materiale-si-tehnologii-folosite-la-executarea-matritelor-de-injectat.pdf

8/16/2019 Materiale-si-tehnologii-folosite-la-executarea-matritelor-de-injectat.pdf

1/76

Universitatea “Politehnica” din TimişoaraFacultatea de Mecanică

Departamentul Ingineria Materialelor şi Fabricaţiei

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR: STUDENT:

prof.dr.ing. Budău Victor Alecsa Valerian

Timişoara, 2012


2/76

Universitat ea “Politehnica” din TimişoaraFacultatea de Mecanică

SPECIALIZAREA INGINERIA MATERIALELOR

PROIECT DE DIPLOMĂ

MATERIALE ȘI TEHNOLOGII FOLOSITE LA EXECUȚIA MATRIȚELOR DE INJECȚIE

COORDONATOR: STUDENT:

prof.dr.ing Budău Victor Alecsa Valerian

Timi şoara, 2012


3/76


4/76

UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN TIMIŞOAR AFACULTATEA DE MECANI CĂ DEPARTAMENTUL INGINERIA MATERIAL ELOR ŞI FABRICAŢIEI DOMENIUL: INGINERIA MATERIALELORSPECIALIZAREA: INGINERIA MATERIALELOR

Aprobat,ŞEFDEPARTAMENT

conf. dr. ing. Mircea NICOARĂ DATA: 19.03.2012

PLAN DE ACTIVITATE

pentru elaborarea proiectului de diplomă

Nume şi prenume absolvent :

Cadrul didactic conducător(conducători) :

Tema proiectului:

Data primirii temei:

Termenul de predare a proiectului:

Obiectivele proiectului:

Elemente iniţiale furnizate deconducător:

Structura proiectului ( structura standard; justificarea unei structuri speciale):

Cerin ţ ele pentru fundamentareateoretică (enumerarea problemelorcare vor fi rezolvate):

Cerin ţ ele pentru dezvoltarea temei(enumerarea problemelor care vor

fi rezolvate, inclusiv indicareadesenelor obligatorii):

Alte cerin ţ e (termene intermediare,bibliografie obligatorie, etc.):

Data:

Semnătura conducătorului/semnăturile conducătorilor proiectului de diplomă,


5/76

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 materialclasses 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.


6/76

Rezumatul lucrării Alecsa Valerian SIM 2012

Rezumatul lucrării

Lucrar ea de față intitulată „ Materiale si tehnologii folosite la matrițele de injecție ” se

bazează pe studiul teoretic privind matrițele de injecție, cu accent pe partea de materiale folositeși tehnologia de execuție a componentelor matriței. Ea este structurată pe cinci capitole ȋntr -o

ordine logică și clară, iar capitolele sunt ȋn ordinea necesară ȋntelegerii depline a temei prezentate

Capitolul I este un capitol de introducere care conține o scurtă prezentare a lucrării fără a

detalia ideile prezentate ȋn lucrare . Capitolul prezintă tema proiectului, structura proiectului

evidenţiind relaţia dintre capitole și pune accent pe importanța temei alese.

Capitolul II intitulat „ Tehnologia injectării ” introduce noțiuni de bază din domeni ul

injectării maselor plastice. El prezintă principiul injectării și detaliază fenomenele care apar ȋn

timpul procesului de injecție propriu -zis, fenomene legate atât de dificultățile care apar ȋn timpul

umplerii unei matrițe cât și legate de curgerea materialului prin matrițe. Capitolul se incheie cu o

scurtă prezentare a unei construcții generale de matrița de injectat cu toate elementele

componente, alături de explicații legate de funcționarea acesteia.

Capitolul III numit „ Materiale folosite la matrițele de injecție ” pune accent pe partea

de materiale folosite atât pentru parte de elemente constructive dar și pe parte de materiale

folosite la injecție. Prima parte a capitolului prezintă tipurile de materiale plastice care sunt cele

mai des folos ite pentru injecție, capitolul continuă cu o clasificare a claselor de materiale folosite pentru construcția tuturor elementelor componente din ansamblul matriței, această parte include

și un tabel de recomandări privind alegerea materialelor corecte.

Capitolul IV numit „ Selecția materialelor pentru matrițe ” reprezintă un caz concret de

selecție a materialului pentru o cavitate de injecție, element principal ȋntr -o matriță. Acest

capitolul cuprinde toate etapele unei selecții de material și anume: considerații generale privind

cazul studiat, analiza constructivă și funcțională, definirea matricei de proprietăți de material și

alegerea propriu- zisă a materialului.

Capitolul V intitulat „ Tehnologia de execuție a matrițelor de injectat ” este o

continuare a capitolului de selecția și pune accent pe partea de fabricație și mai ales pe partea de

procese tehnologice folosite precum: așchierea, electroeroziunea, etc.

Capitolul VI este un capitol final care trage concluzii cu privire la lucrarea scrisă.


7/76

Materiale si tehnologii folosite la matrițele de injecție Alecsa Valerian SIM 2012

3

CUPRINS

Capitolul Titlul PaginaCuprins 3

I. Introducere 4

II. Tehnologia Injectării 2.1 Principiul injectării 2.2 Condiții de formare 2.3 Umplerea matriței 2.4 Curgerea materialului ȋn matriță

2.4.1 Orientarea macromoleculelor ȋn matriță 2.4.2 Fronturi de curgere restricții și ezitări2.4.3 Linii de ȋntâlnire

2.5 Matrițe de injectat, considerații generale

5 – 22569

1113151720

III. Materiale folosite la construcția matrițelor de injectat 3.1 Materiale termoplastice folosite la injectare

3.2 Materiale folosite la construcția elementelor componente ale matrițelor 3.2.1 Oțeluri 3.2.1.1 Oțeluri de uz general 3.2.1.2 Oțeluri de cementare 3.2.1.3 Oțeluri de nitrurare 3.2.1.4 Oțeluri pentru călire 3.2.1.5 Oțeluri de ȋmbunătățire 3.2.1.6 Oțeluri inoxidabile

3.2.2 Metale și aliaje neferoase 3.2.2.1 Cuprul si aliajele sale3.2.2.2 Aluminiul si aliajele sale

3.2.2.3 Aliaje antifricțiune 3.2.3 Materiale nemetalice

3.3 Recomandări

23 – 3223

2424242526272828292930

303030

IV. Selecția materialelor pentru matrițe 4.1 Considerații generale 4.2 Analiza constructivă și funcțională 4.3 Definirea matricei de proprietăți a materialelor 4.4 Alegerea materialului

33 – 4633343743

V. Tehnologia de execuția a matrițelor 5.1 Principii de bază 5.2 Debitarea semifabricatelor

5.3 Ciclul tehnologic de elaborare si producere a semifabricatelor5.4 Prelucrări prin așchiere 5.5 Prelucrarea prin electroeroziune5.6 Modelarea cavității de injecție

47 – 614748

49515659

VI. Concluzii 62Bibliografie 63Anexe 64 - 72


8/76

Capitolul I - Introducere Alecsa Valerian SIM 2012

4

Capitolul I – INTRODUCERE

Lucrarea de față este o lucrare din domeniul injecției maselor plastice și anume mai precis „Materiale și tehnologii folosite la executarea matrițelor de injecție”. Având legătură

directă cu specializarea „Ingineria Materialelor” domeniul matrițelor de injectare este undomeniu actual de dezvoltare pe plan mondial. Procedeul de injecție este cel mai larg procedeuindustrial de obținere a articolelor din materiale plastice. Aplicațiile variază de la piese mari cumsunt cele folosite ȋn industria automobilelor, la obiecte mult mai mici ca de exemplu componenteelectromecanice.

Structurat ȋn mare pe cinci părți, proiectul pune accent ȋn primul rând pe materialelefolosite la fabricarea matrițelor de injecție, el este construit ȋn jurul selecției materialelor pentru o

cavitate de injecție, cavitate care reprezintă partea activă a unei matrițe și ȋn același timp unadintre părțile componente cele mai importante din ansamblul constructiv. La ora actuală tendința este de a folosii materiale din cadrul oțelurilor inoxidabile și

oțelurilor aliate de scule. Lucrarea de față prezintă o alternativă la varianta clasică, care este totmai des folosită și anume: bronzurile de beriliu. Avantajele folosirii acestor aliaje de cupru suntconductivitatea termică excelentă și rezistența la coroziune, ambele superioare oricărui oțelinoxidabil sau oțel de scule. Obiectivul oricărei firme industriale este de a mării cât mai mult

productivitatea proceselor tehnologice, aspect garantat de folosirea aliajelor de cupru, deoarece

la injecție, timpul necesar unui ciclu de injecție depinde direct de timpul necesar răciriimaterialului plastic topit ȋn cavitatea matriței. Aceasta răcire poate fii drastic ȋmbunătățită dacăse folosește un material cu o conductivitate superioară. Trebuie menționat de asemenea că bronzurile de beriliu au proprietăți de rezistență apropiate celor mai rezistente oțeluri folosite lafabricarea cavităților.

Capitolele sunt structurate astfel ȋncât sa prezinte ȋntâi bazele teoretice ale procesului deinjecție, fenomenele și probleme care pot apărea ȋn timpul procesului. Urmează apoi o prezentare

a materialelor folosite pentru elementele componente ale matriței. Ȋn capitolul al IV-lea se faceapoi selecția propriu- zisă a materialului cu toate etapele necesare unei selecții corecte. Ultimulcapitol prezintă procesele tehnologice folosite pentru fabricarea matrițelor.


