NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA POLIMERÓW

Transkrypt

1 NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA POLIMERÓW STUDIA PODYPLOMOWE MATERIAŁY i TECHNOLOGIE PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH Zakład Przetwórstwa Polimerów Politechnika Częstochowska Dr inż. Tomasz JARUGA Z a k ł a d P r z e t w ó r s t w a P o l i m e r ó w P O L I T E C H N I K I C Z Ę S T O C H O W S K I E J 1 NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA Wykład Wstęp o narzędziach do przetwórstwa Tomasz Jaruga 2014 /

2 Tytuł slajdu KILKA SŁÓW O NARZĘDZIACH Slajd 3 Narzędzia pojęcia podstawowe Z czym kojarzy się słowo narzędzie? Slajd 4 2

3 Narzędzia pojęcia podstawowe Z czym kojarzy się słowo narzędzie? Slajd 5 Narzędzia pojęcia podstawowe Z czym kojarzy się słowo narzędzie? Narzędzia przetwórcze są zwykle skomplikowane i kosztowne Slajd 6 3

4 Ogólny podział narzędzi przetwórczych Narzędzia przetwórcze dzieli się na 2 grupy: Formy przetwórcze Narzędzia nieformowe Slajd 7 Tytuł slajdu SKURCZ Problem występujący w przetwórstwie Slajd 8 4

5 Skurcz Skurcz powoduje problemy: z jakością wyrobów wymaga odpowiedniego projektowania wyrobów z projektowaniem narzędzi należy uwzględnić skurcz powiększając wymiary narzędzia wstosunku do wymiarów wyrobu - przewidzieć siły związane z występowaniem skurczu odpowiednio zaprojektować np. układ wypychania z gniazda formy Slajd 9 Skurcz przetwórczy Wytwory z tworzyw polimerowych podlegają skurczowi. Oznacza to, że ich wymiary zmniejszają się w czasie. Zatem, aby uzyskać określony wymiar wytworu, należy tak zaprojektować narzędzie, aby uwzględnić skurcz. Wymiary narzędzia muszą być większe od wymiarów wytworu. Slajd 10 5

6 Skurcz przetwórczy Forma zamknięta Slajd 11 Skurcz Forma otwarta Slajd 12 6

7 Skurcz - definicja Skurcz S Lf L S L f w 100% Slajd 13 Uwaga! to jest skurcz liniowy! Przedstawiona definicja dotyczy wymiarów liniowych. Jest też skurcz objętościowy (volumetric shrinkage), ale ten jest 3 x większy od liniowego! Slajd 14 7

8 Co to jest współczynnik skurczu? Jest to liczba określająca stosunek wymiaru narzędzia do odpowiadającego mu wymiaru wytworu. W L L f w Jest to liczba nieco większa od 1. Slajd 15 Po krótkich i oczywistych obliczeniach 100 W( S) 100 S 100 S( W) 100 W Slajd 16 8

9 Skurcz tworzyw amorficznych i cz. krystalicznych Większy skurcz mają tworzywa częściowo krystaliczne, a mniejszym charakteryzują się tworzywa amorficzne. Slajd 17 Tworzywa amorficzne i częściowo krystaliczne Polimery Amorficzne Częściowo krystaliczne np. PS ABS PC EP UP Modelowe ułożenie makrocząsteczek: a) bezładne, nieuporządkowane, b) uporządkowane regularnie 1 faza amorficzna 2 faza krystaliczna np. PE PP PA POM PTFE Slajd 18 9

10 Skurcz wartości dla różnych rodzajów tworzyw Zestawienie najważniejszych tworzyw sztucznych do przetwórstwa metodą wtryskiwania Tworzywo Symbol Gęstość g/cm 3 przetwórstwa Temperatura [ C] Temperatura formy [ C] Slajd 19 Skurcz [%] Polistyren PS 1, ,3-0,8 Kopolimer styren-akrylonitryl SAN 1, ,5-0,7 Terpolimer akrylonitryl-butadien-styren ABS 1, ,4-0,7 Polietylen małej gęstości PE-LD 0, ,5-5,0 Polietylen dużej gęstości PE-HD 0, ,5-3,0 Polipropylen PP 0, ,0-2,5 Poliizobutylen PIB 0, ,0 Polichlorek winylu miękki PVC-P 1, <0,5 Polichlorek winylu twardy PVC-U 1, ok. 0,5 Politetrafluoroetylen PTFE 2,12-2, ,5-6,0 Polimetakrylan metylu PMMA 1, ,1-0,8 Polioksymeytlen, poliacetal POM 1, >90 1,9-2,3 Octanomaślan celulozy CAB 1,19-1, ,5 Poliwęglan PC 1, ,8 Politereftalan etylenu PET 1, ,2-2,0 Politereftalan butylenu PBT 1, ,5-2,5 Poliamid 6 (nylon 6) PA 1, ,5-2,2 Poliuretan (termoplast.) PUR 1, ,9 Skurcz wartości dla różnych rodzajów tworzyw Tworzywa termoutwardzalne Tworzywo Symbol Gęstość g/cm 3 przetwórstwa Temperatura [ C] Temperatura formy [ C] Skurcz [%] Żywica fenolowo-formaldehydowa PF 1, ,2 Żywica melaminowo-formaldehydowa MF 1, ,2-2,0 Żywica melaminowo-fenolowo-formaldehydowa MPF 1, ,8-1,8 Elastomery Guma na bazie kauczuku naturalnego NR 0,9-1, ,1-1,7 Guma na bazie kauczuku neoprenowego 1-1, ,5-1,6 Slajd 20 10

11 Skurcz odlewniczy metali Dla porównania, również metale mogą być odlewane do form i również podlegają skurczowi: 1% - żeliwo szare 1,5% - brązy i stopy aluminium 2% - staliwo i żeliwo ciągliwe Slajd 21 Skurcz wzdłużny i poprzeczny Rozróżnia się skurcz wzdłużny i poprzeczny. Skurcz wzdłużny mierzy się wzdłuż kierunku przepływu tworzywa, a skurcz poprzeczny w poprzek. Slajd 22 11

12 Kierunek przepływu tworzywa Slajd 23 Skurcz wzdłużny i poprzeczny Tworzywa amorficzne mają zwykle jednakowe wartości skurczu wzdłużnego i poprzecznego. Tworzywa częściowo krystaliczne mają zróżnicowane wartości skurczu w różnych kierunkach tzw. anizotropia skurczu Wniosek: Przy projektowaniu gniazda formy należy uwzględnić anizotropię skurczu. Slajd 24 12

13 Różnica skurczu wzdłużnego i poprzecznego Źródło: Istotne we wtrysku. Cz. 8. Paczenie wyprasek, Plast News 12/2007, s Slajd 25 Jak przebiega skurcz wypraski? Przebieg skurczu wyprasek wtryskowych z tworzyw sztucznych: 1 wymiar formy zimnej, 2 wymiar formy gorącej, 3 wymiar wypraski krótko po wyjęciu z formy, 4 wymiar wypraski w 24 h po wyjęciu z formy (wg normy DIN po 16 h), 1 4 skurcz pierwotny, 5 lub 5 wymiar wypraski z tworzywa amorficznego po upływie bardzo długiego czasu w temp. pokojowej (5) lub po użytkowaniu w podwyższonej temperaturze (5 ), 10 wymiar wypraski z tworzywa częściowo krystalicznego po upływie bardzo długiego czasu w temperaturze pokojowej lub po wygrzaniu krystalizującym, 6 6 wymiar wyprasek przed wygrzewaniem, 6 9 skurcz wtórny SW, uzyskany w wyniku wygrzewania krystalizującego (7, 8 i 7 i 8 wymiary w czasie wygrzewania), 9 i 9 wymiar wypraski z tworzywa częściowo krystalicznego po wygrzaniu, 1 5 skurcz łączny dla wyprasek z tworzyw amorficznych (S+SW A ), 1 9, 10 skurcz łączny dla wyprasek z tworzyw częściowo krystalicznych (S+SW K ) Slajd 26 Źródło: Zawistowski H., Frenkler D.: Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych, WNT Warszawa

