OPTIMIZAREA MODULUI DE INJECTIE A MASELOR PLASTICE ASISTATA CU GAZ [302385]

OPTIMIZAREA MODULUI DE INJECTIE A MASELOR PLASTICE ASISTATA CU GAZ

SI STUDIUL COMPARATIV AL FLUXURILOR LOGISTICE PENTRU CREAREA PIESELOR DIN PLASTIC

Student: [anonimizat],

[anonimizat] 2

Conducator Stiintific: Prof. dr. Ing. Laurentiu Popa

Rezumat: In aceasta tema de cercetare este prezentata o imbunatatire a procesului de injectare mase plastice si studiul comparativ al fluxurilir logistice

1.Introducere

1.1 Aspecte generale

Injectarea maselor plastice (asistată) [anonimizat] (N2), pentru crearea unor cavități fără material plastic în interiorul reperului injectat. Presiunea gazului injectat poate fi până la 350 atm. [2]

Fig 1. (Prezentarea tehnologiei de injectare mase plastice) [2]

1.2 Procesul de injectie mase plastice cu gaz

Succesiunea fazelor procesului este următoarea:

1.Se execută injectarea pe o cursă a melcului bine stabilită;

2.Se injectează gazul prin duze speciale și amplasate corespunzător în matriță;

3.Gazul urmează calea minimei rezistențe și va crea zone cu gaz în secțiunile cu grosimi mari;

4.[anonimizat];

5.Surplusul de gaz este eliminat în atmosferă sau reciclat. [2]

Faza 2 de injectare a [anonimizat]. [anonimizat]. [2]

Injectarea maselor plastice (asistată) cu gaz este cunoscută de mai bine de 20 de ani. În ultimii ani unele patente au expirat și astfel tehnologia a devenit accesibilă și tot mai mult utilizată în domenii cum ar fi: [anonimizat], grădinărit, mânere, etc (figura 2). [2]

Figura 2. Piese domeniul auto[1]

O linie pentru injectarea cu gaz este reprezentată în figura 3:

Fig3. Linie injectare[3]

De la Sursa de gaz ([anonimizat], o butelie cu gaz), [anonimizat]; gazul este astfel injectat prin intermediul unor duze speciale în matrița montată pe mașina de injectat. Există mașini care dispun de controlere ce pot avea opțional și software specializat pentru injectarea cu gaz.Utilizarea injectării asistate cu gaz este aleasă atunci când există pereți cu secțiune mare a reperului de injectat dar și în cazul unor repere care solicită o estetică deosebită a suprafețelor vizibile. [3]

2. Prezentarea solutiilor conventionale

2.1 Introducere

Primele materiale plastice au fost produse din transformarea materialelor naturale. În anul 1859 [anonimizat] 1869 a aparut celuloidul și în 1897 galitul. Primul material sintetic apărut (1908) a fost rășina fenolformaldehidică numita dbachelită. Exista numeroase procedee de fabricare a materialelor plastice. O galeată, o sticlă, o cască de motociclist, o planșă de windsurfing sunt toate fabricate din diferite tipuri de plastic. [anonimizat]: suplețe, rigidate, [anonimizat], transparență, greutate mică. [anonimizat] plastice este naftul, un produs obtinut in rafinariile de petrol.

Naftul este un amestec de diferite molecule de hidrocarburi. Acest amestec este adus la temperaturi inalte in prezenta vaporilor de apa, ceea ce provoaca ruperea moleculelor de hidrocarbura si obtinerea de molecule mai mici, molecule de etilena. Etilena este molecula pe care se bazeaza intreaga industrie a maselor plastice. Exista doua mari familii de materiale plastice: materiale termoplastice si cele termorigide. Prima categorie cuprinde plastice care se topesc daca sunt incalzite, unele chiar de la 70°C, altele inspre 120°C.

Atunci cand sunt fierbinti si lichide, aceste materiale pot fi turnate in forme sau extrudate, adica trase in fire sau foi. Racindu-se, materialele termoplastice se solidifica si isi pastreaza noua forma. Aceste materiale plastice sunt folosite in special pentru fabricarea obiectelor in serie, cum ar fi sticle, galeti,etc. În schimb cele termorigide se întăresc la căldură. Astfel, ele sunt mulate la rece pe formele dorite apoi sunt încălzite pentru a se întări. Sau pot fi lăsate să se întărească după ce li se adaugă un produs special. Plasticele termorigide se folosesc la fabricarea obiectelor prelucrate manual sau a celor care necesită o fabricație îngrijită. Așa se fabrică ambarcațiunile, piesele de caroserie, barele de protecție etc. În industrie se utilizează două procedee de tragere în formă a obiectelor din plastic.Suflarea este folosită pentru fabricarea obiectelor care au interiorul gol, cum sunt mingile, flacoanele, sticlele, popicele. Materia plastică încălzită coboară în formă, în care se injectează apoi aer. Aceasta are ca efect întinderea materialului cald pe pereții interiori ai formei

Metoda cea mai utilizată este însă injectarea. Este folosită mai ales pentru fabricarea obiectelor cum sunt pieptenii, periuțele de dinți, ustensilele de bucătărie. Materia plastică intră sub forma de granule într-o mașină de injectare. Prin încălzire, ea este transformată într-o pastă mai mult sau mai putin groasă, care este apoi injectata în formă și racită printr-un circuit de apa. Masele plastice sunt folosite, cu mici excepții, în toate domeniile de activitate.

Această performanță de pătrundere în mai toate sectoarele de activitate se datorează proprietăților lor de neegalat vis-a-vis de celelalte materiale: sunt anticorosive, electroizolante, au greutăți specifice mici, au proprietăți mecanice bune, cost scăzut, aspect exterior plăcut, se pot prelucra atât pe cale mecanică tradițională cât și prin procedee specifice cum ar fi injecția lor, se pot acoperi cu vopsea sau prin galvanizări, permițând în felul acesta să capete aspectul dorit de către proiectant. Există însă și unele proprietăți care fac dezavantajoasă utilizarea maselor plastice, cum ar fi micșorarea rezistenței mecanice cu creșterea temperaturii, coeficientul de dilatare mare, coeficientul de transmiterea căldurii mic, etc. [3]

2.2 Materialele plastice utilizate în tehnică se împart în două grupe:

Termoplaste, care prin încălziri repetate trec în stare plastică (polistiren, polimetacrilat,

celuloid, poliamidă, policlorura de vinil). Piesele din aceste materiale se obțin prin presare și turnare, având o mare productivitate.

Termoreactive, care prin încălziri repetate nu mai trec în stare plastică (polistireni nesaturați, rășini fenolfolmaldehidice, etc.). piesele în acest caz se prelucrează prin presare.

Recomandari de proiectare

Din prezentarea avantajelor făcută se observă că aceste materiale permit desfășurarea imaginației creative a designerului fără prea mari restricții. Totuși aceste materiale presupun o cunoaștere și o stăpânire a posibilităților lor tehnologice. Se impune ca o necesitate, marcarea

de către proiectant a suprafețelor cu rol estetic, sau care presupun finisaje suplimentare, sau care nu admit defecte de injecție sau alte tipuri de defecte ce pot afecta suprafața respectivă a produsului. Din punct de vedere al formei există recomandări vizând prelucrarea maselor plastice de care proiectantul trebuie să țină cont:

Piesa se va proiecta cu o grosime uniformă de perete, ceea ce contribuie atât la creșterea

Materia prima sub forma de  granule se introduce in palnia de alimentare de unde cade in cilindrul de injectare.

Materialul plastic ajuns in cilindrul deinjectare este transportat de catre melcul in timpul miscarii de rotatie, spre capulcilindrului, unde se gaseste duza de injectare. Miscarea de rotatie a melcului serealizeaza cu ajutorul sistemului de antrenare. In timpul transportului, granulele ajung in stare de topitura ca urmare afrecarilor, precum si a incalzirii cilindrului de catre corpurile de incalzire. Materialul plastic topit este impins sub presiune in matrita de injectat. decatre melcul, ca urmare a presiunii exercitate de sistemul de actionare. .Dupa solidificarea si racirea materialului in matrita, platanul mobil al masiniide injectat se indeparteaza de platanul fix. Astfel, matrita se deschide si caurmare a actionarii sistemului de aruncare al matritei, piesa injectata estearuncata din matrita. Reprezentand grafic miscarea melcului si a matritei in cursul procesului deinjectare se obtine diagrama.

Intregul proces de injectare poate fi cuprins in urmatoarele trepte de proces:- plastifierea- umplerea matritei- compactizarea- racirea si demularea. Principalii factori care influenteaza procesul de formare a materialelor termoplastice sunt:

1. Proprietatile chimice, fizice si tehnologice ale materialului termoplastic inconditiile specifice procesului de injectare;

2. Regimul temperaturilor;

3. Regimul presiunilor;

4. Durata necesara formari

Proprietatile chimice, fizice si termodinamice sunt determinante pentrudesfasurarea procesului de injectare, pentru stabilirea corecta a parametrilor de lucruai masinii de injectie.

Proprietatile polimerilor sunt diferite, functie de structura lor – amorfa saucristalina.

Fig 2.1 Diagrama de functionare

Topirea materialului termoplastic se face prin transmiterea caldurii de laperetele cilindrului la material sau prin transformarea prin frictiune a energieimecanice in energie termica. Cu cat temperatura materialului termoplastic este mai ridicata cu atat acestaeste mai fluid, matrita se umple mai usor, iar timpul de injectare se reduce.Temperatura matritei este hotaratoare in faza de racire

– solidificare areperului. Presiunea din matrita si temperatura materialului in momentul sigilarii suntdirect influentate de temperatura matritei. Cu cat temperatura matritei este mai joasa,cu atat sigilarea materialului are loc la temperatura si presiune mai inalte. Ca atare,presiunea recomandata va fi mai mare si deci o temperatura mai joasa a matritei vacompensa partial efectul dilatatiei termice.3* In timpul procesului de injectare se dezvolta o serie de forte care exercitapresiuni importante asupra materialului termoplastic. Procesul poate fi urmaritsimplificat in

Presiunea exercitata de melc transporta materialul plastic topit din cameracilindrului masinii prin duza si canalele matritei, pana in matrita pentru umplereacavitatii acesteia.Presiunea din matrita atinge valori maxime la sfarsitul cursei melcului sidepinde de forta exercitata demelcul piston, vascozitatea polimerului si rezistenta hidraulica a traseului.Se definesc urmatoarele notiuni:-

presiunea exterioara

Pe care reprezinta presiunea exercitata asupramaterialului plastic in cilindrul masinii de injectat.-

presiunea interioara

Pi care reprezinta presiunea din cavitatea matritei.Presiunea interioara este mai mica decat cea exterioara datorita pierderilor depresiune care apar la trecerea materialului prin duza masinii, duza matritei, reteauade injectare, peretii piesei injectate.-

presiunea ulterioara

„Pue” care reprezinta presiunea exercitata de melcasupra materialului din cavitatea matritei. Aceasta presiune compenseaza contractiarezultata in urma racirii materialului.

Schema simplificata a injectarii pentru punerea in evidenta a presiunilor:

Fig 2.2. Masina de injectie plastic de tip conventionala

Ps, definita ca presiunea exercitata asupramaterialului plastic in cavitatea matritei, in momentul solidificarii culeii (corespunzator punctului de sigilare).-

presiunea interioara remanenta

Pr,care reprezinta presiunea din piesainjectata in momentul inceperii deschiderii matritei.Dupa sigilare, materialul se contracta, datorita racirii si in consecinta presiuneascade, fara insa a atinge o valoare egala cu zero.Prezentarea grafica a dependentei dintre presiunea din matrita si timpul deinjectare, defineste curba caracteristica a ciclului de injectare.

3. Fluxuri logistice pentru injectia de mase plastice

1.Primul flux logistic pentru injectia pieselor din plastic cu capacitatea de 300 piese/ora

1- Granule de plastic

2-Duza injectie gaz

3-Injectie

4-Debavurare

5-Racire

6-asamblare

7-Inspectie

8-Impachetare

Mod de functionare

Granulele de plastic (1) ajung in masina de injectie (3) care are montata o duza de injectie a gazului (2) .Are loc procesul de injectie , gazul este injectat prin duza speciala in matrita montata , astfel se formeaza piesa . Odata iesita din masina de injectie ,piesa ajunge la masina de debavurare (4). Dupa procesul de debavurare reperul ajunge in zona de racire (5) de acolo piesa se indreapta spre asamblare (6) unde se pot adauga pe piesa diferite accesorii(clipsuri ,spuma). Piesa ajunge in zona de inspectie (7) pentru verificarea eventualelor defecte. Piesa finala se indreapta spre zona de impachetare (8) de unde este livrata clientului.

Pentru optimizarea fluxului am adaugat si implementat diferite masinarii si procese astfel incat fuxul sa fie automatizat :

Producția se realizează cu mașini de injecție de ultimă generație cu tonaje cuprinse între 30 și 720 tone forță. [4]

Fig 3.1. Masina de injectie [4]

Alimentarea electrică a utilajelor este asigurata de un sistem centralizat Wittmann – Battenfeld, care are rol și în alimentarea utilajelor cu materie primă, deumidificând în acest tip granulele plastice.

