Tim Tcm Indrumar Proiectare 2010-2011-Prof.opran c.

TEHNOLOGIIDE INJECŢIE ÎN MATRIŢĂ ÎNDRUMARPROIECTARE Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin1/33 Universitatea POLITEHNICA Bucureşti Facultatea Ingineria şi Managementul Sistemelor Tehnologice CatedraTehnologia Construcţilor de Maşini TEHNOLOGIIDE INJECŢIE ÎN MATRIŢĂ Îndrumar proiectare 2009 Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin2/33 TEMA PROIECTULUI Săseproiectezematriţadeinjectatpentruprodusedinmaterialepolimericeinginereştisau materiale compozite cu matrice polimerică ranforsate cu particule/fibre scurte tăiate, pentru: a) denumirea piesei: ............................... b) desen de execuţie: .............................. c) volum de producţie: .............................buc/zi d) regim de lucru: .................................schimburi/zi. Proiectul va fi compus din două părţi: A) Memoriu tehnico-economic; B) Partea grafică. A.MEMORIU TEHNICO-ECONOMIC 1. Elemente constructiv funcţionale ale piesei 1.1. Schiţa piesei 1.2. Caracteristici ale materialului piesei 1.3. Condiţii tehnice 1.4. Rolul funcţional al piesei 1.5. Analiza tehnologicităţii piesei 2. Analiza tehnologica a tipologiilor matriţelor de injecţie pentru produse din materiale polimerice 3. Alegerea tipului de matriţă de injecţie pentru produse din materiale polimerice 4. Alegerea tipului de maşină de injecţie materiale polimerice 5. Proiectarea sistemului de injectare 5.1. Modul de injectare cu dimensionarea reţelelor de injectare 5.2. Calculul numărului de cuiburi 5.3. Dimensionarea cuiburilor funcţie de contracţia materialului utilizat 5.4. Calculul deformărilor prin contracţie ale piesei matriţate prin injecţie 5.5. Calculul de referinţă al plăcilor de formare a matriţei de injecţie 5.6. Verificarea suprafeţelor de închidere ale plăcilor de formare 5.7. Verificarea plăcilor de formare la rigiditate 6. Proiectarea sistemului de aruncare a produsului injectat 7.Proiectareasistemuluidecontrolaltemperaturiipentruelementelecomponentealematriţeide injecţie pentru produse din materiale polimerice 8.Proiectareaelementelorpentruconducereaşicentrareamatriţeideinjecţiepentruprodusedin materiale polimerice 9.Proiectareasistemuluideventilaţie-aerisireamatriţeideinjecţiepentruprodusedinmateriale polimerice 10Alegereamaterialelorcorespunzătoarepentrupieselecomponentealematriţeideinjecţiepentru produse din materiale polimerice 11.Stabilireatoleranţelorşiajustajelorpentrupieselecomponentealematriţeideinjecţiepentru produse din materiale polimerice 12. Analiza economică a matriţei de injecţie proiectate şi calculul seriei de fabricaţie economice B) PARTEA GRAFICĂ 1. Desenul de execuţie a produsului polimeric. 2. Desenul de ansamblu al matriţei de injecţie pentru produse din materiale polimerice. 3.Desenuldeexecuţiealunuirepercomponentalmatriţeideinjecţiepentruprodusedin materiale polimerice Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin3/33 I. INTRODUCERE Îndrumarul„Tehnologiideinjecţieînmatriţă–Îndrumardeproiectare” serveştepentruaplicaţiiindustrialecitşistudenţilorFacultăţii„Ingineriaşi ManagementulSistemelorTehnologice”dinUniversitateaPOLITEHNICAdin Bucureştipentruelaborareaproiectuluiladisciplina„TehnologiideInjecţieîn Matriţă”. Îndrumarulcuprindeinformaţiilenecesarerezolvăriitemeideproiectare,în succesiunea logică a elaborării proiectului. Pentru rezolvare temei de proiectare, se face o eşalonare în timp a activităţilor, rezolvareafiecăreiactivităţifiindevaluatăşiapreciatăînfuncţiedegradulde rezolvare, corectitudineasoluţiilor propuse şi de respectarea termenelor impuse. Planificarea activităţilor de proiectare Şedinţa 1 23 Activităţi A1,2,3,4 /B1 B2A5;6,7/B2A8,9,1011,12 /B2,3 II. MEMORIU TEHNICO-ECONOMIC 1. Elemente constructiv funcţionale ale piesei 1.1. Schiţa piesei Se execută schiţa piesei şi se numerotează suprafeţele cu S K (K= 1,2,...). 1.2. Caracteristici ale materialului piesei Seevidenţiazăcaracteristicilefizico-mecanice,chimicealematerialului termoplasticsautermorigidşidupăcazaelementelorderanforsareutilizatepentru obţinerea prin injecţie în matriţă a piesei respective. Pentru alegerea corectă a materialelor polimerice pentru realizarea unei piese injectateînmatriţătrebuiesăseţinăseamadefactoritehnico-funcţionaliai produsului şi de factori tehnologici la realizare produs. 1. Factori tehnico-funcţionali: ×durata de viaţă a produsului injectat; ×configuraţia piesei; ×calităţile optice şi de transparenţă; ×solicitări termice în exploatare; ×solicitări mecanice; ×solicitări de natură electrică; ×solicitări de natură chimică; ×prelucrările ulterioare la care sunt supuse piesele; ×costul materialului. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin4/33 2. Factori tehnologici: ×uniformitatea granulelor; ×conţinutul de apă redus în granule ×stabilitate termică şi chimică ×contracţii mici la piesele injectate. Caracteristicilefizico-mecaniceşichimicealematerialelorpolimericesunt prezentate în anexa 2 1.3. Condiţii tehnice CondiţiiletehniceprescrisesuprafeţelorS K seprezintătabelarconform modelului de mai jos: S k FormaDimensiuni Rugozitate R a Toleranţe de formă Poziţie reciprocă Obs. S i - ----- 1.4. Rolul funcţional al piesei Atuncicândnusecunoaşteansambluldincarefacepartepiesasestabileşte rolulfuncţionalposibilalpieseifolosindmetodadeanalizămorfofuncţionalăa suprafeţelor, parcurgând următoarele etape [A1]: 1.descompunerea piesei în suprafeţe simple; 2.numerotarea suprafeţelor în sens trigonometric; 3.analizareasuprafeţelordinpunctdevederealformeigeometrice,preciziei dimensionale, de formă, de poziţie, rugozităţii etc.; 4.întocmirea unui graf “suprafeţe – caracteristici”; 5.stabilirea rolului funcţional al suprafeţelor. Din punct de vedere al rolului funcţional, suprafeţele pot fi clasificate astfel: ×suprafeţe tehnologice -ajută la poziţionarea piesei în vederea prelucrării; ×suprafeţefuncţionale–caracterizateprinpreciziedimensionalăridicată, rugozitate mică, prescripţii referitoare la forma geometrică a suprafeţei etc.; ×suprafeţedeasamblare–caracterizateprinoanumităconfiguraţie geometrică,preciziedimensionalăridicată,rugozitatemică,prescripţii referitoare la poziţia suprafeţei în raport cu alte suprafeţe etc.; ×suprafeţedelegătură–faclegăturaîntresuprafeţelefuncţionaleşicelede asamblare.Secaracterizeazăprin:preciziedimensionalăscăzută,rugozitate mare, fără prescripţii referitoare la precizia de formă şi de poziţie. 