprezintă încă o „mândrie” pe piața autohtonă a producției de acumulatori auto.

Tema prezentei lucrări a fost emisă de către colectivul de ingineri proiectanți al Societății, la cererea înaintată de către dl. Profesor Dr. Ing. Sorin Dumitru Grozav, căruia doresc să îi mulțumesc pe această cale pentru colaborarea, îndrumare și ajutorul pe care m-i l-a oferit pentru a putea duce lucrarea la bun sfârșit. Împreună cu dânsul am căutat să obținem o matriță de injectat pentru reperul „Capac baterie auto 12V – 55A” cât mai bună calitativ, cât mai fiabilă și nu în ultimul rând la un preț cât mai scăzut. Trebuie remarcat faptul că piesa obținută nu este una care se poate realiza cu o matriță obișnuită, deoarece prezintă suprafețe interioare umbrite, ceea ce face ca matrița să necesite o construcție puțin mai specială.

Importanța calculatorului în cadrul proiectului este una deosebit de mare. Astfel, matrița a fost obținută cu ajutorul software-ului SolidWorks iar calculele de rezistență cu modulul CosmosXpress care lucrează de sub SolidWorks și bineînțeles tehnoredactarea proiectului în Microsoft Word 2010.

Proiectarea componentelor matriței și asamblarea lor a fost efectuată în SolidWorks.

Datorită faptului că sunt produse aproximativ 100.000 de piese de acest fel, în funcție de vânzările de automobile ale firmelor care folosesc acest tip de acumulator, am proiectat o matriță cu două cuiburi. Materialul ales, în urma studierii condițiilor de lucru și a mediului în care lucrează piesa, este polipropilena.

Pentru integrarea matriței de injectat în mașina de injectat s-a urmărit dimensionarea elementelor de racordare a matriței la mașină astfel încât matrița să se integreze perfect în sistemul mașinii de injectat.

Ținând cont că în legislație s-a adoptat un articol care interzice aruncarea la gunoi a acumulatorilor auto am introdus și un capitol de protecția mediului.

Astfel tema aleasă pentru proiectul de diplomă este: “ Proiectarea matriței pentru fabricarea prin injecție din material plastic a reperului "Capac pentru bateria 12V – 55A" de la SC ROMBAT SA Bistrița Năsăud”.

Elaborarea temei de proiect

Ideea de a produce un asemenea model de capac (fig. 1.1) a venit în urma cererii înaintate de domnul profesor dr. Ing. Sorin Dumitru Grozav către conducerea Societății ROMBAT.

Fig. 1.1. Capac pentru bateria 12V – 55A

Ceea ce se dorește este modificarea acestui model astfel încât:

– sa folosim dopuri model M18 prevăzute cu filet și canal de ventilație centrală

– de-a lungul dopurilor să existe un canal de ventilație centrală prin care să iasă gazele rezultate în batene în timpul desfășurării reacțiilor chimice.

Având la îndemână tot ceea ce îmi era necesar, am început să studiez materialele (documentația) ce mi-au fost înmânate și am stabilit pașii pe care trebuia să îi parcurg:

– proiectarea cu ajutorul softului SolidWorks a capacului Prototip.

– pornind de la capac și dimensiunile lui, ținând cont de coeficientul de contracție al materialului plastic, trebuiau reproiectate miezurile de formare precum și plăcile active ale matriței.

-găsirea unei soluții constructive pentru obținerea canalului de ventilație centrală în capac.

Celelalte elemente:

– sistemul de injectare

– sistemul de aruncare

– sistemul de răcire

– elementele necesare pentru conducerea și centrarea matriței rămân identice, schimbându-se doar poziția lor în matrița în urma modificărilor apărute la noul model față de cel actual.

Rezumat

Această lucrare are ca scop proiectarea matriței aferente pentru fabricarea prin injecție din material plastic a reperului „Capac baterie auto 12V-55 Ah”.

Realizarea matriței implică parcurgerea mai multor etape descrise pe scurt în rândurile care urmează:

Proiectarea matriței de injecție, efectuată cu ajutorul pachetului de programe SolidWorks.

Analiza și pregătirea materialului termoplastic din care este confecționată piesa pentru ca acesta să se mențină în parametrii optimi de proces și pentru ca produsul să rezulte în condițiile optime impuse de către beneficiar.

Analiza și calculul de rezistență al elementelor solicitate în timpul procesului, realizat cu ComosXpress.

Realizarea documentației tehnice de execuție.

În cadrul proiectului este inclus și un capitol de ecologie în care se prezintă câteva norme de protecția mediului.

Abstract

The goal of this project is the design of manufacturing process and the afferent mould trough injection molding from plastic material of the part “Cover for the accumulator 12V – 55A”.

The realization of mould injection involves several steps, which are described in few words in next rows:

The design of the mould injection it is performed with the programs package SolidWorks.

The analysis and the preparation of thermoplastic material from witch the part in made for the maintenance in eight parameters of process in order for the product to result in optimum conditions for the satisfaction of the beneficiary.

The analysis and the strength calculation of the stressed elements while

Processing, realized with CosmosXpress

Realization of the technical execution documentation.

In the project is included an ecological chapter in which are presented a few of environmental protection norms.

CAPITOLUL 1: DESCRIEREA MAȘINII DE INJECTAT

1.1 Generalități

Injectarea materialelor plastice este condiționată în principal de trei factori: caracteristicile mașinii de injectat, caracteristicile materialului plastic și caracteristicile matriței de injectat

Matrița este subansamblul mecanic care are rolul de a imprima materialului plastic o anumită formă cu dimensiuni bine determinate. Proiectarea și executarea corectă a matrițelor de injectat condiționează realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare. Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din materiale plastice a condus la elaborarea unor soluții constructive și tehnologice specifice atât în domeniul proiectării cât și cel al execuției matrițelor de injectat. Matrițele pentru injectat materiale termoplastice sumt constituite în principiu din două părți principele: semimatrița din partea duzei de injectare și semimatrița din partea aruncării.

Majoritatea matrițelor lucrează folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cu axa perpendiculară pe planul de separație. În cazul unor injectări speciale (injectare bicoloră sau tricoloră) injectarea se face atât perpendicular pe planul de separație cât și în planul de separație.

Mașina folosită la injectat în cazul reperului “Capac baterie auto 12V 55A” este KUASY 1400/250. Caracteristicile tehnice ale acestei mașini, conform fișei tehnice a acesteia sunt:

Tabelul 1.1: Caracteristicile tehnice ale mașnii de injectat [fișa tehnică a mașinii]

1.2 Părțile componente ale mașinii de injectat

1.2.1 Unitatea de injectare

Pâlniile de alimentare și anexele acestora

Pâlniile de alimentare, cum le arată numele, ajută la introducerea polimerului în agregatul de plastifiere-injecție. Volumul pâlniei trebuie să asigure continuitatea procesului, iar forma lor se adaptează la natura materialului (granule, pulbere, polimeri măcinați etc.), pentru a asigura unghiul de curgere necesar. La partea inferioară a pâlniei se găsește orificiul de alimentare al cilindrului care, în funcție de natura polimerului, poate avea forme diferite.

La mașinile de injectat de mică capacitate, încărcarea pâlniilor de alimentare se face, de cele mai multe ori, manual și, în acest caz, pâlnia se preferă a fi realizată din materiale transparente care ușurează supravegherea nivelului de polimer din pâlnie.

La mașinile de capacități mari, alimentarea pâlniilor se face pneumatic iar, în acest caz pâlnia are unele adaptări ca: indicatoare de nivel, ciclon separator, sistem de etanșare, distribuitor. În acest caz materialul folosit la realizarea pâlniei este aluminiul sau oțelul inoxidabil.

Cilindrul

Împreună cu melcul formează cuplul activ al mașinii de injectat. Pentru a reduce fricțiunea polimerului cu suprafața interioară a cilindrului e nevoie ca aceasta să aibă o rugozitate cât mai scăzută. Pe suprafața exterioară se găsește amplasat sistemul de încălzire, care reprezintă principala sursă de căldură pentru înmuierea și omogenizarea polimerului. Este dimensionat și construit astfel încât să reziste la presiunile de lucru, temperaturile procesului, coroziunea și eroziunea polimerilor și umpluturilor minerale. Materialul de construcție este un oțel cu conținut de aluminiu, crom și molibden, nitrurat la interior.

Cilindrul poate fi realizat și din două metale, prin introducerea unui cilindru rezistent la coroziune (sau eroziune) în interiorul altui cilindru de oțel, ce preia rezistența mecanică a sistemului. Cilindrul interior are un conținut mare de nichel și crom.

Polimerii care pot provoca corodarea cilindrului sunt: policlorura de vinil (PVC), policarbonați (PC), butirații. La întreruperi mari ale ciclului de injecție, cilindrul se curăță cu un polimer inert chimic (polietilenă, de exemplu), evitându-se astfel stagnarea polimerilor termolabili.

Încălzirea cilindrului se face electric, cu rezistențe, prin inducție, cu microunde etc. Când se folosesc rezistențe electrice (cazul cel mai întâlnit), acestea se confecționează sub formă de coliere, ceea ce ușurează montarea și demontarea lor. Izolarea electrică și termică, față de suprafețele metalice ale manșoanelor, se realizează cu mică (micanită). Manșonul se aplică prin strângerea energică pe suprafața cilindrului, fără straturi de aer care pot reduce transferul termic. În locul izolației pe bază de mică pot fi folosiți și izolanți ceramici.

Mașina de injectat impune menținerea constantă a temperaturii pe fiecare din zonele de încălzire ale cilindrului. În acest scop se utilizează termoregulatoare automate, parametrul de reglare fiind temperatura cilindrului sau a duzei și parametrul reglat fiind intensitatea curentului electric de încălzire. Pentru sesizarea temperaturii de către termocuple se practică orificii radiale în cilindru, până la o anumită distanță de suprafața interioară. În zona de alimentare se realizează răcirea cilindrului cu apa industrială dedurizată.

Duza

Piesa principală din capul cilindrului este duza sau ajustajul prin care se introduce topitură în matriță. Duza se găsește, într-un interval scurt de timp, în contact cu matrița rece, după care se retragi se face electric, cu rezistențe, prin inducție, cu microunde etc. Când se folosesc rezistențe electrice (cazul cel mai întâlnit), acestea se confecționează sub formă de coliere, ceea ce ușurează montarea și demontarea lor. Izolarea electrică și termică, față de suprafețele metalice ale manșoanelor, se realizează cu mică (micanită). Manșonul se aplică prin strângerea energică pe suprafața cilindrului, fără straturi de aer care pot reduce transferul termic. În locul izolației pe bază de mică pot fi folosiți și izolanți ceramici.

Mașina de injectat impune menținerea constantă a temperaturii pe fiecare din zonele de încălzire ale cilindrului. În acest scop se utilizează termoregulatoare automate, parametrul de reglare fiind temperatura cilindrului sau a duzei și parametrul reglat fiind intensitatea curentului electric de încălzire. Pentru sesizarea temperaturii de către termocuple se practică orificii radiale în cilindru, până la o anumită distanță de suprafața interioară. În zona de alimentare se realizează răcirea cilindrului cu apa industrială dedurizată.

Duza

Piesa principală din capul cilindrului este duza sau ajustajul prin care se introduce topitură în matriță. Duza se găsește, într-un interval scurt de timp, în contact cu matrița rece, după care se retrage, pentru a evita solidificarea polimerului în ajustaj. Datorită solicitărilor de natură mecanică cât și termică, duza mașinii se construiește din oțeluri rezistente la temperatură și cu rezistență mecanică la compresiune între 120…150 daN/mm2.

Proiectarea duzei depinde de tipul polimerului injectat, de presiunea și de temperatura de injecție. Este foarte important să se evite pierderile de presiune în duză, iar temperatura polimerului să fie uniformă; încălzirea duzei se face numai pentru compensarea pierderilor de căldură, fără adaos la temperatura polimerului.

