Miskolci Egyetem

Gépészmérnöki és Informatikai Kar

Anyagtechnológia Szak

Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és

szerszámtervezése CAE alkalmazással

Kavalecz Tamás, B71PGE

3534, Miskolc

Stadion u. 65. 4/3.

Szakdolgozat kiírás!

(Ide befűzendő a kétoldalas kiírás oldalszám nélkül)

EREDETISÉGI NYILATKOZAT

Alulírott ………Kavalecz Tamás……; Neptun-kód:……B71PGE………

a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős

gépészmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem

tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy

…Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és szerszámtervezése CAE

alkalmazással…

című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom

felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt.

Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít:

- szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül;

- tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül;

- más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.

Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul

veszem, hogy

plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.

Miskolc,......2018.......év ……május……hó ……7…..nap

…….……………………………….…

Hallgató

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés ...................................................................................................... 5

2. Polimertechnológiai áttekintés ..................................................................... 6

2.1. A polimer feldolgozó eljárások csoportosítása .................................. 9

2.1.1.Kalanderezés ........................................................................... 10

2.1.2.Extrudálás ............................................................................... 11

2.1.3.Fúvás ....................................................................................... 11

2.1.4.Fröccsöntés ............................................................................. 12

2.1.5.Vákuumformázás .................................................................... 13

2.2. Fröccsöntés részletesebb bemutatása ............................................... 13

2.2.1.Fröccsöntés folyamata ............................................................ 13

2.2.2.A fröccsöntő gép felépítése..................................................... 14

2.2.3.Fröccsöntő szerszámok ........................................................... 17

2.2.4.A szerszám részei és feladatai ................................................ 17

2.2.5.Fröccsöntő szerszám tervezése ............................................... 20

3. Tervezőprogramok bemutatása ................................................................... 29

3.1. Moldex3D ........................................................................................ 31

3.2. NX Mold Wizard ............................................................................. 33

3.3. Autodesk Moldflow ......................................................................... 35

3.4. PTC Creo Parametric ....................................................................... 38

3.5. Solidworks Mold Tools, Plastics ..................................................... 40

4. SiemensNX program kezelőfelületének és az MoldWizard bővítményének

bemutatása ........................................................................................................ 42

5. Alkatrész tervezésének lépései ................................................................... 58

5.1. Modell elemzés ................................................................................ 59

5.2. A szerszám tervezése ....................................................................... 64

6. Összefoglalás .............................................................................................. 75

7. Summary ..................................................................................................... 76

Irodalomjegyzék ............................................................................................... 77

Mellékletek ....................................................................................................... 81

M1 Alkatrészek adatai ...................................................................................... 81

M2 Darabjegyzék ............................................................................................. 81

5

1. BEVEZETÉS

A szakdolgozatom fő témája a műanyag termék előállításához szükséges

fröccsöntő szerszám tervezése. Mielőtt erre rátérnék, úgy gondolom szükséges

egy polimertechnológiai háttér ismertetése, emellett bemutatom, hogyan és

mikor kezdődött a polimerek feldolgozása és ismertetek néhány egyéb eljárást

a fröccsöntésen kívül. Ezt követően térek rá a fröccsöntés bemutatására.

Beszámolok az eljáráshoz szükséges gép felépítéséről, leírom milyen

elemekből áll egy fröccsöntő szerszám, mik az egyes részek tulajdonságai és

hogy azoknak mi a feladata. Részletezni fogom a szerszám tervezésének

lépéseit, milyen alapelveket és szabályokat kell követnünk, hogy a

szerszámunk megfelelő legyen egy termék előállításához.

A szakdolgozatom második felében néhány fröccsöntéshez használt

program bemutatásáról írok, részletesen ismertetem a tanszékünkön elérhető

NX Siemens CAE tervezőprogram Mold Wizard nevű moduljának felépítését

és egy szerszámot is elkészítek a program segítségével.

6

2. POLIMERTECHNOLÓGIAI ÁTTEKINTÉS

Ebben az évezredben polimereket egyre több területen használnak, ez igaz

a műszaki területekre és a hétköznapokra. Szinte minden szakterületen

találkozhatunk polimerekkel, az orvostudománytól, autóiparon keresztül a

gépiparig. Azok a technológiák, amik a műanyag alapanyagok előállításáért és

feldolgozásáért felelősek rendkívüli fejlődésen mentek keresztül.

A polimerek a legszűkebb értelmezés szerint a szerves kémia olyan

hosszúláncú vegyületei, amelyben tipikusan sok ezer elemi

építőegység: monomer kötődik egymáshoz elsődleges kémiai kötéssel. A

polimer anyagszerkezettan a fémek anyagszerkezettanához hasonlóan a szilárd

polimereket összetartó erők, (kristályos) szerkezetek, kapcsolatok felderítésén,

leírásán keresztül szolgálja újabb és egyre jobb polimer szerkezeti anyagok

előállítását. A polimertechnikában a termelés, a technológia gyakorlati

tapasztalatai jóval megelőzték az elméletet. Ez tükröződik abban is, hogy

a polimertechnika gépészeti oldala korábban kezdte el rohamos fejlődését,

mint a szintetikus polimerek kémiája. A polimerfeldolgozás gépeinek,

technikájának fejlődését jól megfigyelhetjük a korai gumiipar fejlődésén.

A műanyagok feldolgozása és előállítása az utóbbi 150 év alatt gyorsult

fel. Az 1860-as években a kámforral társított cellulóz-nitrátot használták

hétköznapi használati tárgyak alapanyagaként. Az első műanyagalakító

szerszámot egy könnyűfémek feldolgozására alkalmas berendezésből

készítették 1872-ben. 1952-ben készítették az első csigadugattyús fröccsöntő

berendezést. Ezzel egyidőben, az 1900-as évek közepétől indult meg a

műanyag termékek használatának növekedése, az évente kitermelt műanyag

mennyisége 1965-ben 300 millió tonna, 2000-ben 600 millió tonna/évre volt

becsülhető [1], [2].

7

1. ábra Fémek, polimerek, kompozitok, kerámiák fontosságának változása [1]

Mielőtt azzal foglalkoznék, hogy milyen módon lehet a polimereket

feldolgozni, fontos ismertetni, hogyan csoportosíthatjuk a műanyagokat. A

számunkra lényeges, a technológia és feldolgozástechnika szempontjából a

képlékeny (plasztikus) alakíthatóság. Megkülönböztetünk hőre lágyuló és hőre

nem lágyuló (térhálós) polimereket.

Hőre lágyuló polimerek csoportosítása

a) kristályos hőre lágyuló: LDPE (kis sűrűségű polietilén), HDPE (nagy

sűrűségű polietilén), LLDPE (lineáris kis sűrűségű polietilén), PP

(polipropilén), PA (poliamid), POM (polioximetilén), PET

(polietilén-tereftalát)

b) amorf hőre lágyuló: PVC (polivinil-klorid), PS (polisztirol), ABS

(akrilnitril-butadién-sztirol), PMMA (polimetil-metakrilát), PC

(polikarbonát)

Hőre nem lágyuló polimerek:

c) ritka térhálós elasztomerek: NR (természetes gumi), SR (mesterséges

gumi), PUR

d) sűrű térhálós duromerek: PF, UF, MF, UP, EP.

8

A hőre lágyuló polimerek feldolgozási technológiája élesen eltér a térhálós

polimerekétől. Az előbbieket egyszerű képlékeny alakítási technológiákkal

(fröccsöntés, extrúzió, kalanderezés, melegen formázás) dolgozzák fel, a hőre

nem lágyuló polimerek feldolgozása reaktív technológiával történik, ami során

a szerszámban alakítjuk ki a szükséges sűrűségű térhálót visszafordíthatatlan

kémiai reakciókkal. A szintetikus polimerek legsikeresebben legtöbbet

gyártott részét és a 20. század második felének új anyagait a hőre lágyuló

polimerek adják, valamint a manapság gyártott polimerek 85-90%-a is hőre

lágyuló polimer. A hőre nem lágyuló polimereket műszaki tulajdonságaik

miatt (kiváló szilárdság, kiemelt hőállóság, kúszás- és feszültségrelaxáció)

úgynevezett „high-tech” alkalmazásokban használják, valamint ezek

szolgálnak a legjobb mátrix anyagokként nagyszilárdságú kompozitokhoz. A

polimerek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amik a fémekkel szembeni

alkalmazásuk mellett szólnak, kicsi a sűrűségük (0,92-2 mg/m3), kicsi a

szilárdságuk és a merevségük, de nagy a szilárdság/súly arányuk, rossz

elektromos és hővezető képességük van, jó a vegyi ellenállásuk, nagy

hőtágulási együtthatóval rendelkeznek, kiválóan alakíthatók és

megmunkálhatók és viszonylag olcsók, ezen tulajdonság némelyike lehetővé

teszi, hogy akár autóipar, repülőgép gyártás és sporteszköz készítés esetén

fémek helyett alkalmazzák őket [1], [3].

A polimerek feldolgozás technikában való alkalmazás előtt az alapanyagba

kevernünk kell az adott alkatrész feladatának ellátásához szükséges

adalékokat. Az adalékok lehetnek színezők, töltő anyagok, stabilizátorok,

szilárdságnövelők, kenőanyagok, védő adalékok, antioxidánsok. A polimer

alapanyag általában por vagy granulátum alakjában, az adalékok egy része

szemcse vagy por alakban, de előfordulhat, hogy folyadék halmazállapotban

kerül a keverékbe. A keverékek alaptípusai a száraz keverék (dry blend) vagy

az ömledék keverés [1].

9

2. ábra Kétfokozatú örvénykeverő porkeverékek üzemi méretű gyártásához [1]

2.1. A polimer feldolgozó eljárások csoportosítása

A hőre lágyuló polimerek feldolgozás technológiái:

kalanderezés,

rétegelés, rásajtolás,

extrudálás,

fröccsöntés,

rotációs öntés,

fúvás,

vákuumformázás,

szálhúzás.

10

Hőre keményedő polimerek alakadási technológiái:

sajtolás,

fröccsöntés,

erősített műanyagok öntése [1], [4], [5].

A továbbiakban ezek közül ismertetek néhány elterjedtebb eljárást.

2.1.1. Kalanderezés

A polimerfeldolgozás során többnyire textil hordozóra viszünk fel polimer

bevonatot. A folyamat során két vagy több henger között vezetjük át a polimer

ömledéket. Ez a technológia leginkább az amorf hőre lágyuló polimerek a

legalkalmasabbak, ezek rendelkeznek széles olvadási hőmérsékleti

tartománnyal, így a szívós-képlékeny állapotot széles hőmérséklethatárok

között tudják megtartani.