1.5. Analiza tehnologicităţii piesei Se analizează şi se precizează următoarele: concordanţa dintre caracteristicile constructive ale piesei şi cele impuse de rolul funcţional, posibilitatea realizării piesei prinmatriţaredeinjecţie,etc.Elementeleconstructivesaucondiţiiletehnicede execuţie care contravin asupra tehnologicităţii piesei, vor fi menţionate şi se vor face Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin5/33 propunerideîmbunătăţireatehnologicităţiipieseiprinmodificareasoluţiilor constructive. Forma şi dimensiunile pieselor injectate se concep în corelaţie cu natura materialului, caracteristicile matriţei şi tipul maşinii de injectat. Se recomandă ca: -piesa injectată să aibă o configuraţie cât mai simplă; -dimensiunile şi masa piesei să fie menţinute la minim; -configuraţia piesei să permită extragerea acesteia din matriţă; -să se evite muchiile ascuţite. Pentru realizarea acestor condiţii,se vor analiza următorii factori: a)Planuldeseparaţieesteplanuldedelimitarea pachetuluimobildecelfix.Unplandeseparaţieîn trepteestemaidificilderealizatdecâtunulneted. Existăşimatriţecumaimulteplanedeseparaţie, paralelesauperpendiculare,dararhitecturaacestor matriţe este complicată. Planuldeseparaţieseregăseştepepiesă, poziţiasarelativlapiesăfiindimpusdecondiţia extrageriiuşoareapieseidinmatriţă.Înplanulde separaţieaparbavurişiestenecesarca,prin localizareajudicioasăaplanuluideseparaţie,săse minimizeze influenţa bavurilor asupra funcţionalităţii şi aspectului piesei. Fig. 1 Înfigura1,poziţiaplanuluideseparaţieesteimpusădeprezenţasuprafeţei cilindrice de diametru maxim. b)Punctuldeinjectaredetermină,deasemenea,apariţiapepiesăauneibavuri, îngustă de această dată. De aceea, punctul de injectare nu se plasează pe suprafeţele funcţionale şi nici pe cele care vin în contact vizual sau tactil cu utilizatorul. De obicei, punctul de injecţie se plasează pe axa de simetrie a piesei, în partea cu o cantitate de material mai mare. Punctuldeinjectaretrebuiepoziţionatastfelîncâtsăpermităumplerea completă a cuibului şi fără a se naşte turbulenţe în masa vâscoasă. Punctul de injectare nu trebuie să determine curgerea materialului direct spre poansoanele subţiri, astfel riscând deformarea lor. De asemenea, punctul de injecţie trebuie astfel ales încât să nu determine schimbări bruşte de direcţie ale materialului semilichid în cuibul de injecţie. Această cerinţă trebuie respectată mai ales în cazul materialelor termorigide, care astfel ar ajunge să polimerizeze prematur. Punctuldeinjectareşizonadiametralopusăpepiesă(zonadesudurăa materialuluiparţialrăcit-fig.2a)suntcaracterizatedeproprietăţimecanice diminuate.Acestneajunsseînlăturăprinutilizareamaimultorpunctedeinjectare pentruaceeaşipiesă(fig.2b).Soluţiaceamaieficientăestecainjecţiasăse efectueze prin zona centrală a pieselor (fig. 2 c). Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin6/33 abc Fig. 2 c)Grosimeapereţilorestedeterminatăde condiţiilederezistenţăimpusepieseiîn exploatareşidenecesităţilereologice impusedetehnologie.Grosimeapereţilor trebuiesăfieconstantă,maialesîncazul materialelorplasticecutendinţămarede cristalizare.Sevorevitaîngroşările nejustificatealepereţilor,deoarece,în aceste zone, cantitatea de material este mai mareşi,larăcire,vorapărearetasurişi goluri, cu influenţe negative asupra calităţii piesei injectate. Serecomandăurmătoareledomenii ale grosimii pereţilor: · g=0,5-5mm(pentrumateriale nearmate); · g = 0,75 - 3 mm (pentru materiale armate). Înfigura3esteprezentatăopiesă proiectatăgreşitşidedesubtaceeaşipiesă concepută corect. d) Razele de racordare „r” trebuie să fie r >0,6g,undegestegrosimeaperetelui racordat (fig. 3). Pentru condiţii generale de exploatare, razele minime de racordare sunt înintervalul(1-1,5)mm.Absenţarazelor de racordare (fig. 4) conduce la producerea deturbulenţelainjectare,cuscăderea semnificativăarezistenţeiînzonade trecere. g Fig. 3 r Fig. 4 Fig. 5 e) Bordul superior al pieselor de mari dimensiuni are o construcţie specială pentru aprevenideformareapereţilorînurmacontracţiilorputernicelarăcire.Înfigura5 sunt prezentate câteva forme recomandate ale bordului superior. O altă soluţie pentru evitarea deformării pereţilor este nervurarea acestora. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin7/33 f)Bazapieselorinjectateestesupusă puternicdeformăriidatorităcontracţiei larăcire.Pentruareduceacestefect, bazaprimeşteoformălenticularăsauo construcţie cu treaptă (fig. 6). g)Găuriledinpereţiipieseiridică problemedeosebiteprinfaptulcă poansoanelecarelematerializează stânjenesccurgereamaterialului semilichidînmatriţă,iarînzonadin spatele poansoanelor apar linii de sudură caracterizatedescăderearezistenţei.În cazul găurilor lungi, poansoanele care le materializează sunt supuse deformării şi, de aceea, înălţimea lor trebuie limitată. Se recomandă (fig. 7): ×pentru găurile străpunse h s s (8 … 12)d s ; ×pentru găurile înfundate h i s (5 … 6)d i . În cazul materialelor plastice, şi mai ales termorigide, găurile filetate nu trebuie să aibă pasul sub 1 mm. h)Înclinareapereţilorpieseise recomandăpentruextragereadepe poansoane,pecarepieselesestrângîn urma contracţiei la răcire. Unghiurile de înclinare variază între 30’ şi 3° (fig. 8). i)Nervurileauroluldearigidizapiesa injectată,atâtpentrumărirearezistenţei mecaniceînfuncţionare,darşipentrua prevenideformareapieseidatorită contracţieipost-injecţie.Dimensiunile recomandatepentrusecţiuneaunei nervuri sunt indicate în figura 8. Trebuieevitateacumulărilede materialdelaintersecţianervurilor. Existădouăsoluţiipropuse,respectiv prevedereadegăurilaintersecţiisau decalarea nervurilor (fig. 9). j)Inserţiiledinmaterialemetalicesunt prevăzutepentrucaanumitezoneale pieseiinjectatesăprezinteproprietăţi mecanice,electriceetc.diferitedeale materialului de bază. Fig. 6 h d d h Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 30’-1°30’ g (0,5-0,8) g (2-6) g D (0,3-0,5) D d2/5 d 2/5 d Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin8/33 Construcţia şi plasarea inserţiei în piesă trebuie să prevină desprinderea acesteia din piesăşi,deasemenea,săprevinăumplereaacesteiacumaterialplasticîncazcă inserţiaprezintăcavităţi.Pentrucainserţiasăfieînglobatăeficientînmaterialul plastic,serecomandărespectareadimensiunilordinfigura10şirandalinarea suprafeţelor exterioare ale piesei metalice. k) Suprafeţele lucioase nu se obţin la injecţia prin compresie sau transfer, deoarece suprafeţelelucioasealematriţeinupermitdistribuţiauniformăaaeruluirămasîn cuib şi apar defecte de suprafaţă. 