-
Universitatea Politehnica din Timioara
Facultatea de Mecanic
Departamentul Ingineria Materialelor i Fabricaiei
PROIECT DE DIPLOM
COORDONATOR: STUDENT:
prof.dr.ing. Budu Victor Alecsa Valerian
Timioara, 2012
-
Universitatea Politehnica din Timioara
Facultatea de Mecanic
SPECIALIZAREA INGINERIA MATERIALELOR
PROIECT DE DIPLOM
MATERIALE I TEHNOLOGII FOLOSITE LA EXECUIA MATRIELOR DE INJECIE
COORDONATOR: STUDENT:
prof.dr.ing Budu Victor Alecsa Valerian
Timioara, 2012
-
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARA FACULTATEA DE MECANIC DEPARTAMENTUL INGINERIA MATERIALELOR I FABRICAIEI DOMENIUL: INGINERIA MATERIALELOR
SPECIALIZAREA: INGINERIA MATERIALELOR
Aprobat,
EF DEPARTAMENT conf. dr. ing. Mircea NICOAR
DATA: 19.03.2012
PLAN DE ACTIVITATE
pentru elaborarea proiectului de diplom
Nume i prenume absolvent:
Cadrul didactic conductor (conductori):
Tema proiectului:
Data primirii temei:
Termenul de predare a proiectului:
Obiectivele proiectului:
Elemente iniiale furnizate de conductor:
Structura proiectului (structura standard; justificarea unei structuri
speciale):
Cerinele pentru fundamentarea teoretic (enumerarea problemelor care vor fi rezolvate):
Cerinele pentru dezvoltarea temei (enumerarea problemelor care vor
fi rezolvate, inclusiv indicarea
desenelor obligatorii):
Alte cerine (termene intermediare, bibliografie obligatorie, etc.):
Data:
Semntura conductorului/semnturile conductorilor proiectului de diplom,
-
Project Resume Alecsa Valerian SIM 2012
Project Resume
The project entitled Materials and technologies used in injection moulds is based on
the theoretical study of injection molds, with focus on the materials used and the fabrication
technology of the assembly components. The structure of the license project is composed of six
chapters in a logical and clear order, the chapters are in the order necessary to fully understand
the theme analyzed.
Chapter I introduces the reader into the ideas and the theme of the project. It is in fact a
short presentation of the entire work done; the chapter also presents the main subject and proves
the importance of the ideas chosen.
Chapter II called Injection technology introduces basic notions regarding plastic
injections processes. The chapter presents the injection principle and focuses on the details of the
problems and difficulties that appear during the injection process. At the end of the chapter, a
general construction of an injection mold is presented, with all its element components and a
general description of the functionality of the assembly.
Chapter III entitled Materials used in injection molds focuses on the materials used
for manufacturing the mold components but also presents the materials which are usually
injection using plastic injection technology. The chapter contains a classification of the material
classes used in general for mold components. At the end of the chapter there is a table with
recommendations regarding the correct use of materials regarding certain parts of the mold.
Chapter IV called Material selection for molds presents a particular case study of a
materials selection for a injection mold cavity, which is the essential part in an injection mold.
This chapter contains all the phases of a selection process. First the general requirements needed
are presented, then the part is studied to see were and what is needed regarding the material
properties, the selections ends with defining the material property matrix and with the selection
process itself.
Chapter V Manufacturing technology of injection molds is a continuation of the
selection chapter and focuses on the technological process used in the production of injection
molds: turning, milling, machining, EDM.
Chapter VI draws conclusions regarding the project done.
-
Rezumatul lucrrii Alecsa Valerian SIM 2012
Rezumatul lucrrii
Lucrarea de fa intitulat Materiale si tehnologii folosite la matriele de injecie se
bazeaz pe studiul teoretic privind matriele de injecie, cu accent pe partea de materiale folosite
i tehnologia de execuie a componentelor matriei. Ea este structurat pe cinci capitole ntr-o
ordine logic i clar, iar capitolele sunt n ordinea necesar ntelegerii depline a temei prezentate
Capitolul I este un capitol de introducere care conine o scurt prezentare a lucrrii fr a
detalia ideile prezentate n lucrare. Capitolul prezint tema proiectului, structura proiectului
evideniind relaia dintre capitole i pune accent pe importana temei alese.
Capitolul II intitulat Tehnologia injectrii introduce noiuni de baz din domeniul
injectrii maselor plastice. El prezint principiul injectrii i detaliaz fenomenele care apar n
timpul procesului de injecie propriu-zis, fenomene legate att de dificultile care apar n timpul
umplerii unei matrie ct i legate de curgerea materialului prin matrie. Capitolul se incheie cu o
scurt prezentare a unei construcii generale de matria de injectat cu toate elementele
componente, alturi de explicaii legate de funcionarea acesteia.
Capitolul III numit Materiale folosite la matriele de injecie pune accent pe partea
de materiale folosite att pentru parte de elemente constructive dar i pe parte de materiale
folosite la injecie. Prima parte a capitolului prezint tipurile de materiale plastice care sunt cele
mai des folosite pentru injecie, capitolul continu cu o clasificare a claselor de materiale folosite
pentru construcia tuturor elementelor componente din ansamblul matriei, aceast parte include
i un tabel de recomandri privind alegerea materialelor corecte.
Capitolul IV numit Selecia materialelor pentru matrie reprezint un caz concret de
selecie a materialului pentru o cavitate de injecie, element principal ntr-o matri. Acest
capitolul cuprinde toate etapele unei selecii de material i anume: consideraii generale privind
cazul studiat, analiza constructiv i funcional, definirea matricei de proprieti de material i
alegerea propriu-zis a materialului.
Capitolul V intitulat Tehnologia de execuie a matrielor de injectat este o
continuare a capitolului de selecia i pune accent pe partea de fabricaie i mai ales pe partea de
procese tehnologice folosite precum: achierea, electroeroziunea, etc.
Capitolul VI este un capitol final care trage concluzii cu privire la lucrarea scris.
-
Materiale si tehnologii folosite la matriele de injecie Alecsa Valerian SIM 2012
3
CUPRINS
Capitolul Titlul Pagina
Cuprins 3
I. Introducere 4
II. Tehnologia Injectrii 2.1 Principiul injectrii 2.2 Condiii de formare 2.3 Umplerea matriei 2.4 Curgerea materialului n matri 2.4.1 Orientarea macromoleculelor n matri 2.4.2 Fronturi de curgere restricii i ezitri 2.4.3 Linii de ntlnire 2.5 Matrie de injectat, consideraii generale
5 22 5
6
9
11
13
15
17
20
III. Materiale folosite la construcia matrielor de injectat 3.1 Materiale termoplastice folosite la injectare 3.2 Materiale folosite la construcia elementelor componente ale matrielor
3.2.1 Oeluri
3.2.1.1 Oeluri de uz general 3.2.1.2 Oeluri de cementare 3.2.1.3 Oeluri de nitrurare 3.2.1.4 Oeluri pentru clire 3.2.1.5 Oeluri de mbuntire 3.2.1.6 Oeluri inoxidabile 3.2.2 Metale i aliaje neferoase 3.2.2.1 Cuprul si aliajele sale 3.2.2.2 Aluminiul si aliajele sale 3.2.2.3 Aliaje antifriciune 3.2.3 Materiale nemetalice
3.3 Recomandri
23 32 23
24
24
24
25
26
27
28
28
29
29
30
30
30
30
IV. Selecia materialelor pentru matrie 4.1 Consideraii generale 4.2 Analiza constructiv i funcional 4.3 Definirea matricei de proprieti a materialelor 4.4 Alegerea materialului
33 46 33
34
37
43
V. Tehnologia de execuia a matrielor 5.1 Principii de baz 5.2 Debitarea semifabricatelor
5.3 Ciclul tehnologic de elaborare si producere a semifabricatelor
5.4 Prelucrri prin achiere 5.5 Prelucrarea prin electroeroziune
5.6 Modelarea cavitii de injecie
47 61 47
48
49
51
56
59
VI. Concluzii 62
Bibliografie 63
Anexe 64 - 72
-
Capitolul I - Introducere Alecsa Valerian SIM 2012
4
Capitolul I INTRODUCERE
Lucrarea de fa este o lucrare din domeniul injeciei maselor plastice i anume mai
precis Materiale i tehnologii folosite la executarea matrielor de injecie. Avnd legtur
direct cu specializarea Ingineria Materialelor domeniul matrielor de injectare este un
domeniu actual de dezvoltare pe plan mondial. Procedeul de injecie este cel mai larg procedeu
industrial de obinere a articolelor din materiale plastice. Aplicaiile variaz de la piese mari cum
sunt cele folosite n industria automobilelor, la obiecte mult mai mici ca de exemplu componente
electromecanice.
Structurat n mare pe cinci pri, proiectul pune accent n primul rnd pe materialele
folosite la fabricarea matrielor de injecie, el este construit n jurul seleciei materialelor pentru o
cavitate de injecie, cavitate care reprezint partea activ a unei matrie i n acelai timp una
dintre prile componente cele mai importante din ansamblul constructiv.
La ora actual tendina este de a folosii materiale din cadrul oelurilor inoxidabile i
oelurilor aliate de scule. Lucrarea de fa prezint o alternativ la varianta clasic, care este tot
mai des folosit i anume: bronzurile de beriliu. Avantajele folosirii acestor aliaje de cupru sunt
conductivitatea termic excelent i rezistena la coroziune, ambele superioare oricrui oel
inoxidabil sau oel de scule. Obiectivul oricrei firme industriale este de a mrii ct mai mult
productivitatea proceselor tehnologice, aspect garantat de folosirea aliajelor de cupru, deoarece
la injecie, timpul necesar unui ciclu de injecie depinde direct de timpul necesar rcirii
materialului plastic topit n cavitatea matriei. Aceasta rcire poate fii drastic mbuntit dac
se folosete un material cu o conductivitate superioar. Trebuie menionat de asemenea c
bronzurile de beriliu au proprieti de rezisten apropiate celor mai rezistente oeluri folosite la
fabricarea cavitilor.