3. ábra Kalander vázlata [6]

A kalanderezés során folyamatos üzemben hozzák létre a vékony filmeket,

fóliákat. A gyártható fóliaszélesség általában 2 és 4 méter között változik, a

gyártási sebesség elérheti a 100 m/percet. Az előállított filmek vastagsága

körülbelül 30 és 800 µm között változik. Kalanderezés során használt

polimerek általában hőre jól reagálnak, pl. PVC, ABS, PS, ütésálló

polisztirolok.

http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/szakkepzes/gepeszet/gepeszeti-szakismeretek-1/muszaki-muanyagok-es-feldolgozasi-technologiaik/kalanderezes-technologiaja

11

A hengerek helyzete többféle képen is elhelyezhetők, ezek a különböző

feladatoktól függenek. A hengerek tengelyének egyik oldalán vezetik be és ki

a fűtőközeget, az ellenkező oldalon kapcsolják rájuk a meghajtást. A kalander

hengerek körülbelül 600-800 mm átmérőjűek és 2-4 m hosszúak, felületüknek

ki kell bírnia a fellépő nagy erőket, másrész keménynek és kopásállónak kell

lennie ez nagyjából 500-550 HB, amit kéregöntéssel készítenek [1], [4], [5],

[6].

2.1.2. Extrudálás

Az extrudálás az egyik legszélesebb körben elterjedt műanyag alakító

eljárás. Míg a kalanderezésre mondható, hogy a fémek hengerléséből fejlődött

ki, addig az extrudálás a filmek rúdsajtolásából fejlődött ki. Manapság

leginkább extrúzióval készített hétköznapi tárgyak közé sorolható a PVC

ablakok profiljai vagy akármilyen műanyag csővezeték. Extrúzióval

feldolgozhatók termoplasztikus műanyagok, de a leggyakrabban hőre lágyuló

műanyagokat alkalmaznak. Álltalános esetben a polimereket granulátum vagy

pellet formában kerül betáplálásra az extrúziós csigára, ahol a betáplált

polimer és adalékok megolvadnak és keverednek. A csiga áttolja a műanyagot

a szerszámon, ahol az felveszi a kívánt alakját, majd ezt követően gyorsan

lehűtik, hogy az állandósuljon.

Az eljárás mellett szól, hogy nagy a termelékenysége, hiszen folyamatosan,

leállás nélkül szinte teljesen automatikusan folyhat a termelés. Viszont a

készíthető alkatrészek geometria komplexitása befolyásolja a gyárthatóságot,

valamint ezzel a technológiával csak olyan termékek készíthetők, amiknek a

keresztmetszete nem változik [1], [4].

2.1.3. Fúvás

Üreges testek előállításának egyik módja a fúvás, amely során az

egyszerűbb üreges testek, mint a palackok készítenek. Az alakító technológia

első lépése az alapanyag olvasztása, amit az előforma gyártása követ,

befejezésként alakítják ki a kívánt formát az előformába fúvással. A fúvásnak

különböző előnyei vannak az egyéb közepes méretű üreges testek gyártásakor,

a szükséges öntőforma elkészítése sokkal gazdaságosabb. mint például a

fröccsentésnél. Üreges testek készíthetők rotációs öntéssel is, azonban a

termék előállítása sokkal hosszabb ideig tart, valamint a méretpontossága nem

a legjobb, ezért csak nagyméretű üreges testek előállítására használják. A

12

fúvási technológiának több különböző változata is van, ilyen például az

extrúziós fúvás, szakaszos extrúziós fúvás, folyamatos extrúziós fúvás és

egyéb más technológiák [1], [4], [7].

2.1.4. Fröccsöntés

A fröccsöntés a polimer feldolgozás egyik legfontosabb eljárása, hiszen

képes bonyolult geometriájú termékek előállítására, míg az előbbi eljárások,

az egyszerűbb, változatlan geometriájú termékek előállítását teszik lehetővé. A

fröccsöntés előnye, hogy majdnem teljesen hulladékmentes eljárás, hiszen a

plasztikus alakadás után a termék újra feldolgozható marad. Az extrudáláshoz

hasonlóan a fröccsöntés is a fémek rúdsajtolásából fejlődött ki, először csak

egyszerűbb dugattyús, később csigás előplasztikáló egységgel felszerelt

gépeket gyártottak. Ezt követte a csigadugattyús fröccsöntőgép létrejötte, ahol

a csigában történik a műanyag képlékeny állapotba hozása és ez adagolja az

alapanyagot dugattyúként a szerszámba. A fröccsöntés nagy pontosságú

eljárás, mindezek ellenére a mérettartomány, amiben fröccsöntött termékeket

lehet előállítani a pár grammos fogaskeréktől, akár egy nagyobb kádig is

terjedhet, nyilván ezt az arra alkalmas géppel és szerszámmal lehet előállítani.

Fröccsöntéssel feldolgozható műanyagok egyaránt lehetnek hőre lágyuló és

hőre keményedő polimerek. A legáltalánosabb műanyagok, amiket

fröccsöntésre használnak az a PE, PS, PVC, PMMA, ABS, POM és PC. A

technológia hátrányának a keletkezett hulladékot mondhatjuk, ezeket azonban

újra fel lehet dolgozni, továbbá az ismételt igénybevételek következtében

fellépő roncsoló hatások miatt a szerszám felülete sérülhet, így a termékeket

rendszeresen ellenőrizni kell, hogy az elvárt követelményeknek megfelelők

legyenek.

Ezek alapján a fröccsöntés elvének mondható, hogy a polimer ömledéket,

amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba

visszük, nagy sebességgel, szűk beömlőnyíláson át zárt szerszámba

fecskendezzük, és ott nagy nyomás alatt kihűlve alakul ki a kívánt alkatrész,

tulajdonképpen hulladékmentesen, képlékeny alakítással, nagy

méretpontossággal [1], [4].

13

2.1.5. Vákuumformázás

Az eljárás alapvetően különbözik az előző eljárásoktól, az előzőekben

megismert technológiákban a granulátum vagy por alapanyag kerül

felmelegítésre és az alakadás viszkózus formában történt. A vákuumformázás

során a műanyag polimerlemezt előmelegítjük, de nem olvasztjuk meg és

alapvetően kis erőkkel állítjuk elő a végterméket. Ennek következtében a

szerszám egyszerű, így a szerszám anyagköltsége alacsony. Viszont a

nagyméretű feszültségmentes műanyag lapok drágák, ez az eljárás ellen szól.

4. ábra Vákuumformázás [8]

Vákuumformázással nagyméretű, vékonyfalú termékeket állítanak elő. A

formázandó meleg műanyaglemez és a szerszám között vákuumot hozunk

létre és ez az 1 bar nyomáskülönbség alakítja a lágy polimert. A

szerszámkialakítástól függően beszélhetünk negatív és pozitív

vákuumformázást [1].

2.2. Fröccsöntés részletesebb bemutatása

2.2.1. Fröccsöntés folyamata

A fröccsöntés ciklusának lépéseit és azok egymásra épülését az elvi

folyamatábrán követhetjük nyomon. A mozgáselemeket figyelve a ciklust a

szerszám és a fröccsöntő egység zárása indítja el. Ezt követően a fröccsöntő

egységben megömlesztett műanyagot nagy nyomással (megközelítőleg 1000

bar-os nyomással) a szerszámba juttatja a csiga. A temperált szerszámüregben

az anyag hőmérséklete és ezért a térfogata is csökkenni kezd, ezért a térfogat

csökkenést az utónyomás egyenlíti ki. A hűtés hatására folytatódik a műanyag

14

dermedése. Ez alatt a fröccsegységben a következő alkatrész elkészítéséhez

szükséges alapanyag ömlesztése zajlik le. A fröccshengerben a forgó fűtött

csiga szállítja és olvasztja meg az anyagot (plasztikálás). Ezek után a

fröccsöntő rész leválik a szerszámról, miközben az alkatrész hűl a zárt

szerszámban. Ha lehűlt a szerszám és az alkatrész, akkor a szerszám kinyílik

és a kidobó rész eltávolítja az alkatrészt. Ezután a folyamat az elejéről

kezdődik [1], [4], [9], [10].

5. ábra Fröccsöntés folyamata [9]

2.2.2. A fröccsöntő gép felépítése

A gép két fő részre osztható, fröccsöntő egység és szerszámhordozó,

szerszám záró részre. A gép a szerszámzáró és a fröccsöntő rész tengelyének

alapján lehet vízszintes és függőleges elrendezésű.

A plasztikáló egységben történik az alapanyag megömlesztése,

homogenizálása, ömledék szállítása és tárolása, az ömledék befröccsentése a

szerszámba és az utónyomás biztosítása. Az alapanyagot granulátum formában

adagolják bele az egységbe, itt adagolhatnak bele különböző színező

anyagokat és egyéb adalékokat. A polimer a garaton keresztül kerül az

15

ömlesztő hengerbe, itt az alapanyag a nyomás, hőmérséklet és nyíró feszültség

hatására plasztifikálódik.

6. ábra Fröccsöntő, plasztifikáló rész felépítése [13]

A megömlesztéshez és az alapanyag befröccsentésére két rendszert

alkalmazhatunk, csigadugattyús és dugattyús rendszert. A csigadugattyús

gépek képesek a homogén megömlesztésre, jobb a keverési hatásfokuk, kisebb

a befröccsentési nyomásuk, a gyártható darabmérete nagyobb, mint a

dugattyús gépeké. A csigadugattyús gépeknél figyelembe kell venni, hogy egy

műanyag csak akkor dolgozható fel egy bizonyos gépen, ha annak tapadása

nagyobb az oldalfalon, mint a csigán. Ez azért fontos, mert ilyen esetekben a

műanyag a csiga felületén csúszik és nem az oldalfalon. Mind a két rendszer

sajátossága, hogy a polimer plasztifikálása és szerszámba juttatás egy

egységben történik.

