41755462 tim tcm indrumar proiectare 2010 2011 prof opran c

TEHNOLOGII DE INJECŢIE ÎN MATRIŢĂ

ÎNDRUMAR PROIECTARE

Îndrumar proiectare Tehnologii de injecţie în matriţă

© 2009; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin 1/33

Universitatea POLITEHNICA Bucureşti

Facultatea Ingineria şi Managementul Sistemelor

Tehnologice

CatedraTehnologia Construcţilor de Maşini

TEHNOLOGII DE INJECŢIE ÎN MATRIŢĂ

Îndrumar proiectare

2009



TEMA PROIECTULUI

Să se proiecteze matriţa de injectat pentru produse din materiale polimerice inginereşti sau

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. Proiectarea sistemului de control al temperaturii pentru elementele componente ale matriţei de

injecţie pentru produse din materiale polimerice

8. Proiectarea elementelor pentru conducerea şi centrarea matriţei de injecţie pentru produse din

materiale polimerice

9. Proiectarea sistemului de ventilaţie-aerisire a matriţei de injecţie pentru produse din materiale

polimerice

10 Alegerea materialelor corespunzătoare pentru piesele componente ale matriţei de injecţie pentru

produse din materiale polimerice

11. Stabilirea toleranţelor şi ajustajelor pentru piesele componente ale matriţei de injecţie pentru

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. Desenul de execuţie al unui reper component al matriţei de injecţie pentru produse din

materiale polimerice



I. INTRODUCERE

Îndrumarul „Tehnologii de injecţie în matriţă – Îndrumar de proiectare”

serveşte pentru aplicaţii industriale cit şi studenţilor Facultăţii „Ingineria şi

Managementul Sistemelor Tehnologice” din Universitatea POLITEHNICA din

Bucureşti pentru elaborarea proiectului la disciplina „Tehnologii de Injecţie în

Matriţă”.

Îndrumarul cuprinde informaţiile necesare rezolvării temei de proiectare, în

succesiunea logică a elaborării proiectului.

Pentru rezolvare temei de proiectare, se face o eşalonare în timp a activităţilor,

rezolvarea fiecărei activităţi fiind evaluată şi apreciată în funcţie de gradul de

rezolvare, corectitudinea soluţiilor propuse şi de respectarea termenelor impuse.

Planificarea activităţilor de proiectare

Şedinţa 1 2 3

Activităţi A1,2,3,4 /B1 B2 A5;6,7/B2 A8,9,1011,12 /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 SK (K= 1,2,...).

1.2. Caracteristici ale materialului piesei Se evidenţiază caracteristicile fizico-mecanice, chimice ale materialului

termoplastic sau termorigid şi după caz a elementelor de ranforsare utilizate pentru

obţinerea prin injecţie în matriţă a piesei respective.

Pentru alegerea corectă a materialelor polimerice pentru realizarea unei piese

injectate în matriţă trebuie să se ţină seama de factori tehnico-funcţionali ai

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.



2. Factori tehnologici:

uniformitatea granulelor;

conţinutul de apă redus în granule

stabilitate termică şi chimică

contracţii mici la piesele injectate.

Caracteristicile fizico-mecanice şi chimice ale materialelor polimerice sunt

prezentate în anexa 2

1.3. Condiţii tehnice Condiţiile tehnice prescrise suprafeţelor SK se prezintă tabelar conform

modelului de mai jos:

Sk Forma Dimensiuni Rugozitate

Ra

Toleranţe

de formă

Poziţie

reciprocă

Obs.

Si - - - - - -

1.4. Rolul funcţional al piesei

Atunci când nu se cunoaşte ansamblul din care face parte piesa se stabileşte

rolul funcţional posibil al piesei folosind metoda de analiză morfofuncţională a

suprafeţelor, parcurgând următoarele etape [A1]:

1. descompunerea piesei în suprafeţe simple;

2. numerotarea suprafeţelor în sens trigonometric;

3. analizarea suprafeţelor din punct de vedere al formei geometrice, 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;

suprafeţe funcţionale – caracterizate prin precizie dimensională ridicată,

rugozitate mică, prescripţii referitoare la forma geometrică a suprafeţei etc.;

suprafeţe de asamblare – caracterizate prin o anumită configuraţie

geometrică, precizie dimensională ridicată, rugozitate mică, prescripţii

referitoare la poziţia suprafeţei în raport cu alte suprafeţe etc.;

suprafeţe de legătură – fac legătura între suprafeţele funcţionale şi cele de

asamblare. Se caracterizează prin: precizie dimensională scăzută, 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

prin matriţare de injecţie, etc. Elementele constructive sau condiţiile tehnice de

execuţie care contravin asupra tehnologicităţii piesei, vor fi menţionate şi se vor face



propuneri de îmbunătăţire a tehnologicităţii piesei prin modificarea soluţiilor

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) Planul de separaţie este planul de delimitare a

pachetului mobil de cel fix. Un plan de separaţie în

trepte este mai dificil de realizat decât unul neted.

Există şi matriţe cu mai multe plane de separaţie,

paralele sau perpendiculare, dar arhitectura acestor

matriţe este complicată.

Planul de separaţie se regăseşte pe piesă,

poziţia sa relativ la piesă fiind impus de condiţia

extragerii uşoare a piesei din matriţă. În planul de

separaţie apar bavuri şi este necesar ca, prin

localizarea judicioasă a planului de separaţie, să se

minimizeze influenţa bavurilor asupra funcţionalităţii

şi aspectului piesei.

Fig. 1

În figura 1, poziţia planului de separaţie este impusă de prezenţa suprafeţei

cilindrice de diametru maxim.

b) Punctul de injectare determină, de asemenea, apariţia pe piesă a unei bavuri,

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.

Punctul de injectare trebuie poziţionat astfel încât să permită umplerea

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.

Punctul de injectare şi zona diametral opusă pe piesă (zona de sudură a

materialului parţial răcit - fig. 2 a) sunt caracterizate de proprietăţi mecanice

diminuate. Acest neajuns se înlătură prin utilizarea mai multor puncte de injectare

pentru aceeaşi piesă (fig. 2 b). Soluţia cea mai eficientă este ca injecţia să se

efectueze prin zona centrală a pieselor (fig. 2 c).



a b c

Fig. 2

c) Grosimea pereţilor este determinată de

condiţiile de rezistenţă impuse piesei în

exploatare şi de necesităţile reologice

impuse de tehnologie. Grosimea pereţilor

trebuie să fie constantă, mai ales în cazul

materialelor plastice cu tendinţă mare de

cristalizare. Se vor evita îngroşările

nejustificate ale pereţilor, deoarece, în

aceste zone, cantitatea de material este mai

mare şi, la răcire, vor apărea retasuri şi

goluri, cu influenţe negative asupra calităţii

piesei injectate.

Se recomandă următoarele domenii

ale grosimii pereţilor:

g = 0,5 - 5 mm (pentru materiale

nearmate);

g = 0,75 - 3 mm (pentru materiale armate).

