Temă de proiectare

Să se proiecteze tehnologia de fabricaţie prin injectare a elementului de ambalare “Cutie” în condiţiile unei producţii de 20 000 de bucăţi /lună.

Figura 1. Cutie

Material: PVC;Culoare: albastra.

1

Tabelul 1. Dimensiuni pentru reperul din figura 1

Dimensiuni [mm]A 53B 37C 45D 74E 70F 4G 62H 54I 46

R1 4R2 4R3 4R4 4R5 4

2

Cuprins

1. Descrierea constructiv funcţională a reperului 4

2. Calculul masei reperului 5

3. Alegerea maşinii de injectare 5

4. Calculul duratei totale a ciclului de injectare 7

5. Calculul numărului de cuiburi 7

6. Dimensionarea cuiburilor în funcţie de contracţia materialelor plastice 8

7. Alegerea sistemului de injectare 10

7.1. Dimensionarea canalelor de distribuţie 10

7.2. Dimensionarea digului 12

8. Calcule de rezistenţă 13

8.1. Calculul presiunii interioare de injectare şi a forţei de închidere a matriţei 13

8.2. Verificarea suprafeţei de închidere a matriţei 14

8.3. Dimensionarea plăcilor de formare 15

8.4. Verificarea rigidităţii plăcilor de formare 17

8.5. Dimensionarea poansoanelor 17

8.6. Deformarea poansoanelor 18

8.7. Dimensionarea şi deformarea plăcilor matriţei 21

9. Alegerea sistemului de răcire 23

9.1. Alegerea sistemului de răcire pentru placa de formare şi poanson 23

9.2. Transferul de căldură între materialul plastic şi matriţă 23

9.3. Transferul de căldură între matriţă şi mediul de răcire 24

9.4. Transferul de căldură în interiorul matriţei 25

9.5. Determinarea timpului de răcire prin calcul 26

10. Alegerea sistemului de aruncare 27

11. Alegerea sistemului de centrare şi conducere 29

12. Schiţa matriţei 31

12.1. Descriere şi funcţionare 31

13. Alegerea materialelor folosite la confecţionarea reperelor care compun matriţa 33

14. Bibliografie 34

3

Cap. 1. Descrierea Constructiv Functionala a recipientului

Reperul prezentat face parte dintr-un ansamblu având rolul de cutie.

Reperul cutie are o formă paralelipipedică de dimensiuni reduse, având praticat la interior tot

un paralelipiped mai mic cu 4 mm faţă de dimesiunile de gabarit. Prezintă raze de racordare de 4

mm între pereţii verticali şi tot de 4 mm între pereţii verticali şi peretele orizontal. Celelalte

dimensiuni constructive sunt prezentate în desen.

Cutia este confecţionată din material PVC de culoare galbenă având următoarele proprietăţi :

Tabelul 2

Material SimbolDensitate[g/cm3]

DuritateRockwel

Absorbţia deapă şi aer

[%]

Rezistenţa latracţiune[N/mm2]

Policlorurăde vinil

PVC-R 1,35÷1,45 - 0,6÷0,7 7÷25

Avind în vedere dimensiunile constructive şi materialul folosit pentru obţinerea reperului se

foloseşte metoda injectării. Această metodă constă în aducerea unui compound macromolecular în

stare plastică şi introducerea acestuia sub presiune într-o matriţă de formare.

4

Cap. 2. Calculul Masei Recipientului

Pentru determinarea numărului de cuiburi şi pentru a putea alege sistemul de injectare este

necesar să se determine masa reperului „cutie”.

unde:

este densitatea PVC – ului, în [g/cm3], = 1,4 g/cm3;

V – volumul reperului, în [cm3].

cm3

g.

Cap.3. Alegerea Masnii de injectare

La alegerea maşinii de injectare, în primă fază, se are în vedere ca volumul maxim de

injectare al maşinii să fie de cel puţin (10...15) ori mai mare decât volumul reperului care se doreşte

a fi obţinut. Dacă, parcurgând etapele următoare de proiectare, calculele efectuate conduc la valori

neacoperitoare pentru caracteristici ca de exemplu forţa de închidere, presiunea de injectare,

dimensiunile maxime şi minime ale matriţelor care se pot monta pe platourile de prindere ale

maşinii, etc., se alege o altă maşină de injectare, cu caracteristici superioare.

Vmin = (10...15)V = 641,16 ... 961,5 cm3

→ Vmin > 13 • V → Vmin > 833,43 cm3

Se alege maşina de injectat Krauss Maffei 450-3500 C3, cu următoarele caracteristici

tehnice:

5

Tabelul 3

Caracteristica UM Valoarea

Diametrul melc-piston standard mm 80

Volumul maxim de injectare cm3 1543

Presiunea de injectare maximă MPa 2205

Forţa de închidere kN 4500

Viteza de injectare cm/s 3016

Capacitatea de plastifiere g/s 120

Dimensiunile de gabarit ale platourilor de prindere mm 1200/1270

Distanţa dintre platourile de prindere, max/min mm 800/900

Dimensiunea maximă a matriţei (orizontal/vertical) mm 1200/1270

6

CAP. 4 – CALCULUL DURATEI TOTALE A CICLULUI DE INJECTARE – ALEGEREA MASINII DE INJECTARE

Timpul total de injectare se determină cu relaţia:

tT = tu + tr + tp, unde

tu – timpul de umplere;

tr – timpul de răcire (incluzând stadiul de compresie, răcire şi postinjectare);

tp – timpul pentru pauză.