După tipul constructiv, duzele se pot clasifica astfel:

cu capul deschis, făcându-se legătura direct dintre camera cilindrului și matriță;

cu supapă internă acționată de un resort de închidere intern sau extern, sensibil la presiunea de injecție a polimerului;

cu ventil de închidere acționat din exterior, de exemplu acționat de către agregatul hidraulic, comanda ventilului făcând parte din sistemul de control al mașinii de injecție.

Fiecare tip de duze poate avea construcții diferite, uneori proprii furnizorului de utilaje.

Dintre cele mai răspândite construcții se prezintă:

duza standard de tip deschis, recomandată pentru mașinile de injecție cu piston. Lungimea duzei se dimensionează la valori minime, pentru reducerea rezistenței hidraulice. Orificiul de evacuare se poate realiza dintr-o altă piesă, ce se schimbă ușor după uzură, fără a fi nevoie de schimbarea ansamblului duzei.

Când duza are lungime mare, este necesară încălzirea exterioară; transferul căldurii se face îndeosebi prin convecție, din cauza vitezelor mari de trecere a polimerului și din cauza timpilor scurți de contact cu pereții duzei. Canalul interior al duzei trebuie să se racordeze la canalul de încălzire al cilindrului, astfel încât să nu se formeze zone unde polimerul topit să poată stagna;

duza deschisă cu rezistență mică la curgere și lungimea orificiului de ieșire foarte mică (circa 3 mm); se montează îndeosebi la mașinile de injectat cu piston;

duza cu canale conice inverse, care este folosită la injectarea polimerilor cristalini Construcția duzei face ușoară îndepărtarea polimerului răcit la contactul prea îndelungat cu pereții matriței. Se recomandă îndeosebi la injectarea poliamidelor;

duza cu închidere prin melcul agregatului de injecție sau printr-un ventil cu ac. Duzele de acest tip sunt recomandate la injecția polimerilor foarte fluizi;

duza pentru amestecarea polimerilor, indicată la realizarea operației de malaxare a topiturii cu coloranți. Dispozitive mai complicate prevăd pachete de șicane metalice ordonate în interiorul duzei, care măresc gradul de omogenitate.

La montajul duzei în capul cilindrului se cere ca filetul să fie lubrifiat cu unsori cu molibden, grafit, siliconi sau fulgi de cupru. Există și practica echipării mașinilor de injecție cu duze adaptabile, pe care tehnologul de proces le folosește, corectându-le geometria interioară, în funcție de fluiditatea polimerului.

Melcul mașinii de infectat

Melcul de plastifiere și injecție (brevetat în anul 1927 pentru introducerea polimerilor în matriță, folosit la preplastifiere începând cu anul 1932 și devenit melc- piston în anul 1950) are sarcina să transporte polimerul din pâlnia de alimentare către zona de injecție a mașinii, să compacteze materialul, să-l degazeze și să-l pompeze către capătul melcului. Se regăsesc astfel cele trei zone specifice mașinilor de extrudare cu melc: zona de alimentare (50% L), zona de tranziție (25% L) și cea de pompare a polimerului (25% L).

Melcul este o construcție solidă, fiind dimensionat astfel încât să realizeze și să mențină presiunea de injecție impusă. Pasul melcilor este constant, unghiul spirei s-a stabilit la valoarea de 17,8 °, grosimea elicei este de 10% din diametrul melcului. Toleranța dintre melc și cilindru se recomandă a se păstra la valoarea de 2 • 10-3 D.

Lungimea melcului este ~ 20:1 (reprezentată prin raportul L/D); raportul mare este în avantajul generării unei cantități mai mari de căldură, prin fricțiune, ajută la uniformizarea distribuirii căldurii în masa de polimer și evită termodegradarea materialului. Eficiența amestecării este mai bună la rapoarte L/D mai mari.

Unele caracteristici ale melcului-piston sunt înscrise în tabelul următor:

Tabelul 1.2 – Caracteristici ale melcului-piston [4]

Când se prelucrează polimeri termosensibili, melcii se răcesc în interior cu apă sau cu alt agent termic.

Din cauza solicitărilor mari la presiune, sunt posibile deteriorări ale melcului sau chiar ale cilindrului; se evită aceasta prin prevederea (în construcția utilajului) unui dop de siguranță care cedează la suprapresiune. Mașina este, de asemenea, echipată cu un dispozitiv de control care o blochează la depășirea unei solicitări mecanice prescrise.

La mașinile de injecție de tip melc-piston, melcul acționează ca un plunjer la împingerea materialului în matriță. Pentru a realiza această împingere poate fi folosită o piesă de formă conic-cilindrică, amplasată la extremitatea melcului. Sistemul este folosit la injectarea polimerilor vâscoși, ca PVC, de exemplu. În timpul funcționării nu trebuie să permită, la cursa inversă a pistonului, ca polimerul să fie din nou antrenat de melc, deoarece ar apărea pericolul degradării termice a materialului.

Antrenarea melcului se realizează prin cuplarea la un motor electric cu turația variabilă sau cu reductor de viteză. Se poate cupla de asemenea un motor hidraulic acționat de o pompă hidraulică.

La mașinile cu melc-piston se întâlnește o îmbinare între cele două tipuri de motoare și anume: electrice pentru rotire și hidraulice pentru pompare (injecție).

Controlul rotației trebuie să fie precis, deoarece turația de lucru, ca parametru al procesului de injecție, reprezintă un optim între turația înaltă cerută de un transfer bun de căldură și o rapidă plastifiere a materialului și o turație joasă care favorizează omogenitatea temperaturii topiturilor de polimeri.

Cuplul de torsiune al melcului este maxim la începutul procesului de plastifiere (material rece, inerție mare a mecanismelor metalice) și depinde și de tipul polimerului (maxim la policarbonat, minim la polistiren). După începerea ciclului de plastifiere, momentul de torsiune scade. Cele două valori ale domeniului de variație a momentului de torsiune se realizează prin combinația dintre pompele hidraulice și motoarele de acționare sau prin turația melcului (la turații mici cuplul este maxim).

Mașina de injectat cu melc este cea mai des folosită în prezent la injectarea materialelor termoplastice deoarece față de cea clasică cu piston prezintă numeroase avantaje:

gradul avansat de omogenizare a topitorii;

datorită dezvoltării de căldura prin efect autogen, diferența de temperatură dinspre peretele încălzit al cilindrului și topitură poate fi menținută în limite care să evite cu totul degradarea termică a materialului, asigurându-se totodată o fluiditate mai mare decât la plastifierea cu piston;

injectarea se face cu viteze mari și la presiuni de injectare mai mici ceea ce face ca eforturile unitare remanente în piesele injectate să fie mai mici decât la injectarea cu piston;

permite realizarea unor piese injectate de dimensiuni mari.

Fig. 1.2. Melc tipic pentru mașinile de injectat

1.2.2 Tipizarea matrițelor

Una dintre cela mai adecvate căi pentru optimizarea fabricației de matrițe de injectat o constituie tipizarea lor, respectiv tipizarea elementelor componente ale matrițelor, și, pe această bază, organizarea fabricației centralizate a elementelor și ansamblelor tipizate. Eficacitatea în proiectare și în execuție a tipizării matrițelor de injectat este confirmată de numeroasele exemple din țările cu industrie dezvoltată.

Cu toată diversitatea de tipuri, în funcție de forma geometrică a piesei, suprafața frontală de injectare, masa produsului, materialul din care se injectează piesa etc., toate matrițele de injectat au în componența lor un mare număr de elemente care sunt independente de factorii enumerați și, în consecință, se pretează a fi tipizate. Aceste elemente tipizate pot fi utilizate și pentru matrițele de injectat de construcție specială.

Elementele componente ale matrițelor de injectat pot fi grupate în:

părți active (cuiburi, poansoane, pastile etc.) care trebuie proiectate și executate în funcție de specificul piesei;

elemente tipizate care, în întregime sau în parte, sunt comune tuturor matrițelor de injectat (duze, coloane și bucșe de ghidare, inele de centrare, tije de aruncare, etc.);

organe de asamblare standardizate care se procură de la diferite firme furnizoare (știfturi, șuruburi, inele O, lanțuri etc.).

Dintre cele trei grupe de elemente componente amintite, ponderea cea mai mare o reprezintă elementele tipizate.

Există constructori consacrați de elemente tipizate care oferă programe complete de elemente sau numai programe parțiale. Cei mai cunoscuți constructori care au programe complete sunt: DME, Hasco, Rabourin, Strack. Aceștia oferă:

plăci și pachete de plăci dintr-o plajă largă de dimensiuni;

elemente de ghidare;

aruncătoare și dispozitive de aruncare;

elemente ale sistemului de răcire;

duze de injectare și sisteme de injectare cu canale încălzite;

elemente constructive pentru matrițe cu deschidere prin bacuri;

elemente constructive pentru deschiderea matrițelor în mai multe planuri de separație;

elemente de marcare și datare; elemente constructive auxiliare matriței;

sisteme de reglare a parametrilor matriței;

scule și accesorii diverse;

programe pentru calculator.

Există constructori de elemente tipizate specializate specializați care nu au program de osebit de larg, dar care ating performanțe ridicate pe anumite domenii: EOC, JETForm, Gflnter, Incoe.

Plăci și pachete de plăci

Plăci. Constructorul de elemente tipizate pune la dispoziția constructorului de matrițe plăci într-o anumită gamă de dimensiuni, cu care acesta poate construi o matriță. Plăcile sunt frezate, cu fețele rectificate și fără alezaje în conformitate cu norma de tipizare a firmei.

Plăcile sunt oferite de furnizorul de elemente tipizate la dimensiuni tolerate, ceea ce permite interschimbabilitatea lor în caz de reparații. Gama largă de grosimi ale diferitelor plăci permite constructorului de matrițe să realizeze prin combinații matrița dorită în funcție de soluția constructivă aleasă.

Pachete de plăci. Constructorii de elemente tipizate oferă plăci cu alezaje, interschimbabile, pe bază de sistem modular care formează pachete de plăci. Ansamblele de plăci în sistem „pachete de plăci” se execută în diferite forme constructive și diferite dimensiuni. Constructorii oferă în funcție de mărimea matriței grosimile pentru plăcile de prindere, plăcile aruncătoare și plăcile portaruncătoare. Utilizatorul alege celelalte plăci în funcție de cerințele constructive pentru realizarea matriței.

Pachetul conține pe lângă plăci și elementele de ghidare și conducere, elementele de centrare, șuruburile de fixare. Aceste elemente sunt diferite constructiv în funcție de producător.

Elemente tipizate diverse

Construcția de elemente tipizate oferă elemente diferite care pot fi folosite atât în construcția matrițelor tipizate cât și a celor netipizate. Aceste elemente sunt oferite în diferite variante constructive și într-o gamă largă de tipodimensiuni care satisfac marea majoritate a unui constructor de matrițe.

Există elemente constructive care pot fi oferite în normele de tipizare sau pot fi achiziționate de la constructorii specializați pe elemente standardizate generale (șuruburi, arcuri, știfturi etc.).

Astfel, fabricantul de elemente tipizate pune la dispoziție constructorului de matrițe subansamble constructive pentru diferite cazuri practice la realizarea unei matrițe de injectat. La proiectarea unei matrițe de injectat cea mai mare parte a elementelor constructive se aleg din normele de tipizare. După studierea piesei injectate și stabilirea concepției matriței (număr de piese, suprafețe de injectare, aruncarea, etc.) se alege din norma de tipizare forma constructivă și tipodimensiunea corespunzătoare. Elementele tipizate comune în funcție de sistemul constructiv se aleg de asemenea din norma de tipizare. Se va proiecta la matriță numai ce ține de forma piesei (poansoane, pastile etc.), sistemul de injectare (rețea de injectare, duze etc.), sistemul de răcire, locul aruncătoarelor etc.