În figura 3 este prezentată o piesă

proiectată greşit şi dedesubt aceeaşi piesă

concepută corect.

d) Razele de racordare „r” trebuie să fie r

> 0,6g, unde g este grosimea peretelui

racordat (fig. 3). Pentru condiţii generale de

exploatare, razele minime de racordare sunt

în intervalul (1 - 1,5) mm. Absenţa razelor

de racordare (fig. 4) conduce la producerea

de turbulenţe la injectare, cu scăderea

semnificativă a rezistenţei în zona de

trecere.

g

Fig. 3

r

Fig. 4

Fig. 5

e) Bordul superior al pieselor de mari dimensiuni are o construcţie specială pentru

a preveni deformarea pereţilor în urma contracţiilor puternice la răcire. În figura 5

sunt prezentate câteva forme recomandate ale bordului superior.

O altă soluţie pentru evitarea deformării pereţilor este nervurarea acestora.



f) Baza pieselor injectate este supusă

puternic deformării datorită contracţiei

la răcire. Pentru a reduce acest efect,

baza primeşte o formă lenticulară sau o

construcţie cu treaptă (fig. 6).

g) Găurile din pereţii piesei ridică

probleme deosebite prin faptul că

poansoanele care le materializează

stânjenesc curgerea materialului

semilichid în matriţă, iar în zona din

spatele poansoanelor apar linii de sudură

caracterizate de scăderea rezistenţei. 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

hs (8 … 12)ds;

pentru găurile înfundate

hi (5 … 6)di.

În cazul materialelor plastice, şi mai ales

termorigide, găurile filetate nu trebuie să

aibă pasul sub 1 mm.

h) Înclinarea pereţilor piesei se

recomandă pentru extragerea de pe

poansoane, pe care piesele se strâng în

urma contracţiei la răcire. Unghiurile de

înclinare variază între 30’ şi 3 (fig. 8).

i) Nervurile au rolul de a rigidiza piesa

injectată, atât pentru mărirea rezistenţei

mecanice în funcţionare, dar şi pentru a

preveni deformarea piesei datorită

contracţiei post-injecţie. Dimensiunile

recomandate pentru secţiunea unei

nervuri sunt indicate în figura 8.

Trebuie evitate acumulările de

material de la intersecţia nervurilor.

Există două soluţii propuse, respectiv

prevederea de găuri la intersecţii sau

decalarea nervurilor (fig. 9).

j) Inserţiile din materiale metalice sunt

prevăzute pentru ca anumite zone ale

piesei injectate să prezinte proprietăţi

mecanice, electrice etc. diferite de ale

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

d 2/5 d

2/5 d



Construcţia şi plasarea inserţiei în piesă trebuie să prevină desprinderea acesteia din

piesă şi, de asemenea, să prevină umplerea acesteia cu material plastic în caz că

inserţia prezintă cavităţi. Pentru ca inserţia să fie înglobată eficient în materialul

plastic, se recomandă respectarea dimensiunilor din figura 10 şi randalinarea

suprafeţelor exterioare ale piesei metalice.

k) Suprafeţele lucioase nu se obţin la injecţia prin compresie sau transfer, deoarece

suprafeţele lucioase ale matriţei nu permit distribuţia uniformă a aerului rămas în

cuib şi apar defecte de suprafaţă.

2. Analiza tehnologica a tipologiilor matriţelor de injecţie materiale

polimerice

Funcţie de tipodimensiunea piesei, volumul de producţie, tipul de material

polimeric, se analizează tehnologic matriţele de injecţie.

În funcţie de tipodimensiunea piesei, caracteristicile materialului de injectat, de

tipul maşinii de injectat etc. există o mare varietate constructivă de matriţe. O

deosebită importanţă o prezintă condiţiile impuse pentru matriţele de injectat utilizate

pentru obţinerea produselor din materiale polimerice, în condiţii tehnico-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;

- să permită realizarea unui număr cât mai mare de piesei fără reparaţii sau

înlocuiri ale elementelor active;

- la realizarea matriţei să se utilizeze cât mai multe componente tipizate

interschimbabile;

- să aibă un preţ cât mai scăzut.

2.1. Tehnologia de injecţie în matriţă

2.1.1. Elementele de bază privind caracterizarea tehnologiei de injecţie în

matriţă a materialelor polimerice

Formarea prin injecţie în matriţă a produselor din materiale plastice

inginereşti, reprezintă procedeul de prelucrare prin care un material macromolecular,

adus in stare vâscoelastică sub acţiunea căldurii, este injectat sub presiune ridicată

în cavitatea unei matriţe (cuibul matriţei), unde are loc răcirea şi solidificarea lui.

Odată cu încercarea forţei de presare, materialul răcit păstrează forma cavităţii

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



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

În timpul procesului se dezvoltă o serie de forţe care exercită presiuni

importante asupra materialului. Dintre acestea, cinci sunt hotărâtoare determinând

nivelul calităţii produsului finit: presiunea exterioară, presiunea interioară, presiunea

ulterioară, presiunea de sigilare, presiunea interioară remanentă.

Ciclul de injectare al materialului sub forma unei topituri vâscoase şi relativ

omogene cuprinde următoarele faze:

1. începerea injectării prin înaintarea pistonului şi compactizarea materialului,

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. exercitarea presiunii ulterioare care face ca materialul plastifiat din cavitatea

matriţei să ramână sub presiune continuă în timpul procesului de solidificare

5. începerea solidificării materialului şi scăderea presiunii o dată cu sigilarea

canalelor de umplere a matriţei

6. răcirea piesei injectate

7. deschiderea matriţei şi eliminarea din matriţă a piesei injectate

Factorii semnificativi care permit utilizarea capacităţii unui material plastic

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

În timpul procesului de injecţie se dezvoltă o serie de forţe care exercită

presiuni importante asupra materialului. Dintre acestea, cinci sunt hotărâtoare,

determinând nivelul calităţii produsului finit:

1) presiunea exterioară, reprezentând presiunea exercitată asupra materialului

termoplastifiat în cilindrul de injectare al maşinii;

2) presiunea interioară, respectiv presiunea din cavitatea matriţei închise (presiunea

interioară este mai mică decât cea exterioară datorită pierderilor de presiune care

apar la trecerea materialului prin secţiuni înguste cum sunt: duza, reţeaua de injecţie,

pereţii interiori din cuibul matriţei, etc.); valori medii experimentale: ABS-

polistiren-Copolimer-acrilonitril-butadien-stiren-250-350 barr, PC-policarbonat-

300-500 barr, PA-poliamide-250-700 barr, poliester-PBT-polibutilentereftalat-250-



700 barr; valorile maxime sunt la materiale termoplastice semi-cristaline cu

caracteristici bune de curgere şi pentru prevenirea bavurilor.