A gép másik része a szerszámzáró egység, ami magába foglalja a

szerszámot is, kulcsfontosságú eleme a szerkezetnek. Ha megfelelő

szerszámzáró egységet választjuk, akkor a gyorsaságával a gazdaságosságot

lehet növelni, az általa nyújtott záróerő pedig egy alkatrész adott gépen való

legyárthatóságának korlátja. A szerszámzáró egységnek több feladata is van,

ezek között van a szerszám nyitása, zárása és ez a rész felelős azért, hogy a

ciklus folyamán fent maradjon a szükséges záróerő, valamint ez az egység

működteti a kidobó berendezést is. Mivel a polimer ömledék nagy nyomása

nagy méretű felületen érvényesül, a szerszám összeszorító érőnek 15-20 %-kal

kell meghaladnia szerszámüregben létrejövő nyomás miatt kialakuló erőt. Már

16

a középméretű gépek esetén a kialakuló erő a 100 tonnás nagyságrendet is

eléri.

Az alkalmazott szerszámzáró egységeket két fő részre lehet bontani,

oszlopos és oszlop nélküli gépeket különböztetünk meg egymástól. Az

oszlopos gépek fő tulajdonsága az álló szerszám felfogó- és támasztólap

között elhelyezkedő négy nagyméretű hengeres összekötő elem, amely a

mozgó szerszám felfogólap megvezetéseként szolgál. Oszlop nélküli kivitel

nélkül a megvezető elemek hiányoznak így a teljes szerszámtér nyitott.

7. ábra Szerszámzáró egységek csoportosítása [11]

Az oszlopos gépek esetén megkülönböztetünk egymástól több különböző

altípust, amit a zárásnak a különböző mechanizmusai alapján

kategorizálhatunk, úgymint hidraulikus, mechanikus és kombinált záróegység.

Mechanikus szerszám záróegység esetén megkülönböztetünk még

hidromechanikus és elektromechanikust is.

Az oszlop nélküli gépek előnye, az vezetőoszlopok hiánya miatt kialakuló

nagy tér, amit a bonyolult geometriájú termékek előállításához szükséges nagy

magmozgású szerszámok miatt hasznos, míg az oszlopos gépek esetén a

szerszám felrakása előtt el kell távolítani az oszlopok közül néhányat, majd

vissza kell azokat szerelni, viszont azonos kifejtett erő esetén az oszlopos

gépek konstrukciójának köszönhetően kevesebb helyet igényelnek, mint az

oszlop nélküli gépek. Általánosságban elmondható, hogy a számunkra ideális

17

fröccsöntőgépet csak az adott elkészítendő termék és az erre alkalmas

szerszám paramétereinek teljes ismeretében tudjuk kiválasztani [1], [12], [13],

[14].

2.2.3. Fröccsöntő szerszámok

A fröccsöntés legfontosabb gépszerkezeti eleme maga az alakadó

szerszám. Ez határozza meg a kialakítandó alkatrész alakját, méreteit, előírt

szerkezeti minőségét. A fröccsöntő szerszámokat nagyszilárdságú acélból

készítik, lehet olyan komplex szerszámot tervezni, ami több mozgó részt is

tartalmaz, nyitható és igen pontos illesztéssel zárható üreges berendezések. A

fröccsöntő szerszám szerkezeti kialakítását és méreteit alapvetően a vele

gyártandó termék jellemzők határozzák meg, tehát egyedi, csak annak a

terméknek a gyártásához alkalmas, amelyhez azt tervezték, szemben a

fröccsöntő géppel, ami a saját méretein és teljesítmény tartományán belül

univerzális. A szerszám feladata az alakadás és annak rögzítése. Alakadáskor

megömlesztett műanyaggal töltjük fel a szerszám üregét, ami így felveszi

annak alakját, alakrögzítés során a műanyag a szerszámban hűl le a dermedési

hőmérséklet alá, csak ebben az esetben rögzül a kívánt alak. A szerszám

konstrukciója alapvetően a kialakítandó termék geometriájától és

bonyolultságától függ, de ezen kívül befolyásoló tényezők lehetnek a termék

méretei, a gyártandó darabszám stb. A szakember feladata általában a

formaadó térfogat megtervezése, az ömledék beáramlási útvonalának

meghatározása, a kilökő és a temperáló rendszer kialakítása. A szerszám többi

alkotóeleme már előre gyártott, szabványosított elemekből összeállítható, ezek

alkalmazásával a szerszámtervezési idő kb. 20-30%-kal, szerszámgyártási idő

pedig 20-40%-kal csökkenthető [15].

2.2.4. A szerszám részei és feladatai

Központosító gyűrű:

o fröccsöntőgép fúvókáját a beömlőperselyhez vezeti, tökéletes

illesztés biztosítása a kettő között.

Beömlőpersely

18

o fröccsöntőgép fúvókájából az elosztócsatornába vezeti az

ömledéket, a szűk keresztmetszetnek köszönhetően az olvadt

műanyag felgyorsul így biztosítva a tökéletes kitöltést,

o az anyagberagadás megállításának érdekében 0,5-2°-kal

bővülőre kell kidolgozni a keresztmetszetét.

8. ábra Fröccsöntő szerszám felépítése [16]

Álló oldali felfogó lap

o ebbe van belemunkálva a beömlőpersely és a központosító

gyűrű helye, erre fogjuk fel az álló oldali formalapot,

o felfogólap méretének meghatározásánál figyelembe kell

venni, hogy mekkora a gép szerszámfelfogó lapja, illetve

mekkorák az adott gépen az oszloptávolságok.

Álló és mozgó oldali formalap

o az álló és mozgó formalapban kerül kialakításra a szerszám

formaadó része a szerszámüreg, ezek kimunkálhatók a

formalapból vagy használhatunk különböző betéteket,

19

o a formalapból kialakított szerszámüreget egyszerű kisméretű

alkatrészek esetén alkalmazzuk egyszerű

szerszámkonstrukcióknál,

o betétezett szerszámüreg kialakítása a többfészkes, bonyolult

szerszámokra jellemző,

o a betétezett szerszámlapok előnye, hogy karbantartása,

felújítása jóval egyszerűbb, mint a formalapból kimunkált

szerszámüregek,

o a formalapokban kerül kidolgozásra a temperáló rendszer is,

melynek feladata a szerszám megfelelő hőmérsékletre

hevítése, hőn tartása, majd a szerszám, ezáltal a munkadarab

lehűtése,

o a temperáló közeg lehet víz, olaj vagy emulzió, ami a

szerszám oldalán elhelyezett gyorscsatlakozókon keresztül

jut be a szerszámba, a temperálás igen fontos, mivel

megfelelő hűtés nélkül nő a ciklusidő, ezáltal a gyártás

költsége is,

o a mozgó oldali formalapon szokták kidolgozni a szerszám

magot, ezek képezik a termék üreges részeit, furatait.

Támasztólap vagy párnalap

o feladata a megfelelő merevség biztosítása a formalapok

számára, vastagsága a szerszámüregben ébredő nyomástól, a

fészkek számától elrendezésétől függ.

Vezetőoszlop, vezetőpersely

o a vezetőoszlop az álló oldali formalapba, a vezetőpersely

pedig a mozgó oldali formalapba van elhelyezve,

o feladatuk a szerszámzárás során összevezetni a két

szerszámfelet és biztosítani a pozícionálást.

Kilökő lap és kilökő tartólap

o merevítő szerepük van.

Kilökő lap vezetőoszlop

o meggátolja a kilökő lap befeszülését és vezeti azt.

20

Kilökő szár

o kilökőrendszer mozgatása.

Mozgó oldali felfogó lap

o a fröccsöntőgép mozgó felfogó lapjára kerül, erre kerülnek

rögzítésre a távtartók.

Távtartó lap

o feladata a kilökőrendszer megfelelő mértékű elmozdulásához

szükséges hely biztosítása [16].

A felsorolt szerszámelemek nagyrésze kereskedelmi forgalomban kapható,

így a szerszám tervezése során az adott szerszámelemeket tervezési

szempontok szerint kell kiválasztanunk és csak néhány elemet kell saját

kezűleg megtervezni. A tervezés során nem választhatunk akármilyen

szerszám anyagot, általában szénacélokat, rozsdamentes acélokat, meleg

szerszámacélokat, berillium-réz ötvözeteket, alumíniumot, alumíniummal

töltött műgyantát szoktak használni. A szerszámanyagok kiválasztásának fő

szempontjai a megmunkálhatóság, a hőtágulási tényező, fajhő, hővezető

képesség, sűrűség, keménység, folyási feszültség, hegeszthetőség.

2.2.5. Fröccsöntő szerszám tervezése

A tervezést megelőzően meg kell állapítani, hogy a termék megfelelő-e,

szükség van-e optimalizálásra. Fő kritérium az oldalferdeség megléte, erre

azért van szükség, hogy a termék a ciklus végén eltávolítható legyen a

szerszámból. Annak érdekében, hogy ne ragadjon bele az alkatrész a

szerszámüregbe 0,5-3°-os oldalferdeséget kell alkalmazni a munkadarab

függőleges felületein. A kritérium az alámetszések számának minimalizálása.

Erre azért van szükség, mert bizonyos esetekben így vagy nem lehet, vagy

nagyon megbonyolítja az adott termék elkészítéséhez szükséges

szerszámkonstrukciót. Ez meghosszabbítja a szerszámtervezés idejét és a

költségeket is nagymértékben növeli. A szerszám tervezése esetén egyéb

alapelveket is figyelembe kell vennünk:

el kell kerülni az anyagtöbbletet,

egyenletes falvastagságot kell megvalósítani,

kis falvastagság esetén merevítő bordákat kell alkalmazni,

21

feszültség gyűjtő helyeket el kell kerülni,

nagyméretű síkfelületek elkerülése,

kúposság a szerszámnyitás miatt,

alámetszés elkerülése,

megfelelő pontosság előírása,

többfunkciós darabok tervezése,

gazdaságos szerelési módszerek.

A tervezés következő lépésében egy szimulációs program segítségével

információkat kapunk a szerszámban végbemenő folyamatokról. Ezek a

programok egy megoldó algoritmusra épülnek, amelyet kiegészítenek az

ahhoz csatolt további segédprogramok és adatbázisok. Általában valamilyen

CAD programmal elkészített termékmodellt importálunk a szimulációs

programba, s így különféle szempontok alapján optimalizálhatjuk azt, illetve

az egész fröccsöntési folyamatot és ennek köszönhetően jelentős költségeket

takaríthatunk meg.

Miután lefutott a szimuláció, a következő eredményeket kapjuk:

szerszám kitöltési folyamatának modellezése,

ömledékfront előre haladása az idő függvényében,

nyomáseloszlás,

hőmérsékleteloszlás,

hűlési idők a különböző koordinátájú pontokban,

a polimer ömledék orientációja,

összecsapási frontok,

légzárványok kialakulásának lehetséges helyei,

geometriai optimalizáció,

szerszám hűtési viszonyainak modellezése,

deformációk (zsugorodás és vetemedés) modellezése,

mechanikai előrejelzés (belső feszültségek elemzése),

költségelemzés.