Capitolele sunt structurate astfel nct sa prezinte nti bazele teoretice ale procesului de
injecie, fenomenele i probleme care pot aprea n timpul procesului. Urmeaz apoi o prezentare
a materialelor folosite pentru elementele componente ale matriei. n capitolul al IV-lea se face
apoi selecia propriu-zis a materialului cu toate etapele necesare unei selecii corecte. Ultimul
capitol prezint procesele tehnologice folosite pentru fabricarea matrielor.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
5
Capitolul II TEHNOLOGIA INJECTRII
2.1. Principiul injectrii
Procesul de injectare este un fenomen ciclic, fiecare ciclu fiind format din mai multe
operaii. Realizarea unei piese injectate presupune urmtoarele operaii:
- alimentarea materialului (dozarea);
- nclzirea i topirea materialului n cilindrul mainii;
- nchiderea matriei;
- introducerea materialului topit sub presiune n matri;
- solidificarea i rcirea materialului din matri;
- deschiderea matriei;
- eliminarea piesei injectate din matri;
Simplificat, realizarea prin
injectare a unei piese poate fi urmrit
n Figura 2.1.[1] Materia prim sub
form de granule se introduce n plnia
de alimentare 8, de unde cade n
cilindrul de injectare 5. Materialul
plastic ajuns n cilindrul de injectare
este transportat de ctre melcul 7, n
timpul micrii de rotaie, spre capul
cilindrului, unde se gsete duza de
injectare 4. Micarea de rotaie a
melcului se realizeaz cu ajutorul
sistemului de angrenare 9. n timpul
transportului granulele ajung n stare de
topitur ca urmare a frecrilor, precum
i a nclzirii cilindrului de ctre
corpurile de ncalzire 6. Materialul plastic topit este mpins sub presiune n matria de injectat 2,
de ctre melcul 7, ca urmare a presiunii exercitate de sistemul de acionare 10.
Figura 2.1 Schema de principiu a injectrii[1]
a injectarea materialului n matri; b solidificarea i rcirea topiturii; c deschiderea matriei i aruncarea reperului din matri 1 platoul mobil; 2 matri; 3 platoul fix; 4 duza mainii; 5 cilindru; 6 corp nclzire; 7 melc; 8 plnie de alimentare; 9
sistem de antrenare n micare de rotaie; 10 sistem de acionare n micare de translaie; A pies injectat
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
6
Dup solidificarea i rcirea materialului n matri, platoul mobil 1 al mainii de injectat
se ndeprteaz de platoul fix 3. Astfel matria se deschide i ca urmare a acionrii sistemului de
aruncare al matriei, piesa injectat A este aruncat din matri.
Injectarea materialelor plastice este un proces ciclic care cuprinde operaii care nu sunt
perfect delimitate. Astfel, plastifierea termic a polimerului ncepe naintea deschiderii matriei
i evacurii produsului. Reprezentnd grafic micarea melcului i a matriei n cursul procesului
de injectare se obine diagrama din Figura 2.2 [1]
Figura 2.2. Diagrama reprezentnd deplasarea melcului i a matriei n procesul de injectare [1] tu timp de umplere matri; tul timp de presiune ulterioar; tr timp de rcire td timp de
demulare
ntregul proces de injectare poate fi cuprins n urmtoarele trepte de procese:
- plastifierea;
- umplerea matriei;
- compactizarea;
- rcirea i demularea.
2.2. Condiii de formare
Principalii factori care determin procesul de formare a materialelor termoplastice:
- proprieti chimice, fizice i de curgere ale materialului termoplastic n
condiiile specifice procesului de injectare;
- regimul temperaturilor;
- regimul presiunilor;
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
7
- durata necesar formrii
Procesele chimice, fizice i
termodinamice sunt determinate
pentru desfurarea procesului de
injectare. Proprietile polimerilor
amorfi sau cristalini sunt diferite.
Topirea materialului termoplastic se
face prin transmiterea cldurii de la
peretele cilindrului de material sau
prin transformarea prin friciune a
energiei mecanice n energie
termic. Cu ct temperatura
materialului termoplastic este mai
ridicat cu att acesta este mai fluid,
matria se umple mai uor, iar timpii
de injectare se reduc. Temperatura
matriei este hotrtoare n faza de rcire-solidificare a reperului. Msurnd temperaturile locale
n mai multe puncte, din interiorul cilindrului de injectare i a matriei n timpul unui ciclu, se
poate reda sub forma unui grafic, dinamica temperaturii materialului termoplastic de-a lungul
cilindrului i a matriei Figura 2.3 [1]
Materialul plastic ce alimenteaz maina de injectat la timpul t0 n punctul de coordonat
l1, are temperatura T1. n interiorul mainii, la timpul t1, are loc nclzirea la temperatura Tc i
plastifierea. Topitura, pe parcursul stadiului de umplere, curge n cilindrul i duza mainii,
coordonatele (l3 l4) i se nclzete ca urmare a transformrii energiei mecanice n cldur pn
la temperatura Ts. Temperatura i vscozitatea topiturii n timpul umplerii matriei, timpul t1-t3
se modific puin numai n interiorul matriei (l4 - l10) pe cnd n maina de injectat temperatura
rmne constant (l1 l4). n stadiile de rcire, dup umplerea matriei, timpii t3 t11,
temperatura materialului din matri scade mult. Descreterea temperaturii are loc i n canalele
de curgere (l3 l5) iar la un timp de rcire foarte mare, timp t11, poate avea loc chiar i n
cilindrul mainii.
Figura 2.3 Temperaturile locale ale polimerilor pe
parcursul injectrii[1]
1 cilindru; 2 duz; 3 matri; Tc Temperatur de curgere; Ts Temperatur de solidificare.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
8
n timpul procesului de injectare
se dezvolt o serie de fore care
exercit presiuni importante asupra
materialului termoplastic. Procesul
poate fi urmrit n Figura 2.4[1]
Presiunea exercitat de melc transport
materialul plastic topit din camera
cilindrului mainii, prin duza i
canalele matriei, pn n matri pentru umplerea cavitii acesteia. Presiunea din matri atinge
valori maxime la sfritul cursei melcului i depinde de fora exercitat de melcul-piston,
vscozitatea polimerului i rezistena hidraulic a traseului.
Se definesc urmtoarele noiuni:
presiunea exterioar pe care reprezint presiunea exercitat asupra materialului
plastic n cilindrul mainii de injectat
presiunea interioar pi care reprezint presiunea din cavitatea matriei.
Presiunea interioar este mai mic dect cea exterioar datorit pierderilor de presiune care apar
la trecerea materialului prin duza mainii, duza matriei, reeaua de injectare, pereii piesei
injectate
presiunea ulterioar pul care reprezint presiunea exercitat de melc asupra
materialului din cavitatea matriei. Aceast presiune compenseaz contracia rezultat n urma
rcirii materialului.
presiunea de sigilare ps definit ca presiunea exercitat asupra materialului
plastic n cavitatea matriei n momentul solidificrii culeei (corespunztor punctului de sigilare)
presiunea interioar
remanent pr, care reprezint presiunea din
piesa injectat n momentul nceperii
deschiderii matriei. Dup sigilare materialul
se contract datorit rcirii i n consecin
presiunea scade, fr ns a atinge o valoare
egal cu zero.
Reprezentarea grafic a dependenei
dintre presiunea din matri i timpul de
injectare, definete curba caracteristic a
ciclului de injectare Figura 2.5[1]
. Ciclul de
Figura 2.4 Schema simplificat a injectrii pentru punerea n eviden a presiunilor[1]
1 matri; 2 cilindru; 3 melc; 4 cilindru hidraulic; pi presiune interioar; pe presiune exterioar; ph presiune
hidraulic
Figura 2.5 Ciclul de injectare[1]
pi presiunea interioar; ps presiunea de sigilare; pi max presiunea interioar maxim; pr presiunea remanent
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
9
injectare se desfoar dup cele patru stadii distinctive. Umplerea matriei are loc de la t0 la t2. n
prima parte (0 1) presiunea rmne constant, iar apoi n momentul umplerii crete brusc la
valoarea pi (poriunea de curb 0 2).
n stadiul de compactizare, polimerul se rcete i volumul scade. Se aplic presiunea
ulterioar care determin introducerea unor noi cantiti de topitur. Se ajunge pn la o valoare
maxim a presiunii interioare pimax, dup care presiunea va scdea pn la valoarea presiunii de
sigilare p2 (2 4).
Rcirea se caracterizeaz printr-o scdere mai lent a presiunii ca urmare a solidificrii (4-
5). La sfritul stadiului, matria se deschide i piesa este evacuat din matri. Presiunea
remanent din punctul 5 trebuie sa fie mai mare dect presiunea mediului, pentru a asigura
dimensiunile piesei.
Durata de formare depinde de caracteristicile polimerului, de dimensiunile obiectului
injectat i de sistemul de rcire al matriei. Durata de formare determin productivitatea mainii i
calitatea pieselor injectate. Un element important n determinarea duratei de formare l constituie
raportul dintre greutatea piesei injectate i capacitatea de plastifiere a agregatului.
2.3. Umplerea matriei
n urma multiplelor cercetri efectuate asupra curgerii topiturilor termoplaste din matri,
se poate face astzi o imagine destul de clar asupra procesului de umplere a matriei, aceast
umplere are loc n conformitate cu Figura 2.6[1], materialul plastic ptrunde n cavitatea matriei
prin orificiul de intrare x i curgerea se
realizeaz conform figurii, zona avansat
avnd frontul de curgere n form de
parabol. Prile exterioare ale materialului
termoplastic topit n contact cu pereii reci ai
matriei, se solidific formndu-se astfel n
matri un strat marginal termoizolant.
Pentru materialul aflat sub presiune, canalul
de curgere nu mai este format din conturul matriei, ci de stratul marginal ntrit. Stratul
marginal, ca efect al temperaturii pereii matriei, are viteza de forfecare mai mic dect stratul
interior, care are viteza de forfecare mai mare. Astfel, ntre interior i exterior apar viteze de
Figura 2.6 Umplerea cavitii matriei[1] x intrare material plastic topit; a strat marginal
solidificat; b profilul vitezelor; c front de curgere.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
10
deformare diferite, care determin un front de curgere conform Figurii 2.6[1] numit si efect
Fountain.
Stratul marginal din matri este cu att mai gros, n punctul de observaie cu ct raportul
de cldur al topiturii este mai mic, respectiv cldura care ia natere prin forfecare este mai
mic. Deoarece topitura pierde pe parcursul de curgere o parte din cldur, pentru punctele mai
ndeprtate de culeea de injectare, raportul de cldur n unitatea de timp este mai mic i stratul
marginal mai gros dect n apropierea de injectare. Hotrtor pentru solidificarea materialului
plastic topit nu este drumul parcurs, ci timpul, astfel la o cretere a grosimii stratului marginal, la
deprtare de culee, apare curgerea lent. La piesele injectate cu perei foarte subiri apare o
cretere important a rezistenei de umplere a matriei n cazul unor viteze reduse de umplere.