3) presiunea ulterioară, respectiv presiunea exercitată de pistonul de injectare asupra

materialului injectat în cavitatea matriţei (această presiune compensează contracţia

rezultată în urma răcirii materialului);

4) presiunea de sigilare definită prin presiunea exercitată asupra materialului din

cavitatea matriţei în momentul solidificării materialului piesei din starea

vâscoelastică în stare solidă (acestei presiuni îi corespunde punctul de sigilare);

5) presiune interioară remanentă, respectiv presiunea care acţionează asupra piesei

injectate în momentul începerii deschiderii matriţei (după sigilare, materialul se

contractă datorită răcirii şi presiunea scade fără a atinge însă valoarea zero).

Conform etapelor componente ciclului de injectare, la început presiunea

interioară creşte brusc, apoi după încetarea presiunii ulterioare, respectiv după

sigilare, scade treptat la valoarea presiunii remanente. Diferenţa de presiune între

presiunea exterioară de injectare şi presiunea interioară din cavitatea matriţei

depinde de proprietăţile materialului plastic, de temperatura de injectare, de

parametrii reţelei de injectare (dimensiunile duzei de injectare, canalelor de injectare

şi a cavităţii piesei de injectat). Astfel, la temperaturi ridicate, vâscozitatea topiturii

este mai mică, căderea de presiune va fi mai mică, presiunea interioară creşte,

scăzând presiunea de injectare necesară asigurării aceleaşi presiuni interioare.

Presiunea interioară dă naştere la o forţă care tinde să deschidă matriţa în timpul

injectării. Ca urmare, forţa de închidere a maşinii de injectat trebuie să fie mai mare

decât forţa interioară, definită prin produsul dintre presiunea interioară şi suprafaţa

cavităţii matriţei în planul de separaţie. Cu cât vâscozitatea topiturii este mai mică,

cu atât diferenţa dintre forţa de închidere şi forţa interioară trebuie să fie mai mare.

În cazul injectării cu duza punctiformă, secţiunea mică prin care materialul

plastic pătrunde în cavitatea matriţei, provoacă o supraîncălzire a acestuia cu

scăderea presiunii interioare. Ca urmare, matriţa se sigilează mai repede decât în

cazul sistemelor de injectare cu duză normală. Presiunea interioară mai mică nu

poate compensa contracţia piesei provocată de răcirea acesteia având în vedere

încălzirea la o temperatură mai mare a materialului datorită trecerii prin secţiunea

redusă a duzei punctiforme. Ca urmare, contracţia piesei este mare, lucru de care

trebuie să se ţină seama la proiectarea matriţei pentru a nu se obţine deformări

nedorite ale produsului.

Datorită contracţiei în timpul răcirii, pe suprafaţa piesei pot apărea retasuri. Pentru

compensarea acestora, prin acţiunea presiunii ulterioare matriţa se mai alimentează

cu material plastifiat. Până la terminarea sigilării matriţei, pe durata presiunii

ulterioare, presiunea exterioară de injectare trebuie să aibă valoarea maximă. La

injectarea pieselor cu pereţi groşi, datorită fenomenului de apariţie a retasurilor,

trebuie să se aplice o temperatură de injectare mai mică şi o presiune de injectare

mai mare, concomitent cu mărirea duratei presiunii ulterioare. La injectarea pieselor

cu pereţi subţiri, trebuie să se micşoreze atât presiunea de injectare, cât şi durata

presiunii ulterioare, deoarece în acest caz piesa se răceşte mai repede, de regulă mai

înainte ca presiunea interioară să scadă la valoarea ei minimă. La deschiderea

matriţei, din această cauză apar tensiuni interne în piesele injectate, care pot provoca



fisurarea pieselor (în cazul materialelor termoplastice amorfe mai rigide precum

PAS-polistirenul rezistent la şoc) sau deformarea lor (în cazul materialelor

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

timp de reţinere în maşina de injectare, care are o durata de mai multe cicluri de

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: injectarea materialului plastic topit din spaţiu de acumulare o dată cu

începutul mişcării de avansare a melcului-piston la umplerea matriţei.

Durata procesului de plastifiere se caracterizează prin timpul de reţinere tR.

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: startul mişcării de translaţie a melcului în direcţia duzei. Simultan se

sfârşeşte treapta de proces plastifiere.

- sfârşit: momentul umplerii volumetrice (materialul de formare ajunge în punctul

cel mai îndepărtat faţă de punctul de injectare). Simultan este începutul 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

cavitatea matriţei există o presiune aproape hidrostatică care este influenţată de

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 tu şi începutul treptei de răcire;

- sfârşit: punctul de sigilare.

Durata treptei de compactizare rezultă în esenţă din varianta constructivă a

matriţei de injectare utilizata, sistemul de injectare, temperatura materialului plastic

topit si a matriţei. Ea este stabilita prin determinarea timpului de sigilare. In durata

treptei de compactizare se deosebeşte timpul presiunii ulterioare tul. Începutul

acestui timp coincide cu cel al timpului de compactizare, insă sfârşitul poate să se

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 proces răcire,

şi prin aceasta şi a timpului de răcire tr, se definesc următoarele limite:

- început: momentul încheierii procesului de umplere volumetrică a matriţei (masa

de formare ajunge în punctul cel mai îndepărtat de locul de injectare din matriţă).

Fenomenul se petrece simultan cu sfârşitul treptei de proces umplere matriţă,

exprimat prin sfârşitul timpului de umplere tu.



- sfârşit: începerea procesului de deschidere a matriţei simultan cu începutul treptei

de proces demulare.

Timpul de răcire tr nu se poate regla direct pe maşinile de injectat. 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

Se adoptă maşina de injecţie pentru care se vor prezenta principalii

parametrii tehnici.

Pentru realizarea pieselor injectate în condiţii tehnico - economice optime, o

importanţă deosebită o are alegerea celei mai adecvate maşini de injectat.

Criteriul de bază în alegerea maşinii de injectat trebuie să îl constituie

concordanţa cât mai bună a performanţelor maşinii cu caracteristicile piesei care

urmează a fi obţinută

Pentru realizarea piesei prin injecţie în matriţă din materiale polimerice se 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 Valoarea U.M.

Unitatea de injectare

diametrul melcului [mm]

raportul L/D

presiunea maxima de injectare [bar]

volumul teoretic de injectare [cm3]

viteza de rotaţie a melcului [min-1

]

forţa de presare a duzei [kN]

capacitatea de plastifiere [kg/h]

rata de injectare [cm3/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]



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

Unitatea de injectare - serveşte la plastifierea materialului, introducerea acestuia

sub presiune în matriţă şi menţinerea presiunii în stadiul de compresie.

Duza - este ajustajul din capul cilindrului de injectare prin care materialul

plastic trece din cilindru în matriţa de injectat.

Melcul - este organul activ al maşinii de injectat şi este construit în mai multe

variante. Melcul unei maşini de injectat se compune din: cap, corp şi coada

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;

numărul zonelor funcţionale şi lungimea lor. Se disting următoarele zone

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



raportul de compresie rc, se defineşte ca raport între volumul cuprins în primul

pas din zona de alimentare şi cel cuprins în ultimul pas al zonei de pompare:

rc=Vi/Ve=Si/Se (2.1)

unde:

Si – secţiunea la ieşire;

Se– secţiunea la intrare.

geometria canalului melcului se adaptează proprietarilor materialelor

prelucrate:

capul melcului are un rol important in procesul de injectare:

- orientează materialul dozat spre centrul cilindrului de injectare;

- omogenizează temperatura materialului topit ieşit din zona de dozare a

melcului;

- împiedică materialul plastic ramas în cilindru să fie antrenat în mişcare de

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

sistemele de acţionare, care determina mişcările melcului. Coada melcului

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 cilindrul formează cuplul activ al maşinii de

injectat. El trebuie să asigure încălzirea şi omogenizarea materialului, precum şi

generarea presiunii necesare.