22

Az eredmények egy része szöveges, más része pedig grafikus módon kerül

megadásra.,

A fröccstermékek gyártásánál komoly gondot jelent az a tény, hogy a

különböző műanyagok fajtérfogata nagyban függ a hőmérséklettől. A

befröccsentés során a magas hőmérsékletű ömledék (a polimer típusától

függően különböző hőmérsékletek) fajtérfogata eléri a maximális értéket,

majd innentől kezdve ez az érték a hőmérséklet csökkenésével párhozamosan

csökken, s ez zsugorodást idéz elő a termék méreteiben is. Ahhoz tehát, be

tudjuk tartani a termék méreteivel támasztott követelményeket be kell

kalkulálni a szerszám tervezésébe a zsugorodást, vagyis ennyivel nagyobbra

kell tervezni szerszámot.

A zsugorodás értéke sok tényezőtől függ. Az egyes műanyagoknál ez az

érték más és más, ezért az adatokat különböző adatbázisokból kell beszerezni.

Ezek azértékek azonban nem veszik figyelembe a termékek bonyolultságát,

hagyományos fröccsöntő eljárást feltételeznek így ezek csak irányadók

lehetnek. A tényleges zsugorodás értéke függ a falvastagságtól, a szerszám

hőmérsékletétől, az utónyomástól, a száltartalomtól és egyéb tényezőktől.

1. táblázat Általános műanyagok melegalakítási hőmérséklete és

zsugorodásának értéke [15]

A műanyag fajtája Melegalakítási

hőmérséklet, [°C]

Zsugorodás, [%]

LDPE 112…117 2,6

HDPE 130…135 1,5-2,5

PP 160…164 1,5-2,5

PC 150…210 0,6-0,8

PS 95…135

23

Ezt követően meg kell határozni a beömlőrendszer és a fészkek

elrendezését. A fröccsöntés során a polimer ömledék a beömlőperselyen

keresztül lép be a szerszámba. Az ömledék ezt követően a beömlőrendszeren

keresztül áramlik a gép fúvókájából a szerszámba. A beömlőcsatorna mérete a

munkadarab tömegétől függ. Növelni kell a csatorna átmérőjét, ha a csatorna

szokatlanul hosszú, vagy a munkadarab falvastagsága nagyon kicsi. Egy jól

megválasztott beömlőrendszer minimalizálja a hőveszteséget, a nyomásesést

és elkerülhetővé teszi az ömledék idő előtti megszilárdulását. Különböző

keresztmetszetű elosztócsatornák léteznek, használatosak.

A legideálisabb a kör keresztmetszetű, mert ebben az esetben az ömledék

teljesen kitölti a csatornát, azonban ez a konstrukció megnöveli a szerszám

árát, ugyanis ebben az esetben mind a két szerszámfelet meg kell munkálni.

Az egy szerszámmal elkészíthető munkadarabok száma alapján

megkülönböztethetünk egy fészkes, értelem szerűen ebben az esetben egy

terméket lehet elkészíteni, valamint több fészkes szerszámot. Több fészkes

szerszám esetében meg kell tervezni az egyes fészkek egymáshoz képesti

helyzetét. Itt a fő szempont, amelynek teljesülnie kell, hogy az ömledékfront

terjedése során egyszerre érje el az egyes fészkeket, s a szerszámüregek

kitöltése egyszerre valósuljon meg. Ez kétféle képpen érhető el. Kialakítástól

függően beszélünk természetesen és mesterségesen kiegyensúlyozott

beömlőcsatornáról.

Természetesen kiegyensúlyozott csatornarendszer esetén az egyes fészkek

és az elosztócsatornák szimmetrikusan vannak elhelyezve, a meglövési pont

pedig a középpontban található, így biztosított az egyenletes kilövés. Annak

érdekében, hogy az ömledék áramlásának sebessége egyenletes legyen,

elengedhetetlen követelmény, hogy az egyes folyási utak egyenlő hosszúak

legyenek és a bennük azonos számú elágazásnak és törésnek kell lenni. Az

egyes elágazások után csökken az elosztócsatorna keresztmetszete, ezzel az

ömledék áramlási sebességét lehet biztosítani. Az egyes elosztócsatorna-ágak

végén hideganyag csapdákat célszerű kialakítani, így optimális hőmérsékletű

anyag jut a szerszámüregbe.

A mesterséges kiegyensúlyozott elosztócsatorna esetében az egyes fészkek

nem egyenlő távolságra helyezkednek el a meglövési ponttól. Itt az

ömledékfront egyenletes terjedését az elosztócsatornák átmérőjével

szabályozhatjuk. A legelterjedtebb elrendezéskor egyetlen főcsatorna táplálja

mellékcsatornákon keresztül a két oldalt, egy-egy sorban elhelyezett fészkeket.

24

A mellékcsatornák keresztmetszete jóval kisebb, mint a főcsatornáé. Ez a

kialakítás csak akkor eredményes, ha elegendő folyási út áll rendelkezésre a

másodlagos csatornákban az ömledékfront sebességkülönbségének

kiegyenlítésére.

Ha megterveztük a beömlőrendszert és a fészkek elhelyezkedését, akkor

ezt követően ki kell alakítani az ezeket összekötő gátakat. Azt, hogy milyen

típusú gátat választunk általában a termék geometriája határozza meg. A

megfelelő gát megválasztása igen fontos a szerszámüreg teljes kitöltésének

szempontjából, az összecsapási vonal elhelyezkedésének szempontjából,

illetve a szabadsugár képződés is ettől függ. Ezt követően néhány gáttípus és

azok jellemző alkalmazási területei.

A direkt meglövés általában egy fészkes szerszámoknál ajánlott, illetve

körszimmetrikus termékeknél, melyeknél követelmény a szimmetrikus

kitöltés. Vastag termékek esetén jól alkalmazható.

Standard gátat többfészkes szerszámoknál ajánlott használni, ami a termék

alakját tekintve a közepes és vastag munkadarabok esetén használatos.

Legyező gátat azon lapszerű alkatrészeknél lehet alkalmazni, amelyeket

nem lehet széles felületen meglőni, vagy pedig nem megengedhető, hogy

sérüljön az oldala.

Filmbeömlést általában a lapos, hosszú termékek esetén alkalmazzák, és

így jó minőségű, elhúzódásmentes terméket ad.

Az egyfészkes szerszámoknál alkalmazott esernyőgátat, egyszerű

geometriájú, kis vagy közepes belső átmérővel rendelkező termékek esetén

ajánlott használni. A küllőgát nagyban hasonlít az esernyőgáthoz. Egyfészkes

szerszámoknál használják, nagyobb belső átmérővel rendelkező

körszimmetrikus termékek esetén.

A tömb beömléssel készült termékek esetén egyszerű a kikészítés, illetve a

csatornamaradék eltávolítása. Csak vékony termékeknél használható.

Alagútgát igen gyakran alkalmazott gáttípus, legnagyobb előnye, hogy a

szerszám nyitása során automatikusan leválik a csatornamaradék.

Tűgátat háromlapos szerszámoknál alkalmazzák. Az alagútgáthoz

hasonlóan ez is automatikusan eltávolítja a csatornamaradékot és

középpontban elhelyezkedő gátat eredményez.

25

A tervezés következő lépésében meg kell határoznunk a formaadó

térfogatokat. Ebben a lépésben kerül meghatározásra az osztófelület. Itt több

szempontot is szem előtt kell tartani. Meg kell határoznunk a várható

szerszámkonstrukciót, azaz, hogy egyszerűbb-aktív szerszámelemektől mentes

konstrukcióval is megvalósítható-e a kívánt szerszám, - vagy bonyolultabb

szerszámkonstrukciót kell alkalmaznunk. Ezt követően létre kell hoznunk a

formaadó térfogatokat, azaz meg kell határoznunk, hogy a termék negatívját

tekintve hány részre osztjuk azt, illetve, hogy mi kerül a mozgó és mi az álló

oldalra. Ez egyszerűbb esetben két térfogat fél, de bonyolultabb esetben (pl.

külső menet esetén) akár négy részből is állhat. Ügyelnünk kell arra az

általános szerszámtervezési alapelvre, hogy a terméknek a mozgó szerszám

felén kell maradnia a szerszámnyitást követően. Ezt általában úgy érik el,

hogy a mozgó oldalon helyezkednek el a magok, melyek a furatok, üregek

kialakítását végzik, s a termék a hűtés hatására rázsugorodik ezekre. Ezek után

a meg kell határozni a formaadó részek kialakításának módját. Egyszerűbb

szerszámkonstrukcióknál, kis gyártandó darabszám esetén magából a

formalapból munkálják ki ezeket, mivel itt nem várható meghibásodás vagy

idő előtti elhasználódás. Abban az esetben, ha bonyolult szerszámról van szó,

mely esetenként több mozgó elemet is tartalmaz, vagy pedig amennyiben a

szerszám igen hosszú élettartamra van tervezve, úgy mindenképpen betétezett

formalapokat érdemes alkalmazni. Ezeknek a szerszámoknak a karbantartása,

felújítása, esetleges szerszámtörés esetén a javítása jóval egyszerűbb és

gazdaságosabb.

Ezt követően ki kell választani egy szabványos méretű szerszámházat. A

formalapokat és egyéb szerszámelemeket szabványos méretű szerszámházba

helyezzük el. Ezeket normália gyártó cégek katalógusai alapján végezzük. A

választott szerszámház méretét alapvetően a termék mérete, a fészekszám és

az elrendezés határozza meg, de figyelembe kell vennünk, hogy a

követelményben milyen fröccsöntő gép van meghatározva és annak milyen

paraméterei vannak, azaz a szerszám felfogólap méretét és a gép

oszloptávolságát.

Az optimális szerszámház kiválasztása után döntenünk kell az

elosztócsatorna jellegéről, azaz, hogy hideg csatornás, szigetelt csatornás vagy

pedig forró csatornás rendszert alkalmazunk.

26

Hideg csatornás rendszer:

Hideg csatornás szerszámkialakítást általában az egyszerűbb, alacsonyabb

költségvetésű szerszámoknál alkalmazunk. Lényege, hogy az

elosztócsatornában lévő polimer ömledék megszilárdul, majd ezt követően

kidobásra kerül a termékkel és a csatorna maradékkal együtt. Amennyiben a

fröccsöntő gép meghibásodás, áramszünet, vagy bármi más okból kifolyólag

leáll, az elosztócsatornában lévő ömledék beledermed. Eltávolítása csak a

szerszám szétszedését követően lehetséges, mely termeléskiesést és plusz

költséget okoz.