2. Analiza tehnologica a tipologiilor matriţelor de injecţiemateriale polimerice Funcţiedetipodimensiuneapiesei,volumuldeproducţie,tipuldematerial polimeric, se analizează tehnologic matriţele de injecţie. În funcţie de tipodimensiunea piesei, caracteristicile materialului de injectat, de tipulmaşiniideinjectatetc.existăomarevarietateconstructivădematriţe.O deosebită importanţă o prezintă condiţiile impuse pentru matriţele de injectat utilizate pentruobţinereaproduselordinmaterialepolimerice,încondiţiitehnico-economice optime, dintre care cele mai importante sunt următoarele: -să permită obţinerea de produse injectate pentru care pierderile de material sa fie minime,cu respectarea condiţiilor tehnice impuse, astfel încât, să nu produsul sa nu mai fie supus unor prelucrări suplimentare; -să corespundă maşinii de injectat pentru care a fost proiectată; -săpermitărealizareaunuinumărcâtmaimaredepieseifărăreparaţiisau înlocuiri ale elementelor active; -larealizareamatriţeisăseutilizezecâtmaimultecomponentetipizate interschimbabile; -să aibă un preţ cât mai scăzut. 2.1.Tehnologia de injecţie în matriţă 2.1.1.Elementeledebazăprivindcaracterizareatehnologieideinjecţieîn matriţă amaterialelor polimerice Formareaprininjecţieînmatriţăaproduselordinmaterialeplastice inginereşti, reprezintă procedeul de prelucrare prin care un material macromolecular, adus in stare vâscoelastică sub acţiuneacăldurii, este injectatsub presiune ridicată încavitateauneimatriţe(cuibulmatriţei),undearelocrăcireaşisolidificarealui. Odatăcuîncercareaforţeidepresare,materialulrăcitpăstreazăformacavităţii interioare a matriţei în care a fost injectat şi din care, după un anumit timp, produsul final este îndepărtat. În condiţii industriale, procesul se repetă în cadrul unui ciclu de injectare, care începe în poziţia închisă a matriţei şi care conţine următoarele faze mai importante: 1. alimentarea cu material (granule sau pulbere) 2. comprimarea (compactizarea) materialului Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin9/33 3. termoplastifierea materialului 4. injectarea materialului în stare topită 5. răcirea piesei injectate 6. deschiderea matriţei şi evacuarea piesei injectate 7. închiderea matriţei si începerea unui nou ciclu Întimpulprocesuluisedezvoltăoseriedeforţecareexercităpresiuni importanteasupramaterialului.Dintreacestea,cincisunthotărâtoaredeterminând nivelul calităţii produsului finit: presiunea exterioară, presiunea interioară, presiunea ulterioară, presiunea de sigilare, presiunea interioară remanentă. Cicluldeinjectarealmaterialuluisubformauneitopiturivâscoaseşirelativ omogene cuprinde următoarele faze: 1.începereainjectăriiprinînaintareapistonuluişicompactizareamaterialului, cavitatea matriţei fiind încă neumplută 2. creşterea presiunii şi umplerea cavităţii matriţei 3. creşterea în continuare a presiunii până la atingerea valorii maxime a acesteia 4.exercitareapresiuniiulterioarecarefacecamaterialulplastifiatdincavitatea matriţei să ramână sub presiune continuă în timpul procesului de solidificare 5.începereasolidificăriimaterialuluişiscădereapresiuniiodatăcusigilarea canalelor de umplere a matriţei 6. răcirea piesei injectate 7. deschiderea matriţei şi eliminarea din matriţă a piesei injectate Factoriisemnificativicarepermitutilizareacapacităţiiunuimaterialplastic ingineresc de a fi folosit pentru diverse aplicaţii sunt: - rezistenţa la tracţiune - alungirea la rupere prin tracţiune - modulul de elasticitate - rezistenţa la şoc - duritatea. Aceşti factori sunt determinaţi nu numai de natura polimerului respectiv ci şi de acţiunea chimică a unor substanţe, radiaţii, aditivi, etc. 2.1.2. Tehnologia produselor din materiale polimerice injectate în matriţă Întimpulprocesuluideinjecţiesedezvoltăoseriedeforţecareexercită presiuniimportanteasupramaterialului.Dintreacestea,cincisunthotărâtoare, determinând nivelul calităţii produsului finit: 1)presiuneaexterioară,reprezentândpresiuneaexercitatăasupramaterialului termoplastifiat în cilindrul de injectare al maşinii; 2) presiunea interioară, respectiv presiunea din cavitatea matriţei închise (presiunea interioarăestemaimicădecâtceaexterioarădatorităpierderilordepresiunecare apar la trecerea materialului prin secţiuni înguste cum sunt: duza, reţeaua de injecţie, pereţiiinterioridincuibulmatriţei,etc.);valorimediiexperimentale:ABS- polistiren-Copolimer-acrilonitril-butadien-stiren-250-350barr,PC-policarbonat- 300-500barr,PA-poliamide-250-700barr,poliester-PBT-polibutilentereftalat-250- Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin10/33 700barr;valorilemaximesuntlamaterialetermoplasticesemi-cristalinecu caracteristici bune de curgere şi pentru prevenirea bavurilor. 3) presiunea ulterioară, respectiv presiunea exercitată de pistonul de injectare asupra materialuluiinjectatîncavitateamatriţei(aceastăpresiunecompenseazăcontracţia rezultată în urma răcirii materialului); 4)presiuneadesigilaredefinităprinpresiuneaexercitatăasupramaterialuluidin cavitateamatriţeiînmomentulsolidificăriimaterialuluipieseidinstarea vâscoelastică în stare solidă (acestei presiuni îi corespunde punctul de sigilare); 5)presiuneinterioarăremanentă,respectivpresiuneacareacţioneazăasuprapiesei injectateînmomentulînceperiideschideriimatriţei(dupăsigilare,materialulse contractă datorită răcirii şi presiunea scade fără a atinge însă valoarea zero). Conformetapelorcomponentecicluluideinjectare,laînceputpresiunea interioarăcreştebrusc,apoidupăîncetareapresiuniiulterioare,respectivdupă sigilare,scadetreptatlavaloareapresiuniiremanente.Diferenţadepresiuneîntre presiuneaexterioarădeinjectareşipresiuneainterioarădincavitateamatriţei depindedeproprietăţilematerialuluiplastic,detemperaturadeinjectare,de parametrii reţelei de injectare (dimensiunile duzei de injectare, canalelor de injectare şi a cavităţii piesei de injectat). Astfel, latemperaturi ridicate, vâscozitatea topiturii estemaimică,cădereadepresiunevafimaimică,presiuneainterioarăcreşte, scăzândpresiuneadeinjectarenecesarăasigurăriiaceleaşipresiuniinterioare. Presiuneainterioarădănaşterelaoforţăcaretindesădeschidămatriţaîntimpul injectării. Ca urmare, forţa de închidere a maşinii de injectat trebuie să fie mai mare