Pâlnia de alimentare - a unei maşini de injectat este aşezata pe cilindrul

maşinii de injectat în zona găurii de alimentare a melcului.

Masa maşinii de injectat este un ansamblu mecanic pe care se montează

unitatea de injectare, pâlnia de alimentare, aparatura de măsura şi control, etc. Masa

maşinii are ca rol principal punerea în legătură a cilindrului de injectare cu matriţa

de injectare astfel încât materialul plastic topit din cilindru să ajungă, ca urmare a

presiunii de injectare, în matriţa de injectat.

3.2. Unitatea de închidere - deschidere

Unitatea de închidere - deschidere a unei maşini de injectat îndeplineşte

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.



Sistemul de închidere poate fi un sistem cu acţionare hidromecanică. La aceste

sisteme acţionarea este hidraulica, iar închiderea şi deschiderea matriţei se realizează

prin elemente constructive mecanice. Aceste sisteme se aplica atât la maşinile mici

cât şi la maşinile mari atunci când nu este necesară o cursa mare a platoului mobil.

Sistemul de reglare a cursei de închidere. La o maşină de injectat este strict

necesară reglarea distantei între platoul mobil şi platoul fix ca urmare a folosirii

matriţelor de injectat care au înălţime diferită.

Coloanele de ghidare si platourile de prindere. O mare importanta asupra calităţii

constructive a unei maşini de injectat o au coloanele de ghidare şi platourile de

prindere. Ele transmit forţe de închidere între platouri fiind solicitate în principal la

întindere datorită forţei de închidere maxime.

Platoul fix al maşinii este aşezat în partea cilindrului de injectare. În platou se

fixează cele patru coloane de ghidare cu ajutorul unor piuliţe filetate.

Platoul mobil al maşinii se mişcă în coloanele de ghidare fiind acţionat de

mecanismul de închidere. În zona centrala, platoul este prevăzut cu o gaura de

centrare pentru inelul parţii mobile a matriţei de injectat.

Platoul de capăt al maşinii este sprijinit pe batiul maşinii, pe ghidaje, pe care

poate să se mişte acţionat de sistemul de reglare al cursei de închidere. Mişcarea

platoului pe coloane se face pe bucşe de ghidare confecţionate din bronz.

Sistemul de aruncare. În timpul cursei de închidere trebuie realizată şi aruncare

piesei injectate din matriţă. Sistemul de aruncare cu acţionare hidraulică prezintă 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.



3.3. Batiul maşinii

Batiul maşinii este construcţia mecanică care serveşte ca suport

subansamblurilor componente ale maşinii. Batiul susţine sistemul de injectare,

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

În arară de părţile principale ale maşinii de injectat, maşina necesită şi ale

instalaţii , dispozitive necesare procesului tehnologic: sistemul de protecţie,

dispozitivele de prindere a matriţei, dispozitive de transport şi uscare a granulelor.

4. Alegerea tipului de matriţă de injecţie

În funcţie de tipodimensiunea piesei şi volumul de producţie se alege sistemul

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:

În vederea unui proces optim de injecţie trebuie sa se respecte următoarele

reguli:

drumul de curgere al materialului plastic prin canalele de distribuţie trebuie să

fie cât mai scurt posibil;

injectarea trebuie să fie echilibrată astfel încât sa nu apară forţe reactive în

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:



- 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

O importanţă deosebită o are dimensionarea corectă a reţelei de injectare,

dimensionarea incorectă conducând la nerespectarea condiţiilor tehnice impuse

piesei.

Pentru dimensionarea reţelei de injectare se parcurg următoarele etape:

Pentru determinarea diametrului D al canalului de distribuţie se procedează astfel:

se determină masa netă şi grosimea peretelui piesei injectate. Masa netă a

piesei poate fi determinată în urma modelarii tridimensionale a piesei prin

determinarea volumului acesteia. Prin înmulţirea cu densitatea materialului

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 ÷ 0,5 1,5

0,5÷1 1,4

1÷3 1,3

3÷5 1,25

5÷10 1,20

10÷20 1,15

20÷50 1,1

Peste 50 1,05

Din desenul de execuţie al piesei rezultă grosimea g peretelui piesei injectate.

se alege diametrul duzei de injectat în raport cu masa pieselor injectate şi

în funcţie de materialul polimeric injectat.

se determină lungimea culeei de injectare. Se recomandă respectarea

relaţiei:

95d

l (5.2)

unde:

l – reprezintă lungimea culeei;



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 materialului Diametrul [mm]

Polistiren 1,6÷9,5

ABS 14,75÷9,54

Poliester 4,7÷11,1

Poliamidă 1,6÷9,5

Policarbonat 4,75÷9,5

PVC 3,15÷9,52

Acetat de celuloză 4,7÷11,1

se stabileşte modul de amplasare a cuiburilor în plăcile de formare ale

matriţei astfel încât să fie satisfăcută condiţia de umplere simultană cu material

polimeric în timpul injectării. Se reprezintă schema modului de amplasare a

cuiburilor.

Se stabilesc dimensiunile digurilor conform recomandărilor prezentate în

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÷10 0,3÷0,5 1,5

10÷20 0,5÷0,8 2

20÷40 0,8÷1,2 2

40÷150 1,2÷1,8 2,5

150÷300 1,8÷2,5 3

300÷500 2,5÷3 4



5.2. Calculul numărului de cuiburi

Se determină în funcţie de capacitatea de injectare a maşinii pentru care se

proiectează matriţa cu relaţia:.

m

tGn

6.3 (5.3)

unde G = capacitatea de plastifiere reală a maşinii de injectat [kg/h]

m = masa unei piese injectate [g]

5.3. Dimensionarea cuiburilor funcţie de contracţia materialului

polimeric utilizat

În cazul proiectării matriţelor de injectat, dimensiunile parţilor active trebuie să

asigure dimensiunile prescrise ale piesei injectate, după răcirea ei completă.

Fenomenul de contracţie se manifestă practic prin aceea că, dimensiunile piesei

măsurate după injectare sunt mai mici decât dimensiunile corespunzătoare ale

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

de funcţionare şi corect reglată, iar parametrii tehnologici de injectare sunt corect

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

şi toleranta ei cu ±Δ, dimensiunea efectivă a cuibului va fi H±Δ. Notând Cmin

contracţia minimă a piesei şi Cmax contracţia maximă a piesei rezultă:

(H+Δ)-(H+Δ)Cmin=h+δ , (5.4)

(H- Δ)-(H- Δ)Cmax=h+ δ .