Szigetelt csatornás rendszer:

Működése a hőre lágyuló műanyagok viszonylag kis hővezető-képességén

alapul. A nagy átmérőjű körszelvényű beömlőcsatorna az első ciklusban

megtelik polimer ömledékkel, melynek a kamra hideg falával érintkező réteg

megdermed és hőszigetelő réteget alkotva meggátolja a további ciklusokban

beáramló ömledék ledermedését a ciklusok között. Hogy a rendszer

megbízhatóan menjen, a percenkénti munkaciklusok száma nem lehet

kevesebb, mint 4-5 ciklus. A csatornákban ömledék állapotban lévő anyag

mennyiségének kisebbnek kell lennie, mint a formaüregek térfogatának

összege, mivel csak így biztosítható a csatorna folyékony állományának teljes

cserélődése. A szigetelt csatornás rendszer számos előnnyel rendelkezik, ezek

közül néhány:

kevésbé érzékeny az elosztócsatornák kiegyensúlyozottságára,

csökkenti az anyagra ható nyíróerőt,

tömörebb anyagtérfogat alkatrészenként,

gyorsabb ciklusok,

kiküszöböli az elosztócsatornában képződő hulladékot,

jobb felületminőségű terméket eredményez,

csökkenti a szerszámkopást.

27

A fent említett előnyök mellett természetesen néhány hátrányt is meg kell

említenünk ezzel a konstrukcióval kapcsolatban:

általában bonyolultabb a szerszám tervezése,

általában magasabb szerszámköltségek jelentkeznek,

végbe mehet a polimer ömledék termikus degradációja,

nehezebb a színek változtatása,

magasabb karbantartási költségek.

Forró csatornás rendszer:

Napjainkban ezt a kialakítást használják a leggyakrabban. Ez esetben az

elosztócsatorna külön szerszámlapban van kialakítva, ezeknek az adott

hőmérsékleten való tartását végzik az elektromos fűtőbetétek. Ez a megoldás

nagy szabadságot biztosít a polimer ömledék hőmérsékletének beállításánál,

illetve a szerszám tervezésében is egyaránt, legfőképpen a nagyméretű,

többfészkes szerszámok esetén. A forró csatornás rendszerek rendelkeznek a

szigetelt csatornás rendszernél említett előnyökkel, s az ott említett hátrányok

közül néhányat kiküszöbölnek. A szerszám indítása kevésbé nehézkes, mint a

szigetelt csatornás esetben. A forró csatornás rendszer legfőbb hátrányai a

hideg csatornással szemben:

jóval bonyolultabb szerszámtervezés, gyártás és üzemeltetés,

lényegesen magasabb szerszámköltség.

Ennél a megoldásnál az ömledék nem tapad az elosztócsatornába, hisz

mindvégig folyékony állapotban marad és egy tűszelepes fúvókán keresztül jut

az ömledék a szerszámüregbe. Ez a fúvóka hivatott megakadályozni az

ömledék szivárgását a ciklusok között.

A termék eltávolítása a szerszámból a fröccsöntési ciklus végeztével egy

igen fontos és alapos tervezést igénylő feladat. A kidobó rendszer

megválasztásának alapvető szempontjai:

a munkadarab ne sérüljön a kidobás során, ne lépjen fel

alakváltozás, a kilökő rendszer elemei ne hagyjanak nyomot a

termék látható felületén,

28

a kidobás megbízható legyen,

a kidobók egyszerűen és gyorsan működjenek.

A legtöbb fröccsöntő szerszámon a kilökő rendszer a szerszám mozgó

oldalán helyezkedik el és a szerszám nyitási útját használjuk fel a termék

magról történő eltávolításához. A termék geometriájától, anyagától, méretétől

függően számos kilökő rendszer kialakítás lehetséges. A legszélesebb körben

elterjedt, a hagyományos kilökő csapok használata. Ezek a kilökő tartólapban

helyezkednek el a szerszám hátrafelé való mozgása közben, több ponton

érintkezik a termékkel, így végzi el annak letolását magáról. Célszerű a kilökő

csapokat úgy elhelyezni, hogy azok a termék belső, vagy pedig nem látható

felületével érintkezzenek, mivel ezek szinte minden esetben jellegzetes, kör

alakú nyomot hagynak maguk után abban a pontban, ahol a kilökő a termékkel

érintkezett. Amennyiben a termék kis méretű, vagy pedig csak keskeny hely

áll rendelkezésre a ledobáshoz, amelynek hatására beszakítanák a munkadarab

felszínét, akkor késkilökőket használunk. Ez nagyban hasonlít a hagyományos

kilökő csapra, viszont kisebb felületen érintkeznek a termékkel és hasáb

keresztmetszetűek.

Vannak olyan alkatrészek, melyeket nem lehet kilökő csapok vagy

késkilökők segítségével eltávolítani a szerszámból, mert fent áll a termék

sérülése, illetve befeszülésének veszélye. Ezeket az alkatrészeket teljes

felületükön kell megnyomni, amelyre egy féle megoldás terjedt el, a letolólap

és a letoló gyűrű alkalmazása. Letolólap esetén egy egész lapot, letoló gyűrű

esetén pedig csak egy gyűrűt kell mozgatnunk. Ez az eljárás csak

körszimmetrikus alkatrészek előállítása esetén lehetséges.

Ezt követően meg kell tervezni a temperáló rendszert, aminek feladata a

szerszám indításakor a megfelelő üzemi hőmérséklet mielőbbi biztosítása,

illetve ezt követően a szerszám hűtése. A temperálást a szerszám lapjaiban

található temperálófuratokban áramoltatott temperálóközeg segítségével

biztosítjuk. Ez a temperálóközeg lehet víz, olaj vagy emulzió. A

temperálóközeg egy zárt rendszerű körben cirkulál, mely egy temperáló-

keringető berendezéssel van ellátva. A szerszámot általában szabványos

gyorscsatlakozók segítségével kötjük rá a rendszerre, melyek a szerszám

hátlapján, vagy pedig az alján helyezkednek el. A megfelelő hűtés hiányában a

ciklusidő meghosszabbodik, a gyártás költségei nőnek, ezért gyártás-

gazdaságossági szempontból is nagy jelentősége van a megfelelően méretezett

temperáló rendszernek.

29

Forró csatornás rendszer esetén gondoskodnunk kell az elektromos fűtő

betétek számára az áramellátásról. Ez általában szabványos csatlakozók

segítségével történik. Ezen kívül tervezhetünk még a szerszámba különböző

elektromos helyzetérzékelőket is, melyeknek szerszámvédelmi funkciója van

(érzékeli, hogy a kilökőrendszer visszaállt-e alaphelyzetbe, így elkerülhető az

esetleges szerszámtörés).

Ezt követően következik a szerszám egyéb tartozékainak elhelyezése.

Minden egyes szerszámon el kell helyezni, bizonyos alkatrészeket. ilyen

például a szállító híd és a szemescsavar. Ez a szerszám leszerelt állapotában a

daruval történő mozgatását teszi lehetővé. Ügyelni kell arra, hogy a

szemescsavar a szerszám súlypontjával egy vonalba essen. ellenkező esetben a

szerszám elbillenhet emelés közben. Ezeken az alapfelszereléseken kívül

számos kiegészítővel felszerelhetjük még a szerszámot. Ilyenek a különféle

érzékelők, amik általában védelmi funkciót töltenek be, ciklusszámlálók és

egyéb.

A következő lépés az, hogy a tervező csapat ellenőrzi a kész tervet. Abban

az esetben, ha valamilyen hibát találnak, akkor az bármilyen költség nélkül

javítható. Miután a szerszám 3D-s modelljét ellenőrizték, javították az

esetleges hibákat, a különböző részekről műhelyrajzot készítenek, amelyek

alapján legyártják a szerszámot. Minden egyes alkatrészről, ami nem

szabványos, külön műhelyrajzot készítenek [1], [4], [5], [6], [9], [13], [15],

[16].

3. TERVEZŐPROGRAMOK BEMUTATÁSA

A mérnökök munkája manapság el se képzelhető informatikai

segédeszközök nélkül, amiknek a fejlődése napról napra észlelhető. Az egyre

kisebb méretű, ugyanakkor egyre több információt tárolni és feldolgozni képes

számítógépek és a működésüket lehetővé tevő szoftverek olyan lehetőségeket

kínálnak, amelyek a mérnöki feladatok megoldásában hatalmas fejlődést

jelentenek.

A műszaki problémák megoldására az 1950-es évektől használnak

számítógépeket, ennek különböző okai voltak:

megnövekedett a műszaki számítások mennyisége,

a számolási feladatok bonyolulttá válták,

30

számítógépes segítség nélkül egyes problémák nem a legkiválóbb,

legcélravezetőbb módon voltak megoldhatók,

az egységnyi információ feldolgozásához szükséges költség

csökken a számítástechnika fejlődésével.

Ezen okok megoldására fejlesztették ki az azonos elven alapuló

CAD/CAM rendszereket. Ezek a programok lehetővé teszik az ipari tervezés

és gyártás egyetlen közvetlen vezérlésű rendszerré való összekapcsolást. Ezt a

folyamatot egészítheti ki a CAE rendszer, ami számítógéppel segített mérnöki

munkát jelent. A CAE rendszerekben létrehozott és módosított rajzokat

közvetlenül a terméket gyártó gépeket irányító utasításokká alakítja át. A CAD

programokat a tervezési koncepciók létrehozására, módosítások

megvalósítására, elemzések elvégzésére és a tervezés hatékonyabbá tételére

használják. Alapvető szerepe a geometria definiálása, számítógépes rajzolás és

modellezés. A programmal készített modellek további CAM-, CAE- stb.

tevékenységhez alkalmazhatók, ezzel csökkentve a geometria újbóli

létrehozása által létrejövő hibákat és lecsökkenti a tervezés idejét. A CAM

programok, a gyártási folyamatok tervezéséhez, szervezéséhez és vezérléséhez

használt, gyártórendszerekkel összekapcsolt számítógépes technológia.

Gyártócellában működtethető, szerszámok és munkadarabok kiválasztását és

pozícionálását végző robotok programozása végezhető el ilyen programokon.