decâtforţainterioară,definităprinprodusuldintrepresiuneainterioarăşisuprafaţa cavităţiimatriţei înplanul de separaţie.Cucât vâscozitateatopituriiestemaimică, cu atât diferenţa dintre forţa de închidere şi forţa interioară trebuie să fie mai mare. Încazulinjectăriicuduzapunctiformă,secţiuneamicăprincarematerialul plasticpătrundeîncavitateamatriţei,provoacăosupraîncălzireaacestuiacu scădereapresiuniiinterioare.Caurmare,matriţasesigileazămairepededecâtîn cazulsistemelordeinjectarecuduzănormală.Presiuneainterioarămaimicănu poatecompensacontracţiapieseiprovocatăderăcireaacesteiaavândînvedere încălzirealaotemperaturămaimareamaterialuluidatoritătreceriiprinsecţiunea redusăaduzeipunctiforme.Caurmare,contracţiapieseiestemare,lucrudecare trebuiesăseţinăseamalaproiectareamatriţeipentruanuseobţinedeformări nedorite ale produsului. Datorităcontracţieiîntimpulrăcirii,pesuprafaţapieseipotapărearetasuri.Pentru compensareaacestora,prinacţiuneapresiuniiulterioarematriţasemaialimentează cumaterialplastifiat.Pânălaterminareasigilăriimatriţei,peduratapresiunii ulterioare,presiuneaexterioarădeinjectaretrebuiesăaibăvaloareamaximă.La injectareapieselorcupereţigroşi,datorităfenomenuluideapariţiearetasurilor, trebuiesăseapliceotemperaturădeinjectaremaimicăşiopresiunedeinjectare mai mare, concomitent cu mărirea duratei presiunii ulterioare. La injectarea pieselor cupereţisubţiri,trebuiesăsemicşorezeatâtpresiuneadeinjectare,câtşidurata presiunii ulterioare, deoarece în acest caz piesa se răceşte mai repede, de regulă mai înaintecapresiuneainterioarăsăscadălavaloareaeiminimă.Ladeschiderea matriţei, din această cauză apar tensiuni interne în piesele injectate, care pot provoca Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin11/33 fisurareapieselor(încazulmaterialelortermoplasticeamorfemairigideprecum PAS-polistirenulrezistentlaşoc)saudeformarealor(încazulmaterialelor termoplastice semi-cristaline mai flexibile precum PE-polietilena 2.2.Trepte de proces Întregul proces de injectare poate fi cuprins în următoarele trepte de proces [S2]: 1. plastifierea - cuprinde, pentru masa injectată necesară unui reper, întregul timpdereţinereînmaşinadeinjectare,careareoduratademaimultecicluride injectare în cadrul căruia au loc mai multe rotaţii şi staţionari ale melcului. Pentru plastifiere se definesc următoarele limite: - început: intrarea materialului plastic din pâlnia de alimentare în canalul melcului; -sfârşit:injectareamaterialuluiplastictopitdinspaţiudeacumulareodatăcu începutul mişcării de avansare a melcului-piston la umplerea matriţei. Durata procesului de plastifiere se caracterizează prin timpul de reţinere t R . 2. umplerea matriţei - cuprinde transportul materialului plastic din spaţiul de acumulare al maşinii de injectat în cavitatea matriţei. Pentru umplerea matriţei se stabilesc următoarele limite: -început:startulmişcăriidetranslaţieamelculuiîndirecţiaduzei.Simultanse sfârşeşte treapta de proces plastifiere. - sfârşit: momentul umplerii volumetrice (materialul de formare ajungeîn punctul cel mai îndepărtat faţă de punctul de injectare). Simultan esteînceputul treptelor de compactare şi răcire. Durata treptei de umplere a matriţei este timpul de umplere tu al matriţei. 3. compactizarea este acea parte a procesului de injectare în timpul căreia în cavitateamatriţeiexistăopresiuneaproapehidrostaticăcareesteinfluenţatăde melcul piston al maşinii de injectare. Pentru compactizarea materialului se stabilesc următoarele stadii: - început: momentul umplerii volumetrice (masa de formare atinge punctul cel mai îndepărtat de la locul de injectare). Simultan se sfârşeşte umplerea matriţei, exprimat prin expirarea timpului de umplere t u şi începutul treptei de răcire; - sfârşit: punctul de sigilare. Duratatrepteidecompactizarerezultăînesenţădinvariantaconstructivăa matriţei de injectare utilizata, sistemul de injectare, temperatura materialului plastic topit si amatriţei. Ea este stabilita prin determinarea timpului de sigilare. In durata trepteidecompactizaresedeosebeştetimpulpresiuniiulterioaret ul .Începutul acestuitimpcoincidecucelaltimpuluidecompactizare,insăsfârşitulpoatesăse afle, în funcţie de reglaj, înainte sau după apariţia punctului de sigilare. 4. răcirea este considerată partea procesului de răcire care are loc în matriţa. Din modelul structurii procesului de injectare pentru durata treptei de procesrăcire, şi prin aceasta şi a timpului de răcire t r , se definesc următoarele limite: - început: momentulîncheierii procesului de umplere volumetrică a matriţei (masa deformareajungeînpunctulcelmaiîndepărtatdeloculdeinjectaredinmatriţă). Fenomenulsepetrecesimultancusfârşitultrepteideprocesumplerematriţă, exprimat prin sfârşitul timpului de umplere t u . Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin12/33 - sfârşit: începerea procesului de deschidere a matriţei simultan cu începutul treptei de proces demulare. Timpulderăciret r nusepoateregladirectpemaşiniledeinjectat.În majoritatea cazurilor este reglabil un timp parţial de ciclu, numit timp de staţionare, care începe la sfârşitul timpului de presiune ulterioară şi se termină odată cu timpul de răcire la începutul procesului de deschidere a matriţei. 3.Alegerea tipului de maşină de injecţie Seadoptămaşinadeinjecţiepentrucaresevorprezentaprincipalii parametrii tehnici. Pentrurealizareapieselorinjectateîncondiţiitehnico-economiceoptime,o importanţă deosebită o are alegerea celei mai adecvate maşini de injectat. Criteriuldebazăînalegereamaşiniideinjectattrebuiesăîlconstituie concordanţacâtmaibunăaperformanţelormaşiniicucaracteristicilepieseicare urmează a fi obţinută Pentru realizarea piesei prin injecţie în matriţă din materiale polimericese va alege o maşină de injecţie pentru care se vor prezenta următorii parametrii tehnici: Tabelul 3.1. Parametrii tehnici ai unei maşini de injectat Caracteristica ValoareaU.M. Unitatea de injectare diametrul melcului[mm] raportul L/D presiunea maxima de injectare [bar] volumul teoretic de injectare [cm 3 ] viteza de rotaţie a melcului [min -1 ] forţa de presare a duzei [kN] capacitatea de plastifiere [kg/h] rata de injectare[cm 3 /s] cursa melcului[mm] cursa duzei [mm] Unitatea de închidere forţa de închidere a matriţei [kN] forţa de deschidere a matriţei[kN] cursa platoului port-matriţă[mm] distanta între coloane [mm] înălţimea de montare a matriţei [mm] Caracteristici generale