Piesele injectate se caracterizeaz, datorit problemelor de umplere a matriei, dup
raportul drum de curgere i grosimea de perete. Cu ct umplerea matriei are loc ntr-un timp
mai scurt, cu att mai mare poate fi raportul dintre drumul de curgere i grosimea de perete.
Pentru ca materialul termoplastic s poat curge prin canalele reduse ale reelei i pentru o
umplere mai rapid a cuibului, se impune creterea presiunii de injectare. Odat cu mrirea
presiunii vscozitatea crete, ceea ce determin scderea vitezei de deformare. Curgerea
materialului se face laminar, chiar i la creterea presiunii, datorit creterii vscozitii care
mpiedic curgerea turbulent.
Unei creteri a vitezei de umplere i se impune ns, n afar necesarului creterii de
presiune urmtoarele trei efecte:
- nclziri prin forfecare n duz, care pot duce la degradri ale materialului plastic
- naterea unei orientri macromoleculare n piesa injectat, care poate provoca
anizotropii cu efecte asupra caracteristicilor mecanice i optice.
- greuti n eliminarea aerului din cuib, ceea ce poate duce la fenomene de ardere pe
suprafaa piesei injectate
Pentru realizarea umplerii matriei n bune condiii, mainii de injectat i se impun mai
multe condiii:
- necesitatea folosirii ntregii capacitaii hidraulice si de reglare
- datorit caracterului expres i nestaionar al procesului de curgere, viteza de avans al
melcului crete la nceputul umplerii de la zero la o vitez final i trebuie sa scad din
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
11
nou sub form de salt la zero n clipa n care frontul de curgere a ajuns la captul
drumului de curgere.
- presiunile ridicate ale topiturii din capul melcului, necesare procesului de curgere, nu
au voie sa se manifeste ca presiuni statice, interne, dup terminarea umplerii matriei ,
deoarece s-ar provoca o supranclzire sau o suprainjectare a reperului.
- la scderea vitezei de injectare scade i eficiena de transport a melcului ca urmare a
creterii pierderilor (circuit invers de topitur n canal, pierderi peste flancul spirei,
etc.)
Astfel, pentru un reper dat, pentru fiecare vitez de injectare se impune un reglaj al cursei
de dozare a melcului.
Umplerea matriei determin hotrtor proprietile reperului astfel:
- influeneaz starea de orientare macromolecular
- influeneaz temperatura topiturii, mai ales n zonele ndeprtate de locul de injectare
- indirect are influen asupra compactizrii i asupra proprietilor reperului, deoarece
efectul de compactare este cu att mai puternic cu ct este mai scurt timpul de umplere
al matriei
2.4. Curgerea materialului in matri
Calitatea piesei
injectate ca factor principal de
caracterizare a procesului de
injectare este direct dependent
de fenomenul de umplere al
cavitii matriei. Problemele
de umplere ale cuibului
matriei depinde n cea mai
mare msur de capacitatea de curgere a materialului plastic. Aceast nsuire este determinat
de testul spiral (spirala Griffits).
ntr-o matri de injectat care are cavitatea n form de spiral, de seciune semicircular,
se injecteaz material plastic n centrul spiralei. Cellalt capt al spiralei comunic cu atmosfera.
n condiiile date, topitura curge din duza mainii de injectare n centrul spirei i apoi prin
Figura 2.7 Lungimi de spirale Griffits pentru un polistiren[1]
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
12
canalul spiral, pe o anumit lungime, pn la ncetarea curgerii ca urmare a rcirii progresive.
Lungimea drumului de curgere este dependent de grosimea pereilor, temperatura materialului
topit ce se injecteaz, temperatura peretelui matriei, presiunea de injectare, viteza de avans a
melcului. Influena temperaturii materialului plastic topit asupra lungimii de curgere poate fi
observat n Figura 2.7[1]
La materialele termoplastice amorfe are loc, n condiii de prelucrare date, o cretere a
lungimii drumului de curgere o dat cu creterea grosimii spiralei Figura 2.8[1]
Figura 2.8 Lungimea drumului de curgere n matria cu spirala Griffits pentru polistiren de uz general (stnga) i polistiren rezistent la oc (dreapta) [1]
Acelai lucru este valabil i pentru materialele
termoplastice semicristaline. Pentru unele materiale
termoplastice speciale se constat ns o cretere a
lungimii de curgere n form de spiral odat cu
creterea grosimii Figura 2.9[1]
Lungimile cilor de curgere n funcie de
condiiile de prelucrare i de grosimea pereilor ce se
obin prin testul spiralei, sunt valori orientative pentru
proiectantul i executantul de matrie care nu pot gsii
rspuns la ntrebrile referitoare la:
- grosimea minim de perete pentru un drum de curgere dat
- cuibul matriei poate fi umplut printr-un singur punct de injectare sau prin mai multe
- dac presiunea de injectare a matriei este suficient pentru umplerea cuibului.
Figura 2.9 Lungimea drumului de
curgere in matri cu spiral pentru un poliacetat (Ultraform)
[1]
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
13
Grosimea pereilor piesei injectate nu poate
fii orict de mic, ea depinznd de capacitatea de
curgere a materialului i de lungimea pe care
aceasta o parcurge. De aceea este important s se
cunoasc grosimea de perete necesar pentru un
parcurs de curgere determinat, pentru a evita astfel
dificultile ce pot aprea la fabricaie. Lungimea
de parcurs a materialului este n funcie de
temperatura materialului, de viteza de injectare, de
sinuozitatea drumului parcurs n matria i de
presiunea de injectare. Productorii de materiale
termoplastice ofer diagrame pentru calculul
grosimii de perei (Figura 2.10[1]). n procesul de
curgere a materialului plastic n cavitatea matriei
apar o serie de fenomene i factori de influen
asupra calitilor, respectiv defectelor pieselor
injectate:
- orientarea materialului n timpul curgerii; - locul injectrii i numrul locurilor de injectare; - fronturi de curgere, restricii i ezitri; - linii de ntlnire; - starea suprafeei cavitii.
2.4.1. Orientarea macromoleculelor materialului plastic
n timpul procesului de umplere a cuiburilor matriei,
lanurile macromoleculare ale polimerului se orienteaz pe
direcia curgerii, iar fenomenele de relaxare ce se manifest
apoi au mare importan asupra calitii piesei injectate
Figura 2.11[1]
. Orientarea macromoleculelor se realizeaz de la locul injectrii ctre sfritul
curgerii n direcie radial (Figura 2.11.a[1]). n masa de material injectat apar tensiuni interne
diferite dup relaxare, ntre punctul de injectare si punctele cele mai ndeprtate de punctul de
Figura 2.10 Diagrama drum curgere grosime de perete pentru diferite
materiale termoplaste.[1]
1 PC-ABS (Baylend); 2 CAB (Cellidor); 3
PA6 (Durethan); 4 PBTP (Pocan); 5 ABS (Novodur); 6 PC (Macrolon)
Figura 2.11 Orientarea
macromoleculelor n timpul
procesului de curgere[1]
: a orientarea macromoleculelor n
timpul curgerii; b deformarea piesei injectate dup relaxare
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
14
injectare. Ca urmare a acestor tensiuni apar fenomene de deformare n piesa injectat (Figura
2.11.b[1]
).
Proprietile fizico-mecanice ale unei piese injectate
sunt determinate n cea mai mare parte de orientarea
macromoleculelor materialului termoplastic n timpul
injectrii. n Figura 2.12[1] este prezentat o pies injectat
dreptunghiular realizat prin injectare pelicular lateral.
Dac se preleveaz dou probe diferite din aceeai zone i se
supun la ncercarea la impact Izod, se observ c o prob
rezist mai mult dect cealalt (proba A este mai rezistent)
n cazul injectrii unei piese dreptunghiulare
contracia pe direcia curgerii x1, direcia de orientare a
macromoleculelor, este mai mic dect contracia x2
perpendicular pe direcia de curgere (Figura 2.13[1])
Cunoscnd tendinele de orientare macromolecular i
sensul liniilor de curgere, proiectantul de matrie proiecteaz
forme optimizate de curgere (Figura 2.14[1]
). Realizarea
unor piese ce favorizeaz curgerea elimin din start zone de stagnare si turbulen a curgerii.
Figura 2.13 Contracia piesei injectate n funcie de orientarea macromolecular[1]
A dimensiunile piesei n timpul injectrii; B dimensiunile piesei dup relaxare;
x1 contracia piesei dup direcia de curgere x2 contracia piesei pe direcia perpendicular curgerii
Figura 2.14 Proiectarea formei piesei n
funcie de curgere[1] a geometrie necorespunztoare pentru curgere; b
geometrie favorabil curgerii; R1,R2 raze de curbur; A1 zona moart; A2 - zona
moart diminuat constructiv.
Figura 2.12 Orientarea
macromoleculelor determin rezistene mecanice diferite n
piesa injectat[1] a piesa injectat; b proba A supus la rezisten de impact Izod; c proba B supus la rezisten de impact Izod;
F fora de impact a pendulului.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
15
2.4.2. Fronturi de curgere. Restricii si ezitri
Ideal la umplerea cavitaii matriei de injectat, ar fii ca prin intermediul punctului de
injectare s se realizeze o umplere simultan a celor mai ndeprtate zone ale cavitii matriei.
Practic acest lucru este greu de realizat.
De exemplu, n Figura 2.15[1]
este prezentat
umplerea unei caviti dreptunghiulare printr-un
singur punct de injectare plasat central. Astfel
materialul termoplastic se distribuie sub form de
fronturi de curgere circulare spre pereii laterali ai
cavitii matriei. Cel mai naintat front de curgere are
de strbtut pn la cei patru perei distanele x1 si y1
(Figura 2.15.a[1]
). Dup un timp de curgere, frontul
cel mai naintat atinge pereii A si B ai matriei,
pereii C si D fiind nsa la distana y2 (Figura
2.15.b[1]
). Umplerea complet a cuibului se face
conform Figurii 2.15.c[1]
fronturile de curgere fiind
orientate dup direciile prezentate in figura.
Situaia umplerii poate fii mbuntit pentru
acelai spaiu de injectare schimbnd punctul de
injectare n dou puncte sau trei puncte. n Figura
2.16.a[1]
umplerea cavitii se realizeaz prin dou
puncte astfel nct dup ce fronturile avansate ajung la
pereii A si B pn la pereii C i D i pn la linia de
ntlnire mai rmne distana x. n Figura 2.16.b[1]
fronturile de curgere ating pereii A i B simultan cu
pereii C i D realiznd i liniile de ntlnire.