Létrehozhatók folyamattervek, amik során a szerkezet legyártásához

szükséges megmunkálási folyamat egyes részei kerülnek meghatározásra. A

CAE rendszereket a korábban elkészített CAD modell elemzésére, a termékek

várható viselkedésének szimulálására, áttervezésére és optimalizálására

használják.

A fröccsöntés során lejátszódó folyamatokat nem lehet analitikusan leírni,

kivéve a legegyszerűbb geometriai viszonyokat, newtoni folyadék

feltételezése mellett. Az utóbbi 10 évben elterjedtek olyan szoftverek, amelyek

numerikus módszerek alkalmazásával és a folyamat szimulációjával segítik a

mérnököket a bonyolultabb műveletek megértésében. A polimerfeldolgozás

minden területén alkalmaznak valamiféle számítástechnikai eszközt és

módszert, pl:

nagyteljesítményű számítógépet, mainframeket, amelyek rendkívül

bonyolult, egymásra ható áramlási és hővezetési feladatokat oldanak

meg, ahol az áramlás geometriája is bonyolult, valamint a polimer

fázisátalakulásokon is keresztülmegy a feldolgozás során,

31

mikroprocesszorokat és mikroszámítógépeket használnak a

folyamatszabályozásban, adatgyűjtésben.

Az első polimertechnológiához köthető CAD/CAM alkalmazás a

polimerek extruziójának szimulációja volt, azonban a számítógépes

technológiát manapság a legtöbbször fröccsöntés esetén alkalmaznak. Ennek

az az oka, hogy a fröccsöntés az egyik legjelentősebb polimerfeldolgozási

eljárás és nagyon sok polimer fröccsönthető, bár a folyamat ciklikus,

reológiailag mégis viszonylag egyszerűen modellezhető és a folyamat

paraméterei jól mérhetők és szabályozhatók. Egy használható szerszám

elkészítése jó néhány iterációs ciklust jelentett. Az elkészült szerszámot

kipróbálták, majd a tapasztalt hibákat korrigálták, újból kipróbálták és ezt

addig ismételték, amíg megfelelő eredményt nem kaptak. A következő

mérföldkő a CAE szoftverek alkalmazása, hiszen ezeket megelőzően a

szerszámok tervezése inkább műszaki érzéken és tapasztalaton alapult.

Programok segítségével a mérnök úgy készítheti el a szerszámot és tesztelheti,

hogy nem kell többször legyártani és tesztelni újra és újra, hanem csak a

legvégső, adott feltételeknek megfelelő modellt kell legyártani.

Ezek a programok általában három fő részre oszthatók. Egyik fő

részegység a grafikus tervező rész, ahol a termék geometriáját adhatjuk meg.

Ezt követi a szimulációs program, ami a fröccsöntés során kialakuló hő- és

áramlási viszonyokat számítja részekre osztásos vagy végeselemes módszerrel

(FEM: Finite Element Method). Az utolsó része a programnak a reológiai,

fizikai adatait tartalmazó adatbázis, amelyhez gyakran mellékelik a fröccsöntő

gépek adatait tartalmazó adatbázist is [1], [17], [18].

Miután bemutattam általánosságban, a tervezőprogramok felépítését és

működését, most ismertetni fogok néhány kereskedelmi forgalomban

beszerezhető, cégek által használt és ajánlott programot.

3.1. Moldex3D

A Moldex3D/eDesign a mérnöki – tervezőmérnöki, szerszámtervezői –

használatra optimalizált kategória egyik legfontosabb szoftvere. A szoftverben

olyan robusztus és hibakorrigáló automatikus, valós 3D-s hálózási

algoritmusok érhetők el, amelyek segítségével a bonyolult CAD-modellek is

gyorsan behálózhatók, és az elemzések nagy megbízhatóságú eredménnyel

32

szolgálnak. A szoftverrel részletes eredményeket nyerhetünk a fröccsöntési

technológia megítélése tekintetében.

A Moldex3D analizáló eszközei:

Flow (Kitöltés): Hőre lágyuló anyagok területkitöltésének

szimulációja, gyártási problémák előrejelzése, mint például

elégtelen fröccsöntési anyagtérfogat, összecsapási vonal,

légbuborékok stb.

Pack (Utánnyomás): Megbecsülhető a fröccsöntéshez szükséges

nyomás, a lezárás feltételei, a térfogat csökkenés. A sűrűség

variációjával lehet optimalizálni.

Cool (Hűtés): A hűtőrendszer hatékonyságának a növelése, valamint

a termikus (hűtés – fűtés) szimulációjának speciális támogatása.

Warp (Vetemedés): Megbízható problémamegoldó képességek,

valamint a vetemedés kulcsproblémáinak analizálása.

Fiber (Szálas anyagok): Az üvegszál erősítésű polimer alkatrészek

szálorientációjának megjelenítése az anizotrop termomechanikus

tulajdonságok figyelembevételével, a szálerősítés megfelelő elérése

érdekében, valamint a vetemedés előrejelzése céljából.

9. ábra Az erősítő szálak orientációjának megjelenítése Moldex3D-ben

http://www.moldex3d.com/en/assets/2011/10/Fiber-Reinforced-Plastic-Injection-Molding.png

33

Multiple Component Molding (Több komponensű

fröccsöntés): Áramlás viselkedésének ábrázolása betétes

fröccsöntés, kétszínű anyag vagy kétkomponensű vagy

ráfröccsöntés esetében, elnyújtott hűtési idő számítása, valamint

nem szimmetrikus zsugorodás és vetemedés megbecsülése

különböző anyagtulajdonságok esetében.

Parallel Computing (párhuzamos számítás): A megnövelt számítási

teljesítmény és végrehajtás segítségével sokkal rövidebb idő alatt

végrehajthatók a nagy elemszámú, komplex modelleken végzett

analízisek, mint korábban bármikor.

Alapszolgáltatásait tekintve a Moldex3D/eDesign fröccsöntő szimulációs

szoftver mind a műanyagalkatrész-, mind a szerszámtervező folyamatot

támogatja. Az általános négy nagy szolgáltatás, a kitöltés-, utánnyomás-,

hűtés- és vetemedésanalízis mellett kiegészítő szakmodulként elérhető a szálas

anyagok analízise. Külön modul alkalmazható a fémbehelyezéses fröccsöntés

és (vagy) ráöntés analízisére, vagy akár a thermoset típusú műanyagok alkotta

anyagcsoport analíziséhez is. A szoftverhez kiterjedt anyagkönyvtár,

folyamatvarázslók és teljes fröccsöntőgép-adatbázis áll rendelkezésre [19],

[20], [21].

3.2. NX Mold Wizard

A Siemens integrált megoldást nyújtó tervezőrendszere az NX

(Unigraphics), mivel egy rendszeren belül lehet a tervezést, megmunkálást,

analízist és rajzokat elkészíteni, bármilyen módosítás esetén az elkészült

műveletek automatikusan frissítődnek. Az NX egy mozaikszó (NeXt

Generation Technology), a jövő technológiáit egyesítő integrált

tervezőrendszert kínál felhasználóinak. Az NX két csúcskategóriás

tervezőrendszert (Unigraphics és Ideas) integrációja révén hozták létre 2004-

ben. A geometriai modellező magot (Parasolid), az egyedi alkalmazásokat

(szerszámtervezés, megmunkálás, lemezalkatrész modulok) a Unigraphics

szolgáltatta, míg az Ideas részről a végeselem modulokat integrálták be a

rendszerbe.

Az NX Mold Wizard szakmodulja a szerszámtervező cégeknek ad egy

olyan korszerű eszközt a kezébe, amelynek segítségével automatizálni lehet a

34

teljes szerszámtervezés folyamatát. A folyamatvarázsló segítségével

ellenőrizhető az importált vagy NX-ben készült modell. Lehetőség van a

zsugor, osztógörbe, osztófelület definiálására. Az osztás után az NX

automatikusan előállítja a szerszám feleket. Ezután szabványos vagy egyedi

szerszámházak közül választhat a felhasználó, majd a szabványos

építőelemeket (csavarok, kilökők) asszociatív módon elhelyezhetők az

összeállításban. Az automatikus darabjegyzék készítés, a hűtés és az elektróda

készítés mind-mind a Mold Wizard palettáján megtalálható.

A Mold Wizard-ban a felhasználó dolgozhat natív NX modellekkel vagy

más CAD rendszerből importált adatokkal. Az idegen adatok beolvasásánál

jelentkező hibákat az NX fordítói automatikusan javítják, de lehetőség van

manuális korrekcióra is. A modell további előkészítésére (pl. formázási

ferdeség felrakása) az NX beépített funkciói állnak rendelkezésre.

A további szerszámtervezéshez tartozó geometriai funkciók a Mold Wizard

palettájáról érhetők el. Tetszőleges zsugorodási mérték definiálható a darabra

(pl. koordináta irányonként változó, tengelyszimmetrikus). Egy- vagy

többfészkes szerszám kialakítására is lehetőség van. Miközben a Mold Wizard

a háttérben automatikusan elkezdi felépíteni a szerszám asszociatív szerelési

összeállítását. A Mold Wizard automatikusan kiszámolja a lehetséges

osztógörbéket, majd ezek alapján létrehozza az osztófelületeket. A

szerszámosztás előtt ellenőrizhetők a modell felületei, a rendszer

automatikusan kijelöli a megadott szögértéknél kisebb oldalferdeségű

felületeket, függőleges felületeket és az alámetszéseket, továbbá ellenőrzi a

szerszámosztás helyességét, majd létrehozza a betéteket.

A szerszámház építéshez a Mold Wizard tartalmazza a legelterjedtebb

szerszámkatalógusokat: HASCO, DME, FUTABA. A szerszámelemeket és

paramétereiket könnyen kezelhető párbeszéd ablakokból válaszhatók ki. A

program előnye, hogy alkatrész katalógusa bővíthető új szabványos és

felhasználói elemekkel.

A szerszámház összeállítása után rendelkezésre állnak az elosztógátak és a

hűtőcsatornák tervezésére szolgáló parancsok. Külön funkciót biztosít a gyors

és hatékony elektródatervezéshez is. Végül a darabjegyzék parancsának

segítségével automatikusan kilistázhatók a felhasznált elemek.

35

10. ábra NX-ben készített fröccsöntő szerszám [22]

Az NX8.5 verziótól kezdődően az NX Mold Wizard szoftvercsomag

tartalmazza az EasyFill Analysis szakmodult, amely Moldex3D alapokon

keresztül fröccsöntés szimulációra képes.

Az NX-be közvetlenül van beágyazva az NX Moldex3D eDesignSYNC

alkalmazás, ami a tervezés és a szimuláció között biztosít problémanélküli

átmenetet. Az NX és a Moldex3D/eDesign integrációjával könnyen

szinkronizálhatók a tervmódosítások a Moldex3D szimulációkkal a tervezési

és gyártástervezési problémák hatékonyabb megoldása érdekében. Az

integrációnak köszönhető a CAD modellezés és CAE szimuláció nagymértékű

együttműködése. A Moldex3D/eDesign alkalmazásával lehetséges a jó

minőségű hálók automatikus generálása és sokkal pontosabb analízis

eredmények érhetők el nagyobb sebességgel [22], [23].

3.3. Autodesk Moldflow

A fejlesztőcég és a nevét viselő szoftver vezető helyet foglal el a 3D

szimulációs szoftverek piacán. A hálógeneráló szoftverekkel a teljes projektek

idejének 5–10%-a takarítható meg a felhasználásával. A beömlést optimalizáló

programmal megkereshetők azok a beömlési pontok, amelyekkel a legkisebb

szerszámnyomás érhető el. Az esztétikai vagy gyártási okokból kizárható

beömlési helyeket már az optimalizálás előtt ki lehet jelölni a végeselem

36

hálón. Mivel az utóbbi időben egyre nagyobb az érdeklődés az olyan

fröccsöntő ciklusok iránt, ahol először nagyobb a szerszámhőmérséklet (a

vékony falú részek kitöltése érdekében), majd gyors szerszámhőmérséklet-

csökkenés után kerül sor a szerszám maradékának feltöltésére, a program

lehetővé teszi a változó szerszámhőmérséklet figyelembevételét. Lehetőség

van az állítható paraméterek összes lehetséges permutációját létrehozni a

modellből, a szoftver automatikusan hálózza és lefuttatja az analízist. A

felhasználó az eredményt részletezve látja, a különböző analízisek eredményei

alapján ki tudja választani, melyik beállítás lehet az optimális választás.

Lehetőség van a többkomponensű fröccsöntvények zsugorodásának

szimulációjára is, amihez arra volt szükség, hogy a különböző komponensek

fröccsöntésekor használt hálók egymáshoz illeszkedjenek. Ez különösen a

görbült határfelületekkel rendelkező alkatrészeknél nem egyszerű feladat.

Lehetőség van fémbetétek szimulációjára is, amelyek egyik, másik vagy

mindkét komponenssel érintkezhetnek. További lehetőség van a hőre

keményedő anyagok és a reaktív fröccsöntésnek a szimulációjára is.

Bevezették a szellőzés szimulációját a korábban feltételezett tökéletes

szellőzés helyett, ami akár 20%-os hibát is okozhatott a nyomásesés

számításában. Ki lehet jelölni a szellőzőnyílások helyét, sőt optimalizálni is

lehet azok elhelyezkedését. Új modulok támogatják a gázzal segített

fröccsöntéssel előállított tárgyak vetemedésének analízisét, sőt arra is

lehetőség van, hogy kiderítsék a vetemedés okát. Javították a program

kompatibilitását egyéb végeselem modellekkel és CAD programokkal. Az

Autodesk cég kétféle programcsoportot tesz elérhetővé, Moldflow Adviser és

Moldflow Insight néven. Adviser programcsoportnál elérhető a Premium és

Ultimate program, míg Insight esetén Standard, Premium és Ultimate. A

különböző termékcsoportok körülbelül ugyan arra képesek viszont különböző

felhasználó bázist céloznak meg. Az Adviser programcsoport olyan tervező

mérnökök számára készült, akik értik mi történik egy fröccsöntés során, de

gyors válaszokra van szükségük. Például az elkészített munkadarabot lehet-e

fröccsenteni, hogyan lehet az adott terméket több fészekben elrendezni és

hogyan fogja befolyásolni a mérnök által hozott döntés a termék minőségét és

a gyártás költségét.

Az Adviser szoftverek egyszerű felépítésének és felhasználóbarát

felületének köszönhetően, a szoftver használata mindössze néhány nap alatt

37

elsajátítható, segítségével a termékfejlesztéshez szükséges vizsgálatok

nagyrésze elvégezhető:

optimális meglövési pontok keresése,

Molding Window analízis,

kitöltésvizsgálat,

beszívódások, vetemedések vizsgálata,

hűtés analízis,

szálorientáció vizsgálata.

A szimulációs folyamat elengedhető része az eredmények könnyen

értelmezhető és átlátható formában történő bemutatása. A kapott eredmények

minden Moldflow verzióval kiexportálhatók a Moldflow Communicator által

kezelt formátumban. Az Insight verzió a fröccsöntésszimulációs termékcsalád

felsőkategóriás képviselői. Az egyedülállóan kiterjedt anyag adatbázis immár

közel 9600 kereskedelmi forgalomban kapható polimert foglal magában,

többek között magyar alapanyaggyártó cégekét is, illetve a beépített

fröccsöntőgép adatbázis is közel 1000 db fröccsöntőgépet tartalmaz. Az

Insight verziókban szerszámhűtés valósághű vizsgálatára és egyedi igények

szerint optimalizált formakövető hűtések működésének vizsgálatára is

lehetőség nyílik. A hagyományos fröccsöntési technológiák folyamatos

tökéletesítése mellett az Insight verziók speciális fröccsöntési eljárások

szimulálására is alkalmasak. Ilyen például a gáz-befúvásos technológia, a

mikrochip tokozás, vagy az autóiparban egyre népszerűbb fröccssajtolás

(injection compression, compression molding), és a többkomponensű

fröccssöntés is.

További segítséget nyújt a SimStudio Tools nevű beépülő modul is, amely

a termékmodell egyszerűsítésére és szerkesztésére szolgál két szimuláció

között, de segítségével kijavíthatók a modell apróbb hibái, illetve

direktmodellezésre is lehetőséget biztosít [24], [25], [26], [27].

38

11. ábra Moldflow környezet [28]

3.4. PTC Creo Parametric

A PTC Creo műszaki kompromisszumok nélküli, de mégis elérhető árú

3D/2D CAD/CAM/CAE termékfejlesztő rendszer. A szoftver egységes

környezetben nyújtja a formatervezés, és CAD tervezés, a szerszámtervezés,

NC technológia, szimuláció és mérnöki vizualizáció legjavát. A Unite

technológiája áttörést jelent a partnerek közötti CAD kommunikációban és

egységesítésben [29].

A PTC Creo Parametric és bővítményei szintén fröccsöntött műanyag

alkatrészek gyártáshelyes tervezésében nyújt hathatós segítséget.

A szoftver alábbi kiegészítői segítik a fröccsöntéssel kapcsolatos tervezés

munkáját:

Creo Mold Analysis Extension (CMA): Ez a bővítmény megbízható,

könnyen érthető elemzési adatokat nyújt. A kiegészítő információt szolgáltat a

lehetséges formaüreg kitöltési problémákról, mint hiányos kitöltés, zárványok,

összecsapás vonalak. Növeli a terv minőségét, az előállítás idejét csökkenti. A

megfelelő meglövési pont kiválasztásához nyújt információkat. A

kezelőfelülete könnyű, az eredmények megértését animációval, a modell

beszínezésével és magyarázattal segíti. A folyamat paramétereinek

megválasztásában is segítséget nyújt a felhasználónak [30], [31].

39

Creo Tooling Design Extension (TDX) (CREO szerszámkészítés

kiterjesztés): Még az alkalmi felhasználó is létrehozhat egy- és többfészkes

formabetéteket. A kiegészítő előnye, hogy grafikusan kiértékeli a termék

tulajdonságait (oldalferdeség, alámetszés), melyek után a módosítás egyszerű.

Szintén képes irányfüggő zsugorral is dolgozni, bonyolultabb formák esetén is

képes az osztási vonal létrehozására. Mivel a formaüregek geometriája a

termék felszínével nagyrészt azonos, ezért az esetleges munkadarab

geometriai változásai automatikusan módosítják a szerszám ezzel kapcsolatos

felületeit. Rugalmasan lehet a szerszámterveket készíteni, mivel a kiegészítő

modul közvetlenül összedolgozik a PTC Creo NC modullal. A terv

módosításával az NC modul szerszámpályái automatikusan frissülnek. Mivel a

kiegészítők kapcsolódnak egymáshoz, a termék – szerszám – NC program

tervek közti adatátviteli idők nagyban csökkennek [32].

Creo Expert Moldbase Extension (EMX) (CREO szakértői

fröccsöntőszerszám bővítmény): Ez a kiegészítő nagy segítség a szerszám

tervezőknek és készítőknek, mivel lerövidíti a nem kreatív, időigényes

munkát. A program segít a szerszám építésében. Használat közben a

komponensek 2D-ben készített előnézete után összeállíthatjuk a 3d-s testet,

ekkor az olyan geometriai elemek, mint például adott furatok automatikusan

létrejönnek a szomszédos lapokban és elemekben. Előnye, hogy a cégek

szabványos elemeit rögtön az összeállítási fájlba tehetjük, ezzel a betanulási

időszakot és a hibák lehetőségeit csökkentjük.

A bővítmény funkciói:

az Expert Moldbase modul (EMX) tudásbázis alapú szerszámház

tervezést kínál,

szerszámház definíció és konfigurálás aktív 2D-s elrendezési

terveken,

a háttérben a 3D-s alkatrészek és összeállítások (szerszámlapok,

kilökők, vezetőoszlopok, csavarok, mozgó betétek, hűtőkörök stb.)

automatikusan generálódnak,

komplex csúszkák, mozgó betétek difiniálhatók és mozgásuk

ellenőrizhető,

a szerszámnyitás szimuláció segítségével elkerülhetők az ütközések,

40

a beépített DME, HASCO, Futaba, Meusburger, Strack, Misumi,

Rabourdin, Progressive stb. katalógusok mellett saját elem

könyvtárak is létrehozhatók,

rugalmas megjelenítési stílus váltás a jobb áttekinthetőség

érdekében,

automatikus 2D-s rajz és furattábla generálás,

tetszőlegesen konfigurálható automatikus, változáskövető

darabjegyzékek, melyek igény szerint Excelbe exportálhatók,

teljes mértékben testreszabható paraméterek Windchill PLM és ERP

(pl. SAP) kommunikációhoz [33].

Creo Complete Mold Design Extension (Creo teljes fröccsöntőszerszám t

erv): Speciálisan fröccsöntőszerszám tervezéshez tervezték, ez a csomag a

Creo TDX és a Creo EMX csomagjait ötvözi [34], [35].

3.5. Solidworks Mold Tools, Plastics

A Solidworks szintén olyan tervezői szoftver, amely tartalmaz beépített

modulokat a fröccsöntőszerszám tervezéséhez és a folyamat szimulálásához.

Hasonlóan a NX Mold Wizardhoz, a Solidworks Mold Tools is rendelkezik a

szerszám formaadó elemeinek tervezéséhez hasznos parancsokkal

(oldalferdeség ellenőrzés, zsugor, felületek lezárása, szerszámosztás), illetve

később segítséget nyújt egy egyszerű logikai ív mentén történő szerszám

felépítéséhez.

A Solidworks Plastics lehetővé teszi a szerszámgyártók számára a

fröccsöntési folyamat modellezését. A szoftver ötvözi a fröccsöntés

szimulációt a fejlett CEA elemzéssel, ami lehetővé teszi a szerszámtervezők

számára, hogy megvizsgálják, hogyan viselkedik a műanyag a fröccsöntés

folyamata során. Használatával kimutathtaók és elkerülhetők az esetleges

gyártási hibák a műanyag alkatrész vagy szerszám tervezés korai szakaszában.

A gyártóspecifikus polimerek részletes könyvtára segíti a falvastagság vagy

más részfunkciók optimalizálását.

A Solidworks Plastics további előnye, hogy a Solidworks 3D CAD

tervezői környezetbe van integrálva, így a gyárthatósági elemzések és a

41

tervmódosítások is gyorsan elvégezhetőek. Az egyes elemzések futtatási

eredményeinél hasznos tanácsokkal látja el a felhasználót a fröccsöntési

folyamat fejlesztésére.

A Solidworks Plastics három programcsomagot tesz elérhetővé

különböző felhasználói csoportoknak.

A Plastics Standard elsősorban a műanyag alkatrész tervezők számára

készült, hogy a tervezés kezdeti szakaszában optimalizálhassák az alkatrészek

gyárthatóságát. A szoftver nagy előnye, hogy teljesen integrált a Solidworks

3D környezetbe, így a tervmódosítások és gyárthatósági elemzések

egyidejűleg elvégezhetők.

A Plastics Professional a szerszámtervezők és – gyártók számára nyújt

segítséget a gyors szerszámkialakításban és kiértékelésben. A szoftver

használatával elkerülhetőek a költséges újbóli szerszám átdolgozások,

optimalizálható a csatornarendszer (a csatornák és gátak típusa, helye, mérete

meghatározásával) valamint megbecsülheti a ciklusidőt, zárási erőt és

anyagtérfogatot.

A Plastics Premium tartalmazza a Plastics Professional csomag összes

funkcióját és további szimulációs megoldásokat biztosít, köztük az egyszerű és

összetett hűtőcsövek tervezését és elrendezését, valamint a fröccsöntött

alkatrészek deformációjának előrejelzését. Ezzel a felhasználók

optimalizálhatják a szerszám hűtését, csökkenthetik a ciklusidőt és a gyártási

költségeket, valamint optimalizálhatják a műanyag alkatrész és a szerszám

tervezési folyamatait, az anyag kiválasztást, valamint a gyártási paramétereket,

így csökkentve vagy megszüntetve a fröccsöntés során fellépő alkatrész

vetemedést. Annak érdekében, hogy a SOLIDWORKS Plastics 2015

megkönnyítse a tervezők munkáját különböző bővítményekkel látták el, ilyen

a Nominális falvastagság tanácsadó, amivel egy adott CAD modell

gyárthatóságát lehet optimalizálni a falvastagság méretét vizsgálva. Ezeket az

adatokat importálhatjuk eDrawings-ba is, ami a nem CAD felhasználók

munkáját segíti.

42

12. ábra Műanyag üregkitöltésének vizsgálata Solidworks-ben [36]

A hálókialakítás terén történtek fejlesztések eredményeként megjelent az

ortogonálistól eltérő voxelháló kialakítás, ami még aprólékosabb és pontosabb

modell készítést tesz lehetővé.

A program szimmetrikus szerszámüreg funkciójával egyszerűen lehet

megtervezni többfészkes szerszámok csatornarendszerének elhelyezkedését és

a szimuláció segítségével láthatjuk, hogyan zajlik a fröccsöntés folyamata

[36], [37].

4. SIEMENSNX PROGRAM KEZELŐFELÜLETÉNEK ÉS AZ

MOLDWIZARD BŐVÍTMÉNYÉNEK BEMUTATÁSA

Az NX program felépítése nem sokban különbözik más CAD/CAM/CAE

tervezőprogramtól. A program alapját képezi a CAD tervezőrész, ahol saját

magunk készíthetjük el a számunkra szükséges termék háromdimenziós

modelljét, vagy más forrásból szerzett modelleket importálhatunk. Az NX

rendszer nagy előnye a szinkronmodellezés technológiája. A

szinkronmodellezési technológia nagy szabadságot ad a tervezőnek a modellek

készítése során. Készíthető egy 2D vázlat, és az alapján a 3D parancsokkal az

alkatrész geometriája. A modellhez az anyag hozzáadás és eltávolítás csupán a

művelet irányától függ, a rendszerbe integrált intelligencia ebben az esetben is

figyeli a tervezői szándékot. Egy tetszőleges felület megragadható, és odébb

húzható „szemre” vagy adott értékkel egyaránt. Felületek mozgatása során a

rendszer számos eszközt használ a folyamat intelligensebbé tételére. Ezek

olyan szabályok, amelyek felismerik a kijelölés körüli geometriát, és annak

mérnöki tartalma szerint teszik lehetővé a manipulációt. Ilyen szabályok

lehetnek az érintőlegesség, a párhuzamosság, az egytengelyűség, a szimmetria

43

és még egyebek. Bár fontos, és hasznos a felületek ilyen jellegű

manipulációja, a valós tervezési esetekben általában konkrét méretekkel kell

meghatározni a geometriai elemeket. A méretek kezelésének módja is

különlegessé teszi a szinkronmodellezési technológiát. Méretek és kényszerek

gyakorlatilag a modell tetszőleges felületei, élei közé készíthetők, majd az így

elkészült méretek módosíthatók, a különböző méretek között összefüggések,

képletek adhatók meg. A módosítások esetében csak az adott méret, és

környezetében megjelenő módosítások kerülnek újraszámításra, ami drámaian

csökkenti a modellek frissítési idejét a hagyományos modellmódosítással

szemben. A szinkronmodellezési technológia az eddigiekből is látható módon

hatékony eszköze az „idegen”, más 3D rendszerből származó modellek

szerkesztésének. Mivel az ilyen modellek nem rendelkeznek modelltörténettel,

ezekben az esetekben a szinkronmodellezési technológia az egyetlen lehetőség

az ilyen modellek intelligens szerkesztésére. A modell szerkesztésére szolgáló

funkciók ugyanúgy használhatók, a felületek módosíthatók, és a közöttük lévő

kényszerek is automatikusan kezelődnek. Szerelések esetében is hasonló

módon működik a szinkronmodellezési technológia. A felületek akár több

alkatrészt érintően is közvetlenül szerkeszthetők, és a rendszer automatikus

újra számolja azokat. Mivel az alkatrészek között is kezelődnek a kapcsolatok,

ezért két alkatrész egybevágó felülete egyszerre módosítható úgy, hogy

mindkét alkatrész geometriája megváltozik, amellett, hogy természetesen az

egybevágóság is megmarad. Hasonlóképpen jól használható a

szinkronmodellezési technológia olyan cégek esetében, ahol több különböző

CAD rendszert használnak, és szükség van egy olyan közös rendszerre, amely

mindegyik rendszer adataival intelligensen képes dolgozni, amelyben a

különálló rendszerekben készített adatok egybeépíthetők, és együtt kezelhetők,

szerkeszthetők. Mivel a szinkronmodellezési technológia használata nem

igényli a tervezői munka, és a modellezési folyamat előzetes „megtervezését”,

ezért a szinkronmodellezést nem csupán a tervezők, hanem olyanok is

könnyen elsajátíthatják, akik csak alkalmi CAD felhasználók, és csupán néha

szükséges valamilyen módon a 3D CAD adatokat használniuk.

A szinkronmodellezési technológia három fő területen jelent komoly

versenyelőnyt az NX rendszereket használó cégeknek. A szinkronmodellezési

technológia a terméktervezők számára olyan eszközöket tartalmaz, amelyek

amellett, hogy felgyorsítják a tervezést, a 3D tervmódosításokhoz szükséges

időt drámai módon lecsökkenti. Emellett a szinkronmodellezési technológia

jelentős produktivitás növekedést jelent olyan területeken is, ahol egy meglévő

44

modell kisebb-nagyobb módosítására van szükség a további munkához (pl.:

szerszámtervezés, öntvények előkészítése, megmunkálás előkészítés stb.). A

szinkronmodellezése harmadik fontos területe a különböző CAD

rendszerekből származó adatok felhasználhatóságának és

szerkeszthetőségének megkönnyítése.

elősegíti a gyártási folyamatok vállalati engedélyezési folyamatait,

csökkenti a gyártástervezési erőfeszítéseket, és a tervezés

időtartamát,

javítja a folyamatok minőségét, összetételét és standardizálását,

csökkenti a módosítások költségeit,

növeli a gyártástervezési hatékonyságot, egyszerű használatának és

automatizmusának köszönhetően,

támogatja az ipari munkafolyamatokat [38].

A program elindítása után eldönthetjük, hogy már az általunk korábban

készített modellt szeretnénk használni, vagy egy új modellt akarunk készíteni.

Az NX modell rajzoló felületében megtalálhatóak az alap funkciók, amik

minden 3D-s tervező programban, úgy mint:

Extrudálás: Zárt görbe mentén egy kijelölt vektor irányába készít

egy testet,

Revolve: Tengelymentén forgat meg egy görbét, így alakítva ki a

testet,

Hole: Lyukak, bevágások készítés,

Emboss: Egy testen kijelölt zárt görbét emel ki egy vektor mentén,

megválaszthatjuk a kiemelés végét és alakját,

Offset Emboss: Egy pont vagy görbe alapján módosítja egy test

alakját párnázást vagy bevágást készítve,

Extraxct Geometry: Összetartozó másolatokat készít testekről,

síkokról, görbékről, pontokról és mozgatja azokat egy darabon

belül,

Patter