La execuție, matrițeria având la dispoziție în magazie elementele tipizate introduse în proiect („pachetul de plăci” și elementele tipizate comune) se concentrează numai pe execuția părților active (poansoane, cuib), a sistemului de răcire, a aruncătoarelor etc.

Tipizarea matrițelor de injectat conduce în mod evident la o serie de avantaje tehnico- economice:

reducerea substanțială a timpului necesar proiectării;

asigurarea unei concepții unitare a matrițelor în baza unei documentații tehnice verificate în practică;

reducerea duratei de execuție a matrițelor prin existența pe stoc a pieselor tipizate realizate în serie;

reducerea prețului de cost a matrițelor.

1.2.3 Unitatea de închidere – deschidere a mașinii de injectat

Mecanismul serverște la închidere și blocarea matriței și este principalul element al prețului mașinii.

Sistemul hidraulic

Acest tip de sistem este format dintr-un cilindru hidraulic mare, berbecul care acționează direct asupra platoului mobil al mașinii. Unul sau mai multe pistoane de diametre mai mici se ocupă cu funcțiile de închidere – deschidere ale matriței.

Pistonul mai mare este sub presiune doar la sfârșitul mișcării de înaintare, în timpul căreia cilindrul primește ulei direct de la rezervorul hidraulic prin supape.

Sistemul oferă posibilitatea de a avea mișcări de deschidere mari și dacă e nevoie se poate mări spațiul dintre platouri prin simpla alungire a tijelor. Viteza de deplasare a platanului mobil al presei are o gamă largă de viteze, situată între un maxim și minim.

Pe de altă parte sistemul are și dezavantaje cum ar fi:

este dificil a se echipa mașina cu un sistem hidraulic de extragere în partea centrală a platoului mobil, pentru că aceasta este ocupată de berbecul hidraulic;

senzitivitate ridicată la scurgerile de ulei ce apar în sistem. În timpul injectării acestea pot duce la pierderi de presiune în cilindrul hidraulic, rezultând disfuncționalități;

volumul mare de ulei în circulație în timpul fazelor de avans și deschidere face ca viteza platourilor matriței să fie adaptată limitelor impuse de dimensiunile țevilor hidraulice, din moment ce viteza de curgere a uleiului nu poate depăși 2 m/s.

Sistemul “Hydroblok”

Acesta este un sistem combinat htdro-mecanic. Două sau mai multe pistoane realizează o înaintare și o deschidere rapidă a matriței, ca și în sistemul precedent.

Forța de închidere este de asemenea obținută de la un berbec hidraulic de pe placa mobilă mișcare care, oricum, este limitată la câțiva milimetri. Componentele mecanice sunt astfel poziționate încât asigură un avans rapid și mai important, pentru a asigura forța necesară cilindrului de închidere

Cu acest sistem pe lângă posibilitatea obținerii unei mișcări largi de deschidere, ca la sistemele hidraulice, problema deplasărilor de volume mari de ulei a fost eliminată, dar aspectele negative referitoare la sistemele de extragere și sensibilitatea la scurgerile de ulei rămân.

Sistemul cu mecanism cu articulație.

Este cel mai răspândit sistem, în special sistemul cu patru sau cinci articulații.

În acest caz deplasarea platanului mobil se face lent (la începutul cursei), atinge o viteză maximă la mijlocul cursei, apoi decelerează, spre sfârșitul cursei. Sistemul prezintă avantajele următoare:

cilindrul de acționare are dimensiuni mici, ceea ce face ca și echipamentul să aibă gabarit redus;

costul unui sistem mecanic cu articulație este mai redus decât al

sistemului hidraulic;

sistemul se autocentrează.

Dezavantajele pe care le prezintă sistemul sunt următoarele:

presiunea de închidere nu este constantă; variază cu temperatura matriței și a pârghiilor ce formează sistemul;

este dificil controlul vitezei și forței mecanismului cât și oprirea mecanismului într-o anumită poziție;

cere mai multă întreținere decât sistemul hidraulic și este mai

susceptibil uzurii.

1.2.4 Centrarea și conducerea matriței de injectat

În procesul de injectare a materialelor termoplastice, matrița se montează între platourile mașinii de injectat.

Matriței de injectat i se impun printre alte condiții și următoarele:

obținerea unei piese injectate cu contur corect și pereți uniformi;

alinierea duzei matriței cu duza mașinii de injectat;

alinierea sistemului de aruncare al matriței cu sistemul de aruncare

al mașinii de injectat;

reglare ușoară a matriței pe platourile mașinii de injectat,

pozifie stabilă a plăcilor matriței o perioadă lungă de timp, care să asigure o stabilitate a formei injectate și o bună funcționare a sistemelor mobile din cadrul matriței.

Se poate vorbi de două tipuri de centrări și conduceri: exterioare și interioare. Prin centrare exterioară se înțelege poziționarea matriței de injectat în raport cu mașina de injectat, iar prin centrare interioară poziționarea celor două jumătăți de matriță și a elementelor ei.

La o matriță de injectat se pot întâlni elemente de centrare, conducere și ghidare: inele de centrare, știfturi de centrare, coloane și bucșe de conducere și de centrare.

Centrarea exterioară

Platoul fix și mobil al mașinii de injectat sunt prevăzute cu degajări în care se introduc inelele de centrare (fig. 1.3).

Fig. 1.3. Inel de centrare

Ele au rolul de a centra partea fixă și partea mobilă a matriței în raport cu platoul fix și mobil al mașinii de injectat. În afară de rolul principal de centrare, inelele mai au rolul de a permite accesul duzei mașinii de injectat la duza matriței (fig. 1.4),

Fig. 1.4. Duza matriței

de a fixa axial duza matriței, de a fixa bucșa de conducere a tijei de aruncare a matriței.

Inelele de centrare se scufundă parțial în plăcile de prindere ale matriței și se fixează cu ajutorul a două sau mai multe șuruburi.

Inelele de centrare sunt elemente care se pretează tipizării, fiind oferite de firmele producătoare de elemente tipizate pentru matrițe. Inelele de centrare din partea fixă se livrează în formă finală, iar inelele din partea mobilă se livrează de regulă fără gaură, în așa fel încât ulterior se prelucrează în funcție de sistemul de aruncare.

Centrarea interioară și ghidarea

Pentru centrarea a două plăci a unei matrițe de injectat se folosesc cel mai frecvent știfturile cilindrice. În acest caz se folosesc de regulă fie două rânduri de știfturi așezate în diagonală (în partea duzei matriței), fie patru rânduri de știfturi (în partea aruncării). Se recomandă ca găurile pentru știfturi să fie străpunse. Se admite introducerea știfturilor în găuri înfundate cu condiția să se prevadă în partea opusă o gaură mai mică pentru ieșirea aerului și a demontării ulterioare a știftului în caz de necesitate.

Matrița de injectat realizează o ultimă ghidare și centrare numai prin conducerea realizată de ea însăși. Acest lucru se realizează prin coloanele și bucșele de ghidare ale matriței. Există mai multe tipuri constructive de centrare și conducere, prin coloane și bucșe la matrițele de injectat. Lungimea bucșei de ghidare se potrivește în funcție de diametrul de ghidare. Pentru reducerea uzurii se recomandă ungerea coloanelor de ghidare cu bisulfură de molibden Coloanele de ghidare sunt prevăzute, din acest motiv, cu canale de ungere.

Coloanele de ghidare se pot plasa fie în partea duzei, fie în partea aruncării, funcție de sistemul de aruncare folosit.

Fig. 1.5. Matriță montată pe platourile mașinii de injectat:

1 – cilindrul mașinii de injectat; 2- platoul fix al mașinii; 3- matrița de injectat;

4 – platoul mobil al mașinii; 5- tampon.

1.2.5 Sisteme de aruncare

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 matriță face parte din ciclul de injectare. În general, piesa injectată rămâne în partea mobilă a matriței de unde este aruncată de un sistem de aruncare (fig. 1.6).

Fig. 1.6. Schema de principiu pentru sistemul de aruncare:

1 – sistem de aruncare; 2- piesă injectată – (capac baterie auto)

1.2.5.1 Forța de aruncare

Deschiderea matriței de injectat trebuie să se facă cu o forță de deschidere cât mai mică, astfel încât să se respecte relația:

F1<F2, unde:

– F1 – forța necesară deschiderii matriței;

– F2 – forța de deschidere a mașinii.

La eliminarea piesei injectate din matriță, trebuie să se respecte relația:

FA<F2, unde:

– FA este forța de aruncare din matriță.

Forța de aruncare FA depinde de următorii factori:

matrița de injectat: rigiditatea, răcirea materialului din care e confecționată matrița (caracteristici termice, coeficientul de frecare al suprafeței, starea suprafeței);

materialul termoplastic: coeficientul de frecare, modulul de elasticitate, caracteristicile termice, proprietățile termodinamice (contracția);

piesa injectată; grosimea pereților, ariile de proiecție ale suprafețelor, porțiunile umbrite;

parametrii de proces: presiunea remanentă, temperatura de prelucrare, temperatura matriței, timpul de deniulare.

Se poate scrie relația pentru forța de aruncare [1]:

unde:

Fd – forța de demulare;

FR – forțele de fricțiune în sistemul matriței.

Forța de demulare se calculează cu relația:

FD= µpA, unde:

– µ – coeficientul de frecare între miez și piesa injectată;

– p – presiunea de contact între miez și piesă;

– A – suprafața de contact între miez și piesă.

1.2.5.2 Tipuri de sisteme de aruncare

Modul de rezolvare constructivă, precum și durata în timp a aruncării au o importantă influență asupra calității și economicității piesei injectate. Soluția optimă pentru aruncarea piesei injectate presupune scoaterea automată a acesteia, din matrița de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat. Pe măsura dezvoltării și perfecționării tehnologiei de injectare, a modernizării construcției matrițelor, s-au inventat o multitudine de sisteme de aruncare. Sistemele de aruncare utilizate pentru scoaterea pieselor injectate din matriță pot fi clasificate în trei mari grupe: aruncare mecanică, pneumatică, hidraulică.

Aruncarea mecanică.

Acest sistem este cel mai utilizat pentru aruncarea pieselor din matrița de injectat. Mecanismul de aruncare este acționat de către mașina de injectat în timpul deschiderii matriței.

Există mai multe metode de aruncare mecanică a pieselor injectate din matriță, cele mai întrebuințate fiind: aruncarea cu știfturi de aruncare, aruncarea tubulară și aruncarea cu placă dezbrăcătoare. De asemenea, mai există o serie de sisteme complexe de aruncare care necesită însă construcții speciale. Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de aruncare este determinată de forma constructivă și cerințele estetice ale piesei injectate.

În general, sistemul de aruncare mecanic cuprinde tija de aruncare (fig. 1.7) sau placa de aruncare, grupul de plăci de aruncare (placa aruncătoare și placa portaruncătoare) și grupul de aruncătoare.

Fig. 1.7. Tijă de aruncare

– iau contact cu opritorul mașinii și acționează prin acesta sistemul de aruncare format din placă aruncătoare – placă portaruncătoare, aruncătoare și știfturi readucătoare.

Tijele aruncătoare alunecă pe bucșa de ghidare

Fig. 1.8. Bucșă de ghidare

și sunt prinse prin înșurubare în placa aruncătoare. Ele prezintă teșire spre capătul de aruncare pentru a putea fi înșurubate în placa de aruncare.

În cazul unor plăci de aruncare mari se folosesc 3 sau 4 tije care se fixează într-o placă tampon care poate fi acționată de tija mașinii. În acest caz diametrul plăcii tampon trebuie să aibă diametrul mai mic decât gaura din platoul mobil al mașinii de injectat.

Placa aruncătoare (fig. 1.9) și placa portaruncătoare (fig. 1.10)

Fig. 1.9 Fig. 1.10

Formează un subansamblu care îndeplinește următoarele funcții: transmite mișcarea de la tija de aruncare spre aruncătoare, fixează elementele de aruncare (aruncătoare, știfturi readucătoare), execută mișcarea de readucere a sistemului în poziția inițială ca urmare a sistemului de readucere (arcuri – fig. 1.11 sau știfturi readucătoare – fig. 1.12).