Caracteristicile maşinii alese sunt:

- ciclul în gol, cu cursă minimă a platanului, tp = 6 s;

- viteza de deplasare a materialului, q1 = 135 cm3/s

Timpul de injectare ti se calculează cu relaţia:

sTimpul de menţinere a presiunii în matriţă (tm) se stabileşte la valoarea de 5 secunde, prin

comparaţie cu injectarea altor piese asemănătoare. Timpul de răcire (t r) se alege prin observarea

injectării unor piese asemănătoare; valoarea aleasă este de 20 secunde.

Timpul total de injectare devine astfel:

s

, ceea ce corespunde unei producţii orare de 114 piese sau 10,24 kg/h.

CAP. 5 – CALCULUL NUMARULUI DE CUIBURI

Numărul de cuiburi al matriţei de injectat se determină cu relaţia:

[buc], unde:

- G = 120 g/s – capacitatea de plastifiere reală a maşinii de injectare;

- masa m a piesei este masa netă netă a piesei înmulţită cu factorul de corecţie 1,05, adică

m = 1,05 89,745 = 94,23 g

- durata completă a ciclului de injectare tT = 31,475 s

→ cuiburi

Se va proiecta o matriţă cu 12 cuiburi.

Numărul economic de cuiburi ne se calculează cu relaţia:

7

, unde:

- N = 20000 buc. (numărul de piese care urmează a fi fabricate);

- durata completă a ciclului de injectare tT = 31,475 s = 0,524 min;

- K = 13,50 lei/h (retribuţia orară a operatorului, inclusiv asigurări sociale, impozit şi

cheltuielile comune ale secţiei de fabricaţie);

- C = 72 lei (costul execuţiei unui cuib).

După înlocuiri, rezultă:

cuiburi.

CAP. 6 – DIMENSIONAREA CUIBURILOR IN FUNCTIE DE CONTRACTIA

MATERIALELOR PLASTICE

Dimensiunile elementelor active trebuie să asigure dimensiunile prescrise ale piesei injectate,

după răcirea ei completă.

Pentru a se evita apariţia rebuturilor este necesar ca dimensionarea elementelor active ale

matriţei de injectat să se facă în strânsă concordanţă cu toleranţele prescrise pentru dimensiunile

respective ale piesei, având în vedere şi mărimea contracţiei piesei.

Fenomenul de contracţie se manifestă prin aceea că, dimensiunile piesei, măsurate după

(12÷24) ore de la injectare sunt mai mici decât dimensiunile corespunzătoare ale elementelor active

(cuiburi şi poansoane) ale matriţei, chiar în situaţia în care construcţia tehnologică a matriţei de

injectat este corectă, maşina de injectare este în bună stare defuncţionare şi corect reglată, iar

parametrii tehnologici de injectare sunt corect stabiliţi şi respectaţi întocmai în exploatare.

Valoarea contracţiei minime pentru PVC este Cmin = 0,1% iar a celei maxime este Cmax =

0,5%.

- contracţia medie

Notând cu:

h – dimensiunea piesei;- toleranţa piesei;

H - dimensiunea nominală corespondentă a cuibului;Δ - toleranţa cuibului.

8

;

.

Rezultatele dimensionării cuiburilor matriţei sunt prezentate în următorul tabel:Tabelul 4

Dimensiunile piesei h [mm] Dimensiunile şi toleranţele cuibului [mm]

h1 = 70 mmH1 = 70,21 mmδlcalculat = 0,14 ; δladoptat = 0,145Δ1 = 0,0045

h2 = 66 mmH2 = 66,198 mmδlcalculat = 0,132 ; δladoptat = 0,135Δ2 = 0,003

h3 = 4 mmH3 = 4,012 mmδlcalculat = 0,008 ; δladoptat = 0,01Δ3 = 0,002

h4 = 45 mmH4 = 45,135 mmδlcalculat = 0,09 ; δladoptat = 0,095Δ4 = 0,005

h5 = 53 mm

H5 = 53,159 mmδlcalculat = 0,106 ; δladoptat = 0,11Δ5 = 0,004

h6 = 37 mmH6 = 37,111 mmδlcalculat = 0,074; δladoptat = 0,08Δ6 = 0,006

h7 = 62 mmH7 = 62,187 mmδlcalculat = 0,124 ; δladoptat = 0,13Δ7 = 0,006

h8 = 54 mmH8 = 54,162 mmδlcalculat = 0,108 ; δladoptat = 0,11Δ8 = 0,002

h9 = 46 mmH9 = 46,138 mmδlcalculat = 0,092 ; δladoptat = 0,095Δ8 = 0,003

CAP. 7 – ALEGEREA SISTEMULUI DE INJECTARE

9

Deoarece configuraţia reperului este simplă iar dimensiunile reduse, pentru alimentarea

cuiburilor se alege un sistem de injectare prin canale de distribuţie.