ale maşinii puterea instalata [kW] dimensiuni de gabarit [mm] masa maşinii [kg] Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin13/33 Sistem de senzori pentru protecţia matriţei Echipament pentru controlul presiunii Figura 3.1 Schema de principiu a maşinii de injecţie 3.1. Unitatea de injectare Unitateadeinjectare-serveştelaplastifiereamaterialului,introducereaacestuia sub presiune în matriţă şi menţinerea presiunii în stadiul de compresie. Duza-esteajustajuldincapulcilindruluideinjectareprincarematerialul plastic trece din cilindru în matriţa de injectat. Melcul - este organul activ al maşinii de injectat şi este construit în mai multe variante.Melculuneimaşinideinjectatsecompunedin:cap,corpşicoada melcului. Corpul melcului se caracterizează prin următoarele mărimi [S2]: ×diametrul melcului D, dependent de tipul maşinii; ×lungimea relativă Lr, se defineşte ca raport între lungimea activă L a melcului şi diametrul melcului D; ×numărulzonelorfuncţionaleşilungimealor.Sedistingurmătoarelezone funcţionale: -zona de alimentare care are lungimea La; -zona de tranziţie care are lungimea Lt; -zona de dozare care are lungimea Ld. Unitatea de închidere Echipament de control Echipament de comandă hidraulic pentru ejectori Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin14/33 ×raportul de compresie r c , se defineşte ca raport între volumul cuprins în primul pas din zona de alimentare şi cel cuprins în ultimul pas al zonei de pompare: r c =V i /V e =S i /Se (2.1) unde: S i – secţiunea la ieşire; S e – secţiunea la intrare. ×geometriacanaluluimelculuiseadapteazăproprietarilormaterialelor prelucrate: ×capul melcului are un rol important in procesul de injectare: - orientează materialul dozat spre centrul cilindrului de injectare; -omogenizeazătemperaturamaterialuluitopitieşitdinzonadedozarea melcului; - împiedică materialul plastic ramasîncilindrusăfieantrenatînmişcarede rotaţie la o nouă cursă de dozare, ceea ce ar conduce la degradarea sa termică. ×coada melcului este partea constructivă a melcului care se pune în legătură cu sistemeledeacţionare,caredeterminamişcărilemelcului.Coadamelcului îndeplineşte mai multe funcţii : - preia mişcarea de rotaţie de la sistemul de acţionare; - preia mişcarea de translaţie de la sistemul de acţionare; - serveşte la rezemarea melcului. Cilindrul - împreună cu melcul cilindrulformează cuplul activ almaşinii de injectat.Eltrebuiesăasigureîncălzireaşiomogenizareamaterialului,precumşi generarea presiunii necesare. Pâlniadealimentare-auneimaşinideinjectatesteaşezatapecilindrul maşinii de injectat în zona găurii de alimentare a melcului. Masamaşiniideinjectatesteunansamblumecanicpecaresemontează unitatea de injectare, pâlnia de alimentare, aparatura de măsura şi control, etc. Masa maşinii arecarol principalpunereaînlegăturăacilindruluideinjectarecumatriţa deinjectareastfelîncâtmaterialulplastictopitdincilindrusăajungă,caurmarea presiunii de injectare, în matriţa de injectat. 3.2. Unitatea de închidere - deschidere Unitateadeînchidere-deschidereauneimaşinideinjectatîndeplineşte următoarele funcţii:  realizează închiderea celor două părţi ale matriţei;  asigură forţa de închidere a matriţei în timpul injectării cu presiune ridicată a materialului plastic în matriţă;  realizează deschiderea matriţei după solidificarea piesei în matriţă;  asigură eliminarea piesei injectate din matriţă. Părţile principale ale unei unităţi de închidere deschidere sunt: -sistemul de închidere; -sistemul de reglare a cursei de închidere; -coloanele de ghidare; -platourile de prindere; -sistemul de aruncare a piesei din matriţă. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin15/33 Sistemuldeînchiderepoatefiunsistemcuacţionarehidromecanică.Laaceste sisteme acţionarea este hidraulica, iar închiderea şi deschiderea matriţei se realizează prin elemente constructive mecanice. Aceste sisteme se aplicaatât la maşinile mici cât şi la maşinile mari atunci când nu este necesară o cursa mare a platoului mobil. Sistemuldereglareacurseideînchidere.Laomaşinădeinjectatestestrict necesarăreglareadistanteiîntreplatoulmobilşiplatoulfixcaurmareafolosirii matriţelor de injectat care au înălţime diferită. Coloanele de ghidare si platourile de prindere. O mare importanta asupra calităţii constructiveauneimaşinideinjectatoaucoloaneledeghidareşiplatourilede prindere. Ele transmit forţe de închidere între platouri fiind solicitate în principal la întindere datorită forţei de închidere maxime. Platoulfixalmaşiniiesteaşezatînparteacilindruluideinjectare.Înplatouse fixează cele patru coloane de ghidare cu ajutorul unor piuliţe filetate. Platoulmobilalmaşiniisemişcăîncoloaneledeghidarefiindacţionatde mecanismuldeînchidere.Înzonacentrala,platoulesteprevăzutcuogaurade centrare pentru inelul parţii mobile a matriţei de injectat. Platouldecapătalmaşiniiestesprijinitpebatiulmaşinii,peghidaje,pecare poatesăsemişteacţionatdesistemuldereglarealcurseideînchidere.Mişcarea platoului pe coloane se face pe bucşe de ghidare confecţionate din bronz. Sistemulde aruncare.Întimpulcursei deînchideretrebuierealizatăşiaruncare pieseiinjectatedinmatriţă.Sistemuldearuncarecuacţionarehidraulicăprezintă o serie de avantaje:  permite executarea cursei de aruncare după deschiderea completă a matriţei;  permite executarea unor mişcări programate suplimentar;  asigură funcţionarea în ciclu automat a maşinii de injectat. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin16/33 3.3.Batiul maşinii Batiulmaşiniiesteconstrucţiamecanicăcareserveştecasuport subansamblurilorcomponentealemaşinii.Batiulsusţinesistemuldeinjectare, sistemul de închidere, sistemul de acţionare hidrostatic, bazinul de ulei, sistemul de acţionare electric, sistemul de comandă electric, aparatura de măsură şi control. 3.4.Elemente auxiliare ale maşinii de injectat Înararădepărţileprincipalealemaşiniideinjectat,maşinanecesităşiale instalaţii,dispozitivenecesareprocesuluitehnologic:sistemuldeprotecţie, dispozitivele de prindere a matriţei, dispozitive de transport şi uscare a granulelor. 4. Alegerea tipului de matriţă de injecţie Înfuncţiedetipodimensiuneapieseişivolumuldeproducţiesealegesistemul de amplasare a cuiburilor în matriţă, planul de separaţie al matriţei, numărul de plăci cu poansoane, numărul de planuri de separaţie, tipul deschiderii,modul de prindere pe maşina de injectat. 