2

CCC minmax

med

(5.5)

După adunarea, respectiv scăderea celor două ecuaţii rezultă:

medCh

H-1

= (5.6)

)2

(=Δ minmax CCHδ -- (5.7)

În tabelul 5.4. sunt prezentate valorile contracţiei pentru tipurile uzuale de

materiale termoplastice [C1].



Tabelul 5.4. Valorile contracţiei pentru tipurile uzuale de materiale termoplastice

Material Valoarea contracţiei [%]

Polistiren de uz general 0,2÷0,6

Polistiren rezistent la şoc 0,2÷0,6

Polietilenă de mare densitate 2÷5

Polietilenă de mică densitate 1,5÷5

Polipropilenă 1÷2,5

Poliamidă 6 0,6÷1,4

Policarbonat 0,5÷0,7

PVC 1÷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

Calculul de rezistenţă al plăcilor de formare ale matriţei de injecţie se realizează

în funcţie de forma geometrică a plăcilor şi a cavităţilor practicate în plăci. Pentru

simplificarea calculelor se consideră că placa de formare este dreptunghiulară sau

rotundă.

În mod obişnuit, dimensiunile interioare şi exterioare ale plăcii de formare

dreptunghiulare se determină constructiv şi apoi, se verifica prin calcul la solicitarea

compusă de întindere şi încovoiere. Pentru simplificarea calculului, peretele plăcii

de formare se consideră ca o grindă uniform încărcata, încastrată la capete. 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



Pentru calculul rezistenţei plăcii de formare dreptunghiulare la solicitarea

compusă de întindere şi încovoiere, se utilizează relaţia:

²]/[+

2= max cmdaN

WM

SFσ

p (5.8)

unde:

F – forţa care solicită peretele la întindere, în daN;

S – aria secţiunii peretelui, în cm²;

Mmax – momentul de încovoiere maxim, în daN x cm;

W – modulul de rezistentă, în cm3.

Conform notaţiilor din figura 5.2. se poate scrie pentru secţiunea I – I :

6

²hW

[cm

3] (5.9)

24

²lhpM

i

max

[daN·cm] (5.10)

iar pentru secţiunea II – II :

6

²hW

[cm

3] (5.11)

24

²lhpM

i

max

[daN·cm] (5.12)

unde:

pi – 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].

Rezistenţele calculate trebuie să fie mai mici decât rezistenţa admisibilă pentru

oţelul din care este realizată placa de formare, respectiv:

σef < σa

5.5. Verificarea suprafeţelor de închidere ale plăcilor de formare

Notând cu St suprafaţa totală a plăcii de formare, cu Sc suprafaţa totală a cuibului

şi Si, suprafaţa de închidere, se poate scrie relaţia:

St=Sc+Si (5.13)

De unde:

Si=St-Sc [cm²] (5.14)



Verificarea se face cu formula:

Si=Fi/σa, (5.15)

În care:

Si – este suprafaţa de închidere necesară, în [cm²];

σa – rezistenta admisibilă a otelului, în daN/cm2.

Suprafaţa de închidere efectivă Sie trebuie să fie mai mare decât suprafaţa de

închidere necesară calculată, respectiv:

Sie > Si

5.6. Verificarea plăcilor de formare la rigiditate

Verificarea la rigiditate se face prin calculul săgeţii efective, care trebuie să fie

mai mică decât săgeata admisibilă. Calculul la rigiditate se face numai pentru unul

din pereţii plăcii, în cazul plăcilor de formare dreptunghiulare, şi anume pentru

peretele care are lungimea cea mai mare. Săgeata se va calcula cu formula:

EI384

hLp5f

4

i [cm]

în care:

pi – 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, cm4.

Momentul de inerţie se calculează cu formula:

12

hI

3 [cm

4]

Sageata efectivă calculată nu poate depăşi 0,02....0,06 mm.

6. Proiectarea sistemului de aruncare a piesei injectate

În funcţie de tipodimensiunea piesei injectate şi caracteristicile maşinii de

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

Deschiderea matriţei de injectat trebuie să se facă cu o forţa de deschidere cat

mai mică, astfel încât să se respecte relaţia:



F1< F2

Unde:

F1 – forţa necesară deschiderii matriţei;

F2 – forţa de deschidere a maşinii.

La eliminarea piesei injectate din matriţă, trebuie să se respecte relaţia:

FA< F2

Unde:

FA – forţa de aruncare din matriţă;

F2 – forţa de deschidere a maşinii.

Pentru forţa de aruncare se poate scrie următoarea relaţie:

FA=FD+ΣFR

Unde:

FD – forţa de demulare;

FR – forţele de fricţiune în sistemul matriţei.

Forţa de demulare se calculează cu relaţia:

FD= 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 Modul de rezolvare constructivă, precum şi durata în timp a aruncării au o

importantă influentă asupra calităţii şi economicităţii piesei injectate. Soluţia optimă

pentru aruncarea piesei injectate presupune scoaterea automată a acesteia, din

matriţa de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat.

7. Proiectarea sistemului de control al temperaturii pentru elementele

componente ale matriţei

Se va proiecta sistemul de menţinere a unei temperaturi optime de lucru a

materialului plastic în piesele componente ale matriei cât şi în plăcile cu poansoane

de formare. Sistemul poate fi de răcire pentru obţinerea de contracţii minime ale

piesei injectate în zona poansoanelor de formare şi de încălzire în zona de curgere a

materialului.



7.1. Transferul de căldura material polimeric – matriţă

Materialul polimeric din cuibul matriţei cedează în cursul unui ciclu de

injectare, corpului matriţei, cantitatea de căldura Q, care se calculează cu relaţia:

Q=m(i2-i1) kcal

Unde:

m – masa piesei injectate , kg;

i2 – entalpia materialului plastic la intrarea în matriţă;

i1 – entalpia materialului plastic la demulare.

Entalpia materialului plastic se calculează cu relaţia :

Δi= i2- i1=cp(TMp-TD) [kcal/kg)

Unde:

cp – caldura specifica a materialului plastic kcal/kg°C;

TMp – temperatura materialului în cuib;

TD – temperatura de demulare;

Cantitatea de căldura evacuată de piesă este preluată prin conducţie de către

matriţa şi transportată la mediul de temperare. Cantitatea de căldura Q se determină

cu relaţia:

)T-T(SQ pTpcM

[W]

unde:

λM – 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]

Tpc – temperatura medie la peretele cavitaţii =433 [k°]

TpT – temperatura medie la peretele canalului de temperare =333 [K°]

7.2. Transferul de căldura între matriţă şi mediul de temperare

Transferul termic de la matriţa (mediul solid) la mediul de temperare (mediul

lichid) se face prin convecţie şi se poate exprima prin relaţia:

Q=αTST(TpT – TT) [W]

Unde:

αT – coeficientul de transfer de căldura al mediului de temperare =1310

[w/m²K]

ST – suprafaţa activă a canalelor de temperare , [m²]

TpT - temperatura la peretele canalului de temperare, =433 [k°]

TT - temperatura mediului de temperare =393 [k°]

Coeficientul de transfer de căldura se calculează cu relaţia:



]

)²L

dp(045,01

L

dp0668,0

65,3[d

c

ce

c

ce

c

T

[w/m²K]

unde:

dc – diametrul canalului de temperare , [m]

Lc – lungimea canalului de temperare, [m]

Criteriul lui Peclet se calculează cu relaţia:

T

TpcT

e

cdwp

Unde:

WT – viteza fluidului în canale, m/h;

7.3. Transferul de căldura în interiorul matriţei

Cantitatea de căldura Qe dintre matriţă şi mediul înconjurător:

QE=QC+QR [Wm²/K3]

Unde:

Qc – pierderi de căldura prin convecţie =0

QR - pierderi de căldura prin radiatie =364,5 [Wm²/K3]

Datorita faptului ca pierderile de căldura prin convecţie sunt nesemnificative

chiar la temperaturi ridicate ale matriţei, ele pot fi neglijate, Qc=0.