7.1. Dimensionarea canalelor de distribuţie

Figura 2Se optează pentru canale de distribuţie cu secţiune circulară al căror diametru se determină

cu relaţia:

D = smax + 1,5 [mm],

unde smax reprezintă grosimea maximă a peretelui piesei injectate (smax = 5 mm).

Prin înlocuire se obţine: D = 5 + 1,5 = 6,5 mm.Traseul canalelor de distribuţie este următorul:

Figura 3

Se poate determina, în acest moment, lungimea canalului de distribuţie:

10

ΔL = Lc + n Lr, unde:

- Lc este lungimea canalului central, în [mm];

- Lr este lungimea unei ramificaюii de la canalul central cгtre cuib, оn [mm];

- n este numгrul de cuiburi.

ΔL = 215 + 6∙16 = 311 mm = 31,1 cm

Debitul topiturii de metal plastic injectat prin canalul de distribuţie se calculează cu relaţia:

Q = S v [cm3/s], unde:

- S este aria secţiunii de curgere, în [cm2], exprimată în funcţie de diametrul canalului de

distribuţie D;

cm2;

- v este viteza de injectare, în [cm/s], din cartea maşinii de injectat (v = 3016 cm/s)

După înlocuire, debitul va fi:

Q = S v = 0,3316 • 3016 = 100,03 cm3/s.

Pierderile de presiune în canalul de secţiune circulară se determină cu relaţia:

[daN/cm2], unde:

- K este constantă, K = 0,9;

- ΔL este lungimea canalului în [cm];

- Q este debitul de material prin secţiunea canalului, în [cm3/s];

- R este raza canalului circular, în [cm]

sau după înlocuiri

= 5,194 MPa

Vâscozitatea dinamică a topiturii se determină cu relaţia:

, unde:

- este efortul unitar de forfecare [MPa];

daN/cm2 = 39,812 MPa

- este viteza de forfecare (reopanta) [s-1];

11

s-1

- n – coeficient pentru materiale plastice, n = 0,5

daN s/cm2

7.2. Dimensionarea digului

Pentru dig se alege varianta constructivă – dig circular – care asigură separarea completă a

reţelei de piesa injectată.

Figura 4

Pentru forma constructivă aleasă, se aleg următoarele valori pentru:- lungimea digului, L = 2 mm;- diametrul alezajului, d = 3 mm.

CAP. 8 – CALCULE DE REZISTENTA 8.1. Calculul presiunii interioare de injectare şi a forţei de închidere a matriţei

Presiunea interioară din cuibul matriţei se exprimă conform relaţiei:

12

,

unde pe este presiunea exterioară a maşinii de injectat, pe = 2205 daN/cm2

pi = 0,5 · 2205 = 1102,5 daN/cm2

Pentru a calcula forţa de închidere a matriţei este necesar să se determine aria efectivă a

proiecţiei piesei şi a reţelei de injectare pe planul de separaţie al matriţei.

Aefpr = n · Aefp + Aefr, unde:

- n este numărul de cuiburi

- Aefp este aria efectivă a proiecţiei piesei

- Aefr este aria efectivă a proiecţiei reţelei de injectare

Figura 5

Aefp = (37 x 46) + [(46 x 54) – (37 x 46)] + [(62 x 53) –(45 x 54)] = 3286 mm2 = 32,86 cm2;

Aefr = 2A1 + 6A2 + A3 = 8A1 + 6A22 + A3 = 8 ·

+ 6 · (12,5 · 6,5)+(207,5 · 6,5)=

= 1968,9 mm2 = 19,69 cm2;

Aefpr = n · Aefp + Aefr = 19,69 + 6 • 32,86 = 216,85 cm2.

Forţa interioară maximă de injectare se deterimină cu relaţia:

Fmax = 0,5 · pe · Aefpr = 0,5 ∙ 2205 ∙ 216,85 = 239077,12 daN = 2390,77 kN;

Forţa de închidere a matriţei se determină cu relaţia:

Fi = 1,1·Fmax = 262984,8 daN = 2629,84 kN.

Forţa de închidere calculată este mai mică decât forţa de închidere asigurată de maşina de

injectare aleasă Fim = 4500 kN (Fi = 2629,84 kN < Fim = 4500 kN).

8.2. Verificarea suprafeţei de închidere a matriţei

13

Pentru parcurgerea acestei etape se reprezintă la scară placa în care se află cuiburile matriţei

astfel încât să se poată calcula aria efectivă a suprafeţei totale a plăcii (A efSt), aria efectivă a

proiecţiei piesei injectate sau a pieselor şi a reţelei de injectare pe planul de separaţie al matriţei

(Aefpr) şi aria efectivă a suprafeţei de оnchidere (AefSi).