9/76

Capitolul II – Tehnologia injectării Alecsa Valerian SIM 2012

5

Capitolul II – TEHNOLOGIA INJECTĂRII

2.1. Principiul injectării Procesul de injectare este un fenomen ciclic, fiecare ciclu fiind format din mai multe

operații. Realizarea unei piese injectate presupune următoarele operații: - alimentarea materialului (dozarea);- ȋncălzirea și topirea materialului ȋn cilindrul mașinii; - ȋnchiderea matriței; - introducerea materialului topit sub presiune ȋn matriță; - solidificarea și răcirea materialului din matriță; - deschiderea matriței;

- eliminarea piesei injectate din matriță;

Simplificat, realizarea prininjectare a unei piese poate fi urmărităȋn Figura 2.1. [1] Materia primă subformă de granule se introduce ȋn pâlniade alimentare 8, de unde cade ȋncilindrul de injectare 5. Materialul

plastic ajuns ȋn cilindrul de injectareeste transportat de către melcul 7, ȋntimpul mișcării de rotație, spre capulcilindrului, unde se găsește duza deinjectare 4. Mișcarea de rotație amelcului se realizează cu ajutorulsistemului de angrenare9. Ȋn timpultransportului granulele ajung ȋn stare detopitură ca urmare a frecărilor, precumși a ȋncălzirii cilindrului de cătrecorpurile de ȋncalzire 6. Materialul plastic topit este ȋmpins sub presiune ȋn matrița de injectat 2,de către melcul 7, ca urmare a presiunii exercitate de sistemul de acționare 10.

Fi gura 2 .1 Schema de principiu a injectă rii [1]a – injectarea materialului în matriţă; b – solidificareaşi răcirea

topiturii; c – deschidereamatriţei şi aruncarea reperului din matriţă

1 – platoul mobil; 2 – matriţă; 3 – platoul fix; 4 – duzamaşinii; 5 – cilindru; 6 – corpîncălzire; 7 – melc; 8 – pâlnie de alimentare; 9 – sistem de antrenare în mişcare de rotaţie; 10 – sistemde acţionare în

mişcare de translaţie; A – piesă injectată


10/76


6

După solidificarea și răcirea materialului ȋn matriță, platoul mobil 1 al mașinii de injectatse îndepărtează de platoul fix 3. Astfel matrița se deschide și ca urmare a acționării sistemului dearuncare al matriței, piesa injectată A este aruncată din matriță.

Injectarea materialelor plastice este un proces ciclic care cuprinde operații care nu sunt perfect delimitate. Astfel, plastifierea termică a polimerului ȋncepe ȋnaintea deschiderii matrițeiși evacuării produsului. Reprezentând grafic mișcarea melcului și a matriței ȋn cursul procesuluide injectare se obține diagramadin Figura 2.2 [1]

F igur a 2.2. Diagrama reprezentând deplasarea melcului și a matriței ȋn procesul de injectare [1] tu – timp de umplere matriță; tul – timp de presiune ulterioar ă; tr – timp de răcire td – timp de

demulare

Întregul procesde injectare poate fi cuprins ȋn următoarele trepte de procese:

- plastifierea;- umplerea matriței;- compactizarea;- răcirea și demularea.

2.2. Condiții de formarePrincipalii factori care determină procesul de formare a materialelor termoplastice:

- proprietăți chimice, fizice și de curgere ale materialului termoplastic ȋncondițiile specifice procesului de injectare;

- regimul temperaturilor;- regimul presiunilor;


11/76


7

- durata necesară formării

Procesele chimice, fizice șitermodinamice sunt determinate

pentru desfășurarea procesului deinjectare. Proprietățile polimeriloramorfi sau cristalini sunt diferite.Topirea materialului termoplastic seface prin transmiterea căldurii de la peretele cilindrului de material sau prin transformarea prin fricțiune a energiei mecanice ȋn energietermică. Cu cât temperaturamaterialului termoplastic este mairidicată cu atât acesta este mai fluid,matrița se umple mai ușor, iar timpiide injectare se reduc. Temperaturamatriței este hotărâtoare ȋn faza de răcire-solidificare a reperului. Măsurând temperaturile localeȋn mai multe puncte, din interiorul cilindrului de injectare și a matriței ȋn timpul unui ciclu, se

poate reda sub forma unui grafic, dinamica temperaturii materialului termoplastic de-a lungulcilindruluiși a matriței Figura 2.3 [1]

Materialul plastic cealimentează maşina de in jectat la timpul t0 în punctul de coordonată l1, are temperatura T1. În interiorul mașinii, la timpul t1, are loc încălzirea la temperatura Tc și plastifierea. Topitura, pe parcursul stadiului de umplere, curge în cilindrul și duza mașinii,coordonatele (l3 – l4) și se încălzește ca urmare a transformării energiei mecanice în căldură până la temperatura Ts. Temperaturași vâscozitatea topiturii în timpul umplerii matriței, timpul t1-t3

se modifică puțin numai în interiorulmatriței (l4 - l10) pe când în mașina de injectat temperaturarămâne constantă (l1 – l4). În stadiile de răcire, după umplerea matriței, timpii t3 – t11,temperatura materialului din matriță scade mult.Descreșterea temperaturii are loc și în canalelede curgere (l3 – l5) iar la un timp de răcire foarte mare, timp t11, poate avea loc chiar și încilindrul mașinii.

F igura 2.3 Temperatur il e locale ale polimeril or peparcursul injectării [1]

1 – cilindru; 2 – duză; 3 – matriţă; Tc – Temperatură de curgere; Ts – Temperatură de solidificare.


12/76


8

În timpul procesului de injectarese dezvoltă o serie de forțe careexercită presiuni importante asupramaterialului termoplastic. Procesul poate fi urmărit în Figura 2.4 [1] Presiunea exercitată de melc transportămaterialul plastic topit din cameracilindrului mașinii, prin duza șicanalele matriței, până în matriță pentru umplerea cavității acesteia. Presiunea din matriță atingevalori maxime la sfârșitul cursei melcului și depinde de forța exercitată de melcul-piston,vâscozitatea polimerului și rezistența hidraulică a traseului.

Se definesc următoarele noțiuni:

presiunea exterioară pe care reprezintă presiunea exercitată asupra materialului plastic în cilindrul mașinii de injectat

presiunea interioară pi care reprezintă presiunea din cavitatea matriței.Presiunea interioară este mai micădecâtcea exterioară datorită pierderilor de presiune care aparla trecerea materialului prin duza mașinii, duza matriței, rețeaua de injectare, pereții pieseiinjectate

presiunea ulterioară pul care reprezintă presiunea exercitată de melc asupra

materialului din cavitatea matriței. Această presiune compensează contracția rezultată în urmarăcirii materialului.

presiunea de sigilare ps definită ca presiunea exercitată asupra materialului plastic în cavitatea matriței în momentul solidificării culeei (corespunzător punctului de sigilare)

presiunea interioarăremanentă pr , care reprezintă presiunea din piesa injectată în momentul începeriideschiderii matriței. După sigilare materialulse contractă datorită răcirii și în consecință presiuneascade, fără însă a atinge o valoareegală cu zero.

Reprezentarea grafică a dependențeidintre presiunea din matriță și timpul deinjectare, definește curba caracteristică aciclului de injectare Figura 2.5 [1]. Ciclul de

Figura 2.4 Schema simpl if ica tă a injectării pentrupunerea î n evidenţă a presiunilor [1]

1 – matriţă;2 – cilindru; 3 – melc; 4 – cilindru hidraulic; pi – presiune interioară; pe – presiune exterioară; ph – presiune

hidraulică

Figur a 2.5 Ciclul de in jectare [1] pi – presiunea interioară; ps – presiunea de sigilare; pi max – presiunea interioară maximă; pr – presiunea remanentă


13/76


9

injectare sedesfășoară după cele patru stadii distinctive. Umplerea matriței are loc de la t0 la t2. În prima parte (0 – 1) presiunea rămâne constantă, iar apoi în momentul umplerii cr ește brusc lavaloarea pi (porțiunea de curbă 0 – 2).

În stadiul decompactizare, polimerul se răcește și volumul scade. Se aplică presiuneaulterioară care determină introducerea unor noi cantități de topitură. Se ajunge până la o valoaremaximă a presiunii interioare pimax, după care presiunea va scădea până la valoarea presiunii desigilare p2 (2 – 4).

Răcirea se caracterizează printr-o scădere mai lentă a presiunii ca urmare a solidificării (4-5). La sfârșitul stadiului, matrița se deschide și piesa esteevacuată din matriță. Presiunearemanentă din punctul 5 trebuie sa fie mai mare decât presiunea mediului, pentru a asiguradimensiunile piesei.

Durata de formare depinde de caracteristicile polimerului, de dimensiunile obiectuluiinjectat și de sistemul derăcire almatriței. Durata de formare determină productivitatea mașinii șicalitatea pieselor injectate. Un element important în determinarea duratei de formare îl constituieraportul dintr e greutatea piesei injectate și capacitatea de plastifiere a agregatului.

2.3. Umplerea matriței În urma multiplelor cercetări ef ectuate asupra curgerii topiturilor termoplaste dinmatriță,

se poate face astăzi o imagine destul de clară asupr a procesului de umplere a matriței, aceastăumplere are loc în conformitate cu Figura 2.6 [1], materialul plastic pătrunde în cavitatea matriței prin orificiul de intrare x și curgerea serealizează conform figurii, zona avansatăavând frontul de curgere în formă de parabolă. Părțile exterioare ale materialuluitermoplastic topit încontact cu pereții reci aimatriței, se solidifică formându-se astfel înmatriță un strat marginal termoizolant.Pentru materialul aflat sub presiune, canalulde curgere nu maieste format din conturul matriței, ci de stratul marginal întărit. Stratulmarginal,ca efect al temperaturii pereții matriței, are viteza de forfecare mai mică decât stratulinterior, care are vitezade forfecare mai mare. Astfel, între interior și exterior apar viteze de

Figura 2.6 Umplerea cavităţii matriţei [1] x – intrare material plastic topit; a – strat marginal

solidificat; b – profilul vitezelor; c – front de curgere.


14/76


10

deformare diferite, care determină un front de curgere conform Figurii 2.6 [1] numit si efect“Fountain”.