Fig. 1.11 Fig. 1.12

Grupul de plăci aruncătoare se mișcă într-un spațiu delimitat de plăcile distanțiere – fig. 1.13 (la matrițele pătrate sau dreptunghiulare),

Fig. 1.13. Placă distanțieră

sau în interiorul inelului distanțier (la matrițele circulare). Plăcile distanțiere sunt fixate cu șuruburi și sunt centrate cu bucșe de ghidare. Placa aruncătoare și placa portaruncătoare pot avea diferite forme (pătrate, dreptunghiulare, circulare sau în formă de cruce). Forma și poziția de așezare în cadrul matriței este determinată de așezarea pieselor injectate în placa de formare.

Aruncătoare tip știft

Fig. 1.14. Aruncătoare tip știft

Este sistemul cel mai răspândit la matrițele de injectat materiale termoplastice. La deschiderea mașinii, tija de aruncare ia contact cu opritorul mașinii de injectat și împinge înainte placa aruncătoare. Aceste aruncătoare scot piesa de pe miezuri. Numărul aruncătoarelor și așezarea lor pe suprafețe piesei injectate se stabilesc astfel încât piesa injectată să fie aruncată uniform, fără întârziere și fără deteriorări.

Fig. 1.15. Sistemul de aruncătoare

Pe lângă aruncarea propriu-zisă, aruncătorul mai are și rolul de aerisire a cuibului matriței la umplerea sa cu material plastic, prin ajustajul cu joc la montarea sa în gaură.

Un caz aparte pentru știflurile de aruncare îl prezintă așa numitele aruncătoare centrale care au rolul de a reține și arunca rețeaua de injectare în cazul injectării în matrițe cu mai multe cuiburi.

Aruncătoare tubulare

Fig. 1.16. Aruncător tubular

În cazul pieselor simetrice circulare sau cu porțiuni simetrice având înălțime mare, care se contracta puternic pe poanson, se impune ca aruncarea să se facă uniform și în imediata apropiere a poansonului.

Acest sistem de aruncare ridică uneori probleme de execuție datorita preciziei dimensionale necesare, aruncătorul fiind de regula un tub cu pereți subțiri, cu secțiunea întărită la partea de fixare în placa portaruncătoare. Se recomandă călirea sau eventual nitrurarea suprafețelor în mișcare Pentru evitarea deteriorării bucșei de aruncare, ea se montează în placa intermediară într-un alezaj cu un diametru mai mare cu 0,1 …0,2 mm.

Aruncarea cu placă dezbrăcătoare este recomandată în general pentru piesele circulare cu pereți subțiri și ușor deformabile, pentru piese circulare înalte și pentru cazul când trebuie evitată apariția pe suprafața pieselor circulare înalte a urmelor de știfturi de aruncare. Aruncarea de acest tip se aplică atât la matrițele de injectat cu un singur cuib cât și la matrițele de injectat cu mai multe cuiburi. Placa dezbrăcătoare trebuie să ia contact cu suprafețele frontale ale piesei, prin acționarea sa determinând împingerea piesei de pe poanson.

Aruncarea pneumatică

Sistemul de aruncare al matriței de injectat (placă aruncătoare, placă portaruncătoare, știfturi de aruncare etc.) poate fi acționat și de un cilindru pneumatic. Cilindrul pneumatic este montat pe matrița de injectat, pistonul lui fiind comandat de cursa de deschidere-închidere a matriței, prin intermediul unor limitatoare de cursă. În unele cazuri, cilindrul pneumatic se folosește numai pentru cursa de aruncare, revenirea făcându-se prin forța dezvoltată de un arc de retragere.

Aruncarea hidraulică

Sistemul hidraulic de aruncare a pieselor din matriță folosește, de regulă, un motor hidraulic liniar care primește presiune de la sistemul hidraulic al mașinii de injectat. În general, motorul hidraulic aparține mașinii de injectat, fiind montat pe platoul mașinii de injectat prin intermediul unui suport. Comanda aruncării și retragerii sistemului de aruncare se realizează prin programul de lucru al mașinii.

În unele cazuri deosebite se poate realiza aruncarea hidraulică chiar în matriță. În acest caz se pot dezvolta forțe de aruncare mari, iar întregul sistem de aruncare poate fi cuprins în sistemul de comandă al mașinii de injectat.

1.2.6 Sisteme de temperare ale matriței

Stăpânirea procesului de prelucrare prin injectare a materialelor termoplastice presupune, pe lângă cunoașterea proprietăților materialelor și a procedeului în sine și influența reciprocă a diferiților parametri. Dintre factorii de influență ai procesului, temperatura matriței este unul dintre cei mai importanți.

Temperatura matriței trebuie să urmărească două cerințe principale:

calitatea tehnică a piesei injectate ca funcție a uniformității distribuției temperaturii și a mărimii temperaturii matriței;

cicluri de injectare cu durată economică ca urmare a evacuării rapide a căldurii din matriță.

Ecuația generală de bilanț termic

Se consideră o matriță de injectat (fig. xx). Temperatura matriței, care este mărimea hotărâtoare pentru viteza de răcire și proprietățile reperului injectat, se stabilește în funcție de schimbul de căldură care are loc la matriță:

între materialul termoplastic injectat in matriță și materialul matriței Q;

între matriță și mediul de temperare QT;

între matriță și mediul înconjurător (platourile mașinii și aer) QE.

Dacă se consideră fluxurile termice care pătrund în matriță ca pozitive, iar fluxurile termice care părăsesc matrița ca negative, atunci se poate scrie ecuația de bilanț termic:

Q+QE+QT=0

Această ecuație se poate explica: cantitatea de căldură care este preluată de matriță este identică cu cantitatea de căldură cedată de matriță, în cazul în care temperatura matriței este constantă în timp.

Fig. 1.17. Schimbul de căldură la o matriță de injectat

1.2.7 Batiul mașinii

Batiul mașinii este construcția mecanică care servește ca suport subansamblurilor componente ale mașinii (sistemul de închidere, sistemul de injectare).

Batiul mașinii se realizează în construcție sudată, dintr-o bucată pentru mașinile de dimensiuni mici și medii, sau din două bucăți pentru mașinile de dimensiuni mari.

Batiul susține sistemul de injectare, sistemul de închidere, sistemul de acționare hidrostatic, bazinul de ulei, sistemul de acționare electric, sistemul de comandă electric sau electronic, aparatura de măsură și control, elemente auxiliare.

Batiul mașinii trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

construcția să fie robustă pentru a asigura stabilitatea mașinii în repaus și în mișcare;

să permită fixarea mașinii pe podeaua halei de lucru prin șuruburi de fundație sau pe suporturi elastice;

să permită accesul cu ușurință la elementele de acționare și comandă ale mașinii;

să asigure scoaterea pieselor injectate și a rețelelor, aruncate din matriță.

Pentru acoperirea elementelor cuprinse în interiorul său (bazin de ulei, elemente de comandă și acționare hidraulică) se folosesc capace de tablă fixate cu șuruburi sau uși pivotante.

CAPITOLUL 2: CARACTERISTICI PRINCIPALE A MATERIALULUI INJECTAT

2.1 Polipropilena (PP)

Denumire comercială: Midilena P (România); Hostalen PP, Vestolen P, Polypropylen, Novolen (Germania); Propathene, Formid (Anglia); Rocalene, Latene EP, Appryl (Franța); Polypropropylene (Danemarca); Escorene, Eltex P (Belgia); Moplen, Kastilene (Italia); Daplen (Austria); Stamylan (Olanda); El Rex, Escon, Petrothene, Pro- Fax, Starflam PP (S.U.A.); Noblene, Chiso Polypro, MPC Polypro (Japonia).

Obținere: Rezultă din polimerizarea propilenei:

Fig. 2.1. Obținerea polipropilenei

Cel mai răspândit procedeu industrial de fabricare a polipropilenei este acela prin care se obține un polimer izotactic cu grad înalt de cristalimtate. Fracțiunile amorfe rezultate din proces în cantitate mai mică sunt eliminate prin solubilizare în diferiți solvenți. Tipurile de polipropilenă se clasifică în funcție de: construcția chimică, destinație, indice de fluiditate, aditivii din compoziție.

Prezentare și însușiri generale. Se prezintă sub formă de granule, transparente, opace sau divers colorate.

Obiectele injectate se pot folosi, în absența solicitărilor mecanice, până la 130…140°C.

Exemple de utilizare. Polipropilena se folosește în : articole de uz casnic (pahare, castroane, recipienți etc.), jucării, în industria electrotehnică și electronică, tehnica medicală, articole de cosmetică etc.

Proprietăți fizice. Polipropilena în comparație cu polietilena are rezistență la tracțiune, rigiditate, rezistență la flexiune, rezistență la căldură mai mare. Claritatea, luciul, rezistența la radiații ultraviolete, rezistența la șoc (îndeosebi la temperaturi mici) sunt mai mici decât ale polietilenei. Materialul se poate steriliza până la 120°C.

Proprietățile dielectrice ale polipropilenei sunt comparabile cu ale polietilenei și nu sunt influențate de umiditate, deoarece absorbția de apă este neglijabilă.

La temperaturi ridicate și în prezența aerului are loc o oxidare parțială a polipropilenei al cărei efect constă în degradarea proprietăților mecanice.

Principalele proprietăți fizice ale polipropilenei se pot urmări în tabelul următor:

Tabelul 2.1 – Proprietăți fizice ale polipropilenei

Comportarea la ardere:

se aprinde ușor și arde după îndepărtarea flăcării;

gonflează, picură, se întărește la suprafață;

flacăra este albastră cu extremitățile galbene;

viteza de ardere este lentă;

miros dulceag de ceară arsă.

Proprietăți chimice. În comparație cu polietilena, rezistența la agenți chimici a polipropilenei este mai bună:

este rezistentă la acizi și baze slabe, soluții de săruri anorganice;

este instabilă la acizi concentrați, baze concentrate, tetraclorură de carbon, benzină, carburanți, benzoli;

stabilitate parțială la alcooli, cetone, eteri, esteri, ulei și grăsimi.

Prelucrare. Este un material termoplastic ce se prelucrează în condiții foarte bune. Polipropilena nu absoarbe deloc apă și deci nu are nevoie de uscare. Când granulele sunt umede datorită transportului sau depozitării, acestea se pot usca ușor prin încălzire la 50…60 °C.

Presiunea de injectare se recomandă între 800…1800 bari. Se recomandă menținerea presiunii de injectare 10…20 secunde. Presiunea ulterioară este 40…80% din presiunea de injectare, iar contrapresiunea la dozare 80…10 bari. Pentru prelucrarea polipropilenei sunt folosite duze deschise, duze cu închidere cu arc, duze cu închidere cu acționare hidraulică, duze cu închidere cu sertar. La construcția matriței de injectare se ia în considerare contracția materialului plastic de 1,2… 2,5%.

Se recomandă viteze mari de injectare. La oprirea mașinii nu este necesară purjarea cu alt material.

Prelucrări ulterioare. Polipropilena se poate prelucra mecanic cu scule tipice pentru prelucrarea metalelor.

Sudarea cu ultrasunete este bună și foarte bună la polipropilena armată cu fibre de sticlă. Nituirea cu ultrasunete se poate realiza în bune condiții. Introducerea inserțiilor metalice prin ultrasunete este limitată, dar devine favorabilă în cazul polipropilenei armate cu fibră de sticlă.

Sudarea a două piese injectate este posibilă prin intermediul căldurii și presiunii, cu sau fără aport de material.

Piesele injectate se pot marca la cald. Metalizarea în vid este posibilă numai dacă se face o pretratare electrică.