Figura 6

Aria efectivă a suprafeţei de închidere se determină conform relaţiei:

AefSi = AefSt - Aefpr = 400 x 204 - 21697,8 = 59915,2 mm2 = 599,15 cm2;

Aria suprafeţei de închidere în funcţie de forţa de închidere a matriţei se determină conform relaţiei:

cm2 , unde:

- Fi este forţa de închidere a matriţei [daN]

- σa = 1200 daN/cm2 este rezistenţa admisibilă la compresiune a oţelului OL60 din care

este confecţionată placa în care se află cuiburile matriţei

cm2

Se observă că este satisfăcută condiţia AefSie = 599,15 cm2 > ASi = 219,15 cm2.

14

Aria efectivă a suprafeţei de închidere a matriţei este mult mai mare decât aria calculată

datorită numărului mare de cuiburi şi modului de dispunere a acestora.

8.3. Dimensionarea plăcilor de formare

Plăcile de formare dreptunghiulare ale matriţelor de

injectare se consideră a fi plăci cu pereţi groşi, prevăzute

la interior cu cavităţi necirculare. Dimensiunile

interioare şi exterioare ale plăcii de formare

dreptunghiulare se determină constructiv şi apoi se

verifică prin calcul la solicitarea compusă de întindere şi

încovoiere. Pentru simplificarea calculului, peretele

plăcii de formare se consideră ca o grindă uniform

încărcată, încastrată la capete. Se consideră secţiunile

periculoase, respectiv secţiunea (I-I) şi secţiunea (II-II),

dispuse la distanţe egale

de colţurile interioare ale plăcii de formare.

Figura 7Pentru plăcile de formare dreptunghiulare supuse la solicitarea compusă de întindere şi

încovoiere, se utilizează relaţiile :

, unde:

F este forţa care solicită peretele la întindere, în [daN];

ASp este aria secţiunii peretelui, în [cm2];

Mmax este momentul de încovoiere maxim, în [daN∙cm];

W este modulul de rezistenţă, în [cm3].

Înlocuind, se obţine:

- pentru secţiunea (I-I):

[daN/cm2]

- pentru secţiunea (II-II):

15

[daN/cm2]

unde:

- pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm2];

- S1,2 sunt ariile proiecţiilor cavităţilor de formare pe peretele B şi respectiv A, în [cm2];

- h este înălţimea plăcii de formare, în [cm];

- δ1,2 sunt grosimile pereţilor plăcii de formare în secţiunile (I-I) şi respectiv (II-II), în [cm];

- L este distanţa între reazeme în secţiunea (I-I), în [cm];

- l este distanţa între reazeme în secţiunea (II-II), în [cm].

Rezistenţele σ calculate trebuie să fie mai mici decât rezistenţa admisibilă σa pentru oţelul

din care este confecţionată placa de formare. Verificarea rigidităţii plăcilor de formare se face, de

regulă, la matriţele de injectat având dimensiuni mari, în care se injectează piese plane cu secţiune

mare.

Verificarea rigidităţii se face prin calculul săgeţii efective, care trebuie să fie mai mică decât

săgeata admisibilă. În cazul plăcilor de formare dreptunghiulare, calculul rigidităţii se face numai

pentru unul din pereţii plăcii şi anume pentru peretele care are lungimea cea mai mare. Considerând

peretele cu lungimea maximă o bară simplu rezemată la capete, încărcată cu o sarcină uniform

distribuită, săgeata maximă la mijlocul barei se determină cu relaţia:

[cm] unde:

pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm2];

L - distanţa maximă între reazeme, în [cm];

E - modulul de elasticitate longitudinal, оn [daN/cm2];

h - înălţimea plăcii de formare, în [cm];

I - momentul de inerţie care se determină cu relaţia:

[cm4]

Se observă că

σ = 2188, 43 daN/cm2 < σa = 2500 daN/cm2 ;

σ = 2396,22 daN/cm2 < σa = 5000 daN/cm2.

8.4. Verificarea rigidităţii plăcilor de formare

16

Verificarea rigidităţii se face prin calculul săgeţii efective, care trebuie să fie mai mică decât

săgeata admisibilă. În cazul plăcilor de formare dreptunghiulare, calculul rigidităţii se face numai

pentru unul din pereţii plăcii şi anume pentru peretele care are lungimea cea mai mare.

Considerând peretele cu lungimea maximă o bară simplu rezemată la capete, încărcată cu o

sarcină uniform distribuită, săgeata maximă la mijlocul barei se determină cu relaţia:

, unde:

- pi este presiunea interioară de injectare, în [daN/cm2];

- L este distanţa maximă între reazeme, în [cm];

- E este modulul de elasticitate longitudinal, în [daN/cm2];

- h este înălţimea plăcii de formare, în [cm];

- I este momentul de inerţie cm

8.5. Dimensionarea poansoanelor

Poansoanele matriţelor de injectat au forme şi secţiuni diferite în funcţie de forma şi

geometria pieselor injectate, iar diferenţele de presiune care iau naştere pe suprafaţa poansonului în

timpul procesului de umplere, determină încovoierea acestuia ceea ce va conduce la apariţia unor

suprafeţe excentrice în piesa injectată.