Stratul marginal din matriță este cu atât mai gros, în punctul de observație cu cât raportulde căldură al to piturii este mai mic, respectiv căldura care ia naștere prin forfecare este maimică. Deoarece topitura pierde pe parcursul de curgere o parte din căldură, pentru punctele maiîndepărtate de culeea de injectare, r aportul de căldură în unitatea de timp este mai mic şi stratulmarginal mai gros decât în apropierea de injectare. Hotărâtor pentru solidificarea materialului plastic topit nu este drumul parcurs, ci timpul,astfel la o creștere a grosimii stratului marginal, ladepărtar e de culee, apare curgerea lentă. La piesele injectate cu pereți foarte subțiri apare ocreștere importantă a rezistenței de umplere amatriței în cazul unor viteze reduse de umplere.

Piesele injectate se caracterizează, datorită problemelor de umplere a matriței, după

raportul drum de curgere și grosimea de perete. Cu cât umplerea matriței are loc într -un timpmai scurt, cu atât mai mare poate fi raportul dintre drumul de curgere și grosimea de perete.Pentru ca materialul termoplastic să poată curge prin canalele reduse ale rețelei și pentru oumplere mai rapidă a cuibului, se impune creșter ea presiunii de injectare. Odată cu mărirea presiunii vâscozitatea crește, ceea ce determină scăderea vitezei de deformare. Curgereamaterialului se face laminar, chiarşi la creșterea presiunii, datorită creșterii vâscozității careîmpiedică curgerea turbulentă.

Unei creșteri a vitezei de umplere i se impune însă, în afară necesarului creșterii de presiune următoarele trei efecte:

- încălziri prin forfecare în duză, care pot duce la degradări ale materialului plastic - nașterea unei orientări macromoleculare în piesa injectată, care poate provoca

anizotropii cu efecte asu pra caracteristicilor mecanice și optice. - greutăți în eliminarea aerului din cuib, ceea ce poate duce la fenomene de ardere pe

suprafața piesei injectate Pentru realizarea umplerii matriței în bune condiții, mașinii de injectat i se impun mai

multe condiții: - necesitatea folosirii întregii capacitații hidraulice si de reglare - datorită caracterului expres și nestaționar al procesului de curgere, viteza de avans al

melcului crește la începutulumplerii de la zero la o viteză finală și trebuie sa scadă din


15/76


11

nou sub formă de salt la zero în clipa în care frontul de curgere a ajuns la capătuldrumului de curgere.

- presiunile ridicate ale topiturii din capul melcului, necesare procesului de curgere, nuau voie sa se manifeste ca presiuni statice, interne, după terminarea umplerii matriței ,deoarece s-ar provoca osupraîncălzire sau o suprainjectare a reperului.

- la scăderea vitezei de injectare scade și eficiența de transport a melcului ca urmare acreșterii pierderilor (circuit invers de topitură în canal, pierderi peste flancul spirei,etc.)

Astfel, pentru unreper dat, pentru fiecare viteză de injectare se impune un reglaj al curseide dozare a melcului.

Umplerea matriței determină hotărâtor proprietățile reperului astfel:

- influențează starea de orientare macromoleculară - influențează temperatura topiturii, mai ales în zonele îndepărtate de locul de injectare - indirect are influență asupra compactizării și asupra proprietăților reperului, deoarece

efectul de compactare este cu atât mai puternic cu cât este mai scurt timpul de umplereal matriței

2.4. Curgerea materialului in matriță

Calitatea pieseiinjectate ca factor principal decaracterizare a procesului deinjectare este direct dependentde fenomenul de umplere alcavității matriței. Problemele de umplere ale cuibuluimatriței depinde în cea maimare măsură de capacitatea de curgerea materialului plastic. Această însușire este determinatăde testul spirală (spirala Griffits).

Într-o matriță de injectat care are cavitatea în formă de spirală, de secțiune semicirculară,se injectează material plastic în centrul spiralei. Celălalt capăt al spiralei comunică cu atmosfera.În condițiile date, topitura curge din duzamașinii de injectare în centrul spirei și apoi prin

Figur a 2.7 Lungimi de spirale Gri ff its pentru un poli stir en [1]


16/76


12

canalul spiral, pe o anumită lungime, până la încetarea curgerii ca urmare a răcirii progresive.Lungimea drumului de curgereeste dependent de grosimea pereților, temperatura materialuluitopit ce se in jectează, temperatura peretelui matriței, presiunea de injectare, viteza de avans amelcului. Influența temperaturii materialului plastic topit asupra lungimii de curgere poate fiobservată în Figura 2.7 [1]

La materialele termoplastice amorfe are loc,în condiții de prelucrare date, o creștere alungimii drumului de curgere o dată cu creșterea grosimii spiralei Figura 2.8 [1]

Figur a 2.8 Lungimea drumului de curgere î n matriţa cu spirala Griffits pentru polistiren deuz general (stânga) şi polistiren rezistent la şoc (dreapta) [1]

Același lucru este valabil și pentru materialeletermoplastice semicristaline. Pentru unele materialetermoplastice speciale se constată însă o creștere alungimii de curgere în formă de spirală odată cucreșterea grosimii Figura 2.9 [1]

Lungimile căilor de curgere în funcție decondițiile de prelucrare și de grosimea pereților ce se

obțin prin testul spiralei, sunt valori orientative pentru proiectantul și executantul de matrițe care nu pot găsiirăspuns la întrebările referitoare la:

- grosimea minimă de perete pentru un drum de curgere dat - cuibul matriței poate fi umplut printr-un singur punct de injectare sau prin mai multe - dacă presiunea de injectare a matriței este suficientă pentru umplerea cuibului.

F igur a 2.9 L ungimea drumului decurgere in matriţă cu spirală pentru

un poliacetat (Ul traform) [1]


17/76


13

Grosimea pereţilor piesei injectate nu poatefii oricâtde mică, ea depinzând de capacitatea decurgere a materialului şi de lungimea pe careaceasta o parcurge. De aceea este important să secunoască grosimea de perete necesară pentru un parcurs de curgere determinat, pentru a evita astfeldificultățile ce potapărea la f abricație. Lungimeade parcurs a materialului este înfuncție detemperatura materialului, de viteza de injectare, desinuozitatea drumului parcurs înmatrița şi de presiunea de injectare.Producătorii de materiale

termoplastice oferă diagrame pentru calcululgrosimii de pereți ( Figura 2.10 [1]). În procesul decurgere a materialului plastic în cavitateamatriței apar o serie de fenomene şi factori de influenţă asupra calităților , respectiv defectelor pieselorinjectate:

- orientarea materialului în timpul curgerii;

- loculinjectării şi numărul locurilor de injectare; - fronturi de curgere,restricții şi ezitări; - linii de întâlnire; - stareasuprafeței cavității.

2.4.1. Orientarea macromoleculelor materialului plastic

În timpul procesului de umplere a cuiburilormatriței,lanțurile macromoleculare ale polimerului seorientează pedirecția curgerii, iar fenomenele de relaxare ce se manifestă

apoi au mare importanţă asupra calităţii piesei injectate Figura 2.11 [1]. Orientarea macromoleculelor serealizează de la loculinjectării către sfârșitul curgerii îndirecție radială ( Figura 2.11.a [1]). În masa de material injectat apar tensiuni internediferitedupă relaxare, între punctul de injectare si punctele cele maiîndepărtate de punctul de

Figur a 2.10 Diagrama drum curgere – grosime de perete pentru difer ite

materi ale termoplaste. [1] 1 – PC-ABS (Baylend); 2 – CAB (Cellidor); 3 –

PA6 (Durethan); 4 – PBTP (Pocan); 5 – ABS(Novodur); 6 – PC (Macrolon)

Figur a 2.11 Orientareamacromoleculelor în timpul

procesului de curgere [1]:a – orientarea macromoleculelor în

timpul curgerii; b – deformarea pieseiinjectatedupă relaxare


18/76


14

injectare. Ca urmare a acestor tensiuni apar fenomene de deformare în piesa injectată ( Figura2.11.b [1]).

Proprietățile fizico-mecanice ale unei piese injectatesunt determinate în cea mai mare parte de orientareamacromoleculelor materialului termoplastic în timpulinjectării. În Figura 2.12 [1] este prezentată o piesă injectatădreptunghiulară realizată prin injectare peliculară laterală.Dacă se prelevează două probe diferite din aceeaşi zone şi sesupun la încercareala impact Izod, se observă că o probărezistă mai mult decâtcealaltă (proba A estemai rezistentă)

În cazul injectării unei piese dreptunghiulare

contracția pe direcţia curgerii x1, direcția de orientare amacromoleculelor, este mai mică decât contracția x2 perpendiculară pe direcția de curgere ( Figura 2.13 [1])

Cunoscândtendințele de orientare macromoleculară şisensul liniilor de curgere, proiectantul dematrițe proiectează forme optimizate de curgere ( Figura 2.14 [1]). Realizareaunor piese cefavorizează curgerea elimină din start zone de stagnare siturbulenţă a curgerii.

Figur a 2.13 Contracția piesei i njectate în funcție de or ientarea macromolecular ă [1]

A – dimensiunile piesei în timpul injectării;B – dimensiunile pieseidupă relaxare;

x1 – contracția pieseidupă direcția de curgerex2 – contracția piesei pedirecția perpendiculară curgerii

Figur a 2.14 Proiectarea for mei piesei în funcție de cur gere [1]

a – geometrienecorespunzătoare pentru curgere; b – geometrie favorabilă curgerii;

R 1,R 2 – raze de curbură; A1 – zona moartă; A2 - zonamoartă diminuată constructiv.

Figur a 2.12 Orientareamacromoleculelor determinărezistenţe mecanice diferite î n

piesa injectată [1] a – piesa injectată; b – proba A supusăla rezistenţă de impact Izod; c – probaB supusă la rezistenţă de impact Izod;

F – forţa de impact a pendulului.


19/76


15

2.4.2. Fronturi de curgere. Restricții si ezitări Ideal la umplereacavitații matriței de injectat, ar fii ca prin intermediul punctului de

injectare să se realizeze o umplere simultană a celor maiîndepărtate zone alecavității matriței.Practic acest lucru este greu de realizat.

