Materiale si tehnologii folosite la executarea matritelor de injectat

Universitatea “Politehnica” din Timişoara Facultatea de Mecanică Departamentul Ingineria Materialelor şi Fabricaţiei

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR:

STUDENT:

prof.dr.ing. Budău Victor

Alecsa Valerian

Timişoara, 2012

Universitatea “Politehnica” din Timişoara Facultatea 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

Timişoara, 2012

UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN TIMIŞOARA FACULTATEA DE MECANICĂ DEPARTAMENTUL INGINERIA MATERIALELOR ŞI FABRICAŢIEI DOMENIUL: INGINERIA MATERIALELOR SPECIALIZAREA: INGINERIA MATERIALELOR

Aprobat, ŞEF DEPARTAMENT 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 conducător:

furnizate

de

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

Cerinţele pentru fundamentarea teoretică (enumerarea problemelor care vor fi rezolvate):

Cerinţele pentru dezvoltarea temei (enumerarea problemelor care vor fi rezolvate, inclusiv indicarea desenelor obligatorii):

Alte cerinţe (termene intermediare, bibliografie obligatorie, etc.):

Data: Semnătura conducătorului/semnăturile conducătorilor proiectului de diplomă,

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 lucrării

Alecsa Valerian SIM 2012

Rezumatul lucrării Lucrarea 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 folosite și 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 domeniul 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 folosite 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.

Materiale si tehnologii folosite la matrițele de injecție

Alecsa Valerian SIM 2012

CUPRINS Capitolul I. II.

III.

IV.

V.

VI.

Titlul Cuprins Introducere 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 ezitări 2.4.3 Linii de ȋntâlnire 2.5 Matrițe de injectat, considerații generale 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 sale 3.2.2.2 Aluminiul si aliajele sale 3.2.2.3 Aliaje antifricțiune 3.2.3 Materiale nemetalice 3.3 Recomandări 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 Tehnologia de execuția a matrițelor 5.1 Principii de bază 5.2 Debitarea semifabricatelor 5.3 Ciclul tehnologic de elaborare si producere a semifabricatelor 5.4 Prelucrări prin așchiere 5.5 Prelucrarea prin electroeroziune 5.6 Modelarea cavității de injecție Concluzii Bibliografie Anexe

3

Pagina 3 4 5 – 22 5 6 9 11 13 15 17 20 23 – 32 23 24 24 24 25 26 27 28 28 29 29 30 30 30 30 33 – 46 33 34 37 43 47 – 61 47 48 49 51 56 59 62 63 64 - 72

Capitolul I - Introducere

Alecsa Valerian SIM 2012

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 un domeniu actual de dezvoltare pe plan mondial. Procedeul de injecție este cel mai larg procedeu industrial de obținere a articolelor din materiale plastice. Aplicațiile variază de la piese mari cum sunt cele folosite ȋn industria automobilelor, la obiecte mult mai mici ca de exemplu componente electromecanice. Structurat ȋn mare pe cinci părți, proiectul pune accent ȋn primul rând pe materialele folosite 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 una dintre 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 tot mai des folosită și anume: bronzurile de beriliu. Avantajele folosirii acestor aliaje de cupru sunt conductivitatea termică excelentă și rezistența la coroziune, ambele superioare oricărui oțel inoxidabil 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 răcirii materialului plastic topit ȋn cavitatea matriței. Aceasta răcire poate fii drastic ȋmbunătățită dacă se 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 la fabricarea cavităților. Capitolele sunt structurate astfel ȋncât sa prezinte ȋntâi bazele teoretice ale procesului de injecție, 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 face apoi selecția propriu-zisă a materialului cu toate etapele necesare unei selecții corecte. Ultimul capitol prezintă procesele tehnologice folosite pentru fabricarea matrițelor.

4

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

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

prin

injectare a unei piese poate fi urmărită ȋn Figura 2.1.[1] Materia primă sub formă de granule se introduce ȋn pâlnia de alimentare 8, de unde cade ȋn cilindrul de injectare 5. Materialul plastic ajuns ȋn cilindrul de injectare este transportat de către melcul 7, ȋn timpul mișcării de rotație, spre capul cilindrului, unde se găsește duza de injectare 4. Mișcarea de rotație a melcului se realizează cu ajutorul sistemului de angrenare 9. Ȋn timpul transportului granulele ajung ȋn stare de topitură ca urmare a frecărilor, precum și a ȋncălzirii cilindrului de către

Figura 2.1 Schema de principiu a injectării[1] a – injectarea materialului în matriţă; b – solidificarea şi răcirea topiturii; c – deschiderea matriţei şi aruncarea reperului din matriţă 1 – platoul mobil; 2 – matriţă; 3 – platoul fix; 4 – duza maşinii; 5 – cilindru; 6 – corp încălzire; 7 – melc; 8 – pâlnie de alimentare; 9 – sistem de antrenare în mişcare de rotaţie; 10 – sistem de acţionare în mişcare de translaţie; A – piesă injectată

corpurile 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.

5

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

După solidificarea și răcirea materialului ȋn matriță, platoul mobil 1 al mașinii de injectat se îndepărtează de platoul fix 3. Astfel matrița se deschide și ca urmare a acționării sistemului de aruncare 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 matriței și evacuării produsului. Reprezentând grafic mișcarea melcului și a matriței ȋn cursul procesului de injectare se obține diagrama din Figura 2.2 [1]

Figura 2.2. Diagrama reprezentând deplasarea melcului și a matriței ȋn procesul de injectare [1] tu – timp de umplere matriță; tul – timp de presiune ulterioară; tr – timp de răcire td – timp de demulare

Întregul proces de injectare poate fi cuprins ȋn următoarele trepte de procese: -

2.2.

plastifierea; umplerea matriței; compactizarea; răcirea și demularea.

Condiții de formare Principalii factori care determină procesul de formare a materialelor termoplastice: - proprietăți chimice, fizice și de curgere ale materialului termoplastic ȋn condițiile specifice procesului de injectare; - regimul temperaturilor; - regimul presiunilor;

6

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

durata necesară formării

-

Procesele chimice, fizice și termodinamice

sunt

determinate

pentru desfășurarea procesului de injectare. Proprietățile polimerilor amorfi sau cristalini sunt diferite. Topirea materialului termoplastic se face prin transmiterea căldurii de la peretele cilindrului de material sau prin transformarea prin fricțiune a energiei

mecanice

termică.

Cu

cât

ȋn

energie

temperatura

materialului termoplastic este mai ridicată cu atât acesta este mai fluid, matrița se umple mai ușor, iar timpii

Figura 2.3 Temperaturile locale ale polimerilor pe parcursul injectării[1]

de injectare se reduc. Temperatura

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

matriței este hotărâtoare ȋn faza de răcire-solidificare a reperului. Măsurând temperaturile locale ȋn 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 lungul cilindrului și a matriței Figura 2.3 [1] Materialul plastic ce alimentează maşina de injectat 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. Temperatura și vâscozitatea topiturii în timpul umplerii matriței, timpul t1-t3 se modifică puțin numai în interiorul matriței (l4 - l10) pe când în mașina de injectat temperatura rămâne 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 canalele de curgere (l3 – l5) iar la un timp de răcire foarte mare, timp t11, poate avea loc chiar și în cilindrul mașinii.

7

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

În timpul procesului de injectare se dezvoltă o serie de forțe care exercită presiuni importante asupra materialului

termoplastic.

Procesul

poate fi urmărit în Figura 2.4[1] Presiunea exercitată de melc transportă

Figura 2.4 Schema simplificată a injectării pentru punerea în evidenţă a presiunilor[1]

materialul plastic topit din camera cilindrului

mașinii,

prin

duza

și

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

canalele matriței, până în matriță pentru umplerea cavității acesteia. Presiunea din matriță atinge valori 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 mică decât cea exterioară datorită pierderilor de presiune care apar la trecerea materialului prin duza mașinii, duza matriței, rețeaua de injectare, pereții piesei injectate  presiunea ulterioară pul care reprezintă presiunea exercitată de melc asupra materialului din cavitatea matriței. Această presiune compensează contracția rezultată în urma răcirii materialului.  presiunea de sigilare ps definită ca presiunea exercitată asupra materialului plastic în cavitatea matriței în momentul solidificării culeei (corespunzător punctului de sigilare)  presiunea interioară remanentă pr, care reprezintă presiunea din piesa injectată în momentul începerii deschiderii matriței. După sigilare materialul se contractă datorită răcirii și în consecință presiunea scade, fără însă a atinge o valoare egală cu zero. Reprezentarea grafică a dependenței dintre presiunea din matriță și timpul de injectare, definește curba caracteristică a

Figura 2.5 Ciclul de injectare[1]

ciclului de injectare Figura 2.5[1]. Ciclul de

pi – presiunea interioară; ps – presiunea de sigilare; pi max – presiunea interioară maximă; pr – presiunea remanentă

8

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

injectare se desfășoară 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 crește brusc la valoarea pi (porțiunea de curbă 0 – 2). În stadiul de compactizare, polimerul se răcește și volumul scade. Se aplică presiunea ulterioară care determină introducerea unor noi cantități de topitură. Se ajunge până la o valoare maximă a presiunii interioare pimax, după care presiunea va scădea până la valoarea presiunii de sigilare p2 (2 – 4). Răcirea se caracterizează printr-o scădere mai lentă a presiunii ca urmare a solidificării (45). La sfârșitul stadiului, matrița se deschide și piesa este evacuată din matriță. Presiunea remanentă din punctul 5 trebuie sa fie mai mare decât presiunea mediului, pentru a asigura dimensiunile piesei. Durata de formare depinde de caracteristicile polimerului, de dimensiunile obiectului injectat și de sistemul de răcire al matriței. Durata de formare determină productivitatea mașinii și calitatea pieselor injectate. Un element important în determinarea duratei de formare îl constituie raportul dintre greutatea piesei injectate și capacitatea de plastifiere a agregatului.

2.3.

Umplerea matriței În urma multiplelor cercetări efectuate asupra curgerii topiturilor termoplaste din matriță,

se poate face astăzi o imagine destul de clară asupra procesului de umplere a matriței, această umplere are loc în conformitate cu Figura 2.6[1], materialul plastic pătrunde în cavitatea matriței prin orificiul de intrare x și curgerea se realizează conform

figurii, zona avansată

având frontul de curgere în formă de parabolă. Părțile exterioare ale materialului termoplastic topit în contact cu pereții reci ai matriței, se solidifică formându-se astfel în matriță un strat marginal termoizolant.

Figura 2.6 Umplerea cavităţii matriţei[1]

Pentru materialul aflat sub presiune, canalul

x – intrare material plastic topit; a – strat marginal solidificat; b – profilul vitezelor; c – front de curgere.

de curgere nu mai este format din conturul matriței, ci de stratul marginal întărit. Stratul marginal, ca efect al temperaturii pereții matriței, are viteza de forfecare mai mică decât stratul interior, care are viteza de forfecare mai mare. Astfel, între interior și exterior apar viteze de

9

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

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 raportul de căldură al topiturii este mai mic, respectiv căldura care ia naștere prin forfecare este mai mică. Deoarece topitura pierde pe parcursul de curgere o parte din căldură, pentru punctele mai îndepărtate de culeea de injectare, raportul de căldură în unitatea de timp este mai mic şi stratul marginal 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, la depărtare de culee, apare curgerea lentă. La piesele injectate cu pereți foarte subțiri apare o creștere importantă a rezistenței de umplere a matriței 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 timp mai 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 o umplere mai rapidă a cuibului, se impune creșterea presiunii de injectare. Odată cu mărirea presiunii vâscozitatea crește, ceea ce determină scăderea vitezei de deformare. Curgerea materialului se face laminar, chiar şi la creșterea presiunii, datorită creșterii vâscozității care împiedică 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 asupra 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 începutul umplerii de la zero la o viteză finală și trebuie sa scadă din

10

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

nou sub formă de salt la zero în clipa în care frontul de curgere a ajuns la capătul drumului de curgere. - presiunile ridicate ale topiturii din capul melcului, necesare procesului de curgere, nu au voie sa se manifeste ca presiuni statice, interne, după terminarea umplerii matriței , deoarece s-ar provoca o supraîncălzire sau o suprainjectare a reperului. - la scăderea vitezei de injectare scade și eficiența de transport a melcului ca urmare a creșterii pierderilor (circuit invers de topitură în canal, pierderi peste flancul spirei, etc.) Astfel, pentru un reper dat, pentru fiecare viteză de injectare se impune un reglaj al cursei de 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 umplere al matriței 2.4.