Dimensionarea poansoanelor se face având în vedere următoarele ipoteze simplificatoare:

- se face abstracţie de conicitatea poansoanelor introducându-se dimensiuni medii (

- fixarea poansoanelor se consideră rigidă;

- în cazul poansoanelor cu alezaje de răcire, acestea se consideră perforate;

- masa proprie a poansoanelor nu se ia în considerare;

- nu se ia în considerare efectul de amplificare al presiunii în zona lărgită a cuibului dinspre

partea injectată ca urmare a încovoierii poansonului;

- nu se ia în considerare efectul de consolidare a fundului neperforat.

Dimensionarea se face considerând poansonul ca o bară solicitată la încovoiere, având în

vedere tipurile de încărcare .

Momentul de încovoiere este:

;

17

Wef este modulul de rezistenţă la încovoiere,

cm3;

daN/cm2 < σa = 4000 daN/cm2 (efortul unitar admisibil la încovoiere,

pentru materialul din care este confectionat poansonul, OSC 8).

8.6. Deformarea poansoanelor

Considerând poansonul ca o bară în calculul deformaţiei maxime a unui poanson aflat în

consolă, se porneşte de la faptul că deformaţia totală se compune din deformaţia datorată solicitării

la încovoiere şi deformaţia datorată sarcinilor transversale :

f = fi + ff [cm], unde:

fi -este deformaţia datorată solicitării la încovoiere, în [cm];

ff- deformaţia datorată sarcinilor transversale, în [cm].

Deformaţia totală a unui poanson se calculează cu relaţia

ft = k1 · k2 · f [cm], unde:

k1, k2 sunt factori de calcul;

f - deformaţia calculată

Factorul k1 ia în considerare efectele presiunii materialului plastic din jurul poansoanelor, ca

urmare a apariţiei contrapresiunii, care se opune deformării poansonului. Acest factor este o măsură

a raportului dintre presiunea efectivă şi pierderea de presiune considerată .

unde:

Pef este presiunea efectivă, adică presiunea rămasă ca urmare a existenţei contrapresiunii pe

partea opusă poansonului;

Pc - contrapresiunea de pe faţa opusă poansonului.

Figura 8

Pentru poansoane cu secţiune dreptunghiulară, factorul k1 se calculează cu relaţia :

18

Figura 9

unde:

L1 este lăţimea poansonului;

L2 - înălţimea poansonului.

Factorii a1 şi a2 se calculează cu relaţiile:

 ;

, unde:

Lc este perimetrul secţiunii poansonului, Lc=2 · (L1 + L2) = 2 ∙ (4,5 + 5,4) = 19,8 cm;

H - înălţimea poansonului.

Factorul k2 ia în considerare presiunea necesară pentru umplerea matriţei. Presiunea de

injectare, necesară pentru umplerea cuiburilor unei matriţe printr-un canal cu secţiune

dreptunghiulară, respectă, în aceleaşi condiţii de injectare (material, temperatură, viteza frontului de

curgere),

, unde:

s este grosimea peretelui reperului.

Presiunea de injectare solicită diferit poansonul, în funcţie de grosimea peretelui reperului.

Diferenţierea este luată în considerare cu ajutorul factorului k2 care se calculează cu relaţia:

unde:

p este presiunea reală necesară umplerii matriţei;

pc - contrapresiunea de pe faţa opusă poansonului.

Pentru calculul factorului k2, cercetările experimentale au condus la obţinerea relaţiei

19

unde:

s - este grosimea de perete a piesei injectate, în [mm];

ηa - viscozitatea aparentă, în [Nm/s];

- debitul de material, în [cm3/s];

L - lăţimea de curgere a canalului,

L = 2 · (L1 + L2 + 2 · s) = 21,4 cm pentru poansoane dreptunghiulare în

[mm].

Cercetările experimentale au făcut posibilă trasarea unor diagrame

care permit să se determine cu uşurinţă încovoierea totală în funcţie de

dimensiunea exterioară a poansonului pentru diferite lungimi ale

poansonului şi grosimii de perete ale reperului injectat. Din diagramă, f t =

0,014.

Figura 10

8.7. Dimensionarea şi deformarea plăcilor matriţei

Plăcile matriţelor de injectat sunt solicitate la încovoiere şi forfecare ca urmare a presiunii

exercitate de materialul plastic asupra cuiburilor şi a modului de rezemare.

20

Figura 111 – platou mobil; 2, 8 – plăci de prindere; 3 – bară distanţieră; 4 – placă de sprijin; 5, 7 – plăci de

formare; 6 – poanson; 9 – platou fix

După ce dimensionarea s-a facut constructiv, se determină deformarea plăcii de sprijin (4) şi

a plăcii de prindere (8) aflate indirect sub acţiunea presiunii exercitate asupra poansonului (6) şi a

plăcilor de formare (5) şi (7).