2.2 Introducerea materialului termoplastic în mașina de injectat

Materia primă poate fi alimentată în mașina sub forma de granule, pulbere, așchii, etc. Indiferent de forma polimerului, importantă este uniformitatea granulației materiei prime; aceasta influențează calitatea produsului finit, deoarece omogenitatea topiturii, vâscozitatea și timpul de plastifiere depind direct de granulația materiei prime.

Utilizarea polimerului pulverulent prezintă avantajul unei economii de energie și a excluderii reacțiilor posibile de reticulare, depolimerizare, ce au loc în timpul procesului mecano-termic de compoundare în topitură. Ca aspect nedorit, însă, apare încărcarea electrostatică a polimerului pulverulent și, legat de aceasta, pericolul de explozie.

Electricitatea statică apare ca urmare a transportului, operație în timpul căreia particulele de polimer se încarcă electric. Încărcarea este invers proporțională cu mărimea granulelor, iar valoarea limită de încărcare și timpul de descărcare sunt proprii fiecărui polimer.

Lubrifierea suprafeței granulelor de materie primă reduce presiunea din agregatul de plastifiere, compactizarea granulelor, în zona de alimentare și compresie a melcului, este cea mai bună, se evita arsurile produse prin supraîncălzirea polimerului pe seama căldurii de fricțiune și se îmbunătățește funcționarea mașinilor cu piston. Forma granulelor de polimer este legată direct de curgerea materialului în pâlnie și de densitatea de vrac. Uniformitatea geometrică și dimensională a materiei prime se realizează prin sortare (de exemplu, cu set de site) și alimentarea mașinii, succesiv cu fracțiunile sortate. Evitarea pericolului încărcării statice se face prin vehicularea pulberilor în atmosfera inerta, care evita pericolul de explozie.

Pregătirea materiei prime:

Uscarea. Apa conținută în materia primă reprezintă puncte de rezistență mecanică slabă. Îndepărtarea apei cu dispozitive centrifugale este eficace, când umiditatea se găsește pe suprafața polimerului; se poate ajunge în acest caz la o umiditate finală de maximum 0,1%.

Dintre procedeele termice de uscare prin curent de aer cald, cel mai simplu, mai răspândit și mai ieftin aparat este uscătorul cu tăvi. El poate usca polimeri de cele mai diferite forme.

Polimerul granulat se usucă în utilaje cu strat semifluidizat sau fluidizat.

La îndepărtarea substanțelor volatile se apelează la uscătoare sub vacuum montate uneori pe pâlnia de alimentare a mașinii de injecție, sau se folosesc mașini de injecție cu melc-piston și cu orificiu de degazare amplasat pe cilindru.

Amestecarea. Operația a apărut în urma necesității colorării polimerilor și a fost extinsă și la introducerea agenților de aditivare în polimer, a agenților de expandare sau a fibrelor de sticlă.

Ca realizare, amestecarea se poate desfășura în orice utilaj destinat acestei operații, cu predilecție către utilajele simple ca: tamburi rotativi, agitatoare de diverse forme montate în pâlnia de alimentare a mașinii.

CAPITOLUL 3: MATERIALELE PLASTICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

În fiecare an în Statele Unite consumatorii aruncă aproximativ 190 milioane de tone de deșeuri. Se estimează că 9% din acestea sunt din materiale plastice. Depozitele de deșeuri au ajuns la dimensiuni impresionante și din acest motiv se caută metode de reducere a cantității de materie primă folosită – inclusiv în cazul materialelor plastice.

Câteva soluții se referă la reducerea consumului de materiale plastice, folosirea materialelor plastice biodegradabile, incinerarea sau reciclarea.

Reducerea consumului de materie primă este practica care folosește mai puțin material pentru a obține același produs. De exemplu, reducerea grosimii pereților ambalajelor de băuturi tip PET.

Unele țări europene chiar au propus eliminarea ambalajelor care nu pot fi reciclate.

Materiale plastice biodegradabile. Datorită stabilității lor moleculare, materialele plastice nu se descompun ușor în elemente chimice simple. Ele sunt de altfel considerate ca materiale care nu sunt biodegradabile.

Cercetătorii lucrează, însă, la dezvoltarea materialelor plastice biodegradabile care se vor dezintegra sub acțiunea bacteriilor sau sub acțiunea luminii solare. De exemplu, s-au introdus molecule de amidon în unele rășini în timpul procesului de fabricație a materialului plastic. După ce aceste produse sunt aruncate bacteriile vom mânca moleculele de amidon. Aceasta va duce la ruperea lanțurilor polimerului permițând descompunerea.

Cercetătorii caută căi de obținere a materialelor plastice care să se descompună și la expunerea prelungită acestora la lumină solară. Expunerea îndelungată la radiațiile ultraviolete ale Soarelui vor face ca moleculele să devină fragile și să ducă la descompunerea materialului, dar nu atâta timp cât acestea sunt încă în uz.

Incinerarea. Unele deșeuri, cum ar fi: hârtia, lemnul, materialele plastice și materiale inflamabile pot fi arse în incineratoare. Cenușa rezultată ocupă mult mai puțin spațiu decât deșeul original. Dar, din cauză ca arderile pot emana gaze toxice în atmosferă, sau alți poluanți, acest proces se face sub strictă supraveghere.

Reciclarea. Toate materialele plastice pot fi reciclate. Materialele termoplastice pot fi topite din nou și transformate în noi produse. Materialele termorigide pot fi măcinate, amestecate și apoi folosite ca umplutură la materialele termoplastice.

Reciclarea chimică constă în procesul de depolimerizare prin intermediul căldurii sau a substanțelor chimice pentru a rupe legăturile dintre molecule rezultând compuși de bază care pot fi refolosiți.

Alt procedeu, denumit „pyrolysys”, vaporizează apoi condensează materialele termoplastice și termorigide în hidrocarbon lichid.

Colectarea și sortarea deșeurilor din material plastic este scumpă și necesită mult timp. În timp ce 35% din aluminiu, 40% din hârtie și 25% din sticlă sunt reciclate în S.U.A., doar 5% din deșeurile plastice sunt recuperate și refolosite. După ce un produs din material plastic a fost aruncat, el trebuie recoltat și separat după tipul de plastic din care face parte. Cele mai multe sisteme moderne de sortare nu sunt capabile să facă diferența între tipurile de materiale plastice. Dar, există câteva mașini care sortează plasticele după culoare, densitate și compoziția chimică De exemplu, senzorii cu raze X pot deosebi un PET de un PVC prin prezența atomilor de clor în policlorura de vinil.

Dacă plasticele nu sunt bine sortate la reciclare, materialul topit nu are caracteristicile obișnuite, ceea ce face ca să scadă valoarea pe piață a plasticului reciclat. Există și alți factori care pot avea afecta calitatea plasticului reciclat. Acești factori includ și posibilitatea degradării materialului în timpul vieții sale și există posibilitatea ca între materialele plastice reciclate să apară și alte tipuri de materiale. Din motive de sănătate produsele reciclate sunt rareori folosite la obținerea de ambalaje pentru mâncare, în schimb, cele mai multe materiale plastice reciclate sunt folosite la fibrele de covor, cutii de îmbuteliere a uleiului de motor, saci pentru coșul de gunoi, ambalaje de săpun și fibre textile.

Fig. 3.1. Instalație de reciclare

Funcționare: În prima fază, fulgii de macinătură sunt transportați prin intermediul unui

transportor cu bandă sau melc la instalația de uscare/cristalizare. Materialul este continuu preîncălzit, uscat și cristalizat. Instalația de uscare/crisatalizare funcționează într-un proces unic: materialul este izolat termic și e transportat la un depozit intermediar și apoi la combinația de unități taietor/uscator/extruder prin intermediul unor supape. Menținerea are loc într-un timp riguros determinat, la vacuum ridicat și la înaltă temperatură. Prin aceasta combinație se elimină contaminarea anterioară (prin volatilizare). Se minimalizează umiditatea materialului. Se mărește vâscozitatea până la nivelul vâscozității materialului virgin. Un sistem de traductori determinat permite controlul nivelului rezidual de contaminare.

În continuare, fulgii de PET decontaminați și având o vâscozitate corectă alimentează extruderul. În extruder, materialul este plasifiat, omogenizat, degazat iar în final este trecut printr-un filtru fin. Filtrul are un sistem automat de autocurățire, programabil. Instalația e dotată cu sisteme de măsură a contaminării (de exemplu unități cromatografice cu gaz) care permit continua măsurare și controlul parametrilor topiturii de PET. Filtrul elimină contaminarea reziduală mecanică. De la filtru, topitură este transmisă la o instalație de granulare. Rezultatul procesului îl constituie granule cu aviz alimentar, cristalizate, reciclate, cu vâscozitate la nivelul materialului virgin. Acestea pot fi utilizate pentru a produce din nou butelii din PET.

În prezent multe state au legi care se referă la controlul și reciclarea materialelor plastice. Un număr tot mai mare de comunități și-au creat locuri pentru depozitarea și ridicarea materialelor reciclabile, printre care: plastice, hârtie, metale și sticlă, iar câteva orașe mai mari au centre de colectare și reciclare a acestor deșeuri.

CAPITOLUL 4: PROIECTAREA PIESEI PENTRU INJECTAT

Pentru realizarea acestui reper, precum și a celorlalte componente ale matriței am folosit softul SolidWorks 2004. Se pune întrebarea :”De ce am folosit softul în proiectare?”

Odată cu trecerea timpului, utilizarea computerului s-a extins în aproape toate ramurile științei și tehnicii. În proiectare, utilizarea acestui soft este foarte benefică, deoarece se produce mai întâi un model virtual, care poate suferi modificări ulterioare în cazul în care este nevoie de schimbări/îmbunătățiri ale produsului finit.

Tot cu ajutorul Solid Works-ului se poate realiza asamblarea componentelor matriței, verificându-se totodată și corectitudinea lanțului de dimensiuni între elementele componente. Un atuu pe care îl are un proiectant în folosirea acestui soft este ca programul semnalează orice eroare de asamblare sau greșeală în construire comparativ cu relațiile de asamblare.

Modelarea și/sau simularea virtuală este de foarte mare ajutor, deoarece, în cazul depistării unei erori sau greșeli de proiectare, aceasta se poate modifica sau repara imediat și fără pierderi în producție, atâta timp cât modelul se află în stare de prototip. Pe când, dacă nu ar fi existat aceste softuri, și greșeala de proiectare ar fi trecut neobservată la verificări, odată înaintat desenul de execuție în producție, s-ar fi executat o serie întreagă de rebuturi.

Ținând cont că dimensiunile Prototipului trebuia sa fie egale cu ale modelului actual, am trecut la realizarea și modelarea virtuală a capacului pe baza desenului de execuție al modelului actual L2 precum și a cerințelor referitoare la modificări.

Fig. 3.1

Utilizând funcțiile de secționare se pot observa filetele pentru dopurile M18 precum și canalul de ventilație centrală care traversează practic toate cele 6 poziții ale dopurilor (fig. 3.2).

În centrul capacului se afla un locaș destinat unui dispozitiv special numit “Ochi Magic”, care arată caracteristicile funcționale ale acumulatorului în diferite condiții de climă și funcționare.

Înainte de a trece la faza de proiectare a componentelor matriței, trebuie să ținem cont că în faza finală, produsul iese din matrita cu bornele încastrate în masa plastică, ceea ce înseamnă că în placa activă se introduc două borne „+” și „-” pentru ca acestea să poată fi prinse în masa plastică injectată.

Partea de dedesupt a capacului prezintă o serie de pereți despărțitori, cu o geometrie destul de complicata pentru obținerea miezurilor. În forma sa finală, capacul Prototip va arăta ca în figurile de mai jos:

Trebuie specificat faptul că materialul plastic folosit pentru injectat este polipropilena. Aceasta este introdusă în mașina de injectat sub formă de granule armate care se topesc până ce plasticul ajunge în stare de curgere.

Odată construit capacul, se poate trece la modelarea tridimensională a miezului care dă interiorul capacului.