5. Proiectarea sistemului de injectare În funcţie de tipodimensiunea piesei şi a tipului de matriţă se proiectează: ×modul de injectare cu dimensionarea reţelelor de injectare; ×calculul numărului de cuiburi; ×dimensionarea cuiburilor funcţie de contracţia materialului plastic utilizat; ×calculul deformărilor prin contracţie ale piesei matriţate prin injecţie; ×calculul de referinţă al plăcilor de formare a matriţei de injecţie; ×verificarea suprafeţelor de închidere ale plăcilor de formare; ×verificarea plăcilor de formare la rigiditate. 5.1. Modul de injectare cu dimensionarea reţelelor de injectare: Învedereaunuiprocesoptimdeinjecţietrebuiesaserespecteurmătoarele reguli:  drumul de curgerealmaterialului plastic prin canalele dedistribuţie trebuie să fie cât mai scurt posibil;  injectareatrebuiesăfieechilibratăastfelîncâtsanuaparăforţereactiveîn matriţă care ar putea determina ruperea acesteia. Dimensionarea canalelor de distribuţie este influenţată de anumiţii factori care depind de:  configuraţia matriţei;  maşina de injectat;  materialul injectat;  modalitatea de lucru. Cele mai cunoscute sisteme de injectare sunt: Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin17/33 -injectarea directă; -injectarea prin canale de distribuţie; -injectarea punctiformă; -injectarea peliculară; -injectarea de tip umbrelă; -injectarea inelară; -injectarea cu canal tunel;injectarea cu canale izolate; -injectarea cu canale încălzite. Dimensionarea reţelelor de injectare Oimportanţădeosebităoaredimensionareacorectăareţeleideinjectare, dimensionareaincorectăconducândlanerespectareacondiţiilortehniceimpuse piesei. Pentru dimensionarea reţelei de injectare se parcurg următoarele etape: Pentru determinarea diametrului D al canalului de distribuţie se procedează astfel: sedeterminămasanetăşigrosimeapereteluipieseiinjectate.Masanetăa pieseipoatefideterminatăînurmamodelariitridimensionaleapieseiprin determinareavolumuluiacesteia.Prinînmulţireacudensitateamaterialului polimeric folosit pentru realizarea piesei , se determină masa netă a piesei: M=ρ x V[Kg] (5.1) Se multiplică masa netă a piesei cu un coeficient de corecţie indicat în tabelul 4.1. Tabelul 4.1. Coeficienţii de corecţie pentru calculul masei piesei injectate [C1]. Masa netă a piesei [g]Coeficient de corecţie 0,3 ÷ 0,51,5 0,5÷11,4 1÷31,3 3÷51,25 5÷101,20 10÷201,15 20÷501,1 Peste 501,05 Din desenul de execuţie al piesei rezultă grosimea g peretelui piesei injectate. sealege diametrul duzei de injectat în raport cu masa pieselor injectate şi în funcţie de materialul polimeric injectat. sedeterminălungimeaculeeideinjectare.Serecomandărespectarea relaţiei: 9 5 d l ÷ =(5.2) unde: l – reprezintă lungimea culeei; Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin18/33 d – diametrul ei la contactul cu piesa injectată. se alege traseul şi geometria secţiunii (canalelor de alimentare figura5.1): Figura 5.1. secţiuni ale canalelor de distribuţie Valoarea orientativă a diametrului canalului este prezentată în tabelul 5.2. Tabelul 5.2. Diametrul orientativ al canalului de alimentare [C1] Tipul materialuluiDiametrul [mm] Polistiren1,6÷9,5 ABS14,75÷9,54 Poliester4,7÷11,1 Poliamidă1,6÷9,5 Policarbonat4,75÷9,5 PVC3,15÷9,52 Acetat de celuloză4,7÷11,1 sestabileştemoduldeamplasareacuiburilorînplăciledeformareale matriţei astfel încât să fie satisfăcută condiţia de umplere simultană cu material polimericîntimpulinjectării.Sereprezintăschemamoduluideamplasarea cuiburilor. Sestabilescdimensiuniledigurilorconformrecomandărilorprezentateîn tabelul 5.3. Tabelul 5.3. Dimensiunile orientative ale digului în funcţie de masa piesei [C1] Masa piesei m, [g]Diametrul digului d, [mm]Lungimea digului L, [mm] 0÷100,3÷0,51,5 10÷200,5÷0,82 20÷400,8÷1,22 40÷1501,2÷1,82,5 150÷3001,8÷2,53 300÷5002,5÷34 Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin19/33 5.2. Calculul numărului de cuiburi Sedeterminăînfuncţiedecapacitateadeinjectareamaşiniipentrucarese proiectează matriţa cu relaţia:. m t G n · = 6 . 3 (5.3) unde G = capacitatea de plastifiere reală a maşinii de injectat [kg/h] m = masa unei piese injectate [g] 5.3.Dimensionareacuiburilorfuncţiedecontracţiamaterialului polimeric utilizat În cazul proiectării matriţelor de injectat, dimensiunile parţilor active trebuie să asiguredimensiunileprescrisealepieseiinjectate,dupărăcireaeicompletă. Fenomenuldecontracţiesemanifestăpracticprinaceeacă,dimensiunilepiesei măsuratedupăinjectaresuntmaimicidecâtdimensiunilecorespunzătoareale parţilor active (cuiburi şi poansoane) ale matriţei, chiar în situaţia în care construcţia tehnologica a matriţei de injectat este corectă, maşina de injectare este în bună stare defuncţionareşicorectreglată,iarparametriitehnologicideinjectaresuntcorect stabiliţi şi respectaţi întocmai în exploatare. Notând o dimensiune nominala h si toleranta ei ±δ, dimensiunea efectivă a piesei va fi h±δ. În mod similar, notând dimensiunea nominală corespunzătoare cuibului H şitolerantaeicu±Δ,dimensiuneaefectivăacuibuluivafiH±Δ.NotândC min contracţia minimă a piesei şi C max contracţia maximă a piesei rezultă: (H+Δ)-(H+Δ)C min =h+δ ,(5.4) (H- Δ)-(H- Δ)C max =h+ δ . 2 C C C min max med + = (5.5) După adunarea, respectiv scăderea celor două ecuaţii rezultă: med C h H - 1 = (5.6) ) 2 ( = Δ min max C C H δ - - (5.7) Întabelul5.4.suntprezentatevalorilecontracţieipentrutipurileuzualede materiale termoplastice [C1]. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin20/33 Tabelul 5.4. Valorile contracţiei pentru tipurile uzuale de materiale termoplastice Material Valoarea contracţiei [%] Polistiren de uz general0,2÷0,6 Polistiren rezistent la şoc0,2÷0,6 Polietilenă de mare densitate2÷5 Polietilenă de mică densitate1,5÷5 Polipropilenă 1÷2,5 Poliamidă 60,6÷1,4 Policarbonat 0,5÷0,7 PVC1÷5 Acetat de celuloză 0,3÷1 Polimetacrilat 0,2÷0,8 5.4. Calculul de referinţă al plăcilor de formare a matriţei de injecţie Calcululde rezistenţă al plăcilor de formare ale matriţei de injecţie se realizează înfuncţiedeformageometricăaplăcilorşiacavităţilorpracticateînplăci.Pentru simplificareacalculelorseconsiderăcăplacadeformareestedreptunghiularăsau rotundă. Înmodobişnuit,dimensiunileinterioareşiexterioarealeplăciideformare dreptunghiulare se determină constructiv şi apoi, se verifica prin calcul la solicitarea compusădeîntindereşiîncovoiere.Pentrusimplificareacalculului,pereteleplăcii deformareseconsiderăcaogrindăuniformîncărcata,încastratălacapete.Se