Exist mai multe teorii privind umplerea
matrielor, una din teorii presupune propagarea umplerii
sub form de und, astfel nct fiecare punct al vechii unde (front de curgere) poate fii
considerat punct de start al unor unde elementare circulare. Aceste unde elementare n totalitate
Figura 2.15 Umplerea unui cuib de
matri dreptunghiular printr-un punct de injectare
[1]
a,b,c stadii de umplere; x1,y1,y2 distane pn la pereii laterali ai matriei; A,B,C,D
pereii matriei.
Figura 2.16 Umplerea unui cuib
dreptunghiular prin 2 sau 3 puncte
de injectare[1]
a,b variante de umplere; x distana pn
la perete i pn la ntlnirea fronturilor; A,B,C,D pereii matriei; X linie de
ntlnire.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
16
determina noul front de curgere (Figura
2.17[1]
). Distana dintre cele fronturi, frontul
vechi si frontul nou este egal cu raza R de
cretere a fiecrei unde elementare.
La umplerea cuibului se pot ivi i
cazuri n care apar obstacole (poansoane) de
diferite forme i dimensiuni. n acest caz
obstacolul determin o umbra, umbr care
modific sistemul de umplere din spatele obstacolului
Figura 2.18[1]
. Pentru astfel de cazuri imaginea
umplerii are loc conform Figurii 2.19[1]
. Punctul P din
zona obstacolului, unde vectorul de umplere este
tangent la obstacol, devine punct al vechiului front, de
unde se creeaz noi unde pentru fronturile noi din
zona umbrit. Un beneficiu special al metodei de
realizare al imaginii umplerii este realizat la umplerea
unor caviti cu grosimi diferite pe zone.
Pentru un anumit interval de timp t se respect
relaia:
unde l este rata de avans a fiecrui front, h
este nlimea cavitii matriei.
Aceast relaie exprim c raportul ntre rata de
cretere a frontului de curgere l i nlimea h a matriei n
diferite regiuni este
aceeai n acelai interval
de timp t. Imaginea
umplerii pentru 2 caviti
diferite injectate din
centru este prezentat n
Figura 2.20[1]
Figura 2.17 Metodologia de cretere a fronturilor de curgere
[1]
a injectare punctiform central; b injectare pelicular lateral; FV front vechi; FN front nou; UE unde
elementare; R raza undelor elementare.
Figura 2.18 Umplerea unor caviti cu obstacole
[1]
a,c injectare pelicular lateral; b injectare punctiform; I punct de injectare.
Figura 2.19 Imaginea umplerii
la o matri cu diferite forme geometrice de obstacole
[1]
a injectare pelicular lateral; b injectare punctiform; P,P1,P2 puncte
de cretere a undelor. Figura 2.20 Imaginea umplerii
la umplerea a dou caviti[1] a nlime constant; b nlime
diferit; I punct de injectare.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
17
Foarte multe piese injectate sunt realizate cu perei
de grosimi diferite. Acest lucru ar trebui evitat, dar nu
ntotdeauna este posibil. Pereii cu grosimi diferite conduc
la dificulti suplimentare la umplerea matrielor. Acest
lucru este demonstrat n Figura 2.21[1]
. Piesa are o zon
central de grosime mic, nconjurat de o ram in form
de U de grosime mai mare.
Injectarea lateral n ram determin o curgere mai rapid prin ram i o curgere mai
nceat n zona central. n zona central se manifest tendina de solidificare a fronturilor
avansate de curgere. Curgerea mai nceat n zona central d imaginea unei ezitri a frontului
de curgere.
Cnd se injecteaz, printr-un dig, ntr-o
cavitate de grosime mare poate s apar
fenomenul de jet liber. La producerea
fenomenului de jet liber materialul plastic curge
n spaiul de grosime mare fr a forma frontul
de curgere fountain. Aderena jetului la perete este
mic, acesta se rcete rapid fr s se mai produc
sudura cu straturile de material nvecinate Figura
2.22[1]
. Proprietile mecanice si chimice ale piesei
injectate rezultate vor avea de suferit.
Fenomenul de jet liber nu trebuie
minimalizat. Se poate aciona asupra formei i
dimensiunii digului sau prin obstrucii n drumul
frontului de curgere Figura 2.23[1]
2.4.3. Linii de ntlnire
Liniile de ntlnire sau planurile de ntlnire se formeaz n timpul procesului de umplere
cnd materialul plastic topit curge din direcii diferite i se recombin n piesa injectat
Figura2.24[1]
. Fenomenul de jet liber conduce de asemenea, la formarea de linii de ntlnire.
Liniile de ntlnire sunt asemntoare unor mici crpturi, mai mult sau mai puin
vizibile, inacceptabile din considerente estetice pentru mai multe aplicaii. Mai important este
Figura 2.21 Umplerea unei
matrie cu punerea n eviden a fenomenului de ezitare [1]
Figura 2.22 Producerea unui jet liber[1]
Figura 2.23 Metode constructive de
eliminare a fenomenului de jet liber[1] a,b soluii constructive; 1 miez obstacol; R
raza de racordare a digului cu cuibul.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
18
nsa c local scade rezistena mecanic a piesei
injectate. De aceea proiectantul trebuie s acorde
atenie deosebit urmtorilor factori: seleciei
materialului, proiectrii piesei, proiectrii matriei i
conditilor de injectare.
Zona slab a liniei de injectare este atribuit
mai multor factori:
- incompleta difuzie a macromoleculelor celor
dou fronturi;
- nefavorabila orientare i solidificare a lanurilor
macromoleculelor sau a fibrelor;
- existena unor crestturi n forma de V n
suprafaa de ntlnire;
- prezena substanelor strine la interfaa de
ntlnire.
Se poate studia o seciune printr-o pies injectat
unde se manifest fenomenul de linie de ntlnire
(suprafa de ntlnire) Figura 2.25[1]. Se observ c n
interiorul piesei exist o zon central A cu o legtur
puternic ntre cele dou straturi care s-au ntlnit. n
aceast zon lanurile macromoleculelor au difuzat ntre
cele dou fronturi. Spre exterior exist dou zone B cu
legtura slab unde exist suprafeele de ntlnire a celor
dou fronturi unde nu s-a produs difuzarea lanurilor
macromoleculare. La suprafaa exterioar a piesei, n
zona de ntlnire C se observ crpturi n forma de V.
Apariia linilor de ntlnire este cauzat de folosirea mai multor puncte de injectare la o
pies Figura 2.26[1]. Liniile de ntlnire pot aprea i n cazul n care se folosete un punct de
injectare, dar fronturile de curgere nconjoar un miez sau un miez se aeaz n calea frontului
de curgere Figura 2.27[1]
Figura 2.24 Modalitatea de ntlnire
a dou fronturi de curgere[1] a nu se produce difuziunea fronturilor; b fronturile realizeaz o difuziune parial; c completa difuziune a fronturilor; x linie de
ntlnire.
Figura 2.25 Seciune pentru punerea n eviden a zonei
suprafeei de ntlnire[1] A zon central cu legtura; B zon cu legtura slab; C zon de ntlnire n V
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
19
Liniile de ntlnire se pot crea i n cazul
unor bosaje indiferent c exist un punct de
injectare sau mai multe puncte de injectare Figura
2.28[1]
Plasarea unui miez sau mai multor miezuri
care formeaz guri ntr-o pies injectat necesit
o atenie deosebit pentru proiectantul de pies i
matri (Figura 2.29[1]). n cazul unui singur miez
se formeaz o singur linie de ntlnire Figura 2.29.a[1],
dar pentru mai multe miezuri se formeaz mai multe linii
de ntlnire ntre miezuri Figura 2.29.b[1]. n zona liniei
de ntlnire rezistena mecanic a piesei este redus i de
aceea se acord atenie distanei dintre miezuri, mrimii
i numrului acestora. Rezistenele mecanice pe zone
pentru cele dou cazuri se pot urmri n Fig. 2.29[1]
Exista mai multe posibiliti de a influena linia de
ntlnire, linie care determin o rezisten mecanic
zonal mult redus (dimensiunea digului, numrul
digurilor, tipul digului, temperatura materialului plastic,
temperatura matriei). Folosirea calculatorului ofer
posibiliti noi de concepie a matriei astfel nct
efectele negative a linilor de ntlnire sa fie diminuate.
Se ofer nsa i alte soluii constructive pentru
eliminarea linilor de sudur (Figura 2.30[1]) Astfel, la
injectarea lateral printr-un punct al piesei injectate apare
linia de ntlnire ca urmare a fronturilor care nconjoar
miezul central Figura 2.30.a[1]
. Pentru aceasta se
construiete un adaos A unde fronturile se ntlnesc,
astfel nct linia de ntlnire se elimin din pies
Figura 2.26 Apariia linilor de ntlnire[1] a injectare prin 2 puncte; b injectare prin 4
puncte.
Figura 2.27 Linii de ntlnire in
jurul miezurilor[1]
a miez central; b miez in calea frontului de curgere.
Figura 2.28 Linii de ntlnire in
jurul bosajelor[1]
a dou fronturi principale de curgere; b
un front principal de curgere i un front secundar de curgere.
Figura 2.29 Rezistena mecanic n zona liniilor de ntlnire
[1]
a un singur miez; b mai multe miezuri; efort unitar de traciune, zonal
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
20
Figura 2.30.b[1]
. La zona de ntlnire a mai
multor fronturi pot aprea zone nchise unde aerul
este comprimat, ceea ce determin zone
neumplute Figura 2.31[1]
. n acest caz se apeleaz
la sisteme de ventilaie.
Starea suprafeei cuibului i miezului
matriei influeneaz fenomenul de curgere a materialului plastic.
Prezenta unor rugoziti pronunate rezultate din prelucrare perturb
curgerea, dar n acelai timp influeneaz procesul de scoatere a piesei
injectate din matri. Suprafeele canalelor de curgere, a digului,
precum i suprafetele poansonului i cuibului se lustruiesc n direcia
curgerii pentru a facilita curgerea.
2.5. Matrie de injectat consideraii generale
Figura 2.32 Tipurile principale de matrie de injectat[1] a injectare perpendicular pe planul de separaie; b injectare n planul de separaie; c injectare special (bicomponent); 1 matri; 2,3 cilindrii de injectare; x planul de separaie al matriei.
Matria este subansamblul mecanic care are rolul de a imprima materialului plastic o
anumit form cu dimensiuni bine determinate. Proiectarea i executarea corect matrielor de
injectat condiioneaz realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare.
Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din material plastice a condus la elaborarea unor
soluii constructive i tehnologice specifice att n domeniul proiectrii ct i n cel al execuiei
matrielor de injectat. Matrie pentru injectat materiale termoplastice sunt constituite n principiu
Figura 2.31 Zona de
ntlnire a mai multor
fronturi de curgere[1]
Figura 2.30 Soluie constructiv pentru eliminarea efectului de linie de ntlnire
[1]
a soluie constructiv clasic; b soluie constructiv mbuntit; X linie de ntlnire.
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
21
din 2 pri principale: semimatria din partea duzei de injectare i semimatria din partea
aruncrii. Matria este fixat pe platourile de prindere ale mainii de injectat.
Majoritatea matrielor lucreaz folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cu
ax perpendicular pe planul de separaie. n cazul unor injectri speciale (injectare bicolor i
tricolor) injectarea se face att perpendicular pe planul de separaie ct i n planul de separaie
Figura 2.31[1]
2.5.1. Construcia i funcionarea matrielor de injectat
n funcie de forma geometric a piesei, de natura i caracteristicile materialului plastic,
de tipul mainii de injectat, exist o mare varietate constructiv de matrie de injectat.
n Figura 2.33[1] este prezentat o matri de injectat cu 2 cuiburi care cuprinde elemente
constructive caracteristice acestui ansamblu constructiv. Matria de injectat se monteaz pe
platourile de prindere ale mainii de injectat prin intermediul celor 2 plci de prindere 4 i 13 care
se fixeaz cu ajutorul unor bride sau uruburi de fixare. Centrarea matriei pe platourile mainii se
realizeaz cu ajutorul inelelor de centrare 28 (pe partea mobil) i 19 (pe partea fix). Inelele de
centrare sunt prinse n plcile de prindere ale matriei cu ajutorul uruburilor 3.
Materialul plastic topit din duza mainii de injectat ajunge n duza 18 a matriei de injectat
i prin intermediul reelei de injectare la cuiburile matriei. Piesa injectat se formeaz n cuibul
format de poansonul 17 i pastilele 15 i 16. Dup ntrirea materialului plastic n matri, ca
urmare a rcirii plcilor matriei, prin intermediul circuitului de rcire matria se deschide n
planul de separaie X. Piesa injectat ntrita ca urmare a contraciei pe poansonul 17, rmne
solidar cu partea mobil a matriei mpreun cu reeaua de injectare, reinut de buca
extractoare 20. Tija de aruncare 1 este tamponat de o tija fix de pe maina de injectat i
sistemul de aruncare este acionat determinnd micarea plcii de aruncare 5, plcii
portarunctoare 6, arunctoarelor 26, arunctorului central 25 i a tijelor reaductoare 24.
Plcile arunctoare i portarunctoare sunt fixate cu ajutorul uruburilor 7. Tija de
aruncare 1 este ghidat de buca central 2 i este nurubata n placa arunctoare 5. Piesa
injectat este aruncat din matria de arunctoarele tip tift 26, iar reeaua de ctre arunctorul
central 25.
La nchiderea matriei tijele de aruncare 24 lovesc tifturile tampon 22 determinnd
revenirea la poziia iniial a ntregului sistem de aruncare. Plcile matriei sunt prinse cu ajutorul
-
Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012
22
uruburilor 27 i sunt centrate cu ajutorul tifturilor 21. Centrarea celor 2 semimatrie se
realizeaz cu ajutorul coloanelor de ghidare 14 i a bucelor de ghidare 12.
Figura 2.32 Matri de injectat cu dou cuiburi[1] 1 tija de aruncare; 2 buca de conducere; 3 urub; 4 plac de prindere; 5 plac arunctoare; 6 plac portarunctoare; 7 urub; 8 plac distanier; 9 plac suport; 10,11 plac de formare; 12 buc de ghidare; 13 plac de prindere; 14 coloan de ghidare; 15,16 pastil; 17 poanson; 18
duz de injectare; 19 inel de centrare; 20 buc central; 21 tift; 22 tift tampon; 23 urub; 24 tift arunctor; 25 arunctor central; 26 arunctor; 27 urub; 28 inel de centrare.
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
23
Capitolul III MATERIALE FOLOSITE LA CONSTRUCIA
MATRIELOR DE INJECTAT
3.1. Materiale termoplastice folosite la injectare
Materialele termoplaste folosite la injectare, reprezentate n Figura 3.1[2], pe o structurare
pe vertical sunt mprite n trei categorii: polimeri de larg consumaie, tehnopolimeri, i
superpolimeri, aria mai mare sau mai mic n care sunt marcai simboliznd i rspndirea
acestora pe piaa.
Polimerii de larg consumaie, ocupnd cel mai mare segment pe pia, sunt acele materiale
care nu necesit echipamente speciale pentru injectare, fiind destinate aplicaiilor din domeniul
bunurilor de larg consum, jucrii, articole de grdin sau de baie. Temperatura de utilizare este in
general sub 100oC.
Tehnopolimerii sunt destinai realizrii de piese tehnice ce trebuie sa aib proprieti fizice,
chimice sau electrice ridicate, i sunt destinate industriei electrice, electrotehnice, i de
automobile. Necesit echipamente auxiliare (usctoare, utilaje echipate cu uniti de injecie
rezistente la abraziune). Temperatura de utilizare este cuprins ntre 100oC 150oC
Superpolimerii sau polimerii de nalta performan sunt destinai injeciei de piese de nalt
tehnicitate destinate nlocuirii pieselor tradiionale realizate din metal sau aliaje metalice. Au pre
de cost ridicat i necesit
echipamente special (usctoare,
uniti de injecie nalt
rezistene la abraziune i
coroziune, aparate de
termostatare a matriei).
Procesarea necesit temperaturi
ale materialului i a matriei
mari, iar piesele trebuie s aib
proprieti mecanice, termice i
chimice foarte ridicate nsoite
de o foarte bun precizie Figura 3.1 Reprezentarea materialelor termoplaste injectate[2]
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
24
dimensional, temperatura de utilizare este n general peste 150oC
Materialele termoplaste se mpart n dou categorii: materiale amorfe i materiale
semicristaline. Exist o grup special de materiale, elastomeri termoplastici, cu caracteristici
asemntoare cu a materialelor amorfe, materiale care cu toate c nu fac parte din grupa
termoplastelor sunt proprii prelucrrii prin injectare.
3.2. Materiale folosite la construcia elementelor componente ale unei matrie
Injectarea pieselor din materiale termoplastice n matri presupune folosirea mai multor
tipuri de material: oeluri, aliaje neferoase, materiale nemetalice. La serii de fabricaie mari, de la
aproximativ 5000 pn la cteva milioane de buci, se utilizeaz de obicei oelul.
3.2.1. Oeluri
Un oel pentru construcia matrielor de injectat trebuie s ndeplineasc din punct de
vedere al fabricaiei, urmtoarele condiii: prelucrabilitate bun, calitate bun a suprafeei,
tratamente termice simple, deformaii reduse, posibiliti de deformare la rece (n cazuri speciale).
Oelurile folosite la fabricarea matrielor pot fii mprite n urmtoarele grupe:
- oeluri de uz general
- oeluri de cementare
- oeluri pentru nitrurare
- oeluri pentru clire
- oeluri pentru mbuntire
- oeluri inoxidabile
3.2.1.1. Oeluri de uz general
Oelurile de uz general pentru construcii, sunt uor prelucrabile prin achiere, se sudeaz
bine, au rezistena si tenacitatea corespunztoare. Tablele din aceste oeluri se pot debita prin
tiere oxiacetilenica fr ca marginile tiate s se caleasc. Aceste oeluri pot fii utilizate n
condiii bune pentru confecionarea diferitelor plci ale matrielor care nu vin in contact cu
materialul plastic, cum ar fii placa de prindere, placa intermediar, plac distanier. Pentru a
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
25
asigura rezistena necesar la solicitarea prin compresiune de regul se utilizeaz marca de oel
OL60. Pentru matriele mai mici cu solicitri mai reduse, pot fii utilizate si mrcile OL42 i
OL50. Din aceste oeluri se mai pot confeciona i alte piese ca: uruburi de fixare, dopuri filetate,
prelungitoare,supori, etc.
3.2.1.2. Oeluri de cementare
Sunt oeluri cu coninut redus de carbon (0,07 0,18%). Prin carburarea suprafeei
exterioare, coninutul de carbon crete la 0,8 0,9% adncimea stratului carburat fiind cuprins
ntre 0,5 1,2 mm. Dup clire stratul exterior devine foarte dur (58 62 HRC) avnd rezistena
mare la uzur, pstrnd n acelai timp tenacitatea miezului. La utilizarea otelurilor de cementare
se ine seama de dou procedee de prelucrare: prelucrarea prin achiere i presarea la rece.
Oeluri pentru cementare folosite la prelucrarea prin achiere. Practic, pentru prelucrarea
prin achiere se pot utiliza toate oelurile de cementare. Datorit faptului c matriele de injectat
lucreaz n condiii grele de exploatare vor fii alese acele oeluri de cementare care pe lng o
suprafa dur i rezistena la uzur n urma clirii, asigur deformabilitate minim i o rezistena
corespunztoare a miezului chiar i pentru matrie de dimensiuni mari.
n aceast categorie se utilizeaz att oelurile carbon de calitate pentru cementare ct i
oelurile aliate pentru cementare. Pentru confecionarea coloanelor de ghidare, a bucelor de
ghidare, a coloanelor nclinate, etc. se recomand oelul carbon de calitate OLC15.
Pentru cuiburile matriei, poansoane i alte piese ale matriei supuse la solicitri mari se
recomand oeluri aliate pentru cementare.
Datorit solicitrilor locale mari la compresiune i ncovoiere la serii de piese injectate
este necesar ca piesele matriei s aib pe lng o duritate superficial ridicat pentru a rezista la
uzur i maximum de tenacitate n miez. Pentru aceasta se execut un tratament termic de
mbuntire, a structurii miezului, respectiv o dubl clire. Oelurile recomandate pentru acest
lucru sunt: 18MnCr10, 10CrNi15, 21MoCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30.
Toleranele mici indicate pentru reperele injectate impun n unele cazuri oeluri care n
urma tratamentului termic au o deformare minim, cum ar fii: 21TiMnCr12, 28TiMnCr12,
16CrNiW10. Aceste oeluri fiind cu granulaie fin pot fii supuse tratamentelor termice simple
dup cementare i sunt indicate pentru piese greu solicitate.