De exemplu, în Figura 2.15 [1] este prezentată umplerea unei cavități dreptunghiulare printr-unsingur punct de injectare plasat central. Astfelmaterialul termoplastic se distribuie sub formă defronturi de curgere circulare spre pereții laterali aicavității matriței. Cel mai înaintat front de curgere arede străbătut până la cei patru pereți distanţele x1 si y1

( Figura 2.15.a [1]). După un timp de curgere, frontulcel mai înaintat atinge pereții A si B ai matriței, pereții C si D fiind însala distanţa y2 ( Figura2.15.b [1]). Umplerea completă a cuibului se faceconform Figurii 2.15.c [1] fronturile de curgere fiindorientatedupă direcțiile prezentate in figura.

Situația umplerii poate fii îmbunătăţită pentru

același spațiu de injectare schimbând punctul deinjectare în două puncte sau trei puncte. În Figura2.16.a [1] umplerea cavității se realizează prin două puncte astfel încâtdupă ce fronturile avansate ajung la pereții A si B până la pereții C şi D şi până la linia deîntâlnire mai rămâne distanţa x. În Figura 2.16.b [1] fronturile de curgere ating pereții A şi B simultan cu pereții C şi D realizândşi liniile de întâlnire.

Există mai multe teorii privind umplereamatrițelor , una din teorii presupune propagarea umpleriisub formă de undă,astfel încât fiecare punct al “vechii” unde (front de curgere) poate fiiconsiderat punct de start al unor unde elementare circulare. Aceste unde elementare în totalitate

Figur a 2.15 Umplerea unui cuib dematriță dreptunghiular printr -un

punct de in jectare [1] a,b,c – stadii de umplere; x1,y1,y2 – distanţe

până la pereții laterali aimatriței; A,B,C,D – pereții matriței.

Figur a 2.16 Umplerea unui cuibdreptunghiular pr in 2 sau 3 puncte

de in jectare [1] a,b – variante de umplere; x – distanţa până

la perete şi până la întâlnirea fronturilor;A,B,C,D – pereții matriței; X – linie de

întâlnire.


20/76


16

determina noul front de curgere ( Figura2.17 [1]). Distanţa dintre cele fronturi, frontulvechi si frontul nou este egală cu raza R decreștere a fiecărei unde elementare.

La umplerea cuibului se pot ivi şicazuri în care apar obstacole (poansoane) dediferite forme şi dimensiuni. În acest cazobstacolul determină o “umbra”, umbră caremodifică sistemul de umplere din spatele obstacolului

Figura 2.18 [1]. Pentru astfel de cazuri imagineaumplerii are loc conform Figurii 2.19 [1]. Punctul P din

zona obstacolului, unde vectorul de umplere estetangent la obstacol, devine punct al vechiului front, deunde se creează noi unde pentru fronturile noi dinzona umbrită. Un beneficiu special al metodei derealizare al imaginii umplerii este realizat la umplereaunor cavităţi cu grosimi diferite pe zone.

Pentru un anumitinterval de timp Δt se respectă

relația: unde Δl este rata de avans a fiecărui front, heste înălţimea cavităţii matriţei.

Această relație exprimă că raportul între rata decreștere a frontului de curgere Δl şi înălţimea h amatriței în

diferite regiuni esteaceeaşi în același intervalde timp Δt. Imaginea

umplerii pentru 2 cavităţidiferite injectate dincentru este prezentată în

Figura 2.20 [1]

Figura 2.17 M etodologia de creștere afr onturil or de curgere [1]

a – injectare punctiformă centrală; b – injectare pelicularălaterală; FV – front vechi; FN – front nou; UE – unde

elementare; R – raza undelor elementare.

Figur a 2.18 Umplerea unor cav ităţ icu obstacole [1]

a,c – injectare peliculară laterală; b – injectare punctiformă; I – punct de injectare.

Figur a 2.19 Imaginea umpleriila o matriță cu dif eri te forme

geometr ice de obstacole [1]

a – injectare peliculară laterală; b – injectare punctiformă; P,P1,P2 – puncte

de creștere a undelor.Figur a 2.20 I maginea umpleriila umplerea a două cavităţ i [1] a – înălţime constantă; b – înălţime

diferită; I – punct de injectare.


21/76


17

Foarte multe piese injectate sunt realizate cu pereți de grosimi diferite. Acest lucru ar trebui evitat, dar nuîntotdeauna este posibil.Pereții cu grosimi diferite conducla dificultăţi suplimentare la umplereamatrițelor . Acestlucru este demonstrat în Figura 2.21 [1]. Piesa are o zonă centrală de grosime mică, înconjurată de o ramă in formă de “U” de grosime mai mare.

Injectarea laterală în ramă determină o curgere mai rapidă prin ramă şi o curgere maiînceată în zona centrală. În zona centrală se manifestă tendința de solidificare a fronturiloravansate de curgere. Curgerea maiînceată în zona centrală dă imaginea unei “ezitări” afrontuluide curgere.

Când se injectează, printr-un dig, într-ocavitate de grosime mare poate să apară fenomenul de “jet liber”. La producereafenomenului de jet liber materialul plastic curgeîn spaţiul de grosime mare fără a forma frontulde curgere fountain.Aderenţa jetului la perete estemică, acesta se răceşte rapid fără să se mai producă

sudura cu straturile de material învecinate Figura2.22 [1]. Proprietățile mecanice si chimice ale pieseiinjectate rezultate vor avea de suferit.

Fenomenul de jet liber nu trebuieminimalizat. Se poateacționa asupra formei şidimensiunii digului sau prinobstrucții în drumulfrontului de curgere Figura 2.23 [1]

2.4.3. Linii de întâlnire

Liniile de întâlnire sau planurile de întâlnire seformează în timpul procesului de umplerecând materialul plastic topit curge dindirecții diferite şi se recombină în piesa injectată

Figura2.24 [1]. Fenomenul de jet liber conduce de asemenea, la formarea de linii de întâlnire.Liniile de întâlnire suntasemănătoare unor mici crăpături, mai mult sau mai puţin

vizibile, inacceptabile din considerente estetice pentru mai multeaplicații. Mai important este

Figur a 2.21 Umplerea uneimatrițe cu punerea în evidenţă a

fenomenului de „ezitare” [1]

Figura 2.22 Producerea unui „jet liber” [1]

Figura 2.23 Metode constructive deeliminar e a fenomenului de „jet liber” [1] a,b – soluții constructive; 1 – miez obstacol; R –

raza de racordare a digului cu cuibul.


22/76


18

însa că local scade rezistenţa mecanică a pieseiinjectate. De aceea proiectantul trebuie să acordeatenție deosebită următorilor factori: selecției materialului, proiectării piesei, proiectării matriței şiconditilor de injectare.

Zona slabă a liniei de injectare esteatribuită mai multor factori:- incompleta difuzie a macromoleculelor celor

două fronturi; - nefavorabila orientare şi solidificare alanțurilor

macromoleculelor sau a fibrelor;

- existenţa unor crestături în forma de “V” însuprafața de întâlnire;

- prezenţa substanțelor străine la interfața deîntâlnire.

Se poate studia osecțiune printr-o piesă injectatăunde se manifestă fenomenul de linie de întâlnire(suprafață de întâlnire) Figura 2.25 [1]. Se observă că în

interiorul piesei există o zonă centrală A cu o legătură puternică între cele două straturi care s-au întâlnit. Înaceastă zonă lanțurile macromoleculelor au difuzat întrecele două fronturi.Spre exterior există două zone B culegătura slabă unde există suprafețele de întâlnire a celordouă fronturi unde nu s-a produs difuzarealanțurilor macromoleculare. Lasuprafața exterioară a piesei, în

zona de întâlnireC se observă crăpături în forma de “V”.Apariția linilor de întâlnireeste cauzată de folosirea mai multor puncte de injectare la o

piesă Figura 2.26 [1]. Liniile de întâlnire potapărea și ȋn cazul ȋn care sefolosește un punct deinjectare, dar fronturile de curgereînconjoară un miez sau un miez se așează ȋn calea frontuluide curgere Figura 2.27 [1]

Figur a 2.24 Modali tatea de întâlni rea două f rontur i de curgere [1]

a – nu se produce difuziunea fronturilor; b – fronturilerealizează o difuziune parțială; c – completa difuziune a fronturilor; x – linie de

întâlnire.

Figur a 2.25 Secțiune pentru punerea ȋn evidență a zonei

suprafeței de întâlnire [1] A – zonă centrală cu legătura; B – zonă culegătura slabă; C – zonă de întâlnireȋn „V”


23/76


19

Liniile de întâlnirese pot crea și ȋn cazulunor bosaje indiferentcă există un punct deinjectare sau mai multe puncte de injectare Figura2.28 [1]

Plasarea unui miez sau mai multor miezuricare formează găuri ȋntr-o piesă injectată necesită o atenție deosebită pentru proiectantul de piesă șimatriță ( Figura 2.29 [1]). Ȋn cazul unui singur miez

se formează o singură linie de întâlnire Figura 2.29.a [1],dar pentru mai multe miezuri seformează mai multe liniide întâlnireȋntre miezuri Figura 2.29.b [1]. Ȋn zona linieide întâlnirerezistența mecanică a piesei este redusă și deaceea se acordă atenție distanței dintre miezuri, mărimiiși numărului acestora. Rezistențele mecanice pe zone pentru cele două cazuri se poturmări ȋn Fig. 2.29 [1]

Exista mai multe posibilități de a influența linia deîntâlnire, linie care determină o rezistență mecanică

zonală mult redusă (dimensiunea digului,numărul digurilor, tipul digului, temperatura materialului plastic,temperatura matriței). Folosirea calculatoruluioferă posibilități noi de concepție a matriței astfel ȋncâtefectele negative a linilor de întâlnire sa fie diminuate.

Se oferă însa și alte soluții constructive pentrueliminarea linilor de sudură ( Figura 2.30 [1]) Astfel, la

injectarea laterală printr-un punct al piesei injectate aparelinia de întâlnire ca urmare a fronturilor careînconjoară miezul central Figura 2.30.a [1]. Pentru aceasta seconstruiește un adaos A unde fronturile se întâlnesc,astfel ȋncât linia de întâlnirese elimină din piesă

Figur a 2.26 Apariția li ni lor de întâln ir e [1] a – injectare prin 2 puncte; b – injectare prin 4

puncte.