CAPITOLUL 5: PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT

În afara de proiectarea corectă a formei piesei ce urmează a fi injectată din material termoplastic din punct de vedere funcțional, estetic, tehnic și economic, elaborarea celei mai bune variante constructive pentru matrița de injectat constituie în majoritatea cazurilor, o problemă tehnologică complexă, constând în principal, din următoarele etape:

proiectarea miezurilor și a plăcilor active ale matriței;

proiectarea sistemului de răcire și rezolvarea aerisirii matriței;

proiectarea sistemului de injectare;

proiectarea sistemului de aruncare;

proiectarea elementelor pentru conducerea și centrarea matriței;

stabilirea corectă a toleranțelor și ajustajelor elementelor și subansamblelor componente;

alegerea corectă a materialelor pentru execuția elementelor componente ale matriței.

5.1 Construirea miezurilor și a plăcilor active ale matriței

Softul de modelare tridimensională are în componența sa funcțiuni care ajută la elaborarea prin cavitare a miezului. Ținând cont că polipropilena are coeficientul de contracție de 1.5%, am construit un bloc solid , în care am încadrat modelul pentru injectat.

În urma cavitării cu un coeficient de 1,5 %, softul Solid Works mi-a oferit soluția cautată:

Îndepărtând părțile nedorite, prin operațiile specifice, am ajuns în final la o formă pe care am numit-o „Bloc Miezuri”. Acest model a suferit operații de găurire, filetare, frezare, debitare, electroeroziune, până să ajungă la forma și dimensiunile dorite.

De menționat este faptul că acest bloc, având o geometrie complicată, nu se poate realiza efectiv dintr-o singură bucată, și astfel a fost împărțit practic în 6 elemente distincte, care se pot prelucra bucată cu bucată pe centre de prelucrare asistate de calculator.

Blocul are un circuit de răcire în zig-zag, care impune și el împărțirea în elemente distincte a blocului.

Schema de răcire la „Bloc Miezuri”

În privința plăcilor active, s-au păstrat în mare parte multe din prelucrările efectuate, modificându-se doar poziția canalelor de răcire, a găurilor pentru dopuri și a ansamblului readucător. Aceste 3 elemente sunt de fapt cele care dau forma și dimensiunile piesei de injectat.

De menționat este faptul că sistemul de răcire al miezurilor comunică cu sistemul de răcire al plăcii active, astfel încât cele două circuite trebuie sa fie perfect coliniare în punctele de coincidență.

În figurile de mai jos sunt înfățișate plăcile active împreună cu circuitele de răcire aferente.

Placa de formare I Placa de formare II

Schema de răcire la placa de formare II

Conform codului de culori:

-circuitul alb asigură răcirea de jur-împrejur a plăcii de formare;

-circuitul roșu asigură răcirea miezurilor montate în reperul „Placa de formare II”. Acest circuit comunică cu cel din miezuri.

-circuitul galben răcește placa pe sub miezuri.

În imaginile de mai sus avem reprezentările izometrice ale Plăcii de formare II, precum și secțiunile celor 3 circuite de răcire. Materialul din care este executată placa I este 41MoCrl 1, iar placa II este OL 50.

Considerând matrița ca un schimbător de căldură, este necesar să se cunoască trei factori principali în răcirea matriței. Aceștia sunt: cantitatea de căldură ce trebuie să fie eliminată, ușurința relativă de îndepărtare a căldurii, mecanismul pentru îndepărtarea căldurii.

Cantitatea de căldură care trebuie eliminată prin intermediul matriței, în decursul unui ciclu de formare, este în funcție de cantitatea de polimer injectată într-o singură cursă.

Pentru materialele termoplastice cu grosimi s < 5 mm, determinarea timpului de răcire se face cu următoarea relație [1]:

unde:

A – este un coeficient care se determină conform [1] după formula:

(TP – TM)/(T0 – TM).

s – grosimea peretelui piesei injectate;

a – coeficient de difuzivitate termică;

(TP – TP)(TP – TP) = 0,2;

Conform tab. 6.5. din [1] rezultă A = 0,78

s = 2 mm;

a – pentru polipropilenă conform tab. 6.4 din [1] este 7,6 • 10-4

Tr= 10,13 s.

Practica a dovedit că procesul de injectare poate să se desfășoare în condiții optime numai atunci când temperatura matriței este staționară și controlată. Aceasta presupune existența în matriță a unei rețele prin care să circule un mediu de răcire destinat reglării temperaturii matriței.

Curgerea materialului plastic în matriță depinde de temperatura matriței. Răcirea corespunzătoare a matriței de injectare trebuie asigurată pentru obținerea unei piese injectate cu contracții minime și pentru scurtarea ciclului de injectare.

Răcirea piesei injectate se realizează prin răcirea matriței de injectat printr-un sistem de canale de răcire, folosind ca mediu de răcire apa provenită de la rețeaua de alimentare cu apă. Reglarea temperaturii de răcire a matriței se realizează prin modificarea corespunzătoare a debitului apei de răcire, fie manual prin manevrarea robineților, la intrarea apei, fie automat, cu ajutorul sistemului de reglare a debitului de apa cu care sunt dotate mașinile de injectat moderne.

Pentru injectarea piesei, temperatura matriței de injectat trebuie corelată cu o serie de alți factori ca de exemplu: temperatura de injectare, presiunea de injectare, sistemul de injectare.

Din cauza numărului mare de factori variabili și a complexității procesului, nu se pot face calcule exacte la dimensionarea sistemului de răcire al matriței de injectat.

Se stabilesc principii generale de care trebuie să se țină seama la proiectarea sistemului de răcire a matriței și anume:

secțiunea canalelor de circulare a mediului de răcire trebuie să fie proporțională cu grosimea pereților piesei injectate;

canalele de circulare trebuie plasate cât mai aproape de piesă (de cuibul matriței);

distanța dintre canalele de circulare trebuie stabilită în așa fel încât să se realizeze o temperatură uniformă pe toate suprafețele active ale matriței;

lungimea circuitului de răcire a matriței trebuie să fie cât mai mic pentru ca diferența de temperatură între ieșirea și intrarea apei de răcire să nu depășească 3…5° C;

numărul schimbărilor de direcție ale circuitului de răcire trebuie să fie cât mai mic posibil pentru a asigura curgerea cât mai ușoară a lichidului de răcire;

soluția constructivă aleasă la proiectarea sistemului de răcire al matriței de injectare trebuie să asigure o etanșare perfectă a circuitului de răcire.

Temperatura de regim a matriței folosita la injectarea polipropilenei este între 20…40°C.

5.2 Aerisirea matriței

În multe cazuri, după scoaterea din matriță, piesele injectate prezintă pe suprafața lor zone arse sau cu lipsuri de material. Aceste zone incomplete și cu urme de arderi pot avea la origine cauze tehnologice (injectarea prea rapidă, material plastic prea fierbinte, duza mașinii de injectat necorespunzătoare) sau condiții de aerisire necorespunzătoare a matriței de injectat. În cazul în care nu are nici o posibilitate de ieșire din matriță, aerul comprimat și supraîncălzit determină arderea materialului. Aerisirea cuiburilor matriței se face în mod corespunzător atunci când aerul este comprimat în zona aruncătoarelor deoarece aerul are posibilitatea să fie eliminat din interiorul cuibului. Când suprafețele matriței de injectat prezintă asperități în zona aruncătoarelor înseamnă că aerul are posibilitatea sa fie eliminat din interiorul cuibului. De asemenea, când suprafețele matriței de injectat prezintă asperități în zona planului de separație ca urmare a rectificării plane cu disc abraziv de granulație mare, aerisirea matriței este corespunzătoare și nu necesită alte măsuri speciale. Conform [1] tab. 7.1. jocul la montare necesar obținerii în condiții optime ale pieselor din polipropilenă este < 0,015.

5.3 Proiectarea sistemului de injectare

Ansamblul duză, canale, diguri prin care materialul plastic ajunge în cuib alcătuiește sistemul de injectare al matriței. Proiectarea acestuia constă în alegerea modului de injectare, amplasarea cuiburilor, alegerea locului de injectare, stabilirea formei secțiunii și amplasarea canalelor de injectare. Alegerea și injectarea corectă a sistemului de injectare au o influență determinantă asupra calității pieselor injectate și asupra productivității procesului de prelucrare.

Materialul din canalul de injectare, denumit și culee, se îndepărtează de piesă după scoaterea ei din cuibul matriței prin tăiere sau frezare.

Pentru realizarea unei piese injectate de bună calitate se acordă atenție deosebită construcției duzei de injectare care trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să aibă o construcție simplă și robustă;

să fie în corespondență cu duza mașinii de injectat;

să realizeze pierderi minime de presiune la curgerea materialului plastic;

să rețină o cantitate redusă de material la fiecare injectare.

Fig. 5.1. Duza mașinii și duza matriței:

1 – duza matriței; 2 – duza mașinii.

Duza mașinii de injectat se sprijină pe duza matriței de injectat, pe o suprafață sferică, diametrul duzei impunându-se să fie mai mic decât diametrul duzei matriței. Se recomandă:

D = d + 1 [mm] și R = r +1 [mm]

Unde: -d este diametrul duzei mașinii de injectat;

-D este diametrul interior mic al duzei matriței;

-r este raza de contact a duzei mașinii de injectat;

-R este raza de contact a duzei matriței.

d = 3.5 mm pentru mașina de injectat Kuasy 1400/250—> D =4.5 mm.

r = 39 mm pentru raza de contact a duzei mașinii de injectat —► R = 40 mm.

Fig. 5.2. Duza matriței

Culcea solidificată în duză aderă la pereții acesteia și pentru a o extrage este nevoie de o forță axiala care depinde de:

conicitatea culeei;

prezența bavurii la contactul dintre duza matriței și duza mașinii de injectat;

gradul de prelucrare a suprafeței canalului duzei matriței.

Pentru ca cantitatea de material cuprinsă în culee să nu fie prea mare se limitează unghiul de înclinare al culeei αmax = 4°, recomandându-se ca valoare frecventă α = 1°30’. Pentru raza de racordare a culeei cu piesa injectată se recomanda R = (0,5…1,2) mm.

Injectarea prin canale de distribuție se folosește în cazul injectării în matrițe cu mai multe cuiburi atunci cănd materialul plastic este distribuit din duza de injectare, prin canale laterale la cuiburile matriței:

Fig. 5.3. Canalele de distribuție (în mov a și c; albastru deschis b)

În vederea amplasării optime a cuiburilor în matrița de injectat trebuie să se respecte următoarele reguli:

umplerea tuturor cuiburilor trebuie să se facă pe cât posibil

concomitent;

drumul de curgere al materialului plastic prin canalele de distribuție trebuie să fie căt mai scurt posibil;

distanța dintre cuiburi trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura răcirea și aruncarea piesei injectate;

injectarea trebuie să fie echilibrată astfel încât să nu ia naștere forțe reactive în matriță, care ar putea determina ruperea acesteia.

Digul face legătura dintre canalul de distribuție și cuibul matriței. Există mai multe tipuri de diguri care se folosesc la injectarea materialelor termoplastice.

Dimensiunile digurilor se determină pe cale empirică de fiecare producător, dar se pot da și câteva valori orientative: pentru dig cu secțiune dreptunghiulară L = (0,6…1.2) [mm]; B = (0,6…1,2) [mm]; A = D – 1,5 [mm], unde L este lungimea digului, B este grosimea lui, iar A este lățimea; pentru dig cu secțiune circulară L = (1,5…2) [mm]; d = (0,6…3) [mm] (d este diametrul digului).

Pentru realizarea piesei „Capac pentru bateria I2V 55A” s-a optat pentru cotele din figura alăturată.

Dacă materialul plastic ajunge în cuibul matriței printr-un astfel de dig cu o lățime foarte mare se formează între rețea și piesa injectată un „film” sau „peliculă”.