Transferul termic prin radiaţie de la matriţă către exterior se calculează cu

relaţia:

QR=SMeCo(TMs/100)4 [Wm²/K

3]

Unde:

SM – suprafaţa libera a matriţei în contact cu aerul înconjurător , [m²]

e – coeficientul de emisie =0,52 [m²]

Co – constanta lui Stefan-Boltzman =5,76 [W/m²K4]

TMs – temperatura la suprafaţa unei matriţe =433 [K°]

7.4. Determinarea timpului de răcire

Pentru materialele polimerice cu grosimi s< 5 mm avem următoarea relaţie:

tr=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]



7.5. Amplasarea si dimensionarea practica a sistemelor de temperare a

matriţei

Calculul simplificat al lungimii canalelor de răcire. Se calculează cantitatea de

căldura cedată de o piesa injectată a matriţei cu formula:

)i-i(mt

3600Q 12T

Unde:

tT – durata ciclului de injectare, s;

m – masa piesei injectate, kg.

Se neglijează pierderile matriţei în exterior, prin convecţie şi radiaţie. Cantitatea

de căldura se consideră, în acest caz, în totalitate evacuată prin circuitul de

temperare. Se scrie:

Q=kS(T2 – T1)

Unde:

S – suprafaţa canalelor de temperare, [m²]

T2 – temperatura materialului la injectare, [K°]

T1 – temperatura mediului de temperare, [K°]

k – coeficient global de schimb de căldura =10,98.

Coeficientul global de schimb de căldura se calculează cu relaţia:

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+0,27TiVT0,95

Unde:

Ti – temperatura la intrarea în circuitul de temperare , [K°]

VT – debitul circuitului de temperare [kg/m²h]

ρ – densitatea lichidului de răcire, kg/m3.

Debitul se calculează cu formula:

VT =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

Ql12c

- unde dc este diametrul canalului de temperare ales.



Amplasare sistemelor de temperare în matriţa.

La proiectare dimensionării şi amplasării sistemului de temperare trebuie să se

tină seama de următoarele principii:

temperarea uniformă a întregii suprafeţe a cuibului matriţei;

amplasarea canalelor în lungul drumului de curgere al materialului plastic în

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

Se proiectează: sistemele de centrare şi conducere exterioară ale matriţei de

injecţie; sistemele de centrare şi conducere interioară ale matriţei de injecţie .

În procesul de injectare a materialelor, matriţele se montează pe platourile de

prindere ale maşinii de injectat, folosind găurile practicate în plăcile de prindere ale

matriţei de injectat, fie prin intermediul unor bride de fixare, asigurarea poziţiei

corecte a celor două jumătăţi de matriţă fixate pe platourile de prindere ale maşinii

de injectat, în raport cu capul de injectare al maşinii , respectiv cu tamponul opritor

al ei, precum şi centrarea perfectă a celor două jumătăţii de matriţă au o importanţă

deosebită. Centrarea şi conducerea incorectă a matriţelor pot provoca, în mod

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 de centrări şi

conduceri: exterioare şi interioare. Prin centrarea exterioara se înţelege poziţionarea

matriţei de injectat în raport cu maşina de injectat, iar prin centrarea interioară

poziţionarea celor două jumătăţi de matriţă şi a elementelor ei.

9. Proiectarea sistemului de ventilaţie-aerisire a matriţei de injecţie

Se proiectează sistemul de evacuare a aerului din zona cuibului de injecţie

pentru prevenirea arderii materialului injectat.

În multe cazuri, după scoaterea din matriţă, piesele injectate prezintă pe

suprafaţa lor zone arse sau cu lipsuri de materiale. Aceste zone incomplete şi cu

urme de arderi pot avea la origine cauze tehnologice sau condiţii de aerisire

necorespunzătoare ale matriţei de injectat. În cazul în care nu are nici o posibilitate

de ieşire din matriţă aerul este comprimat şi supraîncălzit, determinând arderea

materialului.

La proiectarea matriţelor pentru injectarea anumitor piese este necesar sa fie luate

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.



10. Alegerea materialelor corespunzătoare pentru piesele componente

ale matriţei de injecţie

Se aleg materialele corespunzătoare, funcţie de rolul funcţional al pieselor

componente: plăci de prindere; elemente de conducere şi ghidare; plăci port poanson;

poansoane, etc.

Oţeluri pentru matriţe - caracterizare generală

Creşterea cererii de matriţe pentru prelucrarea materialelor plastice a

determinat necesitatea obţinerii unor oţeluri de calitate, ce trebuie să satisfacă

următoarele condiţii: prelucrarea mecanică economică, stabilitate dimensională,

posibilitate de lustruire, rezistenţă la compresiune, rezistenţă la uzură, rezistenţă la

coroziune, conductivitate termică, posibilitatea de sudură.

Toate aceste condiţii impun utilizarea unei compoziţii chimice adecvate, 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

0C,

rezistenţă electrică

Alungire, ductilitate,

maleabilitate <1.2

Mangan/Mn

Rezistenţă, ductilitate, maleabilitate, comportare

bună la forjare şi la tratament termic, rezistenţă

la uzură, reoxidare

Alungire (scăzută) <8

Siliciu/Si Rezistenţă, comportare bună la tratament termic,

rezistenţă electrică, rezistenţă la oxidare Alungire (scăzută) <1

Aluminiu/Al Rezistenţă la oxidare Fragilitate <0.5

Nichel/Ni Rezistenţă, ductilitate, rezistenţă electrică,

rezistenţă la coroziune

Alungire (scăzută),

Proprietăţi magnetice <10

Crom/Cr Rezistenţă, comportare bună la tratament termic,

rezistenţă la coroziune, rezistenţă la temperatură Alungire <20

Molibden/Mo (de

obicei în

combinaţie cu Ni

şi Cr)

Rezistenţă, rezistenţă la temperatură,

comportare bună la tratament termic, rezistenţă

la şoc, păstrare duritate, rezistenţă la acid

sulfuric şi clorhidric, proprietăţi magnetice

Alungire <2

Vanadiu/V Rezistenţă, rezistenţă la temperatură, rezistenţă

la şoc, de oxidare Fragilitate la tratament <2

Wolfram/W

(Tungsten)