Figura 2.27 L in ii de întâln ir e in jurul miezur ilor [1]

a – miez central; b – miez in calea frontuluide curgere.

Figura 2.28 L in ii de întâln ir e in jurul bosajelor [1]

a – două fronturi principale de curgere; b – un front principal de curgere și un front

secundar de curgere.

Figu ra 2.29 Rezistența mecanică ȋ nzona l in ii lor de întâln ir e [1]

a – un singur miez; b – mai multe miezuri; σ – efort unitar detracțiune, zonal


24/76


20

Figura 2.30.b [1]. La zona de întâlnire a maimultor fronturi potapărea zone închise unde aeruleste comprimat, ceea ce determină zoneneumplute Figura 2.31 [1]. Ȋn acest caz seapelează la sisteme deventilație.

Starea suprafeței cuibului și miezului

matriței influențează fenomenul de curgere a materialului plastic.Prezenta unor rugozități pronunțate r ezultate din prelucrare perturbăcurgerea, dar ȋn același timpinfluențează procesul de scoatere a pieseiinjectate dinmatriță. Suprafețele canalelor de curgere, a digului,

precum și suprafetele poansonului și cuibului se lustruiesc ȋn direcția curgerii pentru a facilita curgerea.

2.5. Matrițe de injectat considerații generale

Figur a 2.32 Tipur il e principale de matrițe de in jectat [1] a – injectare perpendiculară pe planul deseparație; b – injectare ȋn planul deseparație; c – injectarespecială (bicomponentă); 1 – matriță; 2,3 – cilindrii de injectare; x – planul deseparație al matriței.

Matrița este subansamblul mecanic care are rolul de a imprima materialului plastic o

anumită formă cu dimensiuni bine determinate. Proiectarea și executarea corectă matrițelor deinjectat condiționează realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare.Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din material plastice a condus la elaborarea unorsoluții constructive și tehnologice specifice atât ȋn domeniul proiectării cât și ȋn cel al execuțieimatrițelor de injectat. Matrițe pentru injectat materiale termoplastice sunt constituite ȋn principiu

Figura 2.31 Zona deîntâlni re a mai mul torfr onturi de curgere [1]

Figur a 2.30 Soluție constructivă pentrueli min area efectulu i de lin ie de întâln ir e [1]

a – soluție constructivă clasică; b – soluție constructivă ȋmbunătățită; X – linie de întâlnire.


25/76


21

din 2 părți principale: semimatrița din partea duzeide injectare și semimatrița din parteaaruncării. Matrița este fixată pe platourile de prindere alemașinii de injectat.

Majoritateamatrițelor lucrează folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cuaxă perpendicular ă pe planul deseparație. Ȋn cazul unorinjectări speciale (injectare bicoloră șitricoloră) injectarea se face atât perpendicular pe planul deseparație cât și ȋn planul deseparație

Figura 2.31 [1]

2.5.1. Construcția și funcționarea matrițelor de injectatȊn funcție de forma geometrică a piesei, de natura și caracteristicile materialului plastic,

de tipulmașinii de injectat, există o mare varietate constructivă dematrițe de injectat.Ȋn Figura 2.33 [1] este prezentată o matriță de injectat cu 2 cuiburi care cuprinde elemente

constructive caracteristice acestui ansamblu constructiv.Matrița de injectat semontează pe

platourile de prindere alemașinii de injectat prin intermediul celor 2 plăci de prindere 4 și 13 carese fixează cu ajutorul unor bride saușuruburi de fixare. Centrareamatriței pe platourilemașinii serealizează cu ajutorul inelelorde centrare 28 (pe partea mobilă) și 19 (pe partea fixă). Inelele decentrare sunt prinse ȋn plăcile de prindere alematriței cu ajutorulșuruburilor 3.

Mater ialul plastic topit din duza mașinii de injectat ajunge ȋn duza 18 amatriței de injectatși prin intermediulrețelei de injectare la cuiburilematriței. Piesa injectată se formează ȋn cuibulformat de poansonul 17 și pastilele 15 și 16.După întărirea materialului plastic ȋn matriță, ca

urmare arăcirii plăcilor matriței, prin intermediul circuitului derăcire matrița se deschide ȋn planul deseparație “X”. Piesa injectată întărita ca urmare acontracției pe poansonul 17, rămânesolidară cu partea mobilă a matriței împreună cu rețeaua de injectare,reținută de bucșa extractoare 20. Tija de aruncare 1 este tamponată de o tija fixă de pemașina de injectat șisistemul de aruncare esteacționat determinând mișcarea plăcii de aruncare 5, plăcii portaruncătoare 6,aruncătoarelor 26,aruncătorului central 25 și a tijelorreaducătoare 24.

Plăcile aruncătoare și portaruncătoare sunt fixate cu ajutorulșuruburilor 7. Tija dearuncare 1 este ghidată de bucșa centrală 2 și esteînșurubata ȋn placaaruncătoare 5. Piesainjectată este aruncată dinmatrița dearuncătoarele tipștift 26, iarrețeaua de către aruncătorul central 25.

La închidereamatriței tijele de aruncare 24 lovescștifturile tampon 22 determinândrevenirea la poziția inițială a întregului sistem de aruncare.Plăcile matriței sunt prinse cu ajutorul


26/76


22

șuruburilor27 și sunt centrate cu ajutorulștifturilor21. Centrarea celor 2 semimatrițe serealizează cu ajutorul coloanelor de ghidare 14 și a bucșelor de ghidare 12.

F igur a 2.32 Matriță de injectat cu două cuiburi [1] 1 – tija de aruncare; 2 – bucșa de conducere; 3 – șurub; 4 – placă de prindere; 5 – placă aruncătoare; 6 – placă portaruncătoare; 7 – șurub; 8 – placă distanțieră; 9 – placă suport;10,11 – placă de formare; 12 – bucșă de ghidare; 13 – placă de prindere; 14 – coloană de ghidare; 15,16 – pastilă; 17 – poanson; 18 –

duză de injectare; 19 – inel de centrare; 20 – bucșă centrală; 21 – știft; 22 – știft tampon; 23 – șurub; 24 – știft aruncător ; 25 – aruncător central; 26 – aruncător ; 27 – șurub; 28 – inel de centrare.


27/76

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor Alecsa Valerian SIM 2012

23

Capitolul III – MATERIALE FOLOSITE LA CONSTRUCŢIA

MATRIŢELOR DE INJECTAT

3.1. Materiale termoplastice folosite la injectare

Materialele termoplaste folosite la injectare , reprezentate ȋn Figura 3.1 [2], pe o structurare pe vertical ă sunt ȋmpărțite ȋn trei categorii: polimeri de largă consumație, tehnopolimeri, șisuperpoli meri, aria mai mare sau mai mică ȋn care sunt marcați simbolizând și răspândireaacestora pe piața.

Polimerii de largă consumație, ocupând cel mai mare segment pe piață, sunt acele materialecare nu necesită echipamente speciale pentru injectare, fiind destinate aplicațiilor din domeniul

bunurilor de larg consum, jucării, articole de grădină sau de baie. Temperatura de utilizare este ingeneral sub 100 oC.

Tehnopolimerii sunt destinați realizării de piese tehnice ce trebuie sa aibă proprietăți fizice,chimice sau electrice ridicate, și sunt destinate industriei electrice, electrotehnice, și deautomobile. Necesită echipamente auxiliare ( uscătoare, utilaje echipate cu unități de injecție rezistente la abraziune). Temperatura de utilizare este cuprins ă ȋntre 100 oC – 150 oC

Superpolimerii sau polimerii de înalta performanță sunt destinați injecției de piese de înaltătehnicitate destinate ȋnlocuirii pieselor tradiționale realizate din metal sau aliaje metalice.Au preț de cost ridicat și necesită echipamente special ( uscătoare,unități de injecție înaltrezistențe la abraziune șicoroziune, aparate de

termostatare a matriței).Procesare a necesită temperaturi

ale materialului și a matriței mari, iar piesele trebuie să aibă proprietăți mecanice, termice șichimice foarte ridicate ȋnsoțite de o foarte bună precizie Figura 3.1 Reprezentarea materialelor termoplaste injectate

[2]


28/76


24

dimensional, temperatura de utilizare este ȋn general peste 150 oC Materialele termoplaste se împart ȋn două categorii: material e amorfe și materiale

semicristaline. Există o grupă special ă de materiale, elastomeri termoplastici, cu caracteristiciasemănătoare cu a materialelor amorfe, material e care cu toate că nu fac parte din grupatermoplastelor sunt proprii prelucrării prin injectare.

3.2. Materiale folosite la construcț ia elemen telor componente ale unei matriț e

Injectarea pieselor din material e termoplastice ȋn matriță presupune folosirea mai multortipuri de material: oțeluri, aliaje neferoase, materiale nemetalice. La serii de fabricație mari, de laaproximativ 5000 până la câteva milioane de bucăți, se utilizează de obicei oțelul.

3.2.1. Oț eluri

Un oțel pentru const rucția matrițelor de injectat trebuie să îndeplinească din punct devedere al fabricației, următoarele condiții: prelucrabilitate bună, calitate bună a suprafeței,tratamente termice simple, deformații reduse, posibilități de deformare la rece (ȋn cazuri speciale).Oțelurile folosite la fabricarea matrițelor pot fii ȋmpărțite ȋn următoarele grupe:

- oțeluri de uz general

- oțeluri de cementare

- oțeluri pentru nitrurare - oțeluri pentru călire - oțeluri pentru ȋmbunătățire - oțeluri inoxidabile

3.2.1.1. Oț eluri de uz general

Oțelurile de uz general pentru construcții, sunt ușor prelucrabile prin așchiere, se sudează bine, au rezistența si tenacitatea corespunzătoare. Tablele din aceste oțeluri se pot debita printăiere oxiacetilenica fără ca marginile tăiate să se calească. Aceste oțeluri pot fii utilizate ȋncondiții bune pentru confecționarea diferitelor plăci ale matrițelor care nu vin in contact cumaterialul plastic, cum ar fii placa de prindere, placa intermediară, placă distanțieră. Pentru a


29/76


25

asigura rezistența nece sară la solici tarea prin compresiune de regulă se utilizează marca de oțelOL60. Pentru matrițele mai mici cu solicitări mai reduse, pot fii utilizate si mărcile OL42 șiOL50. Din aceste oțeluri se mai pot confecționa și alte piese ca: șuruburi de fixare, dopuri filetate,

prelungitoare, suporți, etc.