Curgerea materialului in matriță Calitatea

piesei

injectate ca factor principal de caracterizare a procesului de injectare este direct dependent de fenomenul de umplere al cavității matriței. Problemele de

umplere

ale

cuibului

Figura 2.7 Lungimi de spirale Griffits pentru un polistiren[1]

matriței depinde în cea mai mare măsură de capacitatea de curgere a materialului plastic. Această însușire este determinată de 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 duza mașinii de injectare în centrul spirei și apoi prin

11

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

canalul spiral, pe o anumită lungime, până la încetarea curgerii ca urmare a răcirii progresive. Lungimea drumului de curgere este dependent de grosimea pereților, temperatura materialului topit ce se injectează, temperatura peretelui matriței, presiunea de injectare, viteza de avans a melcului. Influența temperaturii materialului plastic topit asupra lungimii de curgere poate fi observată în Figura 2.7[1] La materialele termoplastice amorfe are loc, în condiții de prelucrare date, o creștere a lungimii drumului de curgere o dată cu creșterea grosimii spiralei Figura 2.8[1]

Figura 2.8 Lungimea drumului de curgere în matriţa cu spirala Griffits pentru polistiren de uz general (stânga) şi polistiren rezistent la şoc (dreapta) [1] Același lucru este valabil și pentru materialele termoplastice semicristaline. Pentru unele materiale termoplastice speciale se constată însă o creștere a lungimii de curgere în formă de spirală odată cu creșterea grosimii Figura 2.9[1] Lungimile căilor de curgere în funcție de condițiile de prelucrare și de grosimea pereților ce se obțin prin testul spiralei, sunt valori orientative pentru proiectantul și executantul de matrițe care nu pot găsii răspuns la întrebările referitoare la:

Figura 2.9 Lungimea drumului de curgere in matriţă cu spirală pentru un poliacetat (Ultraform) [1]

-

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. 12

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

Grosimea pereţilor piesei injectate nu poate fii oricât de mică, ea depinzând de capacitatea de curgere a materialului şi de lungimea pe care aceasta o parcurge. De aceea este important să se cunoască grosimea de perete necesară pentru un parcurs de curgere determinat, pentru a evita astfel dificultățile ce pot apărea la fabricație. Lungimea de parcurs a materialului este în funcție de temperatura materialului, de viteza de injectare, de sinuozitatea drumului parcurs în matrița şi de presiunea de injectare. Producătorii de materiale termoplastice oferă diagrame pentru calculul [1]

grosimii de pereți (Figura 2.10 ). În procesul de curgere a materialului plastic în cavitatea matriței apar o serie de fenomene şi factori de influenţă asupra calităților, respectiv defectelor pieselor

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)

injectate: -

orientarea materialului în timpul curgerii; locul injectării şi numărul locurilor de injectare; fronturi de curgere, restricții şi ezitări; linii de întâlnire; starea suprafeței cavității.

2.4.1. Orientarea macromoleculelor materialului plastic În timpul procesului de umplere a cuiburilor matriței, lanțurile macromoleculare ale polimerului se orientează pe direcția curgerii, iar fenomenele de relaxare ce se manifestă apoi au mare importanţă asupra calităţii piesei injectate

Figura 2.11 Orientarea macromoleculelor în timpul procesului de curgere[1]: a – orientarea macromoleculelor în timpul curgerii; b – deformarea piesei injectate după relaxare

Figura 2.11[1]. Orientarea macromoleculelor se realizează de la locul injectării către sfârșitul curgerii în direcție radială (Figura 2.11.a[1]). În masa de material injectat apar tensiuni interne diferite după relaxare, între punctul de injectare si punctele cele mai îndepărtate de punctul de

13

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

injectare. Ca urmare a acestor tensiuni apar fenomene de deformare în piesa injectată (Figura 2.11.b[1]). Proprietățile fizico-mecanice ale unei piese injectate sunt determinate în cea mai mare parte de orientarea macromoleculelor

materialului

termoplastic

în

timpul

injectării. În Figura 2.12[1] este prezentată o piesă injectată dreptunghiulară realizată prin injectare peliculară laterală. Dacă se prelevează două probe diferite din aceeaşi zone şi se supun la încercarea la impact Izod, se observă că o probă rezistă mai mult decât cealaltă (proba A este mai rezistentă) În

cazul

injectării

unei

piese

dreptunghiulare

contracția pe direcţia curgerii x1, direcția de orientare a macromoleculelor, este mai mică decât contracția x2 perpendiculară pe direcția de curgere (Figura 2.13[1]) Cunoscând tendințele de orientare macromoleculară şi sensul liniilor de curgere, proiectantul de matrițe proiectează forme optimizate de curgere (Figura 2.14[1]). Realizarea

Figura 2.12 Orientarea macromoleculelor determină rezistenţe mecanice diferite în piesa injectată[1] a – piesa injectată; b – proba A supusă la rezistenţă de impact Izod; c – proba B supusă la rezistenţă de impact Izod; F – forţa de impact a pendulului.

unor piese ce favorizează curgerea elimină din start zone de stagnare si turbulenţă a curgerii.

Figura 2.13 Contracția piesei injectate în funcție de orientarea macromoleculară[1]

Figura 2.14 Proiectarea formei piesei în funcție de curgere[1]

A – dimensiunile piesei în timpul injectării; B – dimensiunile piesei după relaxare; x1 – contracția piesei după direcția de curgere x2 – contracția piesei pe direcția perpendiculară curgerii

14

a – geometrie necorespunzătoare pentru curgere; b – geometrie favorabilă curgerii; R1,R2 – raze de curbură; A1 – zona moartă; A2 - zona moartă diminuată constructiv.

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

2.4.2. Fronturi de curgere. Restricții si ezitări Ideal la umplerea cavitații matriței de injectat, ar fii ca prin intermediul punctului de injectare să se realizeze o umplere simultană a celor mai îndepărtate zone ale cavității matriței. Practic acest lucru este greu de realizat. De exemplu, în Figura 2.15[1] este prezentată umplerea unei cavități dreptunghiulare printr-un singur punct de injectare plasat central. Astfel materialul termoplastic se distribuie sub formă de fronturi de curgere circulare spre pereții laterali ai cavității matriței. Cel mai înaintat front de curgere are de străbătut până la cei patru pereți distanţele x1 si y1 (Figura 2.15.a[1]). După un timp de curgere, frontul cel mai înaintat atinge pereții A si B ai matriței, pereții C si D fiind însa la distanţa y2 (Figura 2.15.b[1]). Umplerea completă a cuibului se face conform Figurii 2.15.c[1] fronturile de curgere fiind

Figura 2.15 Umplerea unui cuib de matriță dreptunghiular printr-un punct de injectare[1] a,b,c – stadii de umplere; x1,y1,y2 – distanţe până la pereții laterali ai matriței; A,B,C,D – pereții matriței.

orientate după direcțiile prezentate in figura. Situația umplerii poate fii îmbunătăţită pentru același spațiu de injectare schimbând punctul de injectare în două puncte sau trei puncte. În Figura 2.16.a[1] umplerea cavității se realizează prin două puncte astfel încât după ce fronturile avansate ajung la pereții A si B până la pereții C şi D şi până la linia de întâlnire mai rămâne distanţa x. În Figura 2.16.b[1] fronturile de curgere ating pereții A şi B simultan cu pereții C şi D realizând şi liniile de întâlnire. Există mai multe teorii privind umplerea

Figura 2.16 Umplerea unui cuib dreptunghiular prin 2 sau 3 puncte de injectare[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.

matrițelor, una din teorii presupune propagarea umplerii sub formă de undă, astfel încât fiecare punct al “vechii” unde (front de curgere) poate fii considerat punct de start al unor unde elementare circulare. Aceste unde elementare în totalitate

15

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

determina noul front de curgere (Figura 2.17[1]). Distanţa dintre cele fronturi, frontul vechi si frontul nou este egală cu raza R de creștere a fiecărei unde elementare. La umplerea cuibului se pot ivi şi

Figura 2.17 Metodologia de creștere a fronturilor de curgere[1]

cazuri în care apar obstacole (poansoane) de diferite forme şi dimensiuni. În acest caz obstacolul determină o “umbra”, umbră care

a – injectare punctiformă centrală; b – injectare peliculară laterală; FV – front vechi; FN – front nou; UE – unde elementare; R – raza undelor elementare.

modifică 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 creează noi unde pentru fronturile noi din zona umbrită. Un beneficiu special al metodei de realizare al imaginii umplerii este realizat la umplerea

Figura 2.18 Umplerea unor cavităţi cu obstacole[1] a,c – injectare peliculară laterală; b – injectare punctiformă; I – punct de injectare.

unor cavităţi cu grosimi diferite pe zone. Pentru un anumit interval de timp Δt se respectă relația:

unde Δl este rata de avans a fiecărui front, h

este înălţimea cavităţii matriţei. Această relație exprimă că raportul între rata de creștere a frontului de curgere Δl şi înălţimea h a matriței în diferite

regiuni

este

aceeaşi în același interval de timp Δt. Imaginea umplerii pentru 2 cavităţi Figura 2.20 Imaginea umplerii la umplerea a două cavităţi[1] a – înălţime constantă; b – înălţime diferită; I – punct de injectare.

diferite

injectate

din

centru este prezentată în Figura 2.20[1]

16

Figura 2.19 Imaginea umplerii la o matriță cu diferite forme geometrice de obstacole[1] a – injectare peliculară laterală; b – injectare punctiformă; P,P1,P2 – puncte de creștere a undelor.

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

Foarte multe piese injectate sunt realizate cu pereți de grosimi diferite. Acest lucru ar trebui evitat, dar nu întotdeauna este posibil. Pereții cu grosimi diferite conduc la dificultăţi suplimentare la umplerea matrițelor. Acest lucru 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.

Figura 2.21 Umplerea unei matrițe cu punerea în evidenţă a fenomenului de „ezitare” [1]

Injectarea laterală în ramă determină o curgere mai rapidă prin ramă şi o curgere mai înceată în zona centrală. În zona centrală se manifestă tendința de solidificare a fronturilor avansate de curgere. Curgerea mai înceată în zona centrală dă imaginea unei “ezitări” a frontului de curgere. Când se injectează, printr-un dig, într-o cavitate de grosime mare poate să apară fenomenul de “jet liber”. La producerea fenomenului de jet liber materialul plastic curge în spaţiul de grosime mare fără a forma frontul

Figura 2.22 Producerea unui „jet liber”[1]

de curgere fountain. Aderenţa jetului la perete este mică, acesta se răceşte rapid fără să se mai producă sudura cu straturile de material învecinate Figura 2.22[1]. Proprietățile mecanice si chimice ale piesei injectate rezultate vor avea de suferit. Fenomenul

de

jet

liber

nu

trebuie

minimalizat. Se poate acționa asupra formei şi dimensiunii digului sau prin obstrucții în drumul

Figura 2.23 Metode constructive de eliminare a fenomenului de „jet liber”[1] a,b – soluții constructive; 1 – miez obstacol; R – raza de racordare a digului cu cuibul.

frontului de curgere Figura 2.23[1] 2.4.3. Linii de întâlnire Liniile de întâlnire sau planurile de întâlnire se formează în timpul procesului de umplere când materialul plastic topit curge din direcții 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 sunt asemănătoare unor mici crăpături, mai mult sau mai puţin vizibile, inacceptabile din considerente estetice pentru mai multe aplicații. Mai important este

17

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

însa că local scade rezistenţa mecanică a piesei injectate. De aceea proiectantul trebuie să acorde atenție deosebită

următorilor factori: selecției

materialului, proiectării piesei, proiectării matriței şi conditilor de injectare. Zona slabă a liniei de injectare este atribuită mai multor factori: -

incompleta difuzie a macromoleculelor celor două fronturi;

-

nefavorabila orientare şi solidificare a lanțurilor macromoleculelor sau a fibrelor;

-

existenţa unor crestături în forma de “V” în suprafața de întâlnire;

-

Figura 2.24 Modalitatea de întâlnire a două fronturi de curgere[1] a – nu se produce difuziunea fronturilor; b – fronturile realizează o difuziune parțială; c – completa difuziune a fronturilor; x – linie de întâlnire.

prezenţa substanțelor străine la interfața de întâlnire. Se poate studia o secțiune printr-o piesă injectată

unde 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. În această zonă lanțurile macromoleculelor au difuzat între cele două fronturi. Spre exterior există două zone B cu legătura slabă unde există suprafețele de întâlnire a celor două fronturi unde nu s-a produs difuzarea lanțurilor macromoleculare. La suprafața exterioară a piesei, în

Figura 2.25 Secțiune pentru punerea ȋn evidență a zonei suprafeței de întâlnire[1] A – zonă centrală cu legătura; B – zonă cu legătura slabă; C – zonă de întâlnire ȋn „V”

zona de întâlnire C se observă crăpături în forma de “V”. Apariția linilor de întâlnire este cauzată de folosirea mai multor puncte de injectare la o piesă Figura 2.26[1]. Liniile de întâlnire pot apărea și ȋn cazul ȋn care se folosește un punct de injectare, dar fronturile de curgere înconjoară un miez sau un miez se așează ȋn calea frontului de curgere Figura 2.27[1]

18

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012 Liniile de întâlnire se pot crea și ȋn cazul unor bosaje indiferent că există un punct de injectare sau mai multe puncte de injectare Figura 2.28[1] Plasarea unui miez sau mai multor miezuri care formează găuri ȋntr-o piesă injectată necesită

Figura 2.26 Apariția linilor de întâlnire[1] a – injectare prin 2 puncte; b – injectare prin 4 puncte.

o atenție deosebită pentru proiectantul de piesă și matriță (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 se formează mai multe linii de întâlnire ȋntre miezuri Figura 2.29.b[1]. Ȋn zona liniei de întâlnire rezistența mecanică a piesei este redusă și de Figura 2.27 Linii de întâlnire in jurul miezurilor[1] a – miez central; b – miez in calea frontului de curgere.

aceea se acordă atenție distanței dintre miezuri, mărimii și numărului acestora. Rezistențele mecanice pe zone pentru cele două cazuri se pot urmări ȋn Fig. 2.29[1] Exista mai multe posibilități de a influența linia de întâlnire, linie care determină o rezistență mecanică zonală mult redusă (dimensiunea digului, numărul digurilor, tipul digului, temperatura materialului plastic,

Figura 2.28 Linii de întâlnire in jurul bosajelor[1]

temperatura matriței). Folosirea calculatorului oferă

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

posibilități noi de concepție a matriței astfel ȋncât efectele negative a linilor de întâlnire sa fie diminuate. Se oferă însa și alte soluții constructive pentru eliminarea linilor de sudură (Figura 2.30[1]) Astfel, la injectarea laterală printr-un punct al piesei injectate apare linia de întâlnire ca urmare a fronturilor care înconjoară miezul central Figura 2.30.a[1]. Pentru aceasta se

Figura 2.29 Rezistența mecanică ȋn zona liniilor de întâlnire[1]

construiește un adaos A unde fronturile se întâlnesc, astfel ȋncât linia de întâlnire se elimină din piesă

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

19

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012 Figura 2.30.b[1]. La zona de întâlnire a mai multor fronturi pot apărea zone închise unde aerul este

comprimat,

ceea

ce

determină

zone

neumplute Figura 2.31[1]. Ȋn acest caz se apelează Figura 2.30 Soluție constructivă pentru eliminarea efectului de linie de întâlnire[1]

la sisteme de ventilație. Starea suprafeței cuibului și miezului

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

matriței influențează fenomenul de curgere a materialului plastic. Prezenta unor rugozități pronunțate rezultate din prelucrare perturbă curgerea, dar ȋn același timp influențează procesul de scoatere a piesei injectate din matriță. Suprafețele canalelor de curgere, a digului, precum și suprafetele poansonului și cuibului se lustruiesc ȋn direcția Figura 2.31 Zona de întâlnire a mai multor fronturi de curgere[1]

2.5.

curgerii pentru a facilita curgerea.

Matrițe de injectat considerații generale

Figura 2.32 Tipurile principale de matrițe de injectat[1] a – injectare perpendiculară pe planul de separație; b – injectare ȋn planul de separație; c – injectare specială (bicomponentă); 1 – matriță; 2,3 – cilindrii de injectare; x – planul de separație 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 de injectat condiționează realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare. Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din material plastice a condus la elaborarea unor soluții constructive și tehnologice specifice atât ȋn domeniul proiectării cât și ȋn cel al execuției matrițelor de injectat. Matrițe pentru injectat materiale termoplastice sunt constituite ȋn principiu

20

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

din 2 părți principale: semimatrița din partea duzei de injectare și semimatrița din partea aruncării. Matrița este fixată pe platourile de prindere ale mașinii de injectat. Majoritatea matrițelor lucrează folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cu axă perpendiculară pe planul de separație. Ȋn cazul unor injectări speciale (injectare bicoloră și tricoloră) injectarea se face atât perpendicular pe planul de separație cât și ȋn planul de separație Figura 2.31[1]

2.5.1. Construcția și funcționarea matrițelor de injectat Ȋn funcție de forma geometrică a piesei, de natura și caracteristicile materialului plastic, de tipul mașinii de injectat, există o mare varietate constructivă de matrițe 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 se montează pe platourile de prindere ale mașinii de injectat prin intermediul celor 2 plăci de prindere 4 și 13 care se fixează cu ajutorul unor bride sau șuruburi de fixare. Centrarea matriței pe platourile mașinii se realizează cu ajutorul inelelor de centrare 28 (pe partea mobilă) și 19 (pe partea fixă). Inelele de centrare sunt prinse ȋn plăcile de prindere ale matriței cu ajutorul șuruburilor 3. Materialul plastic topit din duza mașinii de injectat ajunge ȋn duza 18 a matriței de injectat și prin intermediul rețelei de injectare la cuiburile matriței. Piesa injectată se formează ȋn cuibul format de poansonul 17 și pastilele 15 și 16. După întărirea materialului plastic ȋn matriță, ca urmare a răcirii plăcilor matriței, prin intermediul circuitului de răcire matrița se deschide ȋn planul de separație “X”. Piesa injectată întărita ca urmare a contracției pe poansonul 17, rămâne solidară 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 pe mașina de injectat și sistemul de aruncare este acționat determinând mișcarea plăcii de aruncare 5, plăcii portaruncătoare 6, aruncătoarelor 26, aruncătorului central 25 și a tijelor readucătoare 24. Plăcile aruncătoare și portaruncătoare sunt fixate cu ajutorul șuruburilor 7. Tija de aruncare 1 este ghidată de bucșa centrală 2 și este înșurubata ȋn placa aruncătoare 5. Piesa injectată este aruncată din matrița de aruncătoarele tip știft 26, iar rețeaua de către aruncătorul central 25. La închiderea matriței tijele de aruncare 24 lovesc știfturile tampon 22 determinând revenirea la poziția inițială a întregului sistem de aruncare. Plăcile matriței sunt prinse cu ajutorul

21

Capitolul II – Tehnologia injectării

Alecsa Valerian SIM 2012

șuruburilor 27 și sunt centrate cu ajutorul știfturilor 21. Centrarea celor 2 semimatrițe se realizează cu ajutorul coloanelor de ghidare 14 și a bucșelor de ghidare 12.

Figura 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.

22

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

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 verticală sunt ȋmpărțite ȋn trei categorii: polimeri de largă consumație, tehnopolimeri, și superpolimeri, aria mai mare sau mai mică ȋn care sunt marcați simbolizând și răspândirea acestora pe piața. Polimerii de largă consumație, ocupând cel mai mare segment pe piață, sunt acele materiale care 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 in general sub 100oC. Tehnopolimerii sunt destinați realizării de piese tehnice ce trebuie sa aibă proprietăți fizice, chimice sau electrice ridicate, și sunt destinate industriei electrice, electrotehnice, și de automobile. Necesită echipamente auxiliare (uscătoare, utilaje echipate cu unități de injecție rezistente la abraziune). Temperatura de utilizare este cuprinsă ȋntre 100oC – 150oC Superpolimerii sau polimerii de înalta performanță sunt destinați injecției de piese de înaltă tehnicitate destinate ȋnlocuirii pieselor tradiționale realizate din metal sau aliaje metalice. Au preț de cost ridicat și necesită echipamente special (uscătoare, unități

injecție

de

rezistențe

la

abraziune

coroziune,

aparate

termostatare

a

înalt și de

matriței).

Procesarea necesită temperaturi ale materialului și a matriței mari, iar piesele trebuie să aibă proprietăți mecanice, termice și chimice foarte ridicate ȋnsoțite de o foarte bună precizie

Figura 3.1 Reprezentarea materialelor termoplaste injectate[2]

23

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

dimensional, temperatura de utilizare este ȋn general peste 150oC Materialele termoplaste se împart ȋn două categorii: materiale amorfe și materiale semicristaline. Există o grupă specială de materiale, elastomeri termoplastici, cu caracteristici asemănătoare cu a materialelor amorfe, materiale care cu toate că nu fac parte din grupa termoplastelor sunt proprii prelucrării prin injectare.

Materiale folosite la construcția elementelor componente ale unei matrițe

3.2.

Injectarea pieselor din materiale termoplastice ȋn matriță presupune folosirea mai multor tipuri de material: oțeluri, aliaje neferoase, materiale nemetalice. La serii de fabricație mari, de la aproximativ 5000 până la câteva milioane de bucăți, se utilizează de obicei oțelul. 3.2.1. Oțeluri Un oțel pentru construcția matrițelor de injectat trebuie să îndeplinească din punct de vedere 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.

Oțeluri 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 prin tăiere oxiacetilenica fără ca marginile tăiate să se calească. Aceste oțeluri pot fii utilizate ȋn condiții bune pentru confecționarea diferitelor plăci ale matrițelor care nu vin in contact cu materialul plastic, cum ar fii placa de prindere, placa intermediară, placă distanțieră. Pentru a

24

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

asigura rezistența necesară la solicitarea prin compresiune de regulă se utilizează marca de oțel OL60. Pentru matrițele mai mici cu solicitări mai reduse, pot fii utilizate si mărcile OL42 și OL50. Din aceste oțeluri se mai pot confecționa și alte piese ca: șuruburi de fixare, dopuri filetate, prelungitoare,suporți, etc.

3.2.1.2.

Oțeluri de cementare

Sunt oțeluri cu conținut redus de carbon (0,07 – 0,18%). Prin carburarea suprafeței exterioare, conținutul de carbon crește la 0,8 – 0,9% adâncimea stratului carburat fiind cuprinsă ȋntre 0,5 – 1,2 mm. După călire stratul exterior devine foarte dur (58 – 62 HRC) având rezistența mare la uzură, păstrând ȋn același timp tenacitatea miezului. La utilizarea otelurilor de cementare se ține seama de 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 injectat lucrează ȋn condiții grele de exploatare vor fii alese acele oțeluri de cementare care pe lângă o suprafață dură și rezistența la uzură ȋn urma călirii, asigură deformabilitate minimă și o rezistența corespunzătoare 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 de ghidare, 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 superficială ridicată pentru a rezista la uzură și maximum de tenacitate ȋn miez. Pentru aceasta se execută un tratament termic de ȋmbunătățire, a structurii miezului, respectiv o dublă călire. Oțelurile recomandate pentru acest lucru sunt: 18MnCr10, 10CrNi15, 21MoCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30. Toleranțele mici indicate pentru reperele injectate impun ȋn unele cazuri oțeluri care ȋn urma tratamentului termic au o deformare minimă, cum ar fii: 21TiMnCr12, 28TiMnCr12, 16CrNiW10. Aceste oțeluri fiind cu granulație fină pot fii supuse tratamentelor termice simple după cementare și sunt indicate pentru piese greu solicitate.

25

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Oțeluri pentru cementare care se prelucrează prin deformare la rece. Aceste oțeluri se recomandă atunci când se construiesc matrițe cu mai multe cuiburi și când suprafețele cuiburilor sunt 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 prin rezistența 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 fie scăzută si să permită prelucrarea unor amprente adânci, fără recoacerea intermediară. Ca regulă se menționează că un oțel poate fi bine prelucrat pe adâncime când produsul 1,25 HB ≤ 300 kgf/mm2. Cu cât diferența ȋntre 1,25 HB și 200 kgf/mm2 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: OLC10, OLC15, 15Co8. Oteluri OLC10 și OLC15 ȋn stare normalizată 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. Din analiza acestor date rezultă ca aceste oțeluri se pot utiliza pentru piese cementate prelucrate prin deformare 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 uzură și presiune materialului plastic. Oțelul aliat 15Co8 datorită durității ȋn stare recoaptă se poate prelucra ușor prin deformare plastică 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.

Oțeluri de nitrurare Pretențiile dimensionale și rezistența ridicată la uzură impuse matrițelor de injectat sunt

satisfăcute de folosirea ȋn construcția cuiburilor a oțelurilor de nitrurare. Rezistența la uzură a acestor oțeluri poate atinge 1050 HV. Pentru nitrurare se folosește oțelul aliat 38MoCrAl9 și 38MoCr11 care ȋn urma tratamentului de ȋmbunătățire primește o duritate ȋn miez de 300 – 370

26

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

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 materiale termoplastice (policarbonați) reacționează cu oțelurile aliate cu aluminiu, astfel că rezultă o schimbare a culorii materialului, din acest motiv injectarea acestor materiale nefiind recomandată. Duritatea optimă și rezistența maximă la uzură se obține la oțelurile nitrurate ȋn gaz, nu pe suprafața piesei, ci cu câteva sutimi de milimetru ȋn adâncime, stratul superficial este foarte sfărâmicios. Acest strat se va îndepărta prin lustruire, după ce ȋn prealabil a fost prevăzut la prelucrarea prin așchiere, pentru a se putea menține cotele precise solicitate de matrița respectivă. 3.2.1.4.

Oțeluri pentru călire La injectarea unor piese care necesită inserții metalice ȋn oțelurile de cementare pot apărea

degradări din cauza suprasolicitărilor locale, ca urmare a introducerii greșite a inserților. Ȋn aceste cazuri 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, se folosește prelucrarea prin electroeroziune după tratament termic. Solicitările mari la care sunt supuse aceste piese necesită obținerea unei structuri foarte fine care se realizează prin alegerea unei temperaturi minime de călire și menținerea scurtă la aceste temperaturi. Ȋn construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc 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 execuția sculelor cu grosimi mai mari de 20 – 25 mm, vor fi folosite la piese ca: bucșe de ghidare, bucșe de conducere, bucșa centrală, aruncătoare tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme complicate executate din aceste oțeluri se călesc ȋn două 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 oțeluri aliate 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 pentru matrițe cu adâncimea cuibului mare și cu o precizie ridicată, prezentând deformații foarte mici ȋn 27

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

urma tratamentului termic. Oțelul 200Cr120 este ledeburitic și are caracteristici și tratament termic deosebit de al altor oțeluri. La acest oțel, pentru ca dimensiunile pieselor după călire și revenire să nu difere de cele inițiale (ȋn stare recoapta) se recomandă aplicarea unei căliri de la 1050 – 1060oC urmată de o revenire la 475 – 500oC. După o primă revenire la 475oC 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.

Oțeluri de ȋmbunătățire

O serie de motive ca: imposibilitatea eliminării deformațiilor, lipsa utilajelor de rectificare a profilelor complicate și de corectare a găurilor, necesitatea executării cuiburilor direct ȋn placa de formare 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, alegerea durității 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 care urmează doar operația de lustruire. Avantajele utilizării acestor materiale sunt: rapiditatea ȋn executarea matriței, eliminarea riscului apariției deformărilor după tratamentul termic, posibilitatea executării de remedieri la matrița ȋn cazul ȋn care nu s-au obținut dimensiunile dorite de 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 montează cuiburi sau poansoane, plăci aruncătoare și portaruncătoare, plăci tampon, etc. Oțelurile aliate pentru ȋmbunătățire pot fi: 41MoCr11, 50VCr11, etc. Oțelurile 41MoCr11 se utilizează pentru piesele puternic solicitate cu secțiune mare, de ȋmbunătățire. Prin călire și revenire se obține 270 – 320 HB. Oțelul 50VCr11 se recomandă pentru secțiuni medii sub 50 mm. Sunt supuse unor regimuri de funcționare, au rezistență la uzură și sunt elastice. După ȋmbunătățire se obține 300 – 400 HB. 3.2.1.6.

Oțeluri inoxidabile sau anticorozive

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

28

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

materialul termoplastic sau executarea pieselor respective din oțeluri inoxidabile. Nu pentru toate configurațiile de piese se poate aplica cromarea. De asemenea există pericolul exfolierilor, mai ales la piesele subțiri solicitate la încovoiere. Ȋn acest caz se recomandă utilizarea oțelului inoxidabil. Stabilitatea la coroziune se realizează print-un conținut de crom de minimum 12%. Prin adaos 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 și 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 conductibilitate termică si de aceea se recomandă pentru construcția de duze punctiforme, atât la matrițele de injectat cu antecameră cât și la matrițele cu canale încălzite. Ȋn unele cazuri se folosesc la executarea unor pastile greu de realizat din oțel și care nu pot fii răcite ȋn bune condiții. Se prelucrează ușor. Alama se folosește de asemenea, la confecționarea miezurilor pentru răcirea intense a poansoanelor. Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu staniul. Ele se caracterizează printr-o bună rezistență la coroziune ȋn aer și apă, o rezistență ridicată la uzură și durificare importantă prin deformare la rece. Sunt folosite bronzurile de beriliu care prezintă caracteristici 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 cu d ≤ 5 mm, folosind foarte buna să proprietate de conductibilitate termica.

29

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor 3.2.2.2.

Alecsa Valerian SIM 2012

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 tracțiune și duritate. Se folosesc aliaje de aluminiu la confecționarea cuiburilor pentru matrițe de probă, la execuția unor plăci de aruncare expuse la accidente prin închiderea bacurilor. Unele aliaje speciale ale aluminiului cu rezistenta ridicata se pot folosi și la execuția unor matrițe cu cuiburi foarte 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 mare

de factori: presiune, ungere, viteză de rotație, natura mediului de contact. Aliajele antifricțiune au un punct de topire relativ scăzut (220 – 300oC) și ca atare pot fii ușor turnate. Două grupe de aliaje antifricțiune sunt mai răspândite: aliaje antifricțiune pe baza de Sn (80 – 90%) și aliaje antifricțiune pe baza de Pb (75 – 80% Pb) 3.2.3. Materiale nemetalice Se folosesc mai puțin la confecționarea elementelor matrițelor. Pentru realizare unor piese de 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: Oteluri recomandate pentru 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,

OLC45; OLC55;

placa portaruncătoare, inele de centrare

50VCr11; 41MoCr11.

Părțile active ȋn contact direct cu materialul plastic (placa de

200Cr120; 90VMn18;

formare, poanson, pastila, bac)

97MnCrW14; OLC15; OSC8; OSC10

30

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Părțile active pentru injectarea materialelor plastice cu acțiune

20Cr130

corozivă

40Cr130

Părțile active care trebuie să aibă deformare minimă la

30MoCrAl9

tratamente termice

33MoCr11

Coloana de ghidare, coloana inclinată, camă cârlig

OLC15; 15Cr8; 18MnCr10

Duza, bucșa de ghidare, bucșa de conducere, bucșa centrală Tija de aruncare, tija filetată, placa tampon, tija tampon

OSC8; OSC10 OLC45; OLC55; 50VCr11

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

97MnCrW14

tampon, știft readucător

Tabelul 3.2 Oțeluri recomandate pentru matrițe[1][2] C45W3

Construcții generale de matrițe. Nu se folosește la plăcile de formare

X210Cr12

Pentru placi de formare rezistente la uzură

X42Cr13

Pentru placi 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

Pentru matrițe mari, foarte bune la polizare, condiționat la

47CrMo4

coroziune

40CrMnMoS8-6 X36CrMo17

Pentru matrițe mari, foarte bune la polizare, condiționat la coroziune, prelucrabilitate mai bună decât materialul 40CrMnMo7 Pentru plăci de formare, rezistent la coroziune, recomandat pentru PVC

X6CrMo4

Deformabil la rece, numai întărit la coroziune

X38MoV5-1

Recomandat pentru plăcile de formare a tehnopolimerilor, prelucrabilitate bună

X40CrMoV5-1

Recomandat pentru plăcile de formare a tehnopolimerilor

X40CrMoVS5-1

Recomandat pentru plăcile de formare

31

Capitolul III – Materiale folosite la construcţia matriţelor

Alecsa Valerian SIM 2012

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

Oțeluri special călite martensitice

54NiCrMoV6

Pentru 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

X19NiCrMo4

Pentru matrițe medii si mari, distribuitoare de canale încălzite

X45NiCrMo4

Pentru materiale plastice cu agresivitate chimică: duroplaste sau

X35CrMo17

PVC X5CrNiCuNb17-4-4

Pentru placuțe de presiune la distribuitoarele cu canale încălzite

34CrAlNi4

Pentru construcții generale de matrițe.

Figura 3.2 Reprezentarea unei cavități de injectat[3]

32

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Capitolul IV – SELECȚIA MATERIALELOR PENTRU MATRIȚE 4.1. Considerații generale Procesul de selecția a materialelor se face ȋn continuare pe un caz concret a unei părti componente dintr-o matriță de injecție. Ca referință se va considera un caz particular de cavitate interioară utilizată de firma “SIPA Engineering” pentru injecție de material PET

[4]

. Selecția se

face 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 ȋmbunătățirea conductivității termice a materialului cavității. Injectare materialului plastic are loc ȋn 2 etape, inițial 95% din plasticul topit este forțat la viteze și presiuni mari ȋn matriță urmând ca ceilalți 5% din material să fie injectați la viteze și presiuni mai mici pentru a compensa contracțile care apar ȋn urma răcirii. Presiunea trebuie menținută ȋn continuare pentru a nu apărea contracții la răcire.[5] Timpul de răcire este cel mai important aspect al procesului de injecție deoarece el influențează direct productivitatea matriței. Răcirea trebuie să fie rapidă pentru a evita cristalizarea materialului. Dacă materialul este ȋn stare cristalină acesta ȋsi pierde proprietățile de transparență. Pe de altă parte o răcire insuficientă va face ca materialul să se deformeze la manevrarea ulterioară a semifabricatului și chiar să se lipească de sistemul de prindere care manevrează produsul după injecție. O răcire rapidă va asigura starea amorfa și ȋn același timp va reduce timpul unui ciclu de injecție prin urmare va crește productivitatea.[5][6] Materialul actual folosit pentru cavitate este un oțel inoxidabil martensitic X40Cr14 Tabelul 4.1. Material: X40Cr14 [ AISI 420, DIN 1.2083, THYROPLAST 2083 ] [8][9] Compoziție chimică 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 Proprietăți fizice Rezistența mecanică 1900 MPa Densitatea 7700 kg/m3 Limita la curgere 1200 MPa Modulul de elasticitate 210 GPa Duritate 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∙10-6 mm Capacitatea de lustruire foarte bună [4/5] Rezistența la coroziune foarte bună [4/5]

33

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

(denumit și 1.2083 sau “THYROPLAST 2083”, o denumire comercială a otelului 1.2083)[7]. Principalele avantaje ale materialului sunt rezistența mecanică foarte ridicată (1900 MPa și 1200 MPa 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 uzură și la oboseală, iar duritatea mare oferă de asemenea și o capacitate ridicată de lustruire, cerință necesară funcționalității matriței de injecție, calitatea suprafeței semifabricatului injectat depinzând direct de calitatea suprafeței cavității ȋn care s-a făcut injecția. Principalul dezavantaj a acestui material este conductivitatea termică scăzuta care crește mult timpul necesar unui ciclu de injectare. Ȋn Tabelul 4.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale materialului[8][9]. Principala problemă care apare ȋn timpul răcirii este faptul că deșii răcirea cu apă este foarte eficientă, și ea permite apei să răcească cavitatea extrem de rapid, cavitatea ȋnsăși nu este capabilă să transfere căldura suficient de rapid. Căldura trebuie să treacă de la plasticul topit, prin pereții cavității pană la canalele de răcire, prin urmare rezultă că timpul de răcire depinde direct de capacitatea materialului cavității de a transmite căldura.

4.2. Analiza constructivă și funcțională Piesa considerată are o geometrie complexă (Figura 4.1) datorită necesității evacuării cât

Figura 4.1 Reprezentare 3D a cavității de injecție ȋn vedere izometrică (stânga) și secțiune izometrică (dreapta)[Anexa 2]

34

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

mai rapide a căldurii dar și a cerințelor funcționale și de prindere a cavității ȋn placa de prindere. Cavitatea este fixată ȋn placa de prindere prin niște șuruburi, ȋn aceasta placă se afla și canalele de răcire cu apă (Figura 4.2). Materialul plastic se injectează de jos din punctul de injectare. Ȋn interiorul cavității se află miezul de răcire care are același rol cu cavitatea, de a răcii materialul topit care este injectat, și de a da formă semifabricatului. Miezul este gol pe interior pentru a permite răcirea cu apă prin mijlocul miezului. Ȋn partea de sus se află așa-numitele “neck ring” care sunt compuse din 2 jumătăți, aceste neck ringuri dau forma gâtului viitoarei sticle.

Figura 4.2 Construcția unei matrițe de injectat 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 închiderea completă a formei care va fii

35

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

injectată. Deasupra de neck ring, pentru o mai bună strângere dar și pentru o răcire suplimentară, se mai află un inel de prindere care are de asemenea o formă conică care face pereche cu cele două jumătăți ale neck ringului. Se poate observa ca atât cavitatea cât și neck ringul și placa de prindere au toate canale de răcire pentru a putea fi răcite cu apă (Figura 4.2). Solicitările care apar ȋn timpul funcționării sunt predominant de oboseala. Astfel cavitatea este supusă la presiuni ridicate alternante ȋn timp (Figura 4.3.c). De asemenea există solicitări de uzură ȋn partea superioară unde se închid cele două jumatăți neck ring (Figura 4.3.a).

Figura 4.3 Tipurile principale de solicitări care apar ȋn timpul funcționării[Anexa2]

36

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Acestea intră ȋn contact de fiecare dată când matriță se închide, prin urmare trebuie să reziste la tensiuni 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 analizei funcționale a piesei rezultă principalele proprietăți necesare: 

Limita la curgere – piesa trebuie să reziste la presiuni mari care apar ȋn timpul procesului de injecție, rezistență la uzură și la deformație. Daca limita la curgere este mare, piesa va suporta o tensiune mai mare înainte de a se deforma plastic. Rezistenta mecanică sau rezistența la rupere este direct proporțională cu limita la curgere de aceea se consideră că rezistența 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 permite o lustruire mai bună a suprafețelor active, care necesită o lustruire cât mai bună. Această proprietate depinde ȋn primul rând de material și de structura materialului însa ea poate fii ȋmbunătățită prin tratamente termice superficiale și acoperiri dure.



Rezistența la oboseală – piesa este supusă la oboseală datorită ciclurilor care au loc la presiuni foarte mari de fiecare dată când matrița se închide și începe injectarea, prin urmare există o solicitare ciclică ȋn timp. Cerințele funcționale ale matrițelor implică un număr foarte mare de cicluri ȋn timpul funcționării piesei, de aceea rezistența ȋn timp la solicitări de oboseală a cavității este critică pentru funcționarea corectă a întregului ansamblu al matriței de injecție.



Rezistența 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 plasticul topit, iar suprafețele exterioare ale cavității sunt răcite cu apă, prin urmare necesită o rezistență ridicată la coroziune ȋn apă. Dacă suprafața piesei începe să corodeze, ea ȋsi va pierde caracteristicile superficiale de rezistența la uzură, oboseală și alte proprietăți precum calitatea suprafețelor lustruite.



Așchiabilitate – geometria complexă a piesei presupune un grad mare de așchiere prin diverse tipuri de procese tehnologice, de asemenea se va folosii eroziunea electrică. Prin urmare este necesar ca materialul sa se poate așchia ușor și rapid, cu un grad scăzut de 37

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

uzură la scula cu care se așchiază. Productivitatea depinde de timpul necesar fabricării piesei. 

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



Căldura specifică – această proprietate combinată cu o conductivitate ridicată poate reduce și mai mult timpul necesar răcirii. O căldură specifica mare înseamnă că materialul poate absorbii mai multă energie termică înainte de a-și schimba temperatura, aceasta combinată cu o transmitere rapidă a căldurii va ȋmbunătății și mai mult răcirea matriței.



Capacitatea de lustruire – Suprafețele active ale cavității trebuie să aibă o calitate a suprafeței foarte bună, însemnând să prezinte o lustruire oglindă, pentru a realiza acest lucru este necesară o lustruire extrem de fină. O astfel de suprafață va ȋmbunătății de asemenea rezistența la oboseală și uzură dar și la coroziune. Abilitatea de a lustruii cât mai bine suprafața depinde de duritate și de așchiabilitate. Calitatea suprafeței afectează ȋn mod direct și calitatea piesei injectate. Pentru a putea începe selecția propriu-zisă trebuie mai ȋntâi sortate proprietățile

considerate după importanta lor, pentru a face acest lucru se consideră un tabel de decizii care compară fiecare proprietate ȋn parte cu celelalte, două cate două. Se face apoi suma deciziilor pozitive pentru fiecare proprietate ȋn parte și se sortează proprietățile după importanta lor. Fiecărei proprietăți i-se asociază apoi un factor de pondere care va fii utilizat ulterior ȋn procesul de selecție a materialului optim (Tabelul 4.2[4] si Tabelul4.3[4]). Numărul

total

de

decizii

care

se

face

este

dat

de

Ȋn urma deciziilor luate rezultă factorii de pondere pentru fiecare proprietate.

38

formula:

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Conductivitatea termică este considerată ca fiind cea mai importantă, aceasta proprietate este necesară pentru mărirea productivității întregului ansamblu din care face parte cavitatea considerată. S-a dat fiecărei decizii valoarea 1 ȋn tabel pentru aceasta proprietate. A doua proprietate considerată este căldura specifică care o considerăm mai puțin importantă decât conductivitatea termică, asta din motiv că fără o conductivitate termică ridicată, căldura specifică ridicată nu este utilă. Când o comparăm cu rezistența la oboseală această proprietate este mai puțin importantă deoarece rezistența la oboseală este o cerința extrem de importantă pentru funcționarea corectă ȋn timp a cavității. Rezistența la coroziune a materialului este mai puțin importantă decât conductivitatea termică și căldura specifică, pentru că s-a considerat aceste două proprietăți ca fiind mai importante pentru productivitatea cavității. Limita la curgere și duritatea sunt de asemenea mai importante decât rezistența la coroziune. Însa când se compară această proprietate cu așchiabilitatea s-a considerat ca stabilitatea la coroziune este mai importantă deoarece este inutil sa putem așchia materialul ușor, ca mai apoi el sa fie corodat din cauza unei rezistențe scăzute la coroziune. Capacitatea de lustruire este mai importantă deoarece se știe că o suprafață curată și lustruită va fii mult mai rezistentă la coroziune. Ȋn comparație cu rezistența la oboseală, s-a considerat rezistența la coroziune, ca fiind mai importantă din motiv că o suprafața care a fost corodată, va pierde mult din rezistența la oboseală, prin urmare această proprietate este dependentă de rezistența la coroziune a materialului, este știut faptul că fisurarea prin oboseală va începe de cele mai multe ori chiar la suprafața piesei unde poate apărea o fisură prin coroziune. Următoarea proprietate luată ȋn considerare este limita la curgere a materialului. Când este comparată cu rezistența la coroziune, limita la curgere este mai importantă deoarece aceasta proprietate ne dă principala caracteristică de rezistența mecanică. Ȋn comparația cu duritatea s-a considerat că această proprietate să fie mai puțin importantă deoarece duritatea determină rezistența la presiuni de contact și la solicitări pe suprafața piesei, care este ȋn acest caz mai importantă decât rezistenta la rupere prin solicitări de întindere sau compresiune. Proprietatea de rezistență este mai importantă decât așchiabilitatea și abilitatea de lustruire deoarece, deșii aceste două proprietăți sunt importante, ele nu pot lafel de importante decât rezistența mecanică care reprezintă o caracteristică mecanică de bază.

39

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Tabelul 4.2 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunzători[4]

Tabelul 4.3 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunzători[4]

40

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Duritatea materialul este o altă cerință importantă care e luată ȋn considerare, ea are patru decizii pozitive ȋn tabelul de decizii. Această proprietate este mai importantă decât rezistența la coroziune, limita la curgere și abilitatea de lustruire deoarece o duritatea mare este necesară pentru a crea o suprafață lustruită foarte fin. Așchiabilitatea și capacitatea de lustruire sunt proprietăți care au fost luate ȋn considerare dar nu sunt lafel de importante ca celelalte proprietăți de aceea ele au un factor de pondere mai scăzut decât proprietățile importante. Rezistența la oboseală este una dintre cele mai importante proprietăți și este critică ȋn rolul funcțional al cavității, piesa este expusă la cicluri de oboseală și prin urmare această proprietate a fost considerată ca fiind foarte importantă ȋn selecția materialului. Există și un număr de proprietăți care au fost eliminate dar puteau fii luate ȋn considerare. Aceste proprietăți au fost ignorate, deoarece nu au fost considerate ca fiind destul de importante pentru a fii folosite ȋn procesul de selecție a materialului optim. Coeficientul de dilatație termică a fost inițial luat ȋn considerare (Tabelul 4.2[4]), dar a fsot eliminat ulterior, deoarece are un efect foarte scăzut ȋn acest caz concret. Dilatația materialului ȋn urma încălzirii este de ordinul 10-6 mm ȋn intervalul de temperatură luat ȋn considerare ȋn procesul de injecție. Ȋn plus selecția include ȋn principal aliaje de cupru care au tendința de a se răci mult mai rapid și prin urmare ele ajung la o temperatură mult mai mică când se încălzesc ȋn urma injecției. Rigiditatea materialului este o cerință importantă pentru o cavitatea de injecție, însă această proprietate depinde ȋn primul rând de geometria piesei și nu neapărat de material, ȋn plus valoarea care se i-a de obicei ȋn considerare pentru a definii rigiditatea, și anume modulul de elasticitate, este o valoare care e aproape tot timpul constantă când se compara materiale din aceeași clasă, prin urmare aceasta proprietate a fost eliminată și nu este luată ȋn considerare. Tenacitatea materialului, sau abilitatea de a rezista la șocuri, este o altă proprietate care nu a fost luată ȋn considerare din motiv că piesa considerată nu este expusă aproape deloc la șocuri, cavitatea este fixată ȋn placa de prindere și singurul soc prezent ȋn timpul funcționarii este ȋn momentul când se închide matrița, iar cele două jumătăți care formează gâtul (neck ring) intră ȋn contact cu partea superioară a cavității, ȋn plus acest lucru se ȋntâmplă la viteze mici. Densitatea materialului a fost de asemenea eliminat, valoarea proprietății este constantă pentru fiecare tip de material și are o importanță scăzuta ȋn cazul piese considerate.

41

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012 Tabelul 4.4 Factorii de scalare finali[4]

După ce s-au luat deciziile privind fiecare proprietate luată ȋn considerare se poate face suma și rezultă factorul de scalare care reprezintă numărul deciziilor pozitive raportat la numărul total de decizii (Tabelul 4.4[4]). Acest factor de scalare va fii folosit ȋn continuare pentru a determina valoarea indexului de performanță pentru fiecare

Proprietatea de material 1 2 3 4 5 6 7 8

Factor scalare

Conductivitatea termică Căldura specifică Rezistența la coroziune Limita la curgere Duritatea Așchiabilitatea Capacitatea de lustruire Rezistența la oboseală Suma

0.25 0.18 0.07 0.11 0.14 0.04 0.04 0.18 1.00

material. Ȋn Tabelul 4.4[4] se poate vedea factorul calculat pentru toate proprietățile considerate. Unele proprietăți luate ȋn considerare pentru selecție nu pot fii exprimate prin valori numerice exacte, de exemplu rezistența la coroziune, așchiabilitatea și capacitatea de lustruire, prin urmare aceste proprietăți trebuie să fie considerate pe o scară de la 1 la 5. Valoarea 1 însemnând că materialul are o tendință de a avea caracteristici scăzute ȋn ceea ce privește proprietatea considerată, iar valoarea 5 însemnând că are caracteristici excelente (1 – scăzută; 2 – normală; 3 – bună; 4 – foarte bună; 5 – excelentă). Este imposibil de a face o comparație exactă a acestor proprietăți fără a avea valori exacte a proprietăților date de niște valori știute, prin urmare valorile scalate trebuie considerate ca fiind aproximative și nicidecum exacte. Rezistența la oboseală este o altă proprietate care poate fi determinată doar foarte greu sau numai prin aproximări, prin urmare pentru a determina cumva această caracteristică de material, s-a creat o valoare scalată bazată pe alte două proprietăți la care știm valorile exacte. Astfel s-a luat ȋn considerare limita la curgere și duritatea ca fiind cele care influențează rezistența la oboseală, prin urmare s-a dat fiecărui material o valoare de la 1 la 5 (bazată pe valoarea exactă a rezistenței mecanice respectiv a durității) și s-a considerat media aritmetică ȋntre cele două (Tabelul 4.5[4]).Valoarea calculată a fost considerată ca fiind rezistența aproximativă la oboseală. Intervalul pentru fiecare valoare dată ȋn funcție de valoarea reală a proprietății este dată ȋn Tabelul 4.5[4] 42

Tabelul 4.5 Scara durității[4] Rp02 Scara 5 4 3 2 1

Max 1600 1299 999 699 399

Min 1300 1000 700 400 -

HRC Max 55 44 34 24 14

Min 45 35 25 15 -

Scara 5 4 3 2 1

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

4.4. Alegerea Materialului Materialele luate ȋn considerare pentru acest caz particular se pot grupa ȋn două grupe: 

Oțeluri aliate de scule și oteluri inoxidabile martensitice – această grupă este

reprezentativă pentru construcția de cavități de injectare și miezuri interioare. Avantajul principal îl constituie faptul că oferă o soluție low-cost la caracteristici foarte ridicate de rezistență mecanică și rezistență la uzură. Ȋn plus oțelurile inoxidabile oferă și o rezistență ridicată la coroziune însă la un preț mai ridicat decât celelalte oțeluri. 

Aliaje de Cupru (Bronzuri de Beriliu) – aliajele au o concentrație de 1% până la 2% de

beriliu care ȋmbunătățește dramatic caracteristicile mecanice ale materialului (limita la curgere, rezistența la rupere, duritate) și ȋn același timp aceste aliaje se bucură de conductivitatea termică apropiată cuprului pur (4 până 10 ori mai bună decât orice oțel aliat). Se știe foarte bine că cuprul are o excelentă conductivitate termică și o rezistență la coroziune superioară până și oțelurilor inoxidabile.[10] Prin urmare aceste aliaje combină proprietățile excelente ale cuprului cu o rezistență mecanică superioară oricărui bronz. Principalul dezavantaj al acestei grupe îl reprezintă costul ridicat al materialului, cost care poate fii ignorat dacă luăm ȋn considerare creșterea ȋn productivitate cu 15% până la 50%[11], care poate duce la un avantaj economic pe termen lung, profitul pe termen lung poate fii considerabil. Primul tabel (Tabelul 4.6[4]) conține oțeluri de scule aliate și oțeluri inoxidabile. Aceste oțeluri sunt materialele obișnuite pentru construcția cavităților de injecție. Tabelul conține și materialul folosit la ora actuală “X40Cr14” sau 1.2083[7]. Valorile proprietăților scalate sunt luate de pe site-ul producătorului de pe un grafic (Figura4.4[12]):

Figura 4.4 Grafic de comparare a oțelurilor folosite pentru matrițe[12]

43

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012 Tabel 4.6 Oțel pentru matrițe: INOX M + X OSC[4]

Proprietatea de material

X40Cr14 [1.2083]

40CrMnMo7 [1.2311]

40CrMnMoS8-6 [1.2312]

40CrMnNiMo8-6-4 [1.2738]

X40CrMoV5-1 [1.2344]

#

Numele proprietății

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

1

Conductivitatea termică [W/m*K] la 20 C

22

9.17

34

14.17

34

14.17

32

13.33

25

10.42

2

Căldura specifică [J/kg*K] la 20oC

460

100.00

460

100.00

460

100.00

460

100.00

460

100.00

3

Rezistența la coroziune *1

4

80.00

2

40.00

1

20.00

2

40.00

1

20.00

4

Limita la curgere [MPa]

1200

72.73

880

53.33

880

53.33

900

54.55

1650

100.00

5

Duritatea [HRC] *2

54

100.00

52

96.30

52

96.30

52

96.30

53

98.15

6

Așchiabilitatea *1

4

80.00

3

60.00

4

80.00

3

60.00

3

60.00

7

Capacitatea de lustruire *1

4

80.00

4

80.00

3

60.00

4

80.00

3

60.00

Rezistența reală la oboseală

-

-

-

-

-

-

-

-

4.5

90.00

4

80.00

4

80.00

4

80.00

8

o

Rezistența aproximativă la oboseală

Indexul de performanță γ

70.492

63.690

62.290

5

63.615

100.00

69.545

Tabel 4.7 Aliaje MOLDMAX Cu-Be[4]

Proprietatea de material PROTHERM (MM SC)

MOLDMAX LH

MOLDMAX HH

MOLDMAX XL

MOLDMAX V

#

Numele proprietății

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

1

Conductivitatea termică [W/m*K] la 20 C

225

93.75

120

50.00

110

45.83

60

25.00

160

66.67

2

Căldura specifică [J/kg*K] la 20oC

380

82.61

440

95.65

380

82.61

381

82.83

410

89.13

3

Rezistența la coroziune *1

5

100.00

5

100.00

5

100.00

5

100.00

5

100.00

4

Limita la curgere [MPa]

620

37.58

970

58.79

1070

64.85

690

41.82

725

43.94

5

Duritatea [HRC] *2

20

37.04

30

55.56

40

74.07

30

55.56

28

51.85

6

Așchiabilitatea *1

4

80.00

4

80.00

4

80.00

5

100.00

3

60.00

7

Capacitatea de lustruire *1

3

60.00

3

60.00

4

80.00

4

80.00

4

80.00

Rezistența reală la oboseală *3

240

53.33

310

68.89

310

68.89

240

53.33

275

61.11

Rezistența aproximativă la oboseală

2.5

50.00

3

60.00

4

80.00

2.5

50.00

2.5

50.00

8

o

Indexul de performanță γ

69.226

67.362

71.632

*1 – valorile sunt pe o scară de la 1 la 5 (1 – slab; 2 – normal; 3 – bun; 4 – foarte bun; 5 – excelent) *2 – duritate considerată ȋn stare tratată termic (călire + revenire joasă) *3 – rezistență calculată la 107 cicluri R=-1 *4 – valori calculate ȋn funcție de duritate și limita la curgere Notă: Toate valorile însemnate cu gri sunt valori scalate și trebuie considerate ca fiind APROXIMATIVE

44

56.736

66.403

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012 Tabel 4.8 Alte aliaje Cu-Be[4]

Proprietatea de material Alloy 25 (17200) HT

Alloy 3 (17510) HT

Alloy 10 (17500) HT

Alloy 165 (17000) HT

#

Numele proprietății

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

valoare

scalat

1

Conductivitatea termică [W/m*K] la 20 C

105

43.75

240

100.00

200

83.33

105

43.75

2

Căldura specifică [J/kg*K] la 20oC

360

78.26

335

72.83

335

72.83

360

78.26

3

Rezistența la coroziune *1

4

Limita la curgere [MPa]

5

o

5

100.00

5

100.00

5

100.00

5

100.00

1155

70.00

760

46.06

760

46.06

1120

67.88

Duritatea [HRC] *2

41

75.93

20

37.04

20

37.04

36.5

67.59

6

Așchiabilitatea *1

4

80.00

4

80.00

4

80.00

4

80.00

7

Capacitatea de lustruire *1

4

80.00

3

60.00

3

60.00

4

80.00

450

100.00

241

53.56

324

72.00

324

72.00

4

80.00

2.5

50.00

2.5

50.00

3.5

70.00

8

Rezistența reală la oboseală *3 Rezistența aproximativă la oboseală

Indexul de performanță γ

71.154

69.961

65.794

*1 – valorile sunt pe o scară de la 1 la 5 (1 – slab; 2 – normal; 3 – bun; 4 – foarte bun; 5 – excelent) *2 – duritate considerată ȋn stare tratată termic (călire + revenire joasa) *3 – rezistența calculată la 107 cicluri R=-1 *4 – valori calculate ȋn funcție de duritate și limita la curgere Notă: Toate valorile însemnate cu gri sunt valori scalate și trebuie considerate ca fiind APROXIMATIVE

Tabelul 4.9 Clasamentul final dupa Index[4] Nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Material MOLDMAX HH Alloy 25 / C17200 X40Cr14 / THYROPLAST 2083 Alloy 3 / C17510 X40CrMoV5-1 / AISI H13 MOLDMAX SC / PROTHERM Alloy 165 / C17000 MOLDMAX LH MOLDMAX V Alloy 10 / C17500 40CrMnMo7 / THYROPLAST 2311 40CrMnNiMo8-6-4 / THYROPLAST 2738 40CrMnMoS8-6 / THYROPLAST 2312 MOLDMAX XL

45

I.P. 71.632 71.154 70.492 69.961 69.545 69.226 67.954 67.362 66.403 65.794 63.690 63.615 62.290 56.736

67.954

Capitolul IV – Selecţia Materialelor pentru matrițe

Alecsa Valerian SIM 2012

Tabelul 4.7[4] compară diferite variante ale aliajului Cu-Be numit “MOLDMAX” o variantă comercială de bronzuri de beriliu făcute special pentru matrițe de injecție. Am dat tuturor aliajelor de cupru valoarea 5 la rezistență la coroziune din motiv că rezistența aliajelor de cupru este considerată superioară până și oțelurilor inoxidabile[10]. Celelalte valori pentru așchiabilitate și capacitate de lustruire sunt date ȋn conformitate cu specificațiile producătorului.[13][14] Tabelul 4.9[4] arată materialul optim care rezultă din selecție, pe locul 1 se află MOLDMAX HH un aliaj Cu-Be, material creat special pentru cerințele matrițelor de injectat. Acest material are o excelentă rezistență la coroziune și conductivitate termică superioară oțelurilor, având ȋn același timp proprietăți mecanice similare oțelurilor care sunt folosite de obicei. Pe locul 2 se află un alt aliaj Cu-Be Alloy 25, acesta este un alt aliaj performant de la aceeași firma producătoare, deșii este un aliaj folosit ȋn general și pentru alte aplicații decât matrițe și cavități de injecție, acest material poate concura și el pentru a fii folosit cu succes ȋn aplicația studiată. Materialul folosit ȋn prezent se situează pe locul 3, cu excelente proprietăți de rezistență, duritate dar și rezistență la coroziune, se justifică astfel că acest material este o alegere bună ȋn cazul confecționării cavității interioare. Tabelul 4.10. Material: MOLDMAX HH (High Hardness)[4] Compoziție chimică Element Be Si Mn P S Cr Mo Co+Ni Cu Min [%] 1.8 0.2 rest Max [%] 2.0 0.6 Proprietăți fizice Rezistența mecanică 1100 MPa Densitate 8350 kg/m3 Limita la curgere 1070 MPa Modul de elasticitate 131 GPa Duritate 40 HRC Conductivitate termică 110 [W/m∙K] Rezistență la oboseală foarte bună [4/5] Căldura specifică 380 [J/kg∙K] Așchiabilitate foarte bună [4/5] Dilatație termică 20-200 17∙10-6 [m/m∙K] Capacitate de lustruire foarte bună [4/5] Rezistență la coroziune excelentă [5/5]

46

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Capitolul V – TEHNOLOGIA DE EXECUȚIE A MATRIȚELOR 5.1. Principii de bază La execuția matrițelor de injectat se pot folosi diferite procedee: debitarea semifabricatelor, prelucrări prin așchiere, electroeroziunea, presare la rece, forjare. La fabricarea prin forjare există o regulă esențiala dă urmat și anume ca fibrele să fie perpendiculare pe direcția principală a solicitărilor. Pentru a face față presiunilor mari și schimbărilor dese de temperatură la care sunt supuse, matrițele pentru injecție, formare la cald și extruziune, din metale sunt fabricate ȋn principal din material forjate. Tratamentele care se pot efectua asupra materialului se pot grupa ȋn principal ȋn 2 grupe: 

tratamente volumice – care influențează proprietățile ȋn tot volumul materialului, acestea includ : normalizare, recoacere, detensionare, călire și revenire



tratamente de suprafața – care modifică doar proprietățile stratului superficial, acestea include: nitrurarea, carburarea, oxidarea. Se pot face și placări sau depuneri cu materiale: cromarea, nichelarea, depunderea PVD sau CVD

Figura 5.1 Placa folosită la matrițe de injectare[15]

47

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Ciclul de producție începe cu deșeuri selectate, care sunt apoi retopite ȋntr-un cuptor cu arc electric și degazate ȋn vacuum ȋntr-un cuptor de turnare. Procesul produce lingouri poligonale sau rotunde pentru a fii retopite dinou pentru a face lingouri pentru forjare. Ultima operație, cea de forjare se face ȋn condiții speciale și dă produsului proprietăți mecanice aproape identice ȋn toate direcțiile (longitudinal, transversal și radial).

5.2. Debitarea semifabricatelor Ȋn vederea executării elementelor de matriță (plăci, poansoane, pastile, coloane de ghidare, etc.) se folosesc semifabricate debitate ȋn prealabil la dimensiunile necesare din: table, benzi, bare, etc. Pentru a se obține piesa dorită este necesar să se determine forma și dimensiunile semifabricatului și să se traseze conturul acestui semifabricat. Trasarea se poate face după cotele desenului sau după șablon. Debitarea se poate face mecanic sau termic. Debitarea prin așchiere: acest procedeu se utilizează la obținerea din materiale laminate a unor semifabricate cu profil constant al secțiunii transversale și cu lungimi relativ precise. Debitarea prin așchiere se face pe fierăstraie alternative, circulare sau prin retezare pe strunguri. Tăierea prin forfecare: acest procedeu utilează pentru retezare două tăisuri care solicită semifabricatul la forfecare. El se utilizează la tăierea tablelor subtiri. Tăierea se face fie cu ajutorul unor foarfece ghilotine sau combinate, fie pe prese. Tăierea cu oxigen: tăierea se realizează pe baza arderii materialului încălzit ȋn prealabil la o temperatură ridicată. Metalul se ȋncălzeste ȋn zona tăierii până la temperatura de ardere, cu ajutorul unei flăcări de gaz, iar apoi se proiectează asupra lui un jet de oxigen. Metalul arde ȋn acest jet cu o degajare intensă de căldura. Se formează o zgură care este îndepărtată de jet, din tăietura, ȋn stare topită. Se supun operației de tăiere cu oxigen oțelurile carbon hipoeutectoide și otelurile slab aliate Tăierea cu oxigen și flux: se aplică la tăierea oțelurilor aliate, a oțelurilor inoxidabile care nu îndeplinesc condițiile pentru tăierea cu flacăra oxigaz.

Figura 5.2 Tăierea cu flacără oxi-acetilenică[15]

48

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

5.3. Ciclul tehnologic de elaborare și producere a semifabricatelor[15]

1. Selectarea deșeurilor: conținut scăzut de Cu,Pb și alte elemente nedorite care pot produce impurități ȋn oțelul final.

2.    

3.   

Cuptor de rafinare: degazare: H,O,N agitare cu Ar formarea de zgură nouă

4. Cuptor de rafinare:  analiză și controlul compoziției chimice  analiză chimică finală

5.    

Cuptor de rafinare: topire in vid degazare: H,O,N analiză chimică finală turnare ȋn lingouri

6.     49

Topire ȋn cuptor cu arc electric trifazat: reducerea conținutului de S si P oxidare finalizarea formării de zgură analiza și controlul compoziției chimice

Turnare prin absorbție protejarea topiturii împotriva oxidării mai mult control asupra topiturii structură chimică superioară matricea lingourilor ȋmbunătățită

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

7. Retopire sub zgură prin arc electric:  puritate ridicată, absența porilor și structura uniforma, omogenă  ȋmbunătățirea proprietăților mecanice (izotropie)

8. Forjare:  reducerea dimensiunilor ȋn conformitate cu ȋncălzirea specifică și metoda de răcire folosita

9. Tratament termic:  tratament termic cu mai multe cicluri și ȋn trepte care asigură o structură uniformă

10. Procesare mecanică:  așchiere de degroșare pentru a obține o formă cat mai aproape de cea finala

11. Controale:  incluziuni, structură, mărime de grăunte  decarburare, duritate  teste de rezistență

12. Certificare:  ȋn concordanță cu specificațiile și standartele internaționale

50

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

5.4. Prelucrări prin așchiere Elementele componente ale matrițelor de injectat sunt supuse la diferite operații de prelucrare prin așchiere: găurire, strunjire, rabotare, frezare, alezare, rectificare. Găurirea, lărgirea și alezarea, la o matriță de injectat se prelucrează ȋn pachetul de plăci prin găurire numeroase orificii: șuruburi de strângere, știfturi de centrare, știfturi readucătoare și știfturi tampon, aruncătoare, circuitul de temperare, coloane și bucșe de ghidare, etc. Problemele legate de prelucrarea găurilor devin dificile datorită faptului că construcția matriței implică ȋn același timp precizie ȋnaltă și adâncimi mari pentru găuri. Dacă adâncimea de găurire este aproximativ de cinci ori mai mare decât diametrul găurii, apar dificultăți tehnologice care necesită scule speciale și tehnologie corespunzătoare. Sculele convenționale deviază ușor din direcția corectă a găurilor, din cauza stabilității lor reduse, iar uzura fețelor creează dificultăți,

Figura 5.3 Elementele geometrice ale găuririi[17]

Figura 5.4 Găurirea unei matrițe[15]

Figura 5.5 Elementele geometrice ale alezării[17]

Figura 5.6 Așchierea unei cavități [15]

51

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

provocând frânarea sculei, ceea ce duce la ruperea ei. Operațiile de găurire, adâncire, lamare, alezare se pot realiza pe mașini de găurit (de masa cu coloana, cu montant, ȋn coordonate) sau manual. Strunjirea, este operația de prelucrare prin așchiere care se efectuează pe strunguri. Ȋn acest caz se disting: strunjirea exterioară (longitudinal, conică, transversal, retezarea) și strunjirea interioară. Se supun operațiilor de strunjire diferite elemente de construcție ale matrițelor de injectat: plăci matriță, inele de centrare, duze de injectare, coloane și bucșe de ghidare, bucșe centrale, poansoane, pastile, etc. Prin strunjire se pot realiza ȋmbinări conice de foarte bună calitate sau chiar suprafețe profilate la confecționarea unor poansoane și cuiburi sau filete. Operațiile de strunjire se execută ȋn mod obișnuit pe strunguri universale de sculărie. Ȋn cazul unor piese executate ȋn serie, de tipul elementelor tipizate (coloană de ghidare, bucșă de ghidare, bucșă de conducere, etc.) se folosesc strunguri cu comandă numerică.

Figura 5.7 Reprezentarea unui strung normal[18] 52

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Rabotarea este operația destinată prelucrării mecanice a suprafețelor plane orizontale, verticale și ȋnclinate. Principiul de lucrul al mașinilor de rabotat se caracterizează prin aceea că atât mișcarea principală de așchiere cât și mișcarea secundară de avans sunt rectilinii. Mașinile unelte sunt șepinguri sau raboteze. Prin rabotare se prelucrează suprafețele plăcilor componente ale matriței precum și a unor pastile și poansoane de dimensiuni mari. Frezarea este operația de prelucrat mecanic prin așchiere cu foarte mare pondere

ȋn

domeniul

confecționării

matrițelor de injectat. Pe mașinile de frezat se pot executa o gamă foarte mare de

Figura 5.8 Frezarea unui semifabricat[19]

lucrări: prelucrarea suprafețelor plane, prelucrarea canalelor, prelucrarea suprafețelor profilate, prelucrarea roților dințate. Operațiile de frezare se execută pe mașini de frezat normale și pe mașini de frezat speciale. Ȋn atelierele de execuție a matrițelor de injectat, cea mai folosită mașina unealtă este mașina de frezat de sculărie. La prelucrarea suprafețelor prin frezare se folosesc: freze cilindrice, freze cilindro-frontale, freze disc, freze unghiulare, freze profilate, etc. Frezarea suprafețelor verticale se poate realiza atât la mașini de frezat orizontale cât și la cele verticale. Ȋn general, ȋntre suprafețele orizontale și cele verticale nu există o deosebire esențială din punct de vedere a frezării, ele putându-se transforma ușor una ȋn alta atunci când este cazul. Suprafețele ȋnclinate se pot prelucra prin mai multe metode pe mașinile de frezat orizontal sau vertical. Retezarea pieselor pe mașinile de frezat se execută rar ȋn cazurile ȋn care se cere retezarea precisă a unor piese ce au avut prelucrări anterioare. Pentru retezare se folosesc freze disc foarte subțiri numite freze ferăstrău, care lucrează numai pe fața cilindrică. Pentru piesele mici sau pentru executarea unui număr mai mare de piese se folosește rectificarea suprafețelor profilate cu pietre abrazive speciale, al căror contur este același cu al piesei cu care se prelucrează. Precizia pieselor realizate cu această metodă depinde, ȋn primul rând, de exactitatea cu care se execută profilarea piesei.

53

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Ȋn Figura 5.9[1] este prezentată o placă de formare a unei matrițe pe care sunt puse ȋn evidență diferite prelucrări mecanice. Ȋn procesul de prelucrare al matrițelor pot fii ȋntâlnite și alte prelucrări

mecanice:

pilirea,

broșarea,

lepuirea,

honuirea, suprafinisarea, etc. Acestea sunt mai rar folosite la execuția matriței exceptând operația de șlefuire folosită mai ales la cuiburile si poansoanele matriței. Șlefuirea: ȋn urma prelucrării prin așchiere suprafețele pieselor rămân cu asperități a căror forme și dimensiuni depind de felul prelucrării și de materialul din care se execută piesa. Pentru a ȋndepărta asperitățile, realizându-se o calitate superioară a suprafețelor prelucrate, se folosește operația de șlefuire. Șlefuirea este operația de prelucrare a suprafețelor cu granule abrazive fixate cu adeziv pe

Figura 5.9 Prelucrări prin așchiere la o placă de formare[1] 1 – suprafață frezată; 2 – prelucrare prin găurire ȋn coordonate și rectificare (bucșă de ghidare); 3 – găurire (șurub); 4 – găurire și alezare (știft de centrare); 5 – frezare și rectificare (duză) 6,7 – găurire și alezare (știft tampon); 8 – frezare și rectificare.

periferia unor discuri, prisme, lame, suport de hârtie sau pânză, obținându-se rugozități cuprinse ȋntre 0,8 … 0,018 μm. Șlefuirea se poate face manual sau cu mașina, sculele pentru șlefuirea manuală sunt ȋn formă de lame, bare, prisme și sunt confecționate din metale cu diferite durități, lemn, materiale sintetice. Sculele pentru șlefuirea cu mașina se prezintă sub formă de discuri si perii confecționate din pâslă. Agentul abraziv cel mai des folosit la șlefuire este pasta de diamant. Ȋn operația de șlefuire sunt necesare respectarea următoarelor condiții: 

operația se execută ȋn spații fără praf și curenți. Particulele de praf pot impurifica agentul de șlefuire și pot compromite suprafața șlefuită;



fiecare sculă de șlefuit trebuie să fie utilizată pentru o singură dimensiune de granulă cuprinsă ȋn pastă;



sculele de șlefuit se impregnează treptat ȋn pasta de polizat;



la șlefuirea manuală pasta se depune pe scula de șlefuit, iar la șlefuirea cu mașina pe piesa de șlefuit;

54

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor 

Alecsa Valerian SIM 2012

cu cât este mai mică dimensiunea granulei abrazive cu atât mai mică este cantitatea de lichid necesar pentru diluare;



presiunea de șlefuire trebuie să fie adaptată la duritatea sculei de șlefuit și dimensiunea granulei abrazive cuprinsă ȋn pastă;



ȋndepărtarea unui strat mai mare de material necesită scule dure de șlefuit și pastă de granulație mare;



șlefuirea finală a cuiburilor matriței, canalelor, duzelor, etc. trebuie să se facă pe direcția de curgere a materialului plastic sau pe direcția de aruncare.

Principial desfășurarea operaților la operația de șlefuire se desfășoară conform Figurii 5.10[1]

Figura 5.10 Principiul desfășurării operațiilor de șlefuire[1] G – grosolan; F – fin; Gr – granulația;

Un oțel cu duritate mai mare este mai greu de șlefuit ȋnsă la șlefuire se obține o șlefuire mai bună, dar ȋntr-un timp

mai

lung

Suprafețele

(Figura realizate

5.11[1]) prin

electroeroziune sunt mai greu de șlefuit decât

cele

electroeroziunea

prin de

așchiere. degroșare

După este

necesară realizarea unei electroeroziuni de

Figura 5.11 Posibilitatea de șlefuire a unui oțel[1] 1 – posibilitate de șlefuire; 2 – calitatea șlefuirii

55

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

finisare ȋn vederea unei șlefuiri corespunzătoare. O suprafață nitrurată sau cementată este mai dificil de șlefuit decât materialul de bază, dar rezultă după șlefuire o suprafață mai bună. Dacă șlefuirea continuă peste o anumită limită, apare fenomenul de suprașlefuire determinând doua defecte: „coaja de portocală” și „ȋmpunsături de ac”. Suprașlefuirea apare ȋn majoritatea cazurilor la șlefuirea cu mașina și mai rar la șlefuirea manuală. Formarea unei suprafețe neuniforme, zgrunțuroase, numită și „coajă de portocală” poate avea mai multe cauze. Cea mai frecventă este supraȋncălzirea sau carburarea prea pronunțată ȋn timpul tratamentului termic ȋn combinație cu presiunea prea mare și timpul de șlefuire prea lung. Apariția fenomenului „ȋmpunsături de ac” la o suprafață șlefuită se datorează desprinderilor de zgură din oxizii duri si fragili de pe suprafața șlefuită. Cauzele apariției acestui defect sunt: timpul și presiunea de șlefuire, puritatea oțelului, scula de șlefuit, agentul de șlefuire.

5.5 Prelucrarea prin electroeroziune Ȋn zilele noastre prelucrarea prin electroeroziune a luat mare răspândire la confecționarea plăcilor de formare, a cuiburilor și pastilelor pentru matrițele de injectat materiale termoplastice. Acest tip de prelucrare este mai ales recomandat ȋn cazul folosirii unor semifabricate tratate termic prin călire și cu formă complexă. Folosirea tehnologiei de prelucrare prin electroeroziune nu duce la ȋnlocuirea unor metode clasice de prelucrare, ci din potrivă le completează. Semifabricatele care nu pot fii executate pe mașini clasice sau la care indicatorii tehnico-economici sunt reduși, folosesc cu succes electroeroziunea. Prin electroeroziune se realizează găuri simple si complexe, drepte, curbe, conice etc. cu o precizie de prelucrare ridicată, plăci si cuiburi de matriță de formă complexă ȋntr-un timp de 4÷6 ori mai mic decât prin procedeele clasice. De asemenea, se pot realiza debitări de materiale cu tăieturi foarte fine și precise, fapt pentru care procedeul este foarte folosit pentru prelucrarea fantelor de precizie. Electroeroziunea se bazează pe efortul distructiv al descărcărilor electrice ȋntre doi electrozi imersați ȋntr-un lichid dielectric Figura 5.12[1]. Ȋn spațiul de lucru dintre cei doi electrozi au loc o serie de fenomene fizico-

56

Figura 5.12 Principiul prelucrării prin electroeroziune[1] 1 – electrod-sculă; 2 – electrod piesă; a – descărcare; b – dielectric.

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

mecanice și fizico-chimice ca urmare a microdescărcărilor electrice ce se produc ȋntre cei doi electrozi. Ȋn interstițiul de lucru au loc microdescărcări electrice care străpung stratul de dielectric dintre electrozi, simultan ȋn nenumărate puncte. Ca urmare, energia electrică se transformă in energia calorică și energie mecanică. Energia de descărcare are o mare densitate pe unitatea de volum, plecând de la aproximativ 30000 J/mm2 până la sute de kW pe mm2. Localizarea acestei energii ridicate pe vârful microneregularităților are ca efect topirea și vaporizarea metalului de pe aceste vârfuri, după care urmează răcirea și condensarea rapidă, rezultând produse electrocorozive. Microdescărcarea energiei electrice ȋn interstițiul de lucru ȋntre anod si catod sub formă de impulsuri care sunt de diverse forme, duce la formarea unor microcanale cilindrice pe vârful microneregularităților, unde statul de dielectric este străpuns având o rezistență mică. Trecerea materialului și a energiei dintr-o stare fizică ȋn alta are loc cu microexplozii care sunt auzite și vizibile ȋn unele cazuri. simultan cu descărcarea energiei electrice apar și unde de șoc mecanice care, ȋmpreună cu gazele formate, deformează canalele ionizate sub formă elipsoidică și scot ȋn același timp produsele electroerozive din microcraterele formate. Procesul de descărcare a energiei electrice sub formă de impulsuri ȋn interstițiul de lucru și transformarea ei ȋn energie calorică și mecanică influențează direct atât electrozii sculă și piesă, cât și dielectricul din interstițiul de lucru. Fenomenele care au loc sunt interdependente ȋn tot timpul procesului de prelucrare. Formarea canalelor de microdescărcări depinde interstițiul dintre electrozi. Acesta influențează direct ȋntregul proces electrocoroziv și ȋn special durata și energia impulsului, durata dintre impulsuri, mărimea coeficientului de umplere, forma și amplitudinea descărcării pe suprafața de lucru și eficiența dielectricului

ei, și

circulația produselor

electrocorozive, etc. Interstițiul de lucru trebuie să aibă o anumită valoare critică care să permită

Figura 5.13 Prelucrarea prin electroeroziune[19]

57

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

formarea microcanalelor de descărcare. Aceasta se mai numește distanța de scânteiere. Energia din canalele ionizate ȋn timpul procesului de prelucrare este utilizată ȋn cea mai mare parte pentru erodarea piesei, o parte mai mică erodează electrodul-sculă, iar altă parte este consumată de o serie de fenomene fizico-chimice care au loc ȋn masa dielectricului dintre electrozi, ȋn special datorită procesului piroliză. Aspectul suprafețelor realizate prin electroeroziune se caracterizează printr-o mare omogenitate și prin absența urmelor de prelucrare caracteristice procedeelor clasice de așchiere, fiind similar cu cel al unor suprafețe sablate, indiferent de regimul de lucru utilizat. La prelucrarea electroerozivă, datorită rolului important al efectului termic, au loc ȋn zona supusă prelucrării anumite schimbări structurale care influențează ȋn mod direct calitatea și durabilitatea pieselor obținute prin această metodă. Simultan cu creșterea rezistenței la uzură a suprafețelor prelucrate prin electroeroziune, are loc și o creștere ȋnsemnată a rezistenței la coroziune a acestora. La o mașină cu electro masiv, combinația celor 4 axe (x,y,z,c) determină o mișcare complexă de erodare (Figura 5.14[1])

Figura 5.14 Eroziune planetară[1] a – poziție relativă electrod-piesă; b – tipuri de mișcări sculă-electrod; c – eroziune planetară; 1 – electrod sculă; 2 – piesă prelucrata; x – interstițiu de erodare; Rp - rază planetară.

58

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

5.6 Modelarea cavității matriței de injecție Modelarea cavității ȋncepe prin desenarea in 3D a profilul semifabricatului PET (bottle preform). Crearea modelului ȋncepe prin desenarea unei schițe care este apoi extrudata prin revolve in jurul unei axe.

59

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Se face o spirală pentru a folosi funcția sweep care extrudează un profil după o curba care in cazul acesta va fii spirala. Rezultă astfel filetul de la gâtul sticlei.

Ȋn continuare se face un extrude-cut pentru a tăia filetul, urmează o multiplicare circulară.

Urmează rotunjirea filetului sticlei

60

Capitolul V – Tehnologia de execuție a matrițelor

Alecsa Valerian SIM 2012

Cavitatea matriței se va modela ȋn funcție de piesa semifabricatului creat deja, ȋn continuare sunt prezentate grafic etapele modelarii.

61

Concluzii

Alecsa Valerian SIM 2012

Capitolul VI – CONCLUZII Lucrarea ȋncearcă să pună accent pe importanța materialelor ȋn procesul tehnologic de injecție a maselor plastice, mai mult propune o variantă alternativă a materialelor clasice folosite ȋn cazul cavităților interioare de injecție. Deșii procesul de selecție se bazează pe date aproximative, el demonstrează ca aliajele Cu-Be sunt superioare oțelurilor folosite ȋn prezent. Toate datele care sunt disponibile demonstrează acest lucru. Concluzia care se trage este că bronzurile de beriliu sunt o alternativă viabilă pentru construcția elementelor care necesită răcire intensă. Singurul dezavantaj care apare este costul ridicat la materialului, cost care poate fii amortizat ȋn timp prin creșterea productivității ȋntregului ansamblu al matriței. Ȋn afară de acest dezavantaj, toate celelalte caracteristici sunt comparabile cu cele ale materialelor actuale, unele fiind chiar superioare. Răcirea plasticului injectat se face atât de către cavitatea interioară care răcește pereții exteriori cât și de către miezul de răcire care are același rol, el răcește pereții interiori ale semifabricatului injectat. Prin urmare se poate ajunge la o soluție mai ieftină prin ȋnlocuirea materialului miezului printr-un aliaje Cu-Be, cerințele care apar sunt identice prin urmare și selecția de material va da același rezultat. Miezul fiind cu pereți mai subțiri poate fii răcit mai eficient cu apă, prin urmare prin el se poate disipa mai rapid căldura provenită de la materialul plastic. Această soluție este o alternativă mai ieftină decât ȋnlocuirea materialului cavității pentru ca mai puțin material este folosit prin urmare costul necesar pentru producere scade.

62

Bibliografie

Alecsa Valerian SIM 2012

Bibliografie [1] Sereş Ion, Matrite de injectat, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1999 [2] Mihaila Stefan, Contributii privind influenta temperaturii matritelor de injectat asupra calitatii produselor din material termoplaste, Editura Politehnica, Timisoara, 2005 [3] http://www.lampfind.com/lampby_3271005_auto-mold.htm; http://image.made-inchina.com/2f0j00FCzTnHQtZNqj/High-Precision-Plastic-Injection-Mold-For-Customs-Design.jpg

[4] Alecsa Valerian, SIPA Internship Project nr.002 [2012] – Material selection for an injection mold cavity, SIPA Engineering, Timisoara, 2012 [5] Eastman, Injection molding bottle performs from Eastapak PET, http://www.burchamintl.com/papers/petpapers/Eastman%20-%20Injection%20Molding%20PET%20Preforms.pdf

[6] DuPont, Delrin acetal resin molding guide, http://www2.dupont.com/Plastics/en_US/assets/downloads/processing/DELRIN_Mold_Guide_11_06.pdf

[7] Acest material este folosit conform documentului SIPA “F-M-X-000-01” material cod “SIPA FMX 001-B” desen nr “3004544_00” [8] OZCT Steels Website, http://www.ozct.com.tr/en/pdf/1.2083%20X40Cr14.pdf [9] Lucefin Group Website, http://www.lucefin.com/wp-content/files_mf/1.2083x40cr14inglese.pdf [10] Copper Development Association publication nr54, Beryllium Copper, http://www.copperinfo.co.uk/alloys/beryllium-copper/downloads/pub-54-beryllium-copper.pdf

[11] Materion Advanced Materials Website, MOLDMAX Thermal Management Solution, http://materion.com/~/media/Files/PDFs/Alloy/Brochures/AB00350611%20MoldMax%20Thermal%20Management%20Solutions%20Brochure.pdf

[12] OZCT Steels Website, Material comparison table, http://www.ozct.com.tr/en/pdf/comp03.pdf [13] Uddeholm official website: http://www.uddeholm.com/ [14] Materion Advanced Materials website: http://materion.com/ [15] Domenico Surpi, Acciai per stampi e utensili, Lucefin Group, http://www.lucefin.com/wpcontent/files_mf/acciaiperstampiita.pdf;

[16] http://www.infofirme.ro/anunt_1347-Masini+debitare+oxigaz+si+plasma.html [17] Belgiu George, Bazele Proceselor de Fabricatie, Editura Politehnica, Timisoara, 2011 [18] http://www.moore-tool.com/store/images/pl-1340.jpg [19] ThyssenKrup Materials NA, Cooper Mold Materials for Plastics industry, http://www.copperandbrass.com/wcm/idc/groups/internet/documents/web_content/mdaw/mdi2/~edisp /p_1554452.pdf

63

11

A

C

B

1

1.4

24.411 19.411

5 R0.7

67.686

20°

17.411 2

12

R6

16

A

R8

SECTIUNEA A-A

3

. R0

R0 .

3

11

0

30

. R0 1

0

30

. R0 00

10.450

.3 R0

R10 R10

DETALIU C SCARA 2 : 1

16

DETALIU B SCARA 2 : 1

NUME Desen.

Alecsa Valerian

SEMNATURA

DATA

TITLU

Bottle pre-form

01.06.2012

Verif. Aprob.

MATERIAL:

DESEN NUMAR

PET SCARA 1:1

Anexa 1 PAGINA 1 din 1

A4

40°

10

8

5

3

R1

R1

R10

R10

C

48.237

7

R2 .5

2

.5 R2

6

75

67

5

5

5

. R2

B

5

9 1

. R2

6

R8

15

1.5

2

10 6

5

1.5

SECTIUNEA A-A

1

40

50°

A

DETALIU C SCARA 5 : 1

R8

A

0 R6

3

R55

20

6

30 40

2

7

2

135° 20

25

DETALIU B SCARA 5 : 1

NUME Desen.

Alecsa Valerian

SEMNATURA

DATA

TITLU

01.06.2012

Verif. Aprob.

MATERIAL:

Cavitate interioara

DESEN NUMAR

MOLDMAX HH SCARA 1:1

Anexa 2 PAGINA 1 din 1

A4

35

6

20°

6

6.

5

7.5

8

20

40

7.5

20°

5

X 45

20°

8

8

°

B 19

5

0.

B

6

SECTIUNEA A-A

9

25°

6 10 9

3.5 6

3.5

6 3.5

3.5

A

6

5

A

9

9 10

R9

3.

3.5

6 3.5

10

10

120°

6.4

3.5

6

SECTIUNEA B-B

NUME Desen.

Alecsa Valerian

SEMNATURA

DATA

TITLU

01.06.2012

Verif. Aprob

MATERIAL:

DESEN NUMAR

SCARA 2:1

Neck Ring Anexa 3 PAGINA 1 din 1

A4

A

20

24

4

16

2

8 4

A

6 9

SECTION A-A

40

16

5

4

25 31

NUME Desen.

Alecsa Valerian

SEMNATURA

DATA

TITLU:

Inel

01.06.2012

Verif. Aprob.

MATERIAL:

DESEN NUMAR:

SCARA 2:1

Anexa 4 PAGINA 1 din 1

A4

35

A

20

70

15

15

35

100

120

40

40

20

17.411

32°

8

20

9.5

8

221.657

13.448

R10 R10

A

50

47.321

8 12

2

SECTIUNEA A-A 70

40

8

8

NUME Desen.

Alecsa Valerian

8

SEMNATURA

35

DATA

TITLU:

Miez racire

01.06.2012

Verif. Arprob.

MATERIAL:

DESEN NUMAR

SCARA 1:2

Anexa 5 PAGINA 1 din 1

A4

120 16.5

50

A

8.5

7

5

40

80

40

A SECTIUNEA A-A

NUME Desen.

Alecsa Valerian

SEMNATURA

DATA

TITLE:

Placa Prindere

01.06.2012

Verif. Aprob.

MATERIAL:

DESEN NUMAR

SCARA 1:1

Anexa 6 PAGINA 1 din 1

A4

A

6

B 7 5 2

1

4 A

3

SECTIUNEA A-A

8 Nr 1 2 3 4 5 6 7 8

DETALIU B SCARA 1 : 1

NUME Desen.

Alecsa Valerian

Denumire Bottle Pre-Form Surub Prindere Cavitate Cavitate Neck Ring 1 Neck Ring 2 Miez Cavitate Ring Placa de prindere

SEMNATURA

DATA

Detalii Anexa 1

Cant. 1 4 1 1 1 1 1 1

Anexa 2 Anexa 3 Anexa 3 Anexa 4 Anexa 5 Anexa 6

TITLU

Ansamblu Matrita

01.06.2012

Verif. Aprob.

MATERIAL:

DESEN NUMAR

SCARA 1:2

Anexa 7 PAGINA 1 din 1

A3

Informaţii personale Nume / Prenume:

Alecsa Valerian

Adresă:

Str. Platanilor Nr.5, Sc. B, Ap. 20, Etj 4; Timişoara, Timiş; Cod Postal: 300186

Telefon:

0356 415430

E-mailuri:

Mobil: 0749 591489

[email protected]; [email protected];

Naţionalitate:

Română

Data naşterii:

04.02.1989

Locul de muncă vizat : Full time, Part time, Project-based. Domeniul ocupaţional: Inginerie, producţie, proiectare, automotive. Orase vizate: Timişoara Experienţa profesională Perioada:

Ianuarie 2012 – Mai 2012

Funcţia sau postul ocupat:

Internship project-based.

Activităţi şi responsabilităţi principale Numele şi adresa angajatorului: Tipul activităţii sau sectorul de activitate

Întocmirea unui raport privind selecţia materialului unei cavităţi, făcând parte dintr-o matriţă de injecţie de mase plastice (PET bottle pre-form).Studiul posibilităţii înlocuiri materialului folosit în curent cu unul nou. SIPA Engineering Romania, Zoppas Industries; Str. Mangalia nr.59-61, Timişoara, România Telefon: 0356-434200; 0256-303812; e-mail: [email protected] Industrie, proiectarea maşinilor de injecţie mase plastice PET

Educaţie şi formare Perioada: Calificarea / diploma obţinută:

Disciplinele principale studiate / competenţe profesionale dobândite

2008 – 2012 Inginer profil: Inginer Mecanic specializare: Ingineria Materialelor -

-

-

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de formare Pagina - 1 - Curriculum vitae al Alecsa Valerian

Desen Tehnic; Proiectare asistată CAD (Autodesk Inventor; Solidworks 2008/2010).  Premiul III la Concursul Profesional „StudentCAD 2009” – Modelare parametrică în Solidworks/Inventor proba pe echipe nivel avansat;  Menţiune la Concursul Profesional „StudentCAD 2009” – Modelare parametrică în Solidworks/Inventor proba individuală nivel I; Tehnologia materialelor; Ştiinţa materialelor; Rezistenţa materialelor; Metoda elementului finit. Mecanisme; Organe de maşini; Tratamente termice; Selecţia materialelor.  Premiul I la Concursul Profesional-ştiinţific„Nicolae S. Gheorghiu 2011” - Organe de maşini Metalurgia pulberilor; Metale amorfe; Proprietăţile materialelor; Materiale compozite. Proiecte realizate în timpul facultăţii:  Tratamente termice: Calcularea parametrilor unui tratament termic  Organe de maşini: Proiectarea unei transmisi prin curele  Selecţia materialelor: Alegerea materialului optim pentru o roată dinţată  Ingineria suprafeţelor: Proiectarea tratamentul termic superficial la o piesă  Metalurgia pulberilor:Studiu de caz –Carcasă planetară realizată prin metalurgia pulberilor  Materiale compozite: Studiu de caz – Materiale compozite pentru snowboarduri. Alte activităţi:  Workshop – „Ingineria Industrială” la Facultatea de Mecanică Timişoara  Workshop – „Curs de Bazele Aşchierii” la Centrul de Cercetare Sandvik Lucrare de licenţă  Materiale şi tehnologii de fabricaţie a matriţelor de injecţie mase plastice Şef de promoţie domeniul „Ingineria Materialelor” promoţia 2008 - 2012

Universitatea Politehnica Timişoara - Facultatea de mecanică

Pentru mai multe informaţii despre Europass accesaţi pagina: http://europass.cedefop.europa.eu © Uniunea Europeană, 2002-2010 24082010

Perioada: Calificarea / diploma obţinută

1996 – 2008 Diplomă de Absolvire a Liceului profil: Real specializare: Matematică-Informatică Bilingv

Disciplinele principale studiate / competenţe profesionale dobândite

-

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de formare

Colegiul Naţional Bănăţean Timişoara

Limba Maternă:

Matematică; Informatică. Germană; Engleză.  Diplomă de Cunoştiinţe Lingvistice: „Deutsches Sprachdiplom” – Germană Nivel C1  Diplomă de Cunoştiinţe Lingvistice: „Őstereichisches Sprachdiplom” – Germană Nivel C1

Română

Limbi străine cunoscute Autoevaluare

Vorbire

Ȋntelegere Ascultare

Nivel european (*)

Citire

Participare la conversaţie

Scriere Discurs oral

Germană

C2

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

Engleză

C2

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

C1

utilizator experimentat

(*) Cadrul European Comun de ReferinPă pentru Limbi Străine

Competenţe și abilităţi sociale:

Spirit de echipă dobândit în urma proiectelor cu colegii de la facultate.

Competenţe și aptitudini Planificare şi organizare, în situaţii de presiune de timp, dobândită în urma respectării termenilor de timp organizatorice limită în cazul proiectelor din cadrul facultăţii. Competenţe și aptitudini tehnice

Abilităţi de modelare în programe CAD :  Solidworks 2008 / 2010;  Autodesk Inventor 2007 / 2010 / 2013;  Siemens PLM / Unigraphics NX 5 / NX 7.5;  CATIA V5 / V6 Simulare si Analiză prin Element Finit:  ANSYS V12 / V13  Cosmos

Competenţe și aptitudini de utilizare: Microsoft Office 2003/2007: Word, Excel, Powerpoint; Adobe Acrobat 9 Pro; Adobe Photoshop CS4/5 a calculatorului

Pagina - 2 - Curriculum vitae al Alecsa Valerian

Pentru mai multe informaţii despre Europass accesaţi pagina: http://europass.cedefop.europa.eu © Uniunea Europeană, 2002-2010 24082010