Fig. 5.4

5.3.1 Aruncarea mecanică a matriței

Modul de rezolvare constructivă, precum și durata în timp a aruncării au o importantă influență asupra calității și economicității piesei injectate. Soluția optimă pentru aruncarea piesei injectate presupune scoaterea automată a acesteia din matrița de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat. Pe măsura dezvoltării și perfecționării tehnologiei de injectare, a modernizării construcției matrițelor s-au dezvoltat o multitudine de sisteme de aruncare.

Principalele sisteme de aruncare utilizate pentru scoaterea piesei din matriță sunt: aruncarea mecanică; aruncarea pneumatică; aruncarea hidraulică;

Cel mai pretabil sistem de aruncare pentru matrița de injectat piesa „Capac pentru bateria 12V 5 5A” este aruncarea mecanică.

Acest sistem de aruncare a piesei din matriță este cel mai utilizat sistem de aruncare. Mecanismul de aruncare este acționat de către mașina de injectat în timpul deschiderii matriței.

Piesa injectată, datorită contracției la răcire rămâne pe partea mobilă a matriței fixată pe Blocul de miezuri. Când matrița începe mișcarea de deschidere, plăcile de formare I și II se îndepărtează una de cealalta iar matrița începe să se deschidă în planul de separație.

La un moment dat tija de aruncare atinge opritorul mașinii în același timp începe o mișcare relativă a plăcii de formare împreună cu distanțierele, miezurile și opritoarele matriței față de plăcile aruncătoare și portaruncătoare care vor rămâne pe loc Această deplasare va face ca plăcile aruncătoare si portaruncătoare să împingă piesa împreună cu extractorul de culee.

De reținut că această mișcare relativă este astfel reglată încât ea să apară numai după ce culeea a ieșit de pe duză. Acest tip de extragere a piesei este unul special datorită formei piesei. La sfârșitul ciclului, partea mobilă se apropie de partea fixă și matrița se închide. Arcul de revenire are rolul de a readuce sistemul de aruncare a piesei în poziția inițială.

Placa aruncătoare și placa portaruncătoare formează un subansamblu care îndeplinește următoarele funcții:

transmite mișcarea de la tija de aruncare spre aruncătoare;

fixează elementele de aruncare (aruncătoare, știfturi readucătoare);

execută mișcarea de readucere a sistemului în poziție inițială ca urmare a sistemului cu știfturi readucătoare;

Grupul de plăci aruncătoare se mișcă întru-un spațiu delimitat de plăcile distanțiere. Plăcile distanțiere sunt fixate cu șuruburi și sunt centrate cu bolțuri de centrare. Forma și poziția de așezare în cadrul matriței a pachetului de aruncare a fost determinat de așezarea piesei în cuiburile de formare.

Pentru conducerea precisă a pachetului de aruncare au fost introduse coloane de ghidare.

Ansamblul readucator servește pentru aducerea matriței în poziția inițială, odată cu închiderea mașinii, pentru începerea unui nou ciclu de injectare.

5.3.2 Centrarea și conducerea matriței de injectat

Matrița are două tipuri de centrări:

centrare exterioară, adică poziționarea matriței de injectat în raport cu mașina de injectat;

centrare interioară, prin care sunt poziționate cele două jumătăți de matriță și elementele lor;

Fig. 5.5. Centrarea matriței în partea fixă: Fig. 5.6. Centrarea matriței în partea mobilă:

1- platoul fix al mașinii; 1 – platoul mobil al mașinii;

2- inel de centrare; 2 – inel de centrare;

3 – placa de prindere a mașinii. 3 – bucșa de conducere;

4 – placa de prindere a matriței.

Prin centrarea exterioară se înțelege poziționarea matriței de injectat în raport cu mașina de injectat.

Centrarea matriței pe platourile mașinii de injectat se face în felul următor:

se îndepărtează platoul mobil al mașinii pentru accesul la matriță; s

e centrează matrița închisă, prin intermediul inelului, în platoul fix;

se prinde matrița pe partea fixă prin intermediul bridelor sau șuruburilor;

se apropie platoul mobil de matriță, făcând centrarea prin intermediul inelului de centrare din partea aruncării;

se fixează matrița pe partea mobilă prin intermediul bridelor sau șuruburilor.

Degajările din platoul fix și mobil al mașinii de injectat sunt realizate în sistemul de alezaj unitar H7. Pentru a nu se ajunge la supradeterminare, în cazul centrării matriței pe cele două platouri se preferă centrarea pe partea fixă folosind ajustajul H7/e8, iar pe partea mobilă se lasă un ajustaj cu joc mai mare.

Centrarea interioară se referă la poziționarea celor două jumătăți ale matriței și ale elementelor ei. Pentru centrarea a două plăci a unei matrițe de injectat se folosesc știfturile cilindrice, iar apoi se va face fixarea cu șuruburi.

Conducerea interioară a celor două jumătăți de matriță trebuie să fie în perfectă concordanță cu centrarea tuturor plăcilor matriței.

Pentru o ghidare și centrare corespunzătoare între cele două jumătăți de matriță, este nevoie de o ajustare precisă între coloană și bucșa de ghidare, precum și în ceea ce privește ajustarea coloanei și a bucșei de ghidare în plăcile matriței.

Lungimea coloanelor de ghidare a fost aleasă în funcție de:

grosimea plăcilor în care se montează;

construcția sistemului de aruncare;

cursa de deschidere a matriței.

Pentru reducerea uzurii, canalele de ghidare s-au realizat cu canale de ungere. Din punct de vedere constructiv sistemul de conducere și centrare a matriței a fost astfel plasat încât să fie folosit optim spațiul plăcilor de formare în vederea plasării cuibului, pastilelor și a circuitului de răcire. Plasarea sistemului de ghidare s-a făcut la circumferința matriței.

Matrița are patru coloane de ghidare dintre care doar trei se aseamana. S-a adoptat această soluție pentru a se evita montarea greșita și deteriorarea pe platourile mașinii.

5.4 Descrierea funcționării matriței

Construcție si funcționare

Piesa din material termoplastic se formează în cuibul matriței. Cuiburile matriței sunt realizate în plăcile de formare I și II. Când matrița este închisă, pătrunde materialul plastic topit. Este nevoie de un joc între pastile de cel mult 0,015 mm pentru evacuarea aerului în timpul procesului de injecție. După umplerea cuibului acționează sistemul de răcire pentru solidificarea materialului plastic și răcirea plăcilor.

Matrița este formată din doua semimatrițe. O semimatriță este fixată pe platoul fix al mașinii de injectat iar cealaltă semimatriță este fixată pe platoul mobil al mașinii de injectat.

La deschiderea matriței piesa injectată rămâne contractată pe blocul de miezuri în semimatrița mobilă care se depărtează de sistemul de injectare. În ultima parte a cursei de deschidere, tija de aruncare lovește tamponul mașinii de injectat iar plăcile aruncătoare și portaruncătoare se opresc în timp ce restul componentelor semimatriței continuă mișcarea; astfel apare o mișcare relativă care face ca plăcile aruncătoare să împingă piesa în afară. De remarcat sistemul de aruncare, de construcție simpla care este realizat din 86 de piese. Acest sistem de aruncare se folosește numai pentru piesele care prezintă suprafețe umbrite în interior.

După ce piesa este aruncată începe readucerea în poziția închis a matriței și reîncepe ciclul de injectare.

Ghidarea celor două semimatrițe se realizează cu ajutorul coloanelor de ghidare de tipul coloanelor 11 și 12 care sunt fixate în placa de cap 1 și a bucșelor de ghidare 13 și 14, care sunt fixate în pachetul mobil de plăci.

Pentru montarea corectă a plăcilor matriței o coloana are diametrul mai mare decât celelalte 3, evitându-se astfel deteriorarea matriței.

Asamblarea matriței s-a făcut cu șuruburi cu filet metric cu locaș hexagonal. Pentru transportarea matriței a fost prevăzut șurubul cu cap inel. Partea de centrare a matriței s-a realizat cu ajutorul știfturilor de centrare iar partea de centrare a matriței pe mașina de injectat este realizată cu ajutorul inelelor de centrare superior respectiv inelul de centrare inferior. Toate aceste componente se regăsesc în desenul de ansamblu al matritei.

Temperarea matriței

Temperarea matriței se realizează cu ajutorul canalelor de răcire aflate în placa de formare II. Racordarea sistemului de răcire la circuitul de răcire al matriței se realizează cu ajutorul racordurilor de răcire. Racordurile sunt prevăzute cu striații pentru montarea furtunului de cauciuc.

CAPITOLUL 6: ÎNTREȚINEREA, REPARAREA ȘI DEPOZITAREA MATRIȚEI

O fiabilitate ridicată a unei matrițe de injectat presupune nu numai o proiectare și execuție ireproșabilă, ci și o mentenanță bună. Mentenanța unei matrițe este acea proprietate pe care aceasta trebuie să o aibă pentru menținerea în stare de funcționare prin întreținere, revizii și reparații programate și ușor de realizat. O durată crescută de exploatare este determinată de asemenea și de o bună depozitare a matrițelor.

6.1 Întreținerea și repararea programată

Întreținerea și repararea programată a matrițelor poate fi urmărită folosind fișe de evidentă a reparațiilor unde sunt trecute termenele prevăzute pentru inspecții, termenele de înlocuire pentru diferite elemente mecanice, perioadele de ungere.

Reparațiile care se execută la o matriță pot fi curente sau capitale.

La reparațiile curente se execută un număr redus de operații:

curățirea suprafețelor;

ungerea unor elemente mecanice;

compensarea uzurii unor elemente mecanice;

înlocuirea unor piese uzate.

În general, reparațiile curente nu presupun demontarea totală a matriței.

Reparația capitală se execută când defectele constante impun demontarea completă a matriței. Reparația capitală presupune:

demontarea întregii matrițe;

se inspectează piesele componente din punct de vedere al calității și dimensiunilor și din punct de vedere al poziției reciproce a suprafețelor;

se stabilesc piesele ce urmează a fi înlocuite cu altele noi;

se execută prelucrări mecanice de corecție;

se asamblează matrița în vederea probei.

În cele ce urmează se vor aminti cele mai uzuale operații folosite la reparația matrițelor.

Curățirea.

În urma injectării îndelungate într-o matriță pot apărea:

zone mate pe anumite porțiuni ale cuibului, care denotă suprafețe corodate de materialul plastic;

acumulări de material în anumite zone ale cuibului;

zone de arsură în piesa injectată în porțiunile unde sunt plasate elemente de aerisire.

În aceste cazuri este necesară curățirea suprafeței matriței, care se poate realiza astfel:

folosind substanțe de curățire sub formă de spray-uri;

curățind mecanic cu perii, șmirghel, zonele afectate.

În zonele de aerisire ale cuibului se demontează elementele pentru curățirea interstițiilor de aerisire:

Fig. 6.1. Curățirea pastilelor pentru aerisirea cuibului:

1, 2- pastilă

Duzele de injectare în care se formează culeea se curăță periodic pentru a înlătura coroziunea suprafeței canalului care duce la reținerea culeei în duză.

Depunerea ruginei sau a depozitelor calcaroase pe circuitele de temperare ale matriței impun curățirea acestora. Curățirea canalelor se poate face cu lichide dizolvante a ruginei și depunerilor calcaroase. În cazul în care nu se reușește curățirea în acest mod se procedează la demontarea întregului circuit și curățirea fiecărui element în parte. Datorită acestor neajunsuri, firmele prelucrătoare de mase plastice folosesc circuite închise de temperare cu tratarea agentului de temperare.

Ungerea.

Folosirea unor agenți de ungere cu calități superioare reduce gradul de uzură a elementelor mecanice în mișcare și crește fiabilitatea matriței.

Se supun ungerii elementele de ghidare ale bacurilor supuse unor forțe de frecare mari. Pentru creșterea coeficientului de alunecare al unsorii se adaugă bisulfură de molibden.

Reparații de uzură.