Acest sistem centralizat o sa ne ajute sa reducem timpul de alimentare cu granule plastice si operatia in sine oa sa fie sigura. [4]

Fig 3.2. Sistem centralizat Wittmann – Battenfeld [4]

Mașinile Battenfeld sunt echipate cu brațe robotice care au in capat un efector pentru prelevarea mecanizată din matriță a pieselor. [4] Aceste brate au rolul de reducere a timpului si sporire a sigurantei . [4]

Fig 3.3. Brat robotic cu efector [4]

Transportul și montarea matrițelor se realizeaza cu ajutorul unui pod rulant cu o capacitate de 8 tone marca SWF Krantehnik Gmbh – Germania. Acest pod ne ajuta sa manevram matritele mai usor .[4]

Fig 3.4. Pod rulant [4]

Pentru răcirea utilajelor se utilizează un răcitor pentru apa din matrite și un echipament Free-cooler  care răcește uleiul folosit în procesul de injecție a maselor plastice.
Pentru extinderea sistemului de racire s-a achizitionat un Chiller din Italia marca Green Box, cu o capacitate de racire de 150.000 de kcal/ora. [4]

Verificarea calitatii

Verificarea calității pieselor din plastic se realizează conform produselor etalon.
Se efectuează teste specifice riguroase. [4]

Prin adaugarea celor mai noi echipamente de pe piata putem obtine o productie mai mare si mai sigur.

2.Al 2-lea flux logistic pentru injectia pieselor din plastic cu capacitatea de 600 piese/ora

1- Granule de plastic

2-Furtune alimentare

3-Cuva alimentare granule

4-Matrita

5- Manipulator cu efector de tip vacuum

6-Masina injectie

7- Cusca protectie

8-Conveior

9-Brat robotic

10-cutii depozitare

Mod functionare:

Granulele de plastic (1) sunt aspirate prin furtunele de alimentare (2) intr-o cuva (3) de acolo granulele sunt aspirate in matrita (4) pentru formarea pieselor . Piesele sunt preluate de un manipulator cu efector de tip vacuum sunt duse in zona de debavurare pentru a inlatura adaosul de material.Manipulatorul pune piesele din plastic pe conveior si acestea sunt preluate de un robot care are de asemenea un efector de tip vacuum care sorteaza piesele in functie de orientarea acestora pentru montarea pe masina ( stanga/dreapta).

Fig 3.5.Granule plastic

Fig 3.6.Alimentare cu granule

Fig 3.7. Furtune alimentare cuva

Fig 3.8.Pompa vacuum pentru granule

Fig 3.9.Matrita

Fig 3.10.Preluare piese din matrita cu ajutorul unui efector cu vacuum

Fig 3.11.Manipulator cu efector de tip vacuum

Fig 3.12. Piesele ajunse pe Conveior

Fig 3.13.Robot cu efector vaccum pentru sortarea pieselor si punerea acestora in cutii

Fig 3.14.Cutii de depozitare

4. Avantaje si dezavantaje

libertate mare în design și dimensiuni pentru piesele realizate

precizie sporită în execuție

mai bună calitate a finisării pieselor

economie de material, piese mai usoare

rezistență sporită a piesei datorită reducerii forței aplicate la execuție

Durata de viață a matriței este prelungită și costul de fabricație redus

5.Concluzii

Tehnologia de injectare (asistată) cu gaz este larg răspândită, în special în S.U.A. În România există câteva firme care dispun de această tehnologie și furnizează repere pentru industria producătoare de frigidere, auto, etc.

In viitor se doreste optimizarea acestei solutii intr-un flux logistic prin adaugarea celor mai noi echipamente cu rolul de a obtine mai multe beneficii.

6.Bibliografie

[1]https://museconceptdesign.com/products/e46-m3-alcantara-roof-lining-package

[2]https://www.google.ro/search?q=injectie+mase+plastice+cu+gaz+automobile&source=lnms&sa=X&ved=0ahUKEwjOsuWIhPPfAhXSC-wKHT7eClwQ_AUICSgA&biw=1745&bih=881&dpr=1.1

[3]https://www.ttonline.ro/revista/materiale-plastice/injectarea-maselor-plastice-asistata-cu-gaz

[4] https://plasticom.ro/tehnologie.php