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
26
Oeluri pentru cementare care se prelucreaz prin deformare la rece. Aceste oeluri se
recomand atunci cnd se construiesc matrie cu mai multe cuiburi i cnd suprafeele cuiburilor
sunt greu de realizat prin achiere. Pentru realizarea cuiburilor prin presare la rece se folosete un
poanson din oel rezistent la presiuni avnd forma cuibului ce urmeaz a fii realizat.
Posibilitatea prelucrrii prin presare la rece a diferitelor oeluri va fii stabilit prin
rezistena obinut dup recoacerea de nmuiere i prin existen unei granulaii feritice fine.
Structura de recoacere trebuie s fie lipsit de perlit lamelar. Duritatea oelului trebuie s fie
sczut si s permit prelucrarea unor amprente adnci, fr recoacerea intermediar.
Ca regul se menioneaz c un oel poate fi bine prelucrat pe adncime cnd produsul
1,25 HB 300 kgf/mm2. Cu ct diferena ntre 1,25 HB i 200 kgf/mm2 este mai mare, cu att se
pot prelucra cuiburi mai mici a valorilor de mai sus cuiburile prelucrate prin presare la rece
trebuie sa fie mai mici. Pentru presare la rece sunt recomandate urmtoarele mrci de oeluri:
OLC10, OLC15, 15Co8. Oteluri OLC10 i OLC15 n stare normalizat au o duritate de 120
140 HB, pretndu-se uor presrii la rece pentru cuiburi mici, fr recoacere intermediar.
Dup cementare, clire i revenire, se obine un miez i o rezisten de 42 50 kgf/mm2,
o duritate n miez de 110 140 HB i n stratul cementat o duritate de minimum 58HRC. Din
analiza acestor date rezult ca aceste oeluri se pot utiliza pentru piese cementate prelucrate prin
deformare la rece, care nu necesit proprieti de mare rezistena la miez.
Se execut n general cuiburi n pastile montate n plci cu locauri multiple, plcile clite
prelund eforturile de compresiune la nchiderea matriei, iar cuiburile prelund efectul de uzur
i presiune materialului plastic.
Oelul aliat 15Co8 datorit duritii n stare recoapt se poate prelucra uor prin deformare
plastic la rece, avnd n acelai timp caracteristici mai bune n miez dect oelurile carbon. Dup
cementare clire i revenire se obine o duritate n miez de 300HB, iar n strat o duritate de 54
62 HRC.
3.2.1.3. Oeluri de nitrurare
Preteniile dimensionale i rezistena ridicat la uzur impuse matrielor de injectat sunt
satisfcute de folosirea n construcia cuiburilor a oelurilor de nitrurare. Rezistena la uzur a
acestor oeluri poate atinge 1050 HV. Pentru nitrurare se folosete oelul aliat 38MoCrAl9 i
38MoCr11 care n urma tratamentului de mbuntire primete o duritate n miez de 300 370
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
27
HB, iar dup nitrurare se obine o duritate n stratul superficial de 850 1050 HV.
Pentru matriele de injectare sunt suficiente adncimi de nitrurare de pn la 0,3mm.
Matriele nitrurate, datorit stratului dur i subire, sunt sensibile la tratamente inadecvate.
Unele materiale termoplastice (policarbonai) reacioneaz cu oelurile aliate cu aluminiu,
astfel c rezult o schimbare a culorii materialului, din acest motiv injectarea acestor materiale
nefiind recomandat. Duritatea optim i rezistena maxim la uzur se obine la oelurile
nitrurate n gaz, nu pe suprafaa piesei, ci cu cteva sutimi de milimetru n adncime, stratul
superficial este foarte sfrmicios. Acest strat se va ndeprta prin lustruire, dup ce n prealabil a
fost prevzut la prelucrarea prin achiere, pentru a se putea menine cotele precise solicitate de
matria respectiv.
3.2.1.4. Oeluri pentru clire
La injectarea unor piese care necesit inserii metalice n oelurile de cementare pot aprea
degradri din cauza suprasolicitrilor locale, ca urmare a introducerii greite a inserilor. n aceste
cazuri se folosesc oeluri pentru clire. De asemenea, n cazul matrielor de injectat cu cuiburi
plate se recomand tot oelurile pentru clire, n cazul cuiburilor cu configuraii complicate, se
folosete prelucrarea prin electroeroziune dup tratament termic. Solicitrile mari la care sunt
supuse aceste piese necesit obinerea unei structuri foarte fine care se realizeaz prin alegerea
unei temperaturi minime de clire i meninerea scurt la aceste temperaturi.
n construcia matrielor de injectat, ca oeluri pentru clire, se folosesc oelurile carbon de
scule: OSC6, OSC9, OSC10, OSC11, OSC12. Aceste oeluri au clibilitate mic. La diametre
(grosimi) mai mari de 5 mm duritatea scade brusc sub 60 HRC la 2 4 mm distan de suprafa.
Aceste oeluri nefiind recomandate pentru execuia sculelor cu grosimi mai mari de 20 25 mm,
vor fi folosite la piese ca: buce de ghidare, buce de conducere, buca central, arunctoare
tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme complicate executate din aceste oeluri
se clesc n dou medii (clire ntrerupta) sau li se aplic o clire n trepte (izoterm). Aceste
procedee reduc riscul deformrilor i al apariiei fisurilor.
De asemenea n construcia matrielor de injectat, ca oeluri pentru clire, se folosesc oeluri
aliate pentru scule cu adncime de clire mare: 200Cr120, 97MnCrW14. Aceste oeluri ofer
pieselor o suprafa foarte dur i n acelai timp o mare rezisten n miez. Se recomand pentru
matrie cu adncimea cuibului mare i cu o precizie ridicat, prezentnd deformaii foarte mici n
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
28
urma tratamentului termic. Oelul 200Cr120 este ledeburitic i are caracteristici i tratament
termic deosebit de al altor oeluri. La acest oel, pentru ca dimensiunile pieselor dup clire i
revenire s nu difere de cele iniiale (n stare recoapta) se recomand aplicarea unei cliri de la
1050 1060oC urmat de o revenire la 475 500oC. Dup o prim revenire la 475oC se msoar
dimensiunile i numai dac mai este necesar o cretere a acestora se repet revenirea,
descompunnd o nou porie de austenit rezidual.
3.2.1.5. Oeluri de mbuntire
O serie de motive ca: imposibilitatea eliminrii deformaiilor, lipsa utilajelor de rectificare a
profilelor complicate i de corectare a gurilor, necesitatea executrii cuiburilor direct n placa de
formare a matriei, au dus la necesitatea folosirii oelurilor de mbuntire. Dup degroarea prin
achiere, piesele se clesc i se revin nalt obinndu-se o duritate de 250 350 HB, alegerea
duritii fcndu-se dup posibilitatea de finisare. Atunci cnd toleranele pieselor fabricate o
permit se pot face dup clire reveniri joase, duritile obinute fiind mai ridicate, dup care
urmeaz doar operaia de lustruire. Avantajele utilizrii acestor materiale sunt: rapiditatea n
executarea matriei, eliminarea riscului apariiei deformrilor dup tratamentul termic,
posibilitatea executrii de remedieri la matria n cazul n care nu s-au obinut dimensiunile dorite
de la prima ncercare.
Oelurile de mbuntire recomandate pot fii oelurile carbon de calitate OLC45, OLC55,
OLC66. Oelurile carbon de calitate se utilizeaz n stare mbuntit pentru piese de matri:
plci de formare n care se monteaz cuiburi sau poansoane, plci arunctoare i portarunctoare,
plci tampon, etc.
Oelurile aliate pentru mbuntire pot fi: 41MoCr11, 50VCr11, etc. Oelurile 41MoCr11
se utilizeaz pentru piesele puternic solicitate cu seciune mare, de mbuntire. Prin clire i
revenire se obine 270 320 HB. Oelul 50VCr11 se recomand pentru seciuni medii sub 50
mm. Sunt supuse unor regimuri de funcionare, au rezisten la uzur i sunt elastice. Dup
mbuntire se obine 300 400 HB.
3.2.1.6. Oeluri inoxidabile sau anticorozive
n cazul prelucrrii materialelor plastice care pot ataca chimic matria, pentru evitarea
acestui neajuns, se pot folosi dou metode: cromarea dur a suprafeelor care vin n contact cu
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
29
materialul termoplastic sau executarea pieselor respective din oeluri inoxidabile.
Nu pentru toate configuraiile de piese se poate aplica cromarea. De asemenea exist
pericolul exfolierilor, mai ales la piesele subiri solicitate la ncovoiere. n acest caz se recomand
utilizarea oelului inoxidabil.
Stabilitatea la coroziune se realizeaz print-un coninut de crom de minimum 12%. Prin
adaos de molibden, vanadiu i cobalt se mbuntete nesemnificativ stabilitatea la coroziune.
Tenacitatea acestor oeluri trebuie n foarte multe cazuri mbuntit, n funcie de tipul matriei,
prin revenire. La temperaturi nalte de revenire se nrutete stabilitatea la coroziune.
3.2.2. Metale i aliaje neferoase
n cazul n care se impun unele condiii deosebite legate de coroziune i conductibilitate
termic se folosesc metale i aliaje neferoase.
3.2.2.1. Cuprul si aliajele sale
Alamele sunt aliaje Cu-Zn cu coninut de zinc de 30 45%. Au o bun conductibilitate
termic si de aceea se recomand pentru construcia de duze punctiforme, att la matriele de
injectat cu antecamer ct i la matriele cu canale nclzite. n unele cazuri se folosesc la
executarea unor pastile greu de realizat din oel i care nu pot fii rcite n bune condiii. Se
prelucreaz uor. Alama se folosete de asemenea, la confecionarea miezurilor pentru rcirea
intense a poansoanelor.
Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu staniul. Ele se caracterizeaz printr-o bun rezisten
la coroziune n aer i ap, o rezisten ridicat la uzur i durificare important prin deformare la
rece. Sunt folosite bronzurile de beriliu care prezint caracteristici mecanice ridicate, rezisten
mare la coroziune, sudabilitate bun i uoar prelucrabilitate prin achiere, elasticitate ridicat.
Bronzurile cu beriliu se folosesc la confecionarea torpedourilor duzelor deschise pentru matrie
cu canale nclzite i la confecionarea poansoanelor rcite special.
Cuprul este un metal cu slab prelucrabilitate prin achiere i de aceea, n stare pur, nu se
folosete dect sub forma de vergele, la temperaturi poansoanelor cu d 5 mm, folosind foarte
buna s proprietate de conductibilitate termica.
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
30
3.2.2.2. Aluminiul si aliajele sale
n construcia matrielor de injectat se folosesc aliaje ale aluminiului cu zinc, cupru,
magneziu i crom, elemente care mbuntesc considerabil calitile de rezisten la traciune i
duritate. Se folosesc aliaje de aluminiu la confecionarea cuiburilor pentru matrie de prob, la
execuia unor plci de aruncare expuse la accidente prin nchiderea bacurilor. Unele aliaje
speciale ale aluminiului cu rezistenta ridicata se pot folosi i la execuia unor matrie cu cuiburi
foarte complicate. Un aliaj recomandat pentru matrie de injectat este AlZnMgCu0,5
3.2.2.3. Aliaje antifriciune
Sunt aliaje cu rezisten bun la frecare. Rezistena la frecare depinde de un numr mare
de factori: presiune, ungere, vitez de rotaie, natura mediului de contact. Aliajele antifriciune au
un punct de topire relativ sczut (220 300oC) i ca atare pot fii uor turnate. Dou grupe de
aliaje antifriciune sunt mai rspndite: aliaje antifriciune pe baza de Sn (80 90%) i aliaje
antifriciune pe baza de Pb (75 80% Pb)
3.2.3. Materiale nemetalice
Se folosesc mai puin la confecionarea elementelor matrielor. Pentru realizare unor piese
de prob se pot confeciona cuiburi de mici dimensiuni din rini epoxidice cu oel (compozit).
Pentru confecionarea miezurilor de rcire ale poansoanelor, pentru racorduri de rcire diferite, se
pot folosi materiale plastice precum: poliamida, ABS.
3.3. Recomandri[1][2]
Tabelul 3.1: Oteluri recomandate pentru construcia elementelor matrielor[1][2]
Denumirea elementului matriei Marca oelului
Placa de prindere, placa intermediara, placa distanier OL60; OLC45
Placa portpoanson, suport pentru pastile, placa arunctoare,
placa portarunctoare, inele de centrare
OLC45; OLC55;
50VCr11; 41MoCr11.
Prile active n contact direct cu materialul plastic (placa de
formare, poanson, pastila, bac)
200Cr120; 90VMn18;
97MnCrW14; OLC15; OSC8;
OSC10
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
31
Prile active pentru injectarea materialelor plastice cu aciune
coroziv
20Cr130
40Cr130
Prile active care trebuie s aib deformare minim la
tratamente termice
30MoCrAl9
33MoCr11
Coloana de ghidare, coloana inclinat, cam crlig OLC15; 15Cr8; 18MnCr10
Duza, buca de ghidare, buca de conducere, buca central OSC8; OSC10
Tija de aruncare, tija filetat, placa tampon, tija tampon OLC45; OLC55; 50VCr11
tift de aruncare, extractor pentru culee, tift de centrare, tift
tampon, tift reaductor
97MnCrW14
Tabelul 3.2 Oeluri recomandate pentru matrie[1][2]
C45W3 Construcii generale de matrie. Nu se folosete la plcile de
formare
X210Cr12 Pentru placi de formare rezistente la uzur
X42Cr13 Pentru placi de formare rezistente la uzur i coroziune
21MnCr15 Pentru placi de formare la matriele de talie mic i mijlocie
115CrV3 Pentru arunctoare i pastile
29CrMoV9 Pentru matrie mari cu deformaii mici i rezistente la uzur
40CrMnMo7
47CrMo4
Pentru matrie mari, foarte bune la polizare, condiionat la
coroziune
40CrMnMoS8-6 Pentru matrie mari, foarte bune la polizare, condiionat la
coroziune, prelucrabilitate mai bun dect materialul 40CrMnMo7
X36CrMo17 Pentru plci de formare, rezistent la coroziune, recomandat pentru
PVC
X6CrMo4 Deformabil la rece, numai ntrit la coroziune
X38MoV5-1 Recomandat pentru plcile de formare a tehnopolimerilor,
prelucrabilitate bun
X40CrMoV5-1 Recomandat pentru plcile de formare a tehnopolimerilor
X40CrMoVS5-1 Recomandat pentru plcile de formare
-
Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012
32
X220CrVMo12-2 Pentru pastile rezistente la coroziune
X155CrVMo12-1 Pentru pastile, stabil la lefuiri, rezisten la presiune, foarte tenace
100MnCrW4 Pentru pastile, stabil la lefuiri
X165CrMoV12 Pentru pastile, ru conductoare de cldura.
54NiCrMo6 Pentru matrie de talie medie i mic
X3NiCoMoTi18-9-5 Oeluri special clite martensitice
54NiCrMoV6 Pentru matrie mari
55NiCrMoV5
56NiCrMoV7 Pentru matrie mari, duze, distribuitoare de canale nclzite
55NiCr10 Pentru piese care necesit tenacitate ridicat
14NiCr14 Pentru pastile cu gravuri fine
60NiCrMoV12-4 Pentru matrie de talie medie si mic
X19NiCrMo4 Pentru matrie medii si mari, distribuitoare de canale nclzite
X45NiCrMo4
X35CrMo17 Pentru materiale plastice cu agresivitate chimic: duroplaste sau
PVC
X5CrNiCuNb17-4-4 Pentru placue de presiune la distribuitoarele cu canale nclzite
34CrAlNi4 Pentru construcii generale de matrie.
Figura 3.2 Reprezentarea unei caviti de injectat[3]
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
33
Capitolul IV SELECIA MATERIALELOR PENTRU MATRIE
4.1. Consideraii generale
Procesul de selecia a materialelor se face n continuare pe un caz concret a unei prti
componente dintr-o matri de injecie. Ca referin se va considera un caz particular de cavitate
interioar utilizat de firma SIPA Engineering pentru injecie de material PET [4]. Selecia se
face n concordanta cu cerinele i solicitrile care apar n procesul de injecie i ea se focalizeaz
pe alegerea unui material care s mreasc productivitatea ntregului ansamblu prin mbuntirea
conductivitii termice a materialului cavitii.
Injectare materialului plastic are loc n 2 etape, iniial 95% din plasticul topit este forat la
viteze i presiuni mari n matri urmnd ca ceilali 5% din material s fie injectai la viteze i
presiuni mai mici pentru a compensa contracile care apar n urma rcirii. Presiunea trebuie
meninut n continuare pentru a nu aprea contracii la rcire.[5]
Timpul de rcire este cel mai important aspect al procesului de injecie deoarece el
influeneaz direct productivitatea matriei. Rcirea trebuie s fie rapid pentru a evita
cristalizarea materialului. Dac materialul este n stare cristalin acesta si pierde proprietile de
transparen. Pe de alt parte o rcire insuficient va face ca materialul s se deformeze la
manevrarea ulterioar a semifabricatului i chiar s se lipeasc de sistemul de prindere care
manevreaz produsul dup injecie. O rcire rapid va asigura starea amorfa i n acelai timp va
reduce timpul unui ciclu de injecie prin urmare va crete productivitatea.[5][6]
Materialul actual folosit pentru cavitate este un oel inoxidabil martensitic X40Cr14
Tabelul 4.1. Material: X40Cr14 [ AISI 420, DIN 1.2083, THYROPLAST 2083 ] [8][9]
Compoziie chimic
Element C Si Mn P S Cr Mo V Fe
Min [%] 0.36 - - - - 12.50 - - rest
Max [%] 0.42 1.00 1.00 0.030 0.030 14.50 - -
Proprieti fizice
Rezistena mecanic 1900 MPa Densitatea 7700 kg/m3
Limita la curgere 1200 MPa Modulul de elasticitate 210 GPa
Duritate 54 HRC Conductivitate termic 22 W/mK
Rezistena la oboseal foarte bun [4/5] Cldura specific 460 J/kgK
Achiabilitate foarte bun [4/5] Dilataia termic 20-200 10.510-6 mm
Capacitatea de lustruire foarte bun [4/5] Rezistena la coroziune foarte bun [4/5]
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
34
(denumit i 1.2083 sau THYROPLAST 2083, o denumire comercial a otelului 1.2083)[7].
Principalele avantaje ale materialului sunt rezistena mecanic foarte ridicat (1900 MPa i 1200
MPa limit la curgere) i duritatea mare (52 56 HRC) n urma tratamentelor termice[8][9].
Combinaia aceast de caracteristici mecanice ofer materialului o rezisten foarte mare la uzur
i la oboseal, iar duritatea mare ofer de asemenea i o capacitate ridicat de lustruire, cerin
necesar funcionalitii matriei de injecie, calitatea suprafeei semifabricatului injectat
depinznd direct de calitatea suprafeei cavitii n care s-a fcut injecia. Principalul dezavantaj a
acestui material este conductivitatea termic sczuta care crete mult timpul necesar unui ciclu de
injectare. n Tabelul 4.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale materialului[8][9].
Principala problem care apare n timpul rcirii este faptul c deii rcirea cu ap este
foarte eficient, i ea permite apei s rceasc cavitatea extrem de rapid, cavitatea nsi nu este
capabil s transfere cldura suficient de rapid. Cldura trebuie s treac de la plasticul topit, prin
pereii cavitii pan la canalele de rcire, prin urmare rezult c timpul de rcire depinde direct
de capacitatea materialului cavitii de a transmite cldura.
4.2. Analiza constructiv i funcional
Piesa considerat are o geometrie complex (Figura 4.1) datorit necesitii evacurii ct
Figura 4.1 Reprezentare 3D a cavitii de injecie n vedere izometric (stnga) i seciune izometric (dreapta)[Anexa 2]
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
35
mai rapide a cldurii dar i a cerinelor funcionale i de prindere a cavitii n placa de prindere.
Cavitatea este fixat n placa de prindere prin nite uruburi, n aceasta plac se afla i
canalele de rcire cu ap (Figura 4.2). Materialul plastic se injecteaz de jos din punctul de
injectare. n interiorul cavitii se afl miezul de rcire care are acelai rol cu cavitatea, de a rcii
materialul topit care este injectat, i de a da form semifabricatului. Miezul este gol pe interior
pentru a permite rcirea cu ap prin mijlocul miezului. n partea de sus se afl aa-numitele neck
ring care sunt compuse din 2 jumti, aceste neck ringuri dau forma gtului viitoarei sticle.
Figura 4.2 Construcia unei matrie de injectat preforme [Anexa7]
Cele dou jumti se asambleaz n timpul ciclului de injectare i sunt strnse cu ajutorul
unui profil conic, profil care exist i pe cavitate i pe neck ring. Astfel cele 2 jumti se strng
perfect i intr n cavitate n partea de sus, asigurnd nchiderea complet a formei care va fii
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
36
injectat. Deasupra de neck ring, pentru o mai bun strngere dar i pentru o rcire suplimentar,
se mai afl un inel de prindere care are de asemenea o form conic care face pereche cu cele
dou jumti ale neck ringului. Se poate observa ca att cavitatea ct i neck ringul i placa de
prindere au toate canale de rcire pentru a putea fi rcite cu ap (Figura 4.2).
Solicitrile care apar n timpul funcionrii sunt predominant de oboseala. Astfel cavitatea
este supus la presiuni ridicate alternante n timp (Figura 4.3.c). De asemenea exist solicitri de
uzur n partea superioar unde se nchid cele dou jumati neck ring (Figura 4.3.a).
Figura 4.3 Tipurile principale de solicitri care apar n timpul funcionrii[Anexa2]
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
37
Acestea intr n contact de fiecare dat cnd matri se nchide, prin urmare trebuie s reziste la
tensiuni superficiale mari. O alt cerin necesar este cea de rezisten la coroziune, att la
plastic topit ct i la ap. (Figura 4.3.b)
4.3. Definirea matricei de proprieti a materialelor
n urma analizei funcionale a piesei rezult principalele proprieti necesare:
Limita la curgere piesa trebuie s reziste la presiuni mari care apar n timpul procesului
de injecie, rezisten la uzur i la deformaie. Daca limita la curgere este mare, piesa va
suporta o tensiune mai mare nainte de a se deforma plastic. Rezistenta mecanic sau
rezistena la rupere este direct proporional cu limita la curgere de aceea se consider c
rezistena mecanic este inclus deja n aceast proprietate.
Duritate rezistena la solicitri de contact este important, apar uzuri i alte solicitri
superficiale. Duritatea crescut crete rezistena la uzur i la oboseal de asemenea
permite o lustruire mai bun a suprafeelor active, care necesit o lustruire ct mai bun.
Aceast proprietate depinde n primul rnd de material i de structura materialului nsa ea
poate fii mbuntit prin tratamente termice superficiale i acoperiri dure.
Rezistena la oboseal piesa este supus la oboseal datorit ciclurilor care au loc la
presiuni foarte mari de fiecare dat cnd matria se nchide i ncepe injectarea, prin
urmare exist o solicitare ciclic n timp. Cerinele funcionale ale matrielor implic un
numr foarte mare de cicluri n timpul funcionrii piesei, de aceea rezistena n timp la
solicitri de oboseal a cavitii este critic pentru funcionarea corect a ntregului
ansamblu al matriei de injecie.
Rezistena la coroziune materialul trebuie s prezinte o rezisten mare la coroziune n
plastic topit i n ap. Suprafaa interioar a cavitii este n contact direct cu plasticul
topit, iar suprafeele exterioare ale cavitii sunt rcite cu ap, prin urmare necesit o
rezisten ridicat la coroziune n ap. Dac suprafaa piesei ncepe s corodeze, ea si va
pierde caracteristicile superficiale de rezistena la uzur, oboseal i alte proprieti
precum calitatea suprafeelor lustruite.
Achiabilitate geometria complex a piesei presupune un grad mare de achiere prin
diverse tipuri de procese tehnologice, de asemenea se va folosii eroziunea electric. Prin
urmare este necesar ca materialul sa se poate achia uor i rapid, cu un grad sczut de
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
38
uzur la scula cu care se achiaz. Productivitatea depinde de timpul necesar fabricrii
piesei.
Conductivitatea termica reprezint abilitatea materialului de a transmite cldura rapid
de la materialul plastic topit pn la apa de rcire prin pereii cavitii. Dac
conductivitatea este mare, timpul necesar rcirii semifabricatului este mic iar
productivitatea matriei crete din cauza c timpul necesar unui ciclu de injectare scade,
timp care este un factor important al productivitii. O conductivitate ridicat va scdea de
asemenea i temperatura cavitii, aceasta conduce la creterea eficienei sistemului de
rcire.
Cldura specific aceast proprietate combinat cu o conductivitate ridicat poate
reduce i mai mult timpul necesar rcirii. O cldur specifica mare nseamn c materialul
poate absorbii mai mult energie termic nainte de a-i schimba temperatura, aceasta
combinat cu o transmitere rapid a cldurii va mbuntii i mai mult rcirea matriei.
Capacitatea de lustruire Suprafeele active ale cavitii trebuie s aib o calitate a
suprafeei foarte bun, nsemnnd s prezinte o lustruire oglind, pentru a realiza acest
lucru este necesar o lustruire extrem de fin. O astfel de suprafa va mbuntii de
asemenea rezistena la oboseal i uzur dar i la coroziune. Abilitatea de a lustruii ct
mai bine suprafaa depinde de duritate i de achiabilitate. Calitatea suprafeei afecteaz n
mod direct i calitatea piesei injectate.
Pentru a putea ncepe selecia propriu-zis trebuie mai nti sortate proprietile
considerate dup importanta lor, pentru a face acest lucru se consider un tabel de decizii care
compar fiecare proprietate n parte cu celelalte, dou cate dou. Se face apoi suma deciziilor
pozitive pentru fiecare proprietate n parte i se sorteaz proprietile dup importanta lor.
Fiecrei proprieti i-se asociaz apoi un factor de pondere care va fii utilizat ulterior n procesul
de selecie a materialului optim (Tabelul 4.2[4] si Tabelul4.3[4]).
Numrul total de decizii care se face este dat de formula:
n urma deciziilor luate rezult factorii de pondere pentru fiecare proprietate.
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
39
Conductivitatea termic este considerat ca fiind cea mai important, aceasta proprietate
este necesar pentru mrirea productivitii ntregului ansamblu din care face parte cavitatea
considerat. S-a dat fiecrei decizii valoarea 1 n tabel pentru aceasta proprietate.
A doua proprietate considerat este cldura specific care o considerm mai puin
important dect conductivitatea termic, asta din motiv c fr o conductivitate termic ridicat,
cldura specific ridicat nu este util. Cnd o comparm cu rezistena la oboseal aceast
proprietate este mai puin important deoarece rezistena la oboseal este o cerina extrem de
important pentru funcionarea corect n timp a cavitii.
Rezistena la coroziune a materialului este mai puin important dect conductivitatea
termic i cldura specific, pentru c s-a considerat aceste dou proprieti ca fiind mai
importante pentru productivitatea cavitii. Limita la curgere i duritatea sunt de asemenea mai
importante dect rezistena la coroziune. nsa cnd se compar aceast proprietate cu
achiabilitatea s-a considerat ca stabilitatea la coroziune este mai important deoarece este inutil
sa putem achia materialul uor, ca mai apoi el sa fie corodat din cauza unei rezistene sczute la
coroziune. Capacitatea de lustruire este mai important deoarece se tie c o suprafa curat i
lustruit va fii mult mai rezistent la coroziune. n comparaie cu rezistena la oboseal, s-a
considerat rezistena la coroziune, ca fiind mai important din motiv c o suprafaa care a fost
corodat, va pierde mult din rezistena la oboseal, prin urmare aceast proprietate este
dependent de rezistena la coroziune a materialului, este tiut faptul c fisurarea prin oboseal va
ncepe de cele mai multe ori chiar la suprafaa piesei unde poate aprea o fisur prin coroziune.
Urmtoarea proprietate luat n considerare este limita la curgere a materialului. Cnd este
comparat cu rezistena la coroziune, limita la curgere este mai important deoarece aceasta
proprietate ne d principala caracteristic de rezistena mecanic. n comparaia cu duritatea s-a
considerat c aceast proprietate s fie mai puin important deoarece duritatea determin
rezistena la presiuni de contact i la solicitri pe suprafaa piesei, care este n acest caz mai
important dect rezistenta la rupere prin solicitri de ntindere sau compresiune. Proprietatea de
rezisten este mai important dect achiabilitatea i abilitatea de lustruire deoarece, deii aceste
dou proprieti sunt importante, ele nu pot lafel de importante dect rezistena mecanic care
reprezint o caracteristic mecanic de baz.
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
40
Tabelul 4.2 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunztori[4]
Tabelul 4.3 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunztori[4]
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
41
Duritatea materialul este o alt cerin important care e luat n considerare, ea are patru
decizii pozitive n tabelul de decizii. Aceast proprietate este mai important dect rezistena la
coroziune, limita la curgere i abilitatea de lustruire deoarece o duritatea mare este necesar
pentru a crea o suprafa lustruit foarte fin.
Achiabilitatea i capacitatea de lustruire sunt proprieti care au fost luate n considerare
dar nu sunt lafel de importante ca celelalte proprieti de aceea ele au un factor de pondere mai
sczut dect proprietile importante.
Rezistena la oboseal este una dintre cele mai importante proprieti i este critic n rolul
funcional al cavitii, piesa este expus la cicluri de oboseal i prin urmare aceast proprietate a
fost considerat ca fiind foarte important n selecia materialului.
Exist i un numr de proprieti care au fost eliminate dar puteau fii luate n considerare.
Aceste proprieti au fost ignorate, deoarece nu au fost considerate ca fiind destul de importante
pentru a fii folosite n procesul de selecie a materialului optim.
Coeficientul de dilataie termic a fost iniial luat n considerare (Tabelul 4.2[4]), dar a fsot
eliminat ulterior, deoarece are un efect foarte sczut n acest caz concret. Dilataia materialului n
urma nclzirii este de ordinul 10-6 mm n intervalul de temperatur luat n considerare n procesul
de injecie. n plus selecia include n principal aliaje de cupru care au tendina de a se rci mult
mai rapid i prin urmare ele ajung la o temperatur mult mai mic cnd se nclzesc n urma
injeciei.
Rigiditatea materialului este o cerin important pentru o cavitatea de injecie, ns
aceast proprietate depinde n primul rnd de geometria piesei i nu neaprat de material, n plus
valoarea care se i-a de obicei n considerare pentru a definii rigiditatea, i anume modulul de
elasticitate, este o valoare care e aproape tot timpul constant cnd se compara materiale din
aceeai clas, prin urmare aceasta proprietate a fost eliminat i nu este luat n considerare.
Tenacitatea materialului, sau abilitatea de a rezista la ocuri, este o alt proprietate care nu
a fost luat n considerare din motiv c piesa considerat nu este expus aproape deloc la ocuri,
cavitatea este fixat n placa de prindere i singurul soc prezent n timpul funcionarii este n
momentul cnd se nchide matria, iar cele dou jumti care formeaz gtul (neck ring) intr n
contact cu partea superioar a cavitii, n plus acest lucru se ntmpl la viteze mici.
Densitatea materialului a fost de asemenea eliminat, valoarea proprietii este constant
pentru fiecare tip de material i are o importan sczuta n cazul piese considerate.
-
Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012
42