La contactul dintre două elemente aflate în mișcare după un timp de funcționare apar uzuri care determină creșterea interstițiului dintre cele două elemente. Dacă acest ajustaj se găsește în zona de contact cu materialul plastic apar scurgeri de material în interstiții. Acest fenomen apare în mod frecvent în ajustajul dintre aruncător și gaura aruncătorului. Pentru rezolvarea problemei se folosesc două soluții:

se înlocuiește aruncătorul vechi cu altul cu diametrul mai mare într-un alezaj mai mare;

se găurește poansonul, se introduce o bucșă în care se mișcă vechiul aruncător.

Chiar dacă un element nu este în mișcare pot apărea uzuri ale ajustajului ca urmare a tasării materialului. În acest caz, apar scurgeri de material în interstiții. Un exemplu este oferit în fig. xx . În acest caz în jurul poansonului central se ajustează o bucșă care elimină defectul.

Uzura elementelor de ghidare și centrare interioară (coloane și bucșe de ghidare, suprafețe de centrare) duce la abateri ale grosimii pereților piesei injectate, la deplasări ale pozițiilor cuiburilor etc. Aceste lucruri duc la o calitate slabă a piesei injectate, consumuri mari de material, solicitări suplimentare în matrițe.

În aceste cazuri se procedează la înlocuirea elementelor de ghidare sau ajustări ale elementelor de centrare.

Fig. 6.2. Uzura în jurul unui poanson:

x – zona de uzură; 1 – poanson; 2- bucșă.

Tasări.

În urma nenumăratelor cicluri de injectare diferitele elemente mecanice principale sunt supuse la forțe frontale mari care duc la tasări ale materialului de sprijin, tasări care duc la schimbări dimensionale în piesa injectată, la aglomerări de material și retușuri pe suprafața piesei. Acest fenomen se pune în evidență sub aruncătoare sau sub poansoane cu diametre mici. În aceste cazuri, zona tasată se frezează și se introduc pastile de sprijin.

Duza matriței poate suferi o tasare a suprafeței de contact cu duza mașinii de injectat. Această tasare poate duce la neetanșietatea suprafeței de sprijin care duce la formarea unei ciuperci din material, ce împiedică scoaterea culeei din duză.

Fig. 6.3. Zone tasate:

X – zonă tasată; a- placă aruncătoare tasată; b- soluție constructivă rezolvată;

1 – aruncător; 2 – placă.

6.2 Repararea defecțiunilor accidentale

În exploatare pot apărea defecțiuni accidentale ca urmare:

a ruperii unor repere de matriță (aruncătoare, poansoane etc.) care sunt prinse în planul de separație al matriței;

rămânerii pieselor injectate sau rețelei în planul de separație la închiderea matriței;

intervenției neatente a operatorului în matriță la scoaterea unui rebut rămas accidental în matriță.

Deteriorarea cuibului matriței în cazul unei defecțiuni accidentale presupune multă muncă ți ingeniozitate în funcție de situație.

În cazul unui cuib cu suprafața netedă în zona deteriorată se introduce o pastilă (fig. 6.4). Pastila se ajustează atent și suprafața cuibului se lustruiește. Pe suprafața piesei se va observa conturul subțire al pastilei. Dacă estetica piesei injectate nu o permite, se înlocuiește întregul cuib.

Fig. 6.4. Repararea unei matrițe cu cuibul deteriorat:

a – matrița înainte de reparație; b- matrița după reparație; 1- placa de formare;

2 – placa de prindere; 3 – pastilă; x – zona deteriorată; y – urmele pastilei.

În cazul unor defecțiuni accidentale a poansoanelor, și suprafața piesei injectate nu impune exigențe de estetică, se procedează astfel:

se încarcă cu sudură suprafața deteriorată;

se supune unui tratament de detensionare a piesei;

se ajustează suprafața sudată.

În cazul ruperii accidentale a unor elemente de matriță, dacă nu s-au produs deteriorări ale suprafeței, se procedează la înlocuirea acestora.

6.3 Depozitarea

Depozitarea matrițelor se face în magazii special amenajate. Înainte de introducerea matriței în magazie în vederea rămânerii unei perioade de timp mai îndelungate, se supune unor operații de control în vederea depozitării:

control vizual al elementelor matriței;

eliminarea apei din circuitul de temperare;

protejarea suprafeței cuiburilor și poansonului cu substanțe antioxidante;

fixarea elementelor de siguranță.

Matrițele se depozitează pe palete din lemn în vederea așezării în rafturi. Rafturile sunt numerotate și fiecare loc de depozitare este codificat. Pe fiecare matriță se găsesc agățate ultimele piese injectate.

Magazia trebuie să fie curată, ușor accesibilă și plasată într-o încăpere alăturată secției de injectare. Magazia de matrițe este protejată contra pericolului de incendiu, astfel încât în cazul incendierii încăperilor alăturate matrițele să poată fi salvate prin evacuare rapidă.

CAPITOLUL 7: CALCULUL DE REZISTENȚĂ AL PLĂCILOR ACTIVE PRIN ANALIZĂ CU ELEMENTE FINITE

Analiza plăcii de formare

Author: Andrei Dohotaru

Company: Home

Date: 09.04.2014

1) Introducere

2) Materiale

3) Informații despre încărcări și constrângeri

4) Proprietăți

5). Tensiuni

6) Deformații

7) Design

8) Concluzii

9) Appendix – Anexe

1) Introducere

Acest capitol arată comportarea reperului „placă de formare I” sub acțiunea presiunii de injecție 1600 daN/cm2 și a forței de închidere a matriței de 175 tf.

2) Materiale

3) Informații despre încărcări și constrângeri

4) Proprietăți

5) Tensiuni

6) Deformații

7) Design

8) Concluzii

Placa se deformează acceptabil.

9) Appendix – Anexe

Material name: Alloy Steel – 41MoCr11

Description: –

Material Source: Din baza de date SolidWorks 2004

Material Library Name: –

Material Model Type: Linear Elastic Isotropic

Use system: SI – Sistem international

Note:

Reziliatele analizei și designul prin COSMOSXpress sunt bazate pe o analiză liniar statistică iar materialul a fost considerat izotropic. Analiza statistică liniară arată că:

materialul ales se comportă conform părții gafice liniare a legii lui Hooke.

deplasările provocate sunt suficient de mici pentru a ignora schimbările la nivel micromolecular în timpul încărcării.

încărcarea cu presiune este facută în așa măsură încât nu este necesar să se ia în considerare efectul dinamic al deplasării (deoarece acesta nu apare).

COSMOSXpress design analysis results are based on linear static analysis and the material is assumed isotropic. Linear static analysis assumes that:

1. the material behavior is linear complying with Hooke’s law;

2. induced displacements are adequately small to ignore changes in stiffness duo to loading;

3. loads are applied slowly in order to ignore dynamic effects.

Do not base your design decisions solely on the data presented in this report. Use this information in conjunction with experimental data and practical experience. Field testing is mandatory to validate your final design. COSMOSXpress helps you reduce your time-to-market by reducing but not eliminating field tests.

Analiza plăcii de formare

Author: Andrei Dohotaru

Company: Home

Date: 09.04.2014

1) Introducere

2) Materiale

3) Informații despre încărcări și constrângeri

4) Proprietăți

5). Tensiuni

6) Deformații

7) Design

8) Concluzii

9) Appendix – Anexe

1) Introducere

Acest capitol arată cum se comportă placa de formare sub acțiunea forței de închidere a matriței de 175 TF.

2) Materiale

3) Infomații despre încărcări și constrângeri

4) Proprietăți

5) Tensiuni

6) Deformații

7) Design

8) Concluzii

Placa rezistă solicitărilor la care este supusă.

9) Appendix – Anexe

Material name: OL 50

Description: –

Material Source: Din baza de date SolidWorks 2004

Material Library Name: –

Material Model Type: Linear Elastic Isotropic

Use system: SI – Sistem internațional

Note:

Reziliatele analizei și designul prin COSMOSXpress sunt bazate pe o analiză liniar statistică iar materialul a fost considerat izotropic. Analiza statistică liniară arată că:

materialul ales se comportă conform părții gafice liniare a legii lui Hooke.

deplasările provocate sunt suficient de mici pentru a ignora schimbările la nivel micromolecular în timpul încărcării.

încărcarea cu presiune este facută în așa măsură încât nu este necesar să se ia în considerare efectul dinamic al deplasării (deoarece acesta nu apare).

COSMOSXpress design analysis results are based on linear static analysis and the material is assumed isotropic. Linear static analysis assumes that:

1. the material behavior is linear complying with Hooke’s law;

2. induced displacements are adequately small to ignore changes in stiffness duo to loading;

3. loads are applied slowly in order to ignore dynamic effects.

Do not base your design decisions solely on the data presented in this report. Use this information in conjunction with experimental data and practical experience. Field testing is mandatory to validate your final design. COSMOSXpress helps you reduce your time-to-market by reducing but not eliminating field tests.

ANEXE

Anexa 1: Defectele pieselor injectate din materiale termoplastice [1]:

Bibliografie

1. Șereș Ion – Matrițe de injectat, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1999;

2. Șereș Ion – Injectarea materialelor termoplastice, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1996;

3. Miclăuș I. Busuioc. D. – Album de matrițe pentru materiale plastice, Editura Tehnică, București, 1975;

4. Șereș Ion – Matrițe de injectat în exemple, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1997;

5. Manea Gheorghe – Prelucrarea prin injecție a materialelor plastice, Editura Tehnică, București, 1986;

6. Iclăzan T. – Tehnologia presării și injectării maselor plastice, Universitatea Tehnică, Timișoara, 1992;

7. Chișiu A. – Organe de mașini, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1981

8. Opruța Daniela – SolidWorks 2000, Editura Todesco, 2001;

9. Terry. L. Richardson – Plastics, Microsoft® Encarta® Enciclopedia 2000

10. Hasco. Elemente tipizate, 1992-1997;

11. DME 2000. Normă de tipizare, 1998;

12. C.E.S.A.P. – Plastics, Structure – properties, Transformation processes and Injection moulding;

13. Horun S. – Memorator de mase plastice, Editura Tehnică, București, 1988;

14. SolidWorks Interactive Tour CD;

15. Broșura Ferromatik Milacron;

16. D-M-E. Minicatalogue, 1991;

17. Colecția STAS

18. Adrese internet:

– www.moldflow.com;

– www.solidworks.com;

– www.immnet.com;

– www.jlmolding.com;

– www.alsscan.com.

Bibliografie

1. Șereș Ion – Matrițe de injectat, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1999;

2. Șereș Ion – Injectarea materialelor termoplastice, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1996;

3. Miclăuș I. Busuioc. D. – Album de matrițe pentru materiale plastice, Editura Tehnică, București, 1975;

4. Șereș Ion – Matrițe de injectat în exemple, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1997;

5. Manea Gheorghe – Prelucrarea prin injecție a materialelor plastice, Editura Tehnică, București, 1986;

6. Iclăzan T. – Tehnologia presării și injectării maselor plastice, Universitatea Tehnică, Timișoara, 1992;

7. Chișiu A. – Organe de mașini, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1981

8. Opruța Daniela – SolidWorks 2000, Editura Todesco, 2001;

9. Terry. L. Richardson – Plastics, Microsoft® Encarta® Enciclopedia 2000

10. Hasco. Elemente tipizate, 1992-1997;

11. DME 2000. Normă de tipizare, 1998;

12. C.E.S.A.P. – Plastics, Structure – properties, Transformation processes and Injection moulding;

13. Horun S. – Memorator de mase plastice, Editura Tehnică, București, 1988;

14. SolidWorks Interactive Tour CD;

15. Broșura Ferromatik Milacron;

16. D-M-E. Minicatalogue, 1991;

17. Colecția STAS

18. Adrese internet:

– www.moldflow.com;

– www.solidworks.com;

– www.immnet.com;

– www.jlmolding.com;

– www.alsscan.com.

ANEXE

Anexa 1: Defectele pieselor injectate din materiale termoplastice [1]: