Navrhování plastových výrobků a optimalizace technologie

Vstřikování polymerů je pružná výrobní metoda pro výrobu tenkostěnných plastových dílů. Vstřikování umožňuje v automatickém cyklu vyrobit komplexní geometrii dílu při nízké energetické spotřebě a krátkém časovém cyklu. Komplexností geometrie je myšlena nejenom výroba jednotlivých dílů, ale také sdružení několika dílů do jednoho celku. Tímto způsobem lze minimalizovat náklady na montáž a zároveň také minimalizovat vady vzniklé při montáži. Vstřikování polymerů zahrnuje celou řadu technologických variant, které umožňují výrobu plastových dílů vstřikovaných z několika typů polymerů o různých vlastnostech, kombinaci polymeru s kovovými díly nebo anorganickými materiály. Základní požadavky na metodu vstřikování polymerů jsou nulové dokončovací operace a automatický výrobní cyklus, případně montáž s maximálním využitím automatizace a robotizace. Aby mohly být splněny tyto základní požadavky, je nutno klást důraz na moderní nástroje umožňující komplexní analýzu jak plastového dílu samotného, tak také analýzu výrobního procesu. Analýzy lze rozdělit na dvě základní skupiny: analýzy mechanických vlastností, tedy jak se bude výrobek chovat při zatížení v daném prostředí a analýzy technologické, které určují jak bude nastaven a optimalizován výrobní proces. NÁVRH VÝROBKU Příkladem využití uvedených technologických postupů může být výroba všem důvěrně známé područky kancelářské židle s vyloučením montáže (obr. 1). Nové řešení područky vychází z nahrazení plechové konzoly plastovým výstřikem. Područka je pak přímo nastříknuta na plastovou konzolu. Odpadne tedy výroba plechové konzoly a závitových vložek. Nebudou nutné spojovací šrouby a odpadne montáž područky ke konzole. Područka bude vystříknuta pomocí metody GIT (obr. 2). Pro vstřikování područky se použije polypropylen Niplene PP HD120M a pro vstřikování konzoly se použije PP Niplene F 30 AGR, plněný 30 % skleněných vláken. ANALÝZA MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ DÍLU Konzola s područkou musí vydržet statické namáhání při teplotě do 60 °C v rámci elastických deformací pro tři typy zatížení od 500 do 1000 N (obr. 3). Při návrhu konzoly má rozhodující roli tuhost součásti při nejmenším množství spotřebovaného materiálu. Bylo vytvořeno mnoho variant tvarového řešení tak, aby splňovalo požadavky na tuhost konzoly. Na obr. 4 je ukázán jeden z výsledků pevnostní analýzy konečného řešení návrhu. V tab. 1 jsou uvedeny mechanické vlastnosti použitých polymerních materiálů. TECHNOLOGICKÁ ANALÝZA VSTŘIKOVÁNÍ KONZOLY Pro analýzu konzoly byl použit solver Moldflow MPI 5.1. U vstřikovací formy pro konzolu je navrhnut horký vtok. Horký kanál trysky má průměr 6 mm a délku 82 mm. Ústí horkého vtoku se zmenšuje z průměru 6 mm na průměr 3,5 mm a má délku 6 mm. Na obr. 5 jsou zobrazeny deformace výstřiku konzoly. TECHNOLOGICKÁ ANALÝZA VSTŘIKOVÁNÍ GIT PODRUČKY Područka bude nastříknuta přímo na konzolu po přenesení do nové dutiny formy. Pro vstřikování područky je použita metoda GIT, což je vstřikování s plynem, který se vstřikuje do formy spolu s polymerní taveninou a vytváří tak uvnitř dílu dutinu, jež nahrazuje polymer a snižuje hmotnost dílu při zachování dostatečné tuhosti. Pro snadnější odformování výstřiku použijeme variantu vstřikování plynu do vtokového kanálu. Vtokový systém u formy pro područku je kombinací horkého vtoku a studeného kanálu. Pro zjednodušení byla analyzována jen část modelu se studeným kanálem (obr. 6). U analýzy područky bylo nutno optimalizovat množství vstříknutého polymeru a velikost vstřikovaného tlaku plynu. Množství vstřikovaného polymeru bylo voleno od 65 do 75 % celkového objemu výstřiku a velikost vstřikovaného tlaku od 8 do 16 MPa. Při výrobě područky budeme potřebovat, aby se vytvořila dutina ve 2/3 na horní části. Volené varianty a výsledky uzavíracích sil jsou uvedeny v tab. 2. Optimální varianta, při které plyn vyplnil potřebnou část dutiny, je varianta 3 (obr. 7 a 8). Při této variantě vyplní polymer dutinu do 70 % a poté začíná vstřikování plynu pod tlakem 11 MPa. Obrázek 9 řezu výstřiku rukojeti ukazuje teplotní pole ve výstřiku područky po naplnění dutiny formy. Důležitá je teplota, která bude na povrchu výstřiku konzoly, vloženého do dutiny formy před vstřikováním. Tato teplota se pohybuje mezi 160 až 200 °C. Lze předpokládat, že materiál konzoly bude nataven a dojde ke spojení obou polymerů a zároveň zakotvení polymeru područky do vláknitého plniva na principu suchého zipu. PETR HALAŠKA, LIBUŠE SÝKOROVÁ