3.2.1.2. Oț eluri de cementare

Sunt oțeluri cu conținut redus de carbon (0,07 – 0,18%). Prin carburarea su prafețeiexterioare, conținutul de carbon crește la 0,8 – 0,9% adâncimea stratului carburat fiind cupr insăȋntre 0,5 – 1,2 mm. După călire stratul exterior devine foarte dur (58 – 62 HRC) având rezistențamare la uzură, păstrând ȋn același timp tenacitatea miezului. La utilizarea otelurilor de cementarese ține seama d e două procedee de prelucrare: prelucrarea prin așchiere și presarea la rece.

Oțeluri pentru cementare folosite la prelucrarea prin așchiere. Practic, pentru prelucrarea prin așchiere se pot utiliza toate oțelurile de cementare. Datorită faptului că matrițele de injectatlucrează ȋn condițiigrele de e xploatare vor fii alese acele oțeluri de cementare care pe lângă osuprafață dură și rezistența la uzură ȋn urma călirii, asigură deformabilitate minimă și o rezistențacorespunzătoare a miezului chiar și pentru matrițe de dimensiuni mari.

Ȋn această categorie se utilizează atât oțelurile carbon de calitate pentru cementare cât și

oțelurile aliate pentru cementare. Pentru confecționarea coloanelor de ghidare, a bucșelor deghidare, a coloanelor ȋnclinate, etc. se recomandă oțelul carbon de calitate OLC15.Pentru cuiburile matriței, poansoane și alte piese ale matriței supuse la solicitări mari se

recomandă oțeluri aliate pentru cementare.Datorită solicitărilor locale mari la compresiune și încovoiere la serii de piese injectate

este necesar ca piesele matriței să aibă pe lângă o duritate superficial ă ridicată pentru a rezista lauzură și maximum de tenacitate ȋn miez. Pentru aceasta se execută un tratament termic deȋmbunătățire, a structurii miez ului, respectiv o dublă călire. Oțelurile recomandate pentru acestlucru sunt: 18MnCr10, 10CrNi15, 21MoCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30.

Toleranțele mici indicate p entru reperele injectate impun ȋn unele cazuri oțeluri care ȋnurma tratamentului ter mic au o deformare minimă, cum ar fii: 21TiMnCr12, 28TiMnCr12,16CrNiW10. Aceste oțeluri fiind cu granulație fină pot fii supuse tratamentelor termice simpledupă cementare și sunt indicate pentru piese greu solicitate.


30/76


26

Oțeluri pentru cementare care se prelucrează prin deformare la rece. Aceste oțeluri serecomandă atunci când se construiesc matrițe cu mai multe cuiburi și când suprafețele cuiburilorsunt greu de realizat prin așchiere.Pentru realizarea cuiburilor prin presare la rece se folosește un poanson din oțel rezistent la presiuni având forma cuibului ce urmează a fii realizat.

Posibilitatea prelucrării prin presare la rece a diferitelor oțeluri va fii stabilită prinrezistența obținută după recoacerea de înmuiere și prin existență unei granulații feritice fine.Structura de recoacere trebuie să fie lipsită de perlită lamelară. Duritatea oțelului trebuie să fiescăzută si să permită prelucrarea unor amprente adânci, fără recoacerea intermediară.

Ca regulă se menționează că un oțel poate fi bine prelucrat pe adâncime când produsul1,25 HB ≤ 300 kgf/mm2. Cu cât diferența ȋntre 1,25 HB și 200 kgf/mm 2 este mai mare, cu atât 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 următoarele mărci de oțeluri:OLC1 0, OLC15, 15Co8. Oteluri OLC10 și OLC15 ȋn stare normalizat ă au o duritate de 120…140 HB, pretându-se ușor presării la rece pentru cuiburi mici, fără recoacere intermediară.

După cementare, călire și revenire, se obține un miez și o rezistență de 42… 50 kgf/mm2,o duritate ȋn miez de 110 … 140 HB și ȋn stratul cementat o duritate de minimum 58HRC. Dinanaliza acestor date rezultă ca aceste oțeluri se pot utiliza pentru piese cementate prelucrate prindef ormare la rece, care nu necesită proprietăți de mare rezistența la miez.

Se execută ȋn general cuiburi ȋn pastile montate ȋn plăci cu locașuri multiple, plăcile călite preluând eforturile de compresiune la închiderea matriței, iar cuiburile preluând efectul de uzurăși presiune materialului plastic.

Oțelul aliat 15Co8 datorită durității ȋn stare recoapt ă se poate prelucra ușor prin deformare plastic ă la rece, având ȋn același timp caracteristici mai bune ȋn miez decât oțelurile carbon. După cementare călire și revenire se obține o duritate ȋn miez de 300HB, iar ȋn strat o duritate de 54 …62 HRC.

3.2.1.3. Oț eluri de nitrurare

Pretențiile dimensionale și rezistența ridicată la uzură impuse matrițelor de injectat suntsatisfăcute de folosirea ȋn construcția cuiburilor a oțelurilor de nitrurare. Rezistența la uzură aacestor oțeluri poate atinge 1050 HV. Pentru nitrurare se folosește oțelul aliat 38MoCrAl9 și38MoCr11 care ȋn urma tratamentului de ȋmbunătățire primește o duritate ȋn miez de 300 – 370


31/76


27

HB, iar după nitrurare se obține o duritate ȋn stratul superficial de 850 – 1050 HV.Pentru matrițele de injectare sunt suficiente adâncimi de nitrurare de până la 0,3mm.

Matrițele nitrurate, datorită stratului dur și subțire, sunt sensibile la tratamente inadecvate.Unele material e termoplastice (policarbonați) reacționează cu oțelurile aliate cu aluminiu,

astfel că rezultă o schimbare a culorii materialului, din acest motiv injectarea acestor materialenefiind recomandată. Duritatea optimă și rezistența maximă la uzură se obține la oțelurilenitrurate ȋn gaz, nu pe suprafața piesei, ci cu câteva sutimi de m ilimetru ȋn adâncime, stratulsuperficial este foarte sfărâmicios. Acest strat se va îndepărta prin lustruire, după ce ȋn prealabil afost prevăzut la prelucrarea prin așchiere, pentru a se putea menține cotele precise solicitate dematrița respectivă.

3.2.1.4. Oț eluri pentru călire

La inj ectarea unor piese care necesită inserții metalice ȋn oțelurile de cementare pot apăreadegradări din cauza suprasolicitărilor locale, ca urmare a introducerii greșite a inserților . Ȋn acestecazuri se folosesc oțeluri pentru călire. De asemenea, ȋn cazul matrițelor de injectat cu cuiburi plate se recomandă tot oțelurile pentru călire, ȋn cazul cuiburilor cu configurații complicate, sefolosește prelucrarea prin electroeroziune după tratament termic. Solicitările mari la care suntsupuse aceste piese necesită obținerea unei structuri foarte fine care se realizează prin alegerea

une i temperaturi minime de călire și menținerea scurtă la aceste temperaturi.Ȋn construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folo sesc oțelurile carbon de

scule: OSC6, OSC9 , OSC10, OSC11, OSC12. Aceste oțeluri au călibilitate mică. La diametre(grosimi) mai mari de 5 mm duritatea scade brusc sub 60 HRC la 2 – 4 mm distanță de suprafață.Aceste oțeluri nefiind recomandate pentru execu ția sculelor cu grosimi mai mari de 20 – 25 mm,vor fi folosite la piese ca: bucșe de ghidare, bucșe de conducere, bucșa central ă, aruncătoare tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme co mplicate executate din aceste oțelurise călesc ȋn dou ă medii ( călire întrerupta ) sau li se aplică o călire ȋn trepte (izotermă). Aceste

procedee reduc riscul deformărilor și al apariției fisurilor.

De asemenea ȋn construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc oțelurialiate pentru scule cu adâncime de călire mare : 200Cr120, 97MnCrW14. Aceste oțeluri oferă

pieselor o suprafață foarte dură și ȋn același timp o mare rezistență ȋn miez. Se recomandă pentrumatrițe cu adâncimea cuibului mare și cu o precizie ridicată, prezentând deformații foarte mici ȋn


32/76


28

urma tratamentului termic. Oțelul 200Cr120 este ledeburitic și are caracteristici și tratamenttermic deosebit de al altor oțeluri. La acest oțel, pentru ca dimensiunile pieselor după călire șirevenire să nu difere de cele inițiale (ȋn stare recoapta) se recomandă aplicarea unei căliri de la1050 – 1060 oC urmată de o revenire la 475 – 500 oC. După o primă revenire la 475 oC se măsoară dimensiunile și numai dacă mai este necesară o creștere a acestora se repetă revenirea,descompunând o nouă porție de austenită reziduală.

3.2.1.5. Oț eluri de ȋmbunătățire

O serie de motive ca: imposibilitatea eliminării deformațiilor , lipsa utilajelor de rectificare a profilelor complicate și de corectare a găurilor , necesitatea executării cuiburil or direct ȋn placa deformare a matriței, au dus la necesitatea folosirii oțelurilor de ȋmbunătățire. După degroșarea prin

așchiere, piesele se călesc și se revin înalt obținându-se o duritate de 250 – 350 HB, alegereadurității făcându-se după posibilitatea de finisare. Atunci când toleranțele pieselor fabricate o

permit se pot face după călire reveniri joase, duritățile obținute fiind mai ridicate, după careurmează doar operația de lustruire. Avantajele utilizării acestor materiale sunt: rapi ditatea ȋnexecutarea matriței, eliminarea riscului apariției deformărilor după tratamentul termic,

posibilitatea executării de remedieri la matrița ȋn cazul ȋn care nu s-au obținut dimensiunile doritede la prima încercare.