Placa de sprijin (4) se consideră ca fiind fixată rigid pe contur şi încărcată cu sarcină uniform

distribuită. Săgeata produsă ca urmare a deformării se determină cu relaţia:

, unde:

- pi = 1102,5 daN/cm2;

21

- h = 10 cm;

- s = 7,4 cm;

- E = 2,1·106 daN/cm2.

mm

Placa de prindere (8), fixatг pe platoul (9) prevгzut cu alezaj de centrare, de diametru D, se

considerг a fi o placг оncastratг pe contur єi оncгrcatг cu sarcinг uniform distribuitг. Оn urma

solicitгrii de оncovoiere єi forfecare, sгgeata se determinг cu relaюia:

, unde:

o pi = 110,5 daN/cm2;

o D = 5 cm;

o s = 1 cm;

o E = 2,1·106 daN/cm2.

mm

Valorile deformaţiilor sunt acceptabile.

CAP. 9 – ALEGEREA SISTEMULUI DE RACIRE

9.1. Alegerea sistemului de răcire pentru placa de formare şi poanson

Diametrul poansoanelor fiind relativ mic, doar placa de formare va fi prevăzută cu sistem de

răcire. Dimensionarea constructivă impune ca diametrul canalelor de răcire să fie d = 11 mm iar

traseul canalelor să aibă forma şi dimensiunile din figura de mai jos.

22

Figura 12

9.2. Transferul de căldură între materialul plastic şi matriţă

Cantitatea de căldură Q cedată de materialul plastic din cuibul matriţei corpului matriţei se

determină cu relaţia:

Q = m · (H2 – H1), unde:

m = masa pieselor injectate, inclusiv reţeaua de injectare se determină ca fiind

, în care:

o mp este masa unei piese, mp = 89,75 g;

o ΔL – lungimea canalului de distribuţie, ΔL = 311 mm = 31,1 cm;

o D – diametrul canalului de distribuţie, D = 6,5 mm = 0,65 cm;

kg

entalpia materialului plastic la intrarea în matriţă, H2, în [kcal/kg], se determină

din nomograma variaţiei entalpiei PVC în funcţie de temperatură, având în vedere

23

că temperatura materialului plastic la intrarea în matriţă este T i = (260 ÷ 290)˚C,

H2 = 65 kcal/kg;

entalpia materialului plastic la demulare, H1, în [kcal/kg], se determină din

nomograma variaţiei entalpiei PVC în funcţie de temperatură, având în vedere că

temperatura în matriţă, la demulare, este Tr = (80 ÷ 110)˚C, H1 = 18 kcal/kg.

După înlocuiri, Q = m · (H2 – H1) = 0,55294 • (65 - 18)= 25,99 kcal

9.3. Transferul de căldură între matriţă şi mediul de răcire

Transferul termic de la matriţă la mediul de răcire se face prin convecţie şi se poate exprima

cu relaţia:

QT = αT · ST · (TpT – TT), unde:

αT este coeficientul de transfer de căldură al mediului de răcire [W/m2K];

ST este suprafaţa activă a canalelor de răcire [m2];

TpT este temperatura canalului de răcire la perete [K];

TT este temperatura mediului de răcire [K].

Pentru calculul coeficientului de transfer de căldură al mediului de răcire, se va stabili mai

întâi natura regimului de curgere, calculându-se numărul lui Reynolds cu ajutorul relaţiei:

unde:

viteza medie de răcire wT = 2600 m/h > 2300 m/h;

diametrul canalului de răcire dc = 0,65 cm;

vâscozitatea cinematică a apei utilizată ca mediu de răcire νT = 1,19·10-2 St.

Deoarece Re = 3944,9 regimul de curgere este turbulent iar coeficientul de transfer de căldură

al mediului de răcire se va determina cu relaţia:

,unde: λT este conductibilitatea termică a apei utilizată ca mediu de răcire, λT = 0,58

W/m∙K;

dc = 6,5∙10-3 m, diametrul canalului de răcire;

criteriul lui Peclet se calculează cu relaţia:

Pe = Re ∙ Pr = 3944,9 • 15,42 = 60830,358 , în care:

- Re = 3944,9 – numărul lui Reynolds;

- Pr – numărul lui Prandl se determină ca fiind:

24

unde:

- Cp , căldura specifică a apei, Cp = 75,2 J/mol·K ;

- , viscozitatea cinematică a apei, = 1,19 • 10-2 St;

- KT, conductivitatea termică, KT = 0,58 J/m·s·K.

După înlocuiri,

QT = αT · ST · (TpT – TT) = 13,824 • 103 • 0,0202 • (303 – 333) = - 8387,04 cal = - 8,387 kcal, unde:

- W/(m2∙K), coeficientul

de transfer de căldură al mediului de răcire;

- ST – suprafaţa activă a canalelor de răcire se calculează în funcţie de lungimea canalelor Lcr şi

diametrul acestora dc:

Lcr = 4 ∙ 180 + 3 ∙ 90 = 990 mm

ST = Lcr ∙ π ∙ dc = 990 ∙ π ∙ 6,5 = 0,0202 m2

TpT = 300C = 303 K – temperatura canalului de răcire la perete

TT = 600C = 333 K – temperatura mediului de răcire

9.4. Transferul de căldură în interiorul matriţei

Cantitatea de căldură QE, transferată de la matriţă la mediul înconjurător (platourile maşinii

şi aer) se determină cu relaţia:

unde:

- suprafaţa liberă a matriţei în contact cu aerul înconjurător, SM , se determină având

în vedere că cele trei dimensiuni de gabarit ale matriţei sunt ,

SM=2 · (L · l) + 2 · (L · H) + 2 · (l · H) = 356480 [mm2]= 0,356 [m2]

- coeficientul de emisie, e = (6 ÷ 7) · 103m2, e = 6,5 · 103 m2;

- constanta Stefan-Boltzman, C0 = 5,6697 W/m2·K4;

- temperatura la suprafaţa matriţei, TMs = 300C, TMs = 303 K.