consideră secţiunile periculoase, respectiv secţiunea I – I şi secţiunea II – II, dispuse la distante egale de colturile interioare ale plăcii de formare conform figurii 5.2. Figura 5.2. Eforturile care acţionează asupra plăcilor de formare dreptunghiulare Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin21/33 Pentrucalcululrezistenţeiplăciideformaredreptunghiularelasolicitarea compusă de întindere şi încovoiere, se utilizează relaţia: ²] / [ + 2 = max cm daN W M S F σ p (5.8) unde: F – forţa care solicită peretele la întindere, în daN; S – aria secţiunii peretelui, în cm²; M max – momentul de încovoiere maxim, în daN x cm; W – modulul de rezistentă, în cm 3 . Conform notaţiilor din figura 5.2. se poate scrie pentru secţiunea I – I : 6 ² h W o - = [cm 3 ] (5.9) 24 ² l h p M i max - - = [daN·cm] (5.10) iar pentru secţiunea II – II : 6 ² h W o - = [cm 3 ](5.11) 24 ² l h p M i max - - = [daN·cm] (5.12) unde: p i – este presiunea interioară de injectare , în [daN/cm²]; h –înălţimea plăcii de formare, în [cm]; L – distanta dintre reazeme, în [cm]; l – distanta dintre reazeme, în [cm]. Rezistenţelecalculatetrebuie să fiemai mici decât rezistenţa admisibilăpentru oţelul din care este realizată placa de formare, respectiv: σ ef < σ a 5.5. Verificarea suprafeţelor de închidere ale plăcilor de formare Notând cu S t suprafaţa totală a plăcii de formare, cu S c suprafaţa totală a cuibului şi S i , suprafaţa de închidere, se poate scrie relaţia: S t =S c +S i (5.13) De unde: S i =S t -S c [cm²] (5.14) Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin22/33 Verificarea se face cu formula: S i =F i /σ a , (5.15) În care: S i – este suprafaţa de închidere necesară, în [cm²]; σ a – rezistenta admisibilăa otelului, în daN/cm 2 . SuprafaţadeînchidereefectivăS ie trebuiesăfiemaimaredecâtsuprafaţade închidere necesară calculată, respectiv: Sie > Si 5.6. Verificarea plăcilor de formare la rigiditate Verificarealarigiditatesefaceprincalcululsăgeţiiefective,caretrebuiesăfie maimicădecât săgeataadmisibilă.Calculullarigiditatesefacenumaipentruunul dinpereţiiplăcii,încazulplăcilordeformaredreptunghiulare,şianumepentru peretele care are lungimea cea mai mare. Săgeata se va calcula cu formula: EI 384 hL p 5 f 4 i = [cm] în care:  p i – presiunea de injectare, daN/cm²;  L – distanţa maximă între reazeme, cm;  E – modulul de elasticitate, daN/cm²;  h – înălţimea plăcii de formare, cm;  I – momentul de inerţie, cm 4 . Momentul de inerţie se calculează cu formula: 12 h I 3 o = [cm 4 ] Sageata efectivă calculată nu poate depăşi 0,02....0,06 mm. 6. Proiectarea sistemului de aruncare a piesei injectate Înfuncţiedetipodimensiuneapieseiinjectateşicaracteristicilemaşiniide injecţie se alege unul din sistemele de aruncare pentru scoaterea pieselor injectate din matriţă: aruncare mecanică, aruncare pneumatică, aruncare hidraulică. 6.1.Forţa de aruncare Deschidereamatriţeideinjectattrebuiesăsefacăcuoforţadedeschiderecat mai mică, astfel încât să se respecte relaţia: Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin23/33 F 1 < F 2 Unde:  F 1 – forţa necesară deschiderii matriţei;  F 2 – forţa de deschidere a maşinii. La eliminarea piesei injectate din matriţă, trebuie să se respecte relaţia: F A < F 2 Unde:  F A – forţa de aruncare din matriţă;  F 2 – forţa de deschidere a maşinii. Pentru forţa de aruncare se poate scrie următoarea relaţie: F A =F D +ΣF R Unde:  F D – forţa de demulare;  F R – forţele de fricţiune în sistemul matriţei. Forţa de demulare se calculează cu relaţia: F D = μpA =N Unde:  μ – coeficientul de frecare între miez şi piesa injectată;  p – presiunea de contact între piesă şi miez, N/m²;  A – suprafaţa de contact între piesă şi miez , m². 6.2. Tipul sistemului de aruncare Modulderezolvareconstructivă,precumşidurataîntimpaaruncăriiauo importantă influentă asupra calităţii şi economicităţii piesei injectate. Soluţia optimă pentruaruncareapieseiinjectatepresupunescoatereaautomatăaacesteia,din matriţa de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat. 7.Proiectarea sistemului de control al temperaturii pentru elementele componente ale matriţei Sevaproiectasistemuldemenţinereauneitemperaturioptimedelucrua materialului plasticîn pieselecomponentealematrieicâtşi în plăcile cu poansoane deformare.Sistemulpoatefiderăcirepentruobţinereadecontracţiiminimeale piesei injectate în zona poansoanelor de formare şi de încălzire în zona de curgere a materialului. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin24/33 7.1. Transferul de căldura material polimeric – matriţă Materialulpolimericdincuibulmatriţeicedeazăîncursulunuiciclude injectare, corpului matriţei, cantitatea de căldura Q, care se calculează cu relaţia: Q=m(i 2 -i 1 ) kcal Unde: m – masa piesei injectate , kg; i 2 – entalpia materialului plastic la intrarea în matriţă; i 1 – entalpia materialului plastic la demulare. Entalpia materialului plastic se calculează cu relaţia : Δi= i 2 - i 1 =c p (T Mp -T D )[kcal/kg) Unde:  c p – caldura specifica a materialului plastic kcal/kg°C;  T Mp – temperatura materialului în cuib;  T D – temperatura de demulare; Cantitateadecălduraevacuatădepiesăestepreluatăprinconducţiedecătre matriţa şi transportată la mediul de temperare. Cantitatea de căldura Q se determină cu relaţia: ) T - T ( S Q pT pc M o ì = [W] unde:  λ M – conductibilitatea termica a matriţei =0,197 [W/m·K]  δ – distanta canalului de temperare fata de suprafaţa matriţei ,[m]  S – suprafaţa transversală activă a matriţei ,[m²]  T pc – temperatura medie la peretele cavitaţii =433 [k°]  T pT – temperatura medie la peretele canalului de temperare =333 [K°] 7.2.Transferul de căldura între matriţă şi mediul de temperare Transferultermicdelamatriţa(mediulsolid)lamediuldetemperare(mediul lichid) se face prin convecţie şi se poate exprima prin relaţia: Q=α T S T (T pT – T T )[W] Unde:  α T –coeficientuldetransferdecălduraalmediuluidetemperare=1310 [w/m²K]  S T – suprafaţa activă a canalelor de temperare , [m²]  T pT - temperatura la peretele canalului de temperare, =433 [k°]  T T - temperatura mediului de temperare =393 [k°] Coeficientul de transfer de căldura se calculează cu relaţia: Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin25/33 ] )² L d p ( 045 , 0 1 L d p 0668 , 0 65 , 3 [ d c c e c c e c T + + ì = o [w/m²K] unde: d c – diametrul canalului de temperare , [m] L c – lungimea canalului de temperare, [m] Criteriul lui Peclet se calculează cu relaţia: T T p c T e c d w p ì p = Unde:  W T – viteza fluidului în canale, m/h; 7.3. Transferul de căldura în interiorul matriţei Cantitatea de căldura Q e dintre matriţă şi mediul înconjurător: Q E =Q C +Q R [Wm²/K 3 ] Unde: Q c – pierderi de căldura prin convecţie =0 Q R - pierderi de căldura prin radiatie =364,5 [Wm²/K 3 ] Datoritafaptuluicapierderiledecălduraprinconvecţiesuntnesemnificative chiar la temperaturi ridicate ale matriţei, ele pot fi neglijate, Q c =0. Transferultermicprinradiaţiedelamatriţăcătreexteriorsecalculeazăcu relaţia: Q R =S M eC o (T Ms /100) 4 [Wm²/K 3 ] Unde:  S M – suprafaţa libera a matriţei în contact cu aerul înconjurător , [m²]  e – coeficientul de emisie =0,52 [m²]  C o – constanta lui Stefan-Boltzman =5,76 [W/m²K 4 ]  T Ms – temperatura la suprafaţa unei matriţe =433 [K°] 7.4. Determinarea timpului de răcire Pentru materialele polimerice cu grosimi s< 5 mm avem următoarea relaţie: t r =As²/4a[s] unde: A – coeficient =0,61 S – grosimea peretelui piesei injectate [cm]; a – coeficient de difuzivitate termica =7,6·10 -4 [cm²/s] Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin26/33 7.5.Amplasareasidimensionareapracticaasistemelordetemperarea matriţei Calcululsimplificatallungimiicanalelorderăcire.Secalculeazăcantitateade căldura cedată de o piesa injectată a matriţei cu formula: ) i - i ( m t 3600 Q 1 2 T = Unde: t T – durata ciclului de injectare, s; m – masa piesei injectate, kg. Seneglijeazăpierderilematriţeiînexterior,princonvecţieşiradiaţie.Cantitatea decălduraseconsideră,înacestcaz,întotalitateevacuatăprincircuitulde temperare. Se scrie: Q=kS(T 2 – T 1 ) Unde:  S – suprafaţa canalelor de temperare, [m²]  T 2 – temperatura materialului la injectare, [K°]  T 1 – temperatura mediului de temperare, [K°]  k – coeficient global de schimb de căldura =10,98. Coeficientul global de schimb de căldura se calculează cu relaţia: ì o + o = 1 k 1 Unde:  δ – distanţa dintre piesă şi canalul de răcire , m;  α – coeficient de convecţie a fluidului,  λ – coeficientul de conductibilitate termica[W/mK°] Coeficientul de convecţie a fluidului se calculează cu formula: α = 19,37+0,27T i V T 0,95 Unde:  Ti – temperatura la intrarea în circuitul de temperare , [K°]  V T – debitul circuitului de temperare [kg/m²h]  ρ – densitatea lichidului de răcire, kg/m 3 . Debitul se calculează cu formula: V T =10 -4 w ρ[kg/m²h] Se foloseşte viteza fluidului în canale w=2500 m/h. Lungimea canalelor se calculează cu formula: ) T - T ( d 1 Q l 1 2 c t ì o + o = -unde d c este diametrul canalului de temperare ales. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin27/33 Amplasare sistemelor de temperare în matriţa. Laproiectaredimensionăriişiamplasăriisistemuluidetemperaretrebuiesăse tină seama de următoarele principii:  temperarea uniformă a întregii suprafeţe a cuibului matriţei;  amplasareacanalelorînlunguldrumuluidecurgerealmaterialuluiplasticîn matriţă;  numărul schimburilor de direcţie al circuitului de răcire să fie cât mai mic;  asigurarea etanşeităţii circuitelor de temperare. 8.Proiectarea elementelor pentru conducerea şi centrarea matriţei de injecţie Seproiectează:sistemeledecentrareşiconducereexterioarăalematriţeide injecţie; sistemele de centrare şi conducere interioară ale matriţei de injecţie . Înprocesuldeinjectareamaterialelor,matriţelesemonteazăpeplatourilede prindere ale maşinii de injectat, folosind găurile practicate în plăcile de prindere ale matriţeideinjectat,fieprinintermediulunorbridedefixare,asigurareapoziţiei corecte a celor două jumătăţi de matriţă fixate peplatourile de prindereale maşinii de injectat, în raport cu capul de injectare al maşinii , respectiv cu tamponul opritor al ei, precum şi centrarea perfectă a celor douăjumătăţii de matriţă au o importanţă deosebită.Centrareaşiconducereaincorectăamatriţelorpotprovoca,înmod inevitabil, apariţia unor defecte ale pieselor injectate cum ar fi: deplasări în planul de separare, bavuri grosimi neuniforme, etc. Se poate vorbi de dou tipuri decentrări şi conduceri: exterioare şi interioare. Prin centrarea exterioara se înţelege poziţionarea matriţeideinjectatînraportcumaşinadeinjectat,iarprincentrareainterioară poziţionarea celor două jumătăţi de matriţă şi a elementelor ei. 9.Proiectarea sistemului de ventilaţie-aerisire a matriţei de injecţie Seproiecteazăsistemuldeevacuareaaeruluidinzonacuibuluideinjecţie pentru prevenirea arderii materialului injectat. Înmultecazuri,dupăscoatereadinmatriţă,pieseleinjectateprezintăpe suprafaţalorzonearsesauculipsuridemateriale.Acestezoneincompleteşicu urmedearderipotavealaoriginecauzetehnologicesaucondiţiideaerisire necorespunzătoare ale matriţei de injectat. În cazul în care nu are nici o posibilitate deieşiredinmatriţăaerulestecomprimatşisupraîncălzit,determinândarderea materialului. Laproiectareamatriţelorpentruinjectareaanumitorpieseestenecesarsafieluate măsuri speciale pentru asigurarea aerisirii corespunzătoare a cuibului. Jocul la montaj în matriţă a poansonului de aerisire se recomandă mai mic de 0,015 mm. Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă © 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin28/33 10.Alegereamaterialelorcorespunzătoarepentrupieselecomponente ale matriţei de injecţie Sealegmaterialelecorespunzătoare,funcţiederolulfuncţionalalpieselor componente: plăci de prindere; elemente de conducere şi ghidare; plăci port poanson; poansoane, etc. Oţeluri pentru matriţe - caracterizare generală Creştereacereriidematriţepentruprelucrareamaterialelorplasticea determinatnecesitateaobţineriiunoroţeluridecalitate,cetrebuiesăsatisfacă următoarelecondiţii:prelucrareamecanicăeconomică,stabilitatedimensională, posibilitatedelustruire,rezistenţălacompresiune,rezistenţălauzură,rezistenţăla coroziune, conductivitate termică, posibilitatea de sudură. Toateacestecondiţiiimpunutilizareauneicompoziţiichimiceadecvate,în care elementele de aliere trebuie alese şi dozate pentru obţinerea efectului aşteptat. O privire generală asupra efectului elementelor de aliere asupra proprietăţilor oţelurilor este prezentată în tabelul următor: Element de aliere/ Simbol Creşterea ponderii determină Scăderea ponderii determină Compoziţ ie utilizată % Carbon/C Rezistenţă, rezistenţă termică până la 400 0 C, rezistenţă electrică Alungire, ductilitate, maleabilitate