Oțelurile de ȋmbunătățire recomandate pot fii oțelurile carbon de calitate OLC45, OLC55,OLC66. Oțelurile carbon de calitate se utilizează ȋn stare ȋmbunătățită pentru piese de matriță: plăci de formare ȋn care se mon tează cuiburi sau poansoane, plăci aruncătoare și portaruncătoare, plăci tampon, etc.

Oțelurile aliate pentru ȋmbunătățire po t fi: 41MoCr11, 50VCr11, etc. Oțelurile 41MoCr11se utilizează pentru piesele puternic solicitate cu secțiune mare, de ȋmbunătățire. Prin călire șirevenire se obține 270 – 320 HB. Oțelul 50VCr11 se recomandă pentru secțiuni medii sub 50mm. Sunt supuse unor regimuri de funcționare, au rezistență la uzură și sunt elastice. După ȋmbunătățire se obține 300 – 400 HB.

3.2.1.6. Oț eluri inoxidabile sau anticorozive

Ȋn cazul prelucrării materialelor plastice care pot ataca chimic matrița, pentru evitareaace stui neajuns, se pot folosi două metode: cromarea dură a suprafețelor care vin ȋn contact cu


33/76


29

materialul termoplastic sau execu tarea pieselor respective din oțeluri inoxidabile. Nu pentru toate c onfigurațiile de piese se poate aplica cro marea. De asemenea există

pericolul exfolierilor, mai ales la piesele subțiri solicitate la încovoiere . Ȋn acest caz se recomandăutilizarea oțelului inoxidabil.

Stabilitatea la coroziune se realizează print-un conținut de crom de minimum 12%. Prinadaos de molibden, vanadiu și cobalt se ȋmbunătățește nesemnificativ stabilitatea la coroziune.Tenacitatea acestor oțeluri trebuie ȋn foarte multe cazuri ȋmbunătățită, ȋn funcție de tipul matriței,

prin revenire. La temperaturi înalte de revenire se ȋnrăutățește stabilitatea la coroziune.

3.2.2. Metale ș i aliaje neferoase

Ȋn cazul ȋn care se impun unele condiții deosebite legate de coroziune și conductibilitate

termică se folosesc metale și aliaje neferoase.

3.2.2.1. Cuprul si aliajele sale

Alamele sunt aliaje Cu-Zn cu conținut de zinc de 30 – 45%. Au o bună conductibilitatetermică si de aceea se recomandă pentru construcția de duze punctiforme, atât la matrițele deinjectat cu antecameră cât și la matrițele cu canale încălzite. Ȋn unele cazuri se folosesc laexecutarea unor pastile greu de realizat din oțel și care nu pot fii răcite ȋn bune condiții. Se

prelucrează ușor

. Alama sefolosește

de asemenea, laconfecționarea

miezurilor pentrurăcirea

intense a poansoanelor.

Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu staniul. Ele se caracterizează printr-o bună rezistențăla coroziune ȋn aer și apă, o rezistență ridicată la uzură și durificare importantă prin deformare larece. Sunt folosite bro nzurile de beriliu care prezintă caracteristi ci mecanice ridicate, rezistență mare la coroziune, sudabilitate bună și ușoară prelucrabilitate prin așchiere, elasticitate ridicată.Bronzurile cu beriliu se folosesc la confecționarea torpedourilor duzelor deschise pentru matrițe

cu canale încălzite și la confecționarea poansoanelor răcite special.Cuprul este un metal cu slabă prelucrabilitate prin așchiere și de aceea, ȋn stare pură, nu se

folosește decât sub forma de vergele, la temperaturi poansoanelor c u d ≤ 5 mm, folosind foarte buna să proprietate de conductibilitate termica.


34/76


30

3.2.2.2. Aluminiul si aliajele sale

Ȋn construcția matrițelor de injectat se folosesc aliaje ale aluminiului cu zinc, cupru,magneziu și crom, elemente care ȋmbunătățesc considerabil calitățile de rezistență la t racțiune și

duritate. Se folosesc aliaje de aluminiu la confecționarea cuiburilor pentru matrițe de probă, laexecuția unor plăci de aruncare expuse la accidente prin închiderea bacurilor. Unele aliajespeciale ale aluminiului cu rezistenta ridicata se pot folosi și la execuția unor matrițe cu cuiburifoarte complicate. Un aliaj recomandat pentru matrițe de injectat este AlZnMgCu0,5

3.2.2.3. Aliaje antifricțiune

Sunt aliaje cu rezistență bună la frecare. Rezistența la frecare depinde de un număr marede factori: pr esiune, ungere, viteză de rotație, natura mediului de contact. Aliajele antifricțiune auun punct de topire relativ scăzut (220 – 300 oC) și ca atare pot fii ușor turnate. Două grupe dealiaje antifricțiune sunt mai răspândite: aliaje antifricțiune pe baza de Sn (80 – 90%) și aliajeantifricțiune pe baza de Pb (75 – 80% Pb)

3.2.3. Materiale nemetalice

Se folosesc mai puțin la confecționarea elementelor matrițelor.Pentru realizare unor piesede probă se pot confecționa cuiburi de mici dimensiuni din rășini epoxidice cu oțel (compozit).

Pentru confecționarea miezurilor de răcire ale poansoanelor, pentru racorduri de răcire diferite, se pot folosi materiale plastice precum: poliamida, ABS.

3.3. Recomandări [1][2]

Tabelul 3.1: Otelur i r ecomandate pentr u construcția elementelor matrițelor [1][2]

Denumirea elementului matriței Marca oțelului

Placa de prindere, placa intermediara, placa distanțieră OL60; OLC45

Placa portpoanson, suport pentru pastile, placa aruncătoare, placa portaruncătoare, inele de centrare

OLC45; OLC55;50VCr11; 41MoCr11.

Părțile active ȋn contact direct cu materialul plastic (placa deformare, poanson, pastila, bac)

200Cr120; 90VMn18;

97MnCrW14; OLC15; OSC8;

OSC10


35/76


31

Părțile active pentru injectarea materialelor plastice cu acțiune corozivă

20Cr130

40Cr130

Părțile active care trebuie să aibă deformar e minimă latratamente termice

30MoCrAl9

33MoCr11

Coloa na de ghidare, coloana inclinată, camă cârlig OLC15; 15Cr8; 18MnCr10

Duza, bucșa de ghidare, bucșa de conducere, bucșa central ă OSC8; OSC10

Tija de aruncare, tija filetată, placa tampon, tija tampon OLC45; OLC55; 50VCr11

Știft de aruncare, extractor pentru culee, știft de centrare, știfttampon, știft readucător

97MnCrW14

Tabelul 3.2 Oț elu r i r ecomandate pentr u matrițe[1][2]

C45W3 Construcții generale de matrițe. Nu se folosește la plăcile deformare

X210Cr12 Pentru placi de formare rezistente la uzur ă

X42Cr13 Pentru plac i de formare rezistente la uzură și coroziune

21MnCr15 Pentru placi de formare la matrițele de talie mică și mijlocie

115CrV3 Pentru aruncătoare și pastile

29CrMoV9 Pentru matrițe mari cu deformații mici și rezistente la uzură 40CrMnMo7

47CrMo4

Pentru matrițe mari, foarte bune la polizare, condiționat lacoroziune

40CrMnMoS8-6Pentru matrițe mari, foarte bune la polizare, condiționat lacoroziune , prelucrabilitate mai bună decât materialul 40CrMnMo7

X36CrMo17 Pentru plăci de formare, rezistent la coroziune, recomandat pentruPVC

X6CrMo4 Deformabil la rece, numai întărit la coroziuneX38MoV5-1 Recomandat pentru plăcile de formare a tehnopolimerilor,

prelucrabilitate bun ă

X40CrMoV5-1 Recomandat pentru plăcile de formare a tehnopolimerilor

X40CrMoVS5-1 Recomandat pentru plăcile de formare


36/76


32

X220CrVMo12-2 Pentru pastile rezistente la coroziune

X155CrVMo12-1 Pentru pastile, stabil la șlefuiri , rezistență la presiune, foarte tenace

100MnCrW4 Pentru pastile, stabil la șlefuiri

X165CrMoV12 Pentru pastile, rău conducătoare de căldura.

54NiCrMo6 Pentru matrițe de talie medie și mică

X3NiCoMoTi18-9-5 O țeluri special călite martensitice

54NiCrMoV6Pentru matrițe mari

55NiCrMoV5

56NiCrMoV7 Pentru matrițe mari, duze, distribuitoare de canale încălzite

55NiCr10 Pentru piese care necesită tenacitate ridicată

14NiCr14 Pentru pastile cu gravuri fine

60NiCrMoV12-4 Pentru matrițe de talie medie si mică

X19NiCrMo4Pentru matrițe medii si mari, distribuitoare de canale încălzite

X45NiCrMo4

X35CrMo17 Pentru materiale plastice cu agresivitate chimică: duroplaste sauPVC

X5CrNiCuNb17-4-4 Pentru plac uțe de presiune la distribuitoarele cu canale încălzite

34CrAlNi4 Pentru construcții generale de matrițe.

F igura 3.2 Reprezentar ea unei cavități de inj ectat [3]


37/76

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe Alecsa Valerian SIM 2012

33

Capitolul IV – SELECȚ IA MATERIALELOR PENTRU MATRIȚ E

4.1. Considerații generale

Procesul deselecția a materialelor se face ȋn continuare pe un caz concret a unei părti

componente dintr-omatriță de injecție. Ca referință se va considera un caz particular de cavitateinterioară utilizată de firma “SIPA Engineering” pentruinjecție de material PET[4]. Selecția seface ȋn concordanta cu cerințele și solicitările care apar ȋn procesul de injecție și ea se focalizează pe alegerea unui material care să mărească productivitatea întregului ansamblu prin ȋmbunătățireaconductivității termice a materialuluicavității.