Rezistenţă, duritate, rezistenţă la coroziune,

proprietăţi magnetice Alungire <2

Cobalt/Co Rezistenţă , proprietăţi magnetice Fragilitate la tratament <2

Cupru/Cu Rezistenţă, rezistenţă la acizi Tendinţă de oxidare <0.5

Sulf/S Prelucrabilitate <0.5

Fosfor/P Rezistenţă, rezistenţă la temperatură, fragilitate,

fragilitate la tratament <0.5



Oţeluri pretratate (prehardened toolsteels, quenched and tempered tool steels)

Pe măsură ce dimensiunile pieselor din plastic au devenit tot mai mari,

utilizarea oţelurilor pentru cementare au făcut ca tratamentul termic să devină o

mare problemă datorită deformaţiilor inerente. De asemenea, în cazul unor serii

relativ scurte, nu este eficientă utilizarea unor oţeluri ieşite din comun. Din aceste

motive, furnizorii oferă plăci şi profile din oţeluri călite şi revenite, ele urmând a se

prelucra în această stare, fără a necesita un tratament termic ulterior. Aceste oţeluri

au rezistenţe cuprinse între 1000 – 1400 MPa şi o duritate între 30 – 33 HRC. În

funcţie de condiţiile impuse, se poate alege un oţel cu un conţinut foarte scăzut de

sulf ( de exemplu Uddeholm pentru Impax Supreme garantează maxim 0,008%),

ceea ce permite lustruire şi posibilitatea de texturare fotochimică sau cu un conţinut

de sulf între 0,05 – 0,07%, ceea ce determină o prelucrabilitate bună. Dezavantajele

conţinutului mare de sulf, pe lângă cele menţionate mai sus sunt: cromare/nichelare

dificile şi posibilitate la sudură. Pentru obţinerea unei durităţi şi a unei rezistenţe la

uzură suficiente, oţelurile pretratate se cromează sau se nitrurează (la temperaturi

cuprinse între 450-6000C). Reprezentative sunt codurile 1.2311, 1.2738 şi 1.2312

(vezi tabel), primele tipuri de oţel fiind recomandate pentru cavităţi (lustruire bună,

dar datorită lipsei sulfului din componenţă, prelucrabilitatea este mai dificilă) iar

ultimul pentru poansoane, unde nu se impune lustruire deosebită sau texturare.

Oţeluri pentru cementare (case-hardening steels)

Sunt cele mai des utilizate oţeluri (80%), ţinând cont de preţul scăzut şi de

proprietăţile bune ale acestora. Oţelurile pentru cementare au un conţinut scăzut de

carbon (0,3%) care prin carburare ajunge la suprafaţă la 0,8-0,9% C, pe o adâncime

de 0,6-1 mm (la o carburare de câteva zile se poate ajunge până la o adâncime de 2

mm). Duritatea stratului este între 58-62 HRC. Oţelurile de cementare pot fi lustruite

cu rezultate foarte bune, au o rezistenţă mare la uzură şi în acelaşi timp păstrează

tenacitatea miezului, cu rezistenţa bună la şoc şi la oboseală. Este de menţionat că,

datorită temperaturii şi ciclului lung de tratament, anumite modificări dimensionale

nu pot fi evitate; din acest motiv trebuie prevăzută o rezervă la dimensiuni şi la timp

pentru finisare.

Oţeluri pentru nitrurare (nitriding steels)

În general toate oţelurile ce conţin crom, molibden, vanadiu şi în special

aluminiu pot fi nitrurate – proces ce are loc în baie de săruri, în gaz, pulbere sau

plasmă (nitrurare ionică), la o temperatură între 450 şi 5900C.

Astfel oţelul capătă o duritate şi o rezistenţă la uzură excepţionale (850 – 1050

HV). Duritatea mare nu este la suprafaţă ci la câteva sutimi de milimetru în

adâncime, motiv pentru care după nitrurare piesele respective trebuie rectificate sau

lustruite (cu excepţia nitrurării ionice, când rectificarea nu mai este necesară). Un alt

avantaj al nitrurării este eliminarea deformaţiilor şi a tensiunilor interne datorate



tratamentului termic. Oţelurile pentru nitrurare sunt livrate în stare recoaptă,

permiţând o prelucrare facilă.

Oţelurile 34CrAIMo 5 şi 34CrAINi 7 (1.8550) sunt utilizate în special pentru

cilindrii şi melcii de plastifiere ai maşinilor de injecţie.

Oţeluri pentru călire (hardening steels)

Aceste oţeluri îşi datorează calităţile martensitei, compus ce apare la răcirea

rapida în apă, aer sau ulei. Viteza de răcire este determinată de mediu (apa având

efectul cel mai drastic), de raportul suprafaţă/volum al piesei de tratat şi de elemente

de aliere (nichelul, manganul, cromul şi siliciul permit călirea unur secţiuni mai

mari). Călirea constă în încălzirea pieselor la o temperatură stabilită, menţinerea şi

răcirea într-un mediu adecvat. După călire este obligatorie revenirea, care pe lângă

rezistenţa deosebită în miez şi duritatea specifică elimină tensiunile interne. În acest

moment, producătorii oferă oţeluri de călire cu proprietăţi deosebite: stabilitate

dimensională la călire, rezistenţă deosebită, posibilitate de lustruire şi comportare

bună la electroeroziune şi texturare foto-chimică. Oţelul 1.2767 are o tenacitate

deosebită, fiind recomandat pentru cavităţile mari şi adânci, la injectarea

materialelor plastice puţin abrazive. După călire şi revenire se poate atinge o duritate

de 52 – 54 HRC.

Oţeluri rezistente la coroziune

La prelucrarea anumitor materiale plastice se degajă vapori de acid clorhidric,

acetic sau formaldehidă. Pentru evitarea oxidării zonelor active ale matriţei se

utilizează oţelurile rezistente la coroziune, cu conţinut de cel puţin 12% Cr (la

prelucrarea PVC-ului se recomandă un conţinut de până la 16-17%

Crom+Molibden). Rezistenţa la coroziune este determinată şi de calitatea prelucrării

suprafeţelor. Un oţel cu un conţinut de 13% Cr poate oxida dacă suprafeţele sunt

rugoase. Pe de altă parte, un conţinut mare de crom poate determina formarea unor

zone feritice, cu rezistenţă scăzută.

Oţeluri martensitice

Sunt oţeluri speciale, dezvoltate iniţial pentru industria aero-spaţială, potrivite

pentru matriţe cu cavităţi complicate. Sunt livrate în stare recoaptă, cu o rezistenţă

de 1000 – 1100 MPa dar pot fi prelucrate relativ uşor. Avantajul constă într-un

tratament termic simplu (încălzire la 489 – 4900C), astfel obţinând o rezistenţă de

1800 – 2200 MPa. Când prelucrarea mecanică este anterioară tratamentului, trebuie

ţinut cont de o contracţie de aproximativ 0,05 – 0,1% la tratament. La prelucrarea

unor materiale plastice armate trebuie aplicat un tratament de nitruare, duritatea

superficială ajungând până la 1000HV.