25

Înlocuind valorile:

Q + QE + QT = 25,99 – 8,387 – 1,105 = 16,515 kcal

9.5. Determinarea timpului de răcire prin calcul

Grosimea peretelui reperului injectat este s = 4 mm, astfel încât timpul de răcire se poate

determina prin calcul folosind relaţia:

unde:

- coeficientul A, se alege din tabelul 9.4, A = 0,61, în funcţie de raportul,

, în care:

- T0 , temperatura iniţială de prelucrare a materialului plastic (figura 3.19 ), T0=2000C ;

- TM , temperatura medie a matriţei (figura 3.19) , TM=30oC ;

- TP , temperatura maximă în mijlocul piesei injectate la aruncare, TP=70oC ;

- TA , temperatura medie la aruncarea din matriţă a piesei injectate, TA=40oC,

- s , grosimea peretelui piesei injectate [cm], s = 0,4 cm;

- a , coeficient de difuzivitate termică (tabelul 9.5) , a=4,8·10-4 [s/cm] .

CAP. 10 – ALEGEREA SISTEMULUI DE ARUNCARE

Pentru a putea alege sistemul de aruncare se calculează forţa de demulare. Deoarece piesa

este de formă paralelipipedică închisa cu miez de aerisire (figura 7.3,b din [1]) forţa de demulare se

determină cu relaţia :

în care :

26

- termenul (k·ΔC) se elimină ;

- contracţia liniară, C1 = 0,3%;

- coeficientul de frecare dintre material şi miez, µ = 0,1;

- modulul de elasticitate al materialului plastic la temperatura de demulare,E = 23 ·

103 daN/cm2 (tabelul 2.7);

- grosimea peretelui, a = 0,5 cm ;

- lungimea piesei, l = 7,4 cm ;

- depresiunea din matrita, pmax = 100 daN/cm2;

o FD < F2 forţa de deschidere a maşinii (4500 kN)

Se alege un sistem de aruncare cu placă dezbrăcătoare. Tija aruncătoare (11) este acţionată

de tamponul maşinii de injectare şi prin intermediul plăcilor (7) şi (8) determină deplasarea tijelor

intermediare (12). Acestea acţionează placa dezbrăcătoare (2) care vine în contact cu suprafaţa

frontală a piesei pe care o extrage de pe poansonul (3) în timpul cursei de aruncare. Coloanele (13)

şi bucşele de ghidare (14) ghidează placa dezbrăcătoare în timpul cursei de aruncare şi retragere. La

închiderea matriţei, placa dezbrăcătoare este readusă în poziţia iniţială datorită contactului cu partea

fixă a matriţei de injectat.

27

Figura 13. Sistem de aruncare cu placă dezbrăcătoare:

a, b - poziţii de aruncare; 1 - bucşă de ghidare 2 - placă dezbrăcătoare; 3 - poanson; 4 - placă

intermediară; 5 - placă; 6 - placă mobilă; 7 - placă fixare tije eliminatoare; 8 - placă fixare tijă

aruncătoare; 9 - şurub; 10 - bucşă; 11 - tijă aruncătoare; 12 - tijă intermediară; 13 - coloană de

ghidare; 14 - element de reţinere; 15 - bucşă de ghidare; 16 - piese.

CAP. 11 – ALEGEREA SISTEMULUI DE CENTRARE SI CONDUCERE

Pentru centrarea părţii fixe şi a celei mobile a matriţei în raport cu platoul fix şi mobil al

maşinii de injectat se aleg soluţiile c`onstructive prezentate în figurile 14 şi 15 .

Pentru centrarea şi ghidarea plăcilor matriţei de injectat se folosesc ştifturi cilindrice şi

coloane de ghidare. Soluţia constructivă aleasă este prezentată în figura 16.

28

Fig. 14 Centrarea matriţei în partea fixă: Fig. 15 Centrarea matriţei în partea mobilă:

1 - platoul fix al matriţei; 2 - inel de centrare; 1 - platoul mobil al matriţei; 2 - bucşă de

3 - placă de prindere a matriţei. ghidarere; 3 - tijă aruncătoare; 4 - şurub.

Pentru centrarea şi ghidarea plăcilor matriţei de injectat se folosesc ştifturi cilindrice şi

coloane de ghidare. Soluţia constructivă aleasă este prezentată în figura 16.

29

Figura 16. Soluţie constructivă de centrare

1 - ştift de centrare; 2 - bucşă de ghidare; 3 - placă de formare; 4 - placă de formare; 5 - coloană de

ghidare; 6 - şurub de prindere; A - partea fixă a matriţei; B - partea mobilă a matriţei.

Plasarea sistemului de ghidare se face pe diagonala matriţei. În figura 17 se prezintă poziţia

ştifturilor de centrare şi a şuruburilor de prindere.

Figura 17

CAP. 12 – SCHITA MATRITEI

30

12.1. Descriere şi funcţionare

Matriţa de injectat reperul „cutie”, care cuprinde majoritatea elementelor componente

întâlnite la construcţia matriţelor de injectat, este o matriţă complexă, cu 6 cuiburi, cu sistem de

injectare cu canale de distribuţie şi cu sistem de răcire.

Matriţa are două plane de separaţie, (I-I) şi (II-II). După injectare, matriţa se deschide în planul de

separaţie (I-I). În timpul acestei faze, datorită contracţiei pe miezul (6), produsul este extras din

locaşul de formare (2). Concomitent, elementul de reţinere (18) extrage culeea din duza (24).

Desprinderea produsului de pe miezul (6) are loc în timpul deschiderii matriţei în planului de

separaţie (II-II) şi este efectuată de placa extractoare (5), în urma tamponării tijei centrale (14) în

opritorul maşinei de injectat. Legătura între tija centrală (14) şi placa extractoare (5) se face prin

intermediul plăcilor (10) şi (11) şi a tijelor intermediare (15). Miezul (6) este fixat între plăcile (19)

şi (7). Deschiderea matriţei în planul de separaţie (II-II) poate fi reglată prin modificarea poziţiei

surubului tampon de la opritorul maşinei de injectat.

31

Figura 18

32

CAP. 13 – ALEGEREA MATERIALELOR FOLOSITE LA

CONFECTIONAREA REPERELOR CARE COMPUN MATRITA

Oţelurile utilizate la confecţionarea elementelor matriţelor de injectat trebuie să

îndeplinească următoarele condiţii:

- prelucrabilitate bună;

- calitate bună a suprafeţei;

- tratamente termine simple;

- deformaţii reduse.

În tabelul 4 sunt prezentate materialele din care sunt confecţionate elementele constructive

ale matriţei din figura 18.

Tabelul 4

Poz. Denumirea elementului matriţei Material STAS

1 Placă de prindere fixă OL 60 500/2 – 862 Locaş de formare OLC15 880 – 863 Placă de formare OSC8 1700 – 864 Placă intermediară I OLC45 880 – 865 Placă eliminatoare OLC45 880 – 866 Poanson OSC8 1700 – 867 Placă intermediară II OL60 500/2 – 868 Placă intermediară III OL60 500/2 – 869 Placă de prindere mobilă OL60 500/2 – 8610 Placă port aruncătoare OLC45 880 – 8612 Placă aruncătoare OLC45 880 – 8612 Şurub M5x10 GR.6.8. -13 Bucşă de centrare OSC8 1700 – 8614 Tijă centrală OLC45 880 – 8615 Tijă extractoare OLC45 880 – 8616 Coloană de ghidare OLC15 880 – 8617 Şurub M10x25 GR.6.8 -18 Tijă de reţinere OLC45 880 – 8619 Placă intermediară IV OL60 500/2 – 8620 Bucşă de ghidare OSC8 1700 – 8621 Şurub M10x40 GR.6.8 -22 Bucşă de ghidare OSC8 1700 – 8623 Şurub M6x12 GR.6.8 -24 Duză OSC8 1700 – 8625 Inel de centrare OLC45 880 – 8626 Bucşă de ghidare OSC8 1700 – 86

33

Bibliografie

1. Agassant, E. B. - La mise en forme de matieres plastiques. Technique et documentation,

Paris, 1989.

2. Fetecău, C., 2007, Injectarea materialelor plastice. Editia a doua. Editura Didactica si

Pedagogica R. A. Bucureşti, 518 pag., ISBN 978-973-30-1971-8.

3. Fetecău, C., Lacatus, M., 2004, Asigurarea calitatii reperelor obtinute prin injectarea

maselor plastice. Editura Fundatiei Universitatii “Dunărea de Jos” din Galaţi, 75 pag., ISBN

973-627-114-5.

4. Fetecău, C., 2001, Tehnologii de fabricatie a ambalajelor. Editura OIDICM, Bucureşti, 317

pag., ISBN 973-8001-25-0.

5. . Fetecău, C., Stan, F., Frumusanu, G., Cernega, O., 1999, Masini si utilaje pentru

prelucrarea maselor plastice. Editura OIDICM, Bucureşti, 227 pag., ISBN 973-9187-75-7.

6. Şereş I. 1999, Matriţe de injectat. Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 1999.

7. Şereş I. 2001, Materiale termoplaste pentru injectare. Tehnologie. Încercări. Editura

Imprimeriei de Vest, Oradea, 2001.

8. Şereş, I. 1996, Injectarea materialelor termoplastice. Editura Imprimeriei de Vest, Oradea,

1996.

9. Şereş, I. 1998, Matriţe de injectat în exemple. Editura imprimeriei de Vest, Oradea, 1998.

34