Injectar e materialului plastic are loc ȋn 2 etape,inițial 95% din plasticul topit esteforțat laviteze și presiuni mari ȋn matriță urmând caceilalți 5% din material să fie injectați la viteze și

presiuni mai mici pentru acompensa contracțile care apar ȋn urma răcirii. Presiunea trebuiemenținută ȋn continuare pentru a nu apărea contracții la răcire.[5]

Timpul de răcire este cel mai important aspect al procesului deinjecție deoarece elinf luențează direct productivitateamatriței. Răcirea trebuie să fie rapidă pentru a evitacristalizarea materialului. Dacă materialul este ȋn stare cristalină acestaȋsi pierde proprietățile detransparență. Pe de altă parte o răcire insuficientă va face ca materialul să se deformeze lamanevrarea ulterioară a semifabricatului și chiar să se lipească de sistemul de prindere caremanevrează produsuldupă injecție. O răcire rapidă va asigura starea amorfa și ȋn același timp vareduce timpul unui ciclu deinjecție prin urmare va crește productivitatea.[5][6]

Materialul actual folosit pentru cavitate este un oțel inoxidabil martensitic X40Cr14

Tabelu l 4.1. M ateri al: X40Cr14 [ AI SI 420, DI N 1.2083, TH YROPL AST 2083 ] Compoziție chimică

Element C Si Mn P S Cr Mo V FeMin [%] 0.36 - - - - 12.50 - - restMax [%] 0.42 1.00 1.00 0.030 0.030 14.50 - -

Proprietăți fiziceRezistența mecanică 1900 MPa Densitatea 7700 kg/m

Limita la curgere 1200 MPa Modulul de elasticitate 210 GPaDuritate 54 HRC Conductivitate termică 22 W/m·K

Rezistența la oboseală foarte bună [4/5] Căldura specifică 460 J/kg·K Așchiabilitate foarte bună [4/5] Dilatația termică 20-200 10.5·10- mm

Capacitatea de lustruire foarte bună [4/5] Rezistența la coroziune foarte bună [4/5]


38/76


34

(denumit și 1.2083 sau “THYROPLAST 2083”, o denumirecomercială a otelului 1.2083)[7].Principalele avantaje ale materialului sunt rezistența mecanică foarte ridicată (1900 MPa și 1200MPa limită la curgere) și duritatea mare (52 – 56 HRC) ȋn urma tratamentelor termice[8][9].Combinația această de caracteristici mecanice oferă materialului o rezistență foarte mare la uzurăși la oboseală, iar duritatea mare oferă de asemenea și o capacitate ridicată de lustruire, cerințănecesară funcționalității matriței de injecție, calitatea suprafeței semifabricatului injectatdepinzând direct de calitatea suprafeței cavității ȋn care s-a făcut injecția.Principalul dezavantaj aacestui mater ial este conductivitatea termică scăzuta care crește mult timpul necesar unui ciclu deinjectare. Ȋn Tabelul 4.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale materialului[8][9].

Principala problemă care apareȋn timpulrăcirii este faptul că deșii răcirea cu apă estefoarte eficientă, și ea permite apei să răcească cavitatea extrem de rapid, cavitateaȋnsăși nu estecapabilă să transferecăldura suficient de rapid.Căldura trebuiesă treacă de la plasticul topit, prin pereții cavității pană la canalele derăcire, prin urmare rezultă că timpul derăcire depinde directde capacitatea materialuluicavității de a transmitecăldura.

4.2. Analiza constructivă și funcțională

Piesa considerată are o geometrie complexă ( Figura 4.1 ) datorită necesității evacuării cât

F igur a 4.1 Reprezentare 3D a cavității de injecție ȋn vedere izometrică (stânga) șisecțiune izometrică (dreapta) [Anexa 2]


39/76


35

mai rapide acăldurii darși a cerințelor funcționale și de prindere acavității ȋn placa de prindere.

Cavitatea este fixată ȋn placa de prindere prinniște șuruburi, ȋn aceasta placă se af la șicanalele derăcire cu apă ( Figura 4.2 ). Materialul plastic seinjectează de jos din punctul de

injectare. Ȋn interiorulcavității se află miezul derăcire care areacelași rol cu cavitatea, de a răciimater ialul topit care este injectat, și de a da formă semifabricatului. Miezul este gol pe interior pentru a permiterăcirea cu apă prin mijlocul miezului. Ȋn partea de sus se află așa-numitele “neckring” care sunt compuse din 2 jumătăți, aceste neck ringuri dau forma gâtului viitoarei sticle.

F igur a 4.2 Construcția unei matrițe de inj ectat preforme [Anexa7] Cele două jumătăți se asamblează ȋn timpul ciclului de injectare și sunt strânse cu ajutorul

unui profil conic, profil care există și pe cavitate și pe neck ring. Astfel cele 2 jumătăți se strâng perfect și intră ȋn cavitate ȋn partea de sus, asigurând închidereacompletă a formei care va fii


40/76


36

injectată. Deasupra de neck ring, pentru o mai bună strângeredar și pentru o răcire suplimentară,se mai află un inel de prindere care are deasemenea o formă conică care face pereche cu celedouă jumătăți ale neck ringului.Se poate observa ca atâtcavitatea cât și neck ringul și placa de prindere au toate canale derăcire pentru a putea firăcite cu apă (Figura 4.2 ).

Solicitările care apar ȋn timpulfuncționării sunt predominant de oboseala. Astfel cavitateaeste supusă la presiuniridicate alternante ȋn timp ( Figura 4.3.c ). De asemenea există solicitări deuzură ȋn partea superioară unde se închid cele două jumatăți neck ring ( Figura 4.3.a ).

F igur a 4.3 Tipuri le pri ncipale de solicitări care apar ȋ n timpul funcționă r i i [Anexa2]


41/76


37

Acestea intră ȋn contact de fiecare dată cândmatriță se închide, prin urmare trebuie să reziste latensiuni superficiale mari. O altă cerință necesară este cea de rezistență la coroziune, atât la plastic topit cât și la apă. ( Figura 4.3.b )

4.3. Definirea matricei de proprietăți a materialelor

Ȋn urma analizeifuncționale a piesei rezultă principalele proprietăți necesare:

Limita la curgere – piesa trebuie să reziste la presiuni mari care apar ȋn timpul procesuluide injecție, rezistență la uzură și la deformație. Daca limita la curgere este mare, piesa vasuporta o tensiune mai mare înainte de a se deforma plastic. Rezistenta mecanică saurezistența la rupere este direct proporțională cu limita la curgere de aceea se consideră cărezistența mecanică este inclusă deja ȋn această proprietate.

Duritate – rezistența la solicitări de contact este importantă, apar uzuri și alte solicitări superficiale. Duritatea crescută crește rezistența la uzură și la oboseală de asemenea permiteo lustruire mai bună a suprafețelor active, care necesită o lustruire cât mai bună.Această proprietate depinde ȋn primul rândde material și de structura materialului însa ea poate fiiȋmbunătățită prin tratamentetermice superficiale și acoperiri dure.

Rezistenț a la oboseal ă – piesa este supusă la oboseală datorită ciclurilor care au loc la presiuni foarte maride fiecare dată când matrița se închideși începe injectarea, prin

urmare există o solicitare ciclică ȋn timp.Cerințele funcționale ale matrițelor implică unnumăr foarte mare de cicluri ȋn timpul funcționării piesei, deaceea rezistența ȋn timp lasolicitări de oboseală a cavității este critică pentru funcționarea corectă a întreguluiansamblu al matriței de injecție.

Rezistenț a la coroziune – materialul trebuie să prezinte o rezistență mare la coroziune ȋn plastic topit și ȋn apă. Suprafața interioară a cavității este ȋn contact direct cu plasticultopit, iarsuprafețele exterioare alecavității sunt răcite cu apă, prin urmare necesită o

rezistență ridicată la coroziune ȋn apă. Dacă suprafața piesei începesă corodeze, eaȋsi va pierde caracteristicile superficiale de rezistența la uzură, oboseală și alte proprietăți precum calitateasuprafețelor lustruite.

Așchiabilitate – geometria complexă a piesei presupune un grad mare deașchiere prindiverse tipuri de procese tehnologice, de asemenea se va folosii eroziunea electrică. Prinurmare este necesar ca materialul sa se poateașchia ușor și rapid, cu un gradscăzut de


42/76


38

uzură la scula cu care seașchiază. Productivitatea depinde de timpul necesarfabricării piesei.

Conductivitatea termica – reprezintă abilitatea materialului de a transmitecăldura rapidde la materialul plastic topit până la apa de răcire prin pereții cavității. Dacă conductivitatea este mare, timpul necesarrăcirii semifabricatului este mic iar productivitateamatriței crește din cauza că timpul necesar unui ciclu de injectare scade,timp care este un factor important al productivității. O conductivitate ridicată va scădea deasemenea și temperatura cavității, aceasta conduce la creșterea eficienței sistemului derăcire.

Căldura specifică – această proprietate combinată cu o conductivitate ridicată poatereduce și mai mult timpul necesarrăcirii. O căldură specifica mareînseamnă că materialul

poate absorbii mai multă energie termică înainte de a-și schimba temperatura, aceastacombinată cu o transmitere rapidă a căldurii va ȋmbunătății și mai multrăcirea matriței.

Capacitatea de lustruire – Suprafețele active alecavității trebuie să aibă o calitate asuprafeței foarte bună, însemnândsă prezinte o lustruire oglindă, pentru a realiza acestlucru este necesară o lustruire extrem de fină. O astfel de suprafață va ȋm bunătății deasemenearezistența la oboseală și uzură dar și la coroziune. Abilitatea de a lustruii câtmai binesuprafața depinde de duritate și deașchiabilitate. Calitateasuprafeței afectează ȋn

mod direct și calitatea piesei injectat

materiale-si-tehnologii-folosite-la-executarea-matritelor-de-injectat.pdf

Documents