14 Zmiana wymiarów wypraski Zmiany wymiarów i powstawanie pola tolerancji wypraski wtryskowej Slajd 27 Źródło: Zawistowski H., Frenkler D.: Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych, WNT Warszawa Wymiar wypraski po skurczu pierwotnym i wtórnym L SW wp L L wp ww 100% Lwp SW Lwp Lww 100% Lwp Lww Lwp SW 100% SW Lww Lwp(1 ) 100% S skurcz pierwotny SW skurcz wtórny L wp wymiar wypraski po skurczu pierwotnym L ww wymiar wypraski po skurczu wtórnym Slajd 28 14

15 UWAGA ze względu na skurcz oraz na chłonność wilgoci tworzywa nie są tak precyzyjnymi wyrobami, jak metale, tzn. nie można ich wykonać z tak dużą dokładnością. Slajd 29 Zakres możliwych do uzyskania tolerancji wyprasek wtryskowych przy wtryskiwaniu konwencjonalnym 30 15

16 Problemy z tolerancją Ze względu na dużą liczbę czynników wpływających na zmianę wymiarów wyprasek nie można objąć wyrobów z tworzyw tolerancją znormalizowaną. 31 Tworzywa ograniczone możliwości Zależność pól tolerancji od wymiaru dla trzech grup dokładności wyprasek wtryskowych z POM według DIN na tle rozkładu tolerancji ISO dla wymiarów liniowych powyżej 10 mm Zawistowski H., Mechanik 4/

17 Możliwe do uzyskania klasy tolerancji wyprasek wtryskowych Nakonieczny L., Wróblewski R., Plast News 4/2012. s Klasy dokładności wyprasek z POM Tolerancje produkcyjne osiągane dla POM w % Wypraski precyzyjne 0,3 % Wypraski techniczne 0,6 % Wypraski standardowe 1,0% Porównanie z podstawową tolerancją ISO 2 8 mm 8 20 mm mm mm mm 2 8 mm 8 20 mm mm mm mm 2 8 mm 8 20 mm mm mm IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT10 IT11 IT12 IT13 IT13 14 IT11 IT12 IT13 IT14 Zawistowski H., Mechanik 4/

18 Przybliżone wartości tolerancji wymiarów wyprasek Zawistowski H., Mechanik 4/ Porównanie zakresu klas dokładności IT wg ISO dla metali z zależnymi od wymiaru tolerancjami wyprasek precyzyjnych z POM Zawistowski H., Mechanik 4/

19 Przykład Zawistowski H., Mechanik 4/ Tytuł slajdu DOBÓR ODPOWIEDNIEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA Slajd 38 19

20 Przed przystąpieniem do projektowania wyrobu należy rozważyć wybór odpowiedniej technologii przetwórstwa. Kształt wyrobu predysponuje go do wytwarzania określoną technologią (albo kilkoma). Dodatkowo, wybór określonej technologii uwarunkowany jest wielkością produkcji. Slajd 39 Kształt wyrobu a metoda przetwórstwa Wyroby cienkościenne: WTRYSKIWANIE Slajd 40 20

21 Kształt wyrobu a metoda przetwórstwa albo PRASOWANIE Slajd 41 Kształt wyrobu a metoda przetwórstwa Wyroby długie o określonym profilu: WYTŁACZANIE Slajd 42 21

22 Kształt wyrobu a metoda przetwórstwa Wyroby puste w środku: ROZDMUCHIWANIE W FORMIE - Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem - Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem Inne metody: ODLEWANIE ROTACYJNE ZGRZEWANIE DWÓCH CZĘŚCI Slajd 43 Kształt wyrobu a metoda przetwórstwa Wyroby w kształcie otwartego pojemnika bez podcięć : TERMOFORMOWANIE Slajd 44 22

23 Wybór metody przetwórstwa Slajd 45 Źródło: Sikora R., Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, Żak - Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa 1993 Skala produkcji a czynniki charakteryzujące produkcję Slajd 46 Źródło: Sikora R., Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, Żak - Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa

24 Dziękuję za uwagę Tomasz Jaruga tel