În tabelul următor veţi găsi recomandări de utilizare a oţelurilor pentru diferite

părţi ale matriţelor de injecţie materiale plastice:



Element matriţă Clasificare Furnizor Notă

Cod DIN Böler D-M-E Thyssen Uddeholm

Bloc matriţă/Elemente standard

Plăci bază/Placă portpoanson/ Placă

portcep/ Distanţieri

1.1730 C 45W K 945 DME#1 THYRODUR 1730 UHB 11

Aruncători 1.2344

1.2210

X 40 CrMoV 5 1

115 CrV 3

W 302

K 510

1.2344

1.220

THYROTERM 2344

EFS Orvar Supreme

■ ●

■

Coloane de ghidare/

Bucşe de ghidare

1.7131

1.2842

16 MnCr 5

90 MnCrV 8

E 410

K 720

1.7131

THYRODUR2842

Aros

●

■

Duză

Cep

1.2379 1.2842

1.7131

X155 CrMo 12 1 90 MnCrV 8

16 MnCr 5

K 110 K 720

E 410

1.7131

THYRODUR 2379 THYRODUR 2842

Sverker 21 Aros

■ ■

●

Zone active matriţă

Oţeluri pretratate 1.2311 1.2312

1.2739

40 CrMnMo 7 40 CrMnMoS 8 6

40 CrNiMo 8 6

M 201 E

M 200

DME#7 DME#3

DME#9

THYROPLAST 2311 THYROPLAST 2312

THYROPLAST 2738

Holdax

Impax Supreme

, ,

,

Oţeluri pentru cementare

1.2162 1.2764

21 MnCr 5 X 19 NiCrMo 4

M 100 M 130

DME#4

THYROPLAST 2162 THYROPLAST 2764

Prexi

,

, ,

,

Oţeluri de călire

1.2343

1.2344

1.2767 1.2080

~X 38 CrMoV 5 1

X 40 CrMoV 5 1

X 45NiCrMo 4 X 210 Cr 12

W 300

W 320

K 600 K 100

DME#5

DME#6

THYROTERM 2343 EFS

THYROTERM 2344

EFS THYRODUR 2767

THYRODUR 2080

Orvar 1

Orvar Supreme

Grane 1 Sverker 1

,

,

,

, ,

,

Oţeluri rezistente la

coroziune

1.2316

1.2083

~ X 36 CrMo 17

~ X 40 Cr 113

M 300

M 310

DME#10

DME#11

THYROPLAST 2316

THYROPLAST 2083

Ramax S

Stavax ESU

, ,

Oţeluri martensitice 1.2709 X 3 NiCoMoTi 18

9 5 THYRODUR 2709

Denumirile prezentate mai sus sunt mărci înregistrate ale companiilor: Böler, D-M-E, Thyssen şi respectiv Uddeholm

Legenda: ●nitrurat; ■călit; Lustruire; Prelucrabilitate; Rezistenţă; Rezistenţă la uzură;

Rezistenţă în miez; Tenacitate; Inox; Posibilitate de texturare (fotochimică)

10. Stabilirea toleranţelor şi ajustajelor pentru piesele şi

subansamblele componente matriţei de injecţie

11. Analiza economică a matriţei proiectate şi calculul seriei de

fabricaţie economice Produsul injectat dintr-un material polimeric poate fi fabricat cu matriţe de

injecţie mai simple sau mai complexe. Matriţa de injecţie cu mai multe cuiburi,

având o construcţie mai perfecţionata asigurî in mod evident condiţii de fabricaţie

mai bune, insa necesită şi cheltuieli considerabil mai mari pentru executarea lor.

Punând condiţia ca valoarea cheltuielilor de pregătire a fabricaţiei să fie

proporţionala cu mărimea seriei de fabricaţie, se poate calcula seria de fabricaţie

economica me cu ajutorul relaţiei de mai jos:

me = (b-a)/(k1-k2) [buc.] ,

unde:

a = costul matriţe simple;

b = costul matriţei complexe

k1 = costul manoperei de injectare a produsului cu matriţa simplă

k2 = costul manoperei de injectare a produsului cu matriţa complexă.



BIBLIOGRAFIE

[A1] AMZA Gheorghe, Dumitru Gabriel, Rîndaşu Viorel; Tehnologia materialelor; Editura

Tehnică, Bucureşti; 1999.

[D1] DUMITRAŞ Constantin; OPRAN Constantin; Prelucrarea materialelor compozite,

ceramice şi minerale; Editura Tehnică, Bucureşti; 1994.

[D2] DUMITRESCU Andrei.; OPRAN Constantin.; Materiale polimerice, Caracterizare,

Proprietati, Prelucrare; Oficiul de informare documentară pentru industrie, cercetare,

management; Bucureşti, România, 2002.

[F1] FETECĂU Cătălin, Tăbăcaru Valentin, Felicia Stan; Prelucrarea maselor plastice prin

injectare; Oficiul de informare documentară pentru industria construcţiilor de maşini; Bucureşti;

România, 1998.

[G1] GASTROW Hans; 1992; Injection Molds-108 Proven Designs; Hanser Publishers,

Munich; Germany.

[I1] IONESCU Mircea Muscel Ianculescu; I.V.Şereş; E.Vasş; I.Rosenthal; A.Biro;

Proiectarea matriţelor pentru produse injectate din materiale plastice; Editura Tehnică, Bucureşti;

Romania, 1987.

[M1] MICLĂUŞ Ion; Busuioc, D.; Tancou, T.; 1975; Album de matriţe pentru materiale

plastice; Editura Tehnică, Bucureşti; Romania.

[Ş1] ŞEREŞ Ion; Proiectarea matriţelor pentru produse injectate din materiale plastice;

Editura Tehnică, Bucureşti; România, 1987.

[S2] ŞEREŞ Ion; Injectarea Materialelor Termoplastice; Editura Imprimeriei de Vest,

Oradea; România, 1996;.

[S3] ŞEREŞ Ion; Matriţe de injectat Editura Imprimeriei de Vest, Oradea; România, 1999.

[O1] OPRAN Constantin; NICOLAE Vasile; RACICOVSCHI Vasile; Biostructuri

polimerice degrdabile in mediu natural; VASILE GOLDIS University Press; ARAD, Romania;

ISBN 973-664-041-8 ; 2004

[R1] REES Herbert; 1995; Mold Engineering; Hanser Publishers,Munich; Germany.

11.***; 2003; HASCO; Documentaţie elemente normalizate şi standardizate pentru matriţe

de injecţie materiale polimerice; Ludenscheid Im Wiesental, Germany.

12.***; 2003; DME; Documentaţie elemente normalizate şi standardizate pentru matriţe de

injecţie materiale polimerice;DME Belgium C.V.B.A.; Mechelen, Belgium..

41755462 tim tcm indrumar proiectare 2010 2011 prof opran c

Documents