WP YW KONSTRUKCJI FORMY WTRYSKOWEJ NA JAKO DROBNOMODU OWYCH KÓ Z BATYCH Z TARNOFORMU

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 9 nr 3 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 9 HIERONIM KORZENIEWSKI * WPYW KONSTRUKCJI FORMY WTRYSKOWEJ NA JAKO DROBNOMODUOWYCH KÓ ZBATYCH Z TARNOFORMU Analitycznie wyznaczono zmiany wspóczynnika skurczu wyprasek kó zbatych z tarnoformu w kolejnych wtryskach do jednokrotnej formy z zimnymi kanaami. Oceniono wpyw wymiarów wypraski koa zbatego na bicie promieniowe uzbienia. Zbadano wpyw konstrukcji formy z jednym i czteroma gniazdami metodami statystyki matematycznej. Stosujc test równoci rednich, porównano bicie uzbienia kó z poszczególnych gniazd formy czterokrotnej. Rozkady zmierzonego bicia uzbienia na obwodzie wypraski koa przedstawiono na wykresach wraz z krzyw teoretyczn. Sowa kluczowe: koa zbate drobnomoduowe, formy wtryskowe 1. WSTP Tworzywa sztuczne znajduj zastosowanie w rónych dziedzinach budowy maszyn i urzdze, midzy innymi w przemyle motoryzacyjnym, elektronicznym, w produkcji sprztu gospodarstwa domowego i urzdze sanitarnych oraz w mechanice precyzyjnej. Politroksan, czyli tarnoform, jest nazw handlow kopolimeru acetalowego, wysokiej jakoci termoplastycznego tworzywa konstrukcyjnego, które otrzymuje si przez polimeryzacj kationow trioksanu. W zasadzie tarnoform [7] przetwarzany jest metod wtrysku, ale produkowany jest take jeden gatunek do wytaczania. Z tworzyw kopolimerowych wykonuje si czci ganika, zawory paliwowe, oyska, elementy napdu obrotomierzy, przekadnie limakowe i koa zbate. Kopolimery acetalowe [6] wykazuj may skurcz po wtrysku, co umoliwia wykonanie precyzyjnych wyprasek, które nie s poddawane obróbce skrawaniem. Podan cech wyprasek kó zbatych o niewielkich moduach jest dokadno ich wykonania. Maj na ni wpyw nastpujce czynniki: parametry wtrysku, geometria wypraski koa zbatego, rozwizanie konstrukcyjne formy. * Dr in. Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki ódzkiej.

2 94 H. Korzeniewski. PRZEDMIOT, PARAMETRY WTRYSKU I ANALIZA WYNIKÓW BADA.1. Przedmiot bada Przedmiotem bada byy drobnomoduowe koa zbate o zrónicowanej konstrukcji i wielkoci (rys. 1). W mechanizmach znajduj coraz czciej zastosowanie koa zbate o module m < 1 mm. W konstrukcji koa zbatego uwzgldnia si sposób osadzenia na waku przekadni oraz przeniesienia napdu. Z tego wzgldu wykonuje 1 Rys. 1. Wypraski kó zbatych o module m < 1 mm: 1) jednolite, ) z otworami, 3) kompozytowe Fig. 1.The moulding of wheels at module m < 1 mm: 1) uniform, ) with hole, 3) composite 3 si koa jednolite (1), z dodatkowymi otworami pod zabieraki sprzga () lub kompozytowe (3). W koach kompozytowych metalowa tulejka suy do ustalenia koa na osi. Koszty wykonania kó z wkadk metalow s najwysze, poniewa wymagaj stosowania dokadnie obrobionych tulejek. Tworzywo do formy wtryskiwano na wtryskarce firmy Arburg z aktywnym monitorowaniem parametrów w cyklu (rys. )... Zmiana wspóczynnika skurczu w kolejnych wtryskach Pocztkowa temperatura prostych form z zimnymi kanaami odpowiada temperaturze otoczenia. W kolejnych, nastpujcych po sobie wtryskach temperatura formy wzrasta, co powinno powodowa zmian wspóczynnika skurczu tworzywa. Przed przystpieniem do prób postawiono hipotez badawcz: forma z zimnymi kanaami, dc do stabilizacji temperatury, powoduje zmiany skurczu wzgldnego w kolejnych próbkach kó zbatych. Na rysunku 3 pokazano przebieg zmian skurczu wzgldnego kó zbatych z tworzywa typu tarnoform o liczbie zbów z = 6, m =,5 mm. Kolejne próbki kó zbatych wykonano z identycznymi nastawami parametrów wtrysku.

3 Wpyw konstrukcji formy wtryskowej Rys.. Monitorowanie parametrów wtrysku i przebiegu cyklu Fig.. Monitoring of moulding injection and cycle course Dla kadej próby obliczono skurcz wzgldny: d af d ak Sw 1%, (1) d gdzie: S w skurcz wzgldny próbki [mm], d af rednica gowy zba we wkadce formujcej [mm], d ak rednica gowy zba w próbce koa [mm]. af,3 SKURCZ WZGLDNY [%].,,1 y = -,634Ln(x) +,5 R =,8667 1, NR PRÓBKI (z=6, m=,5 mm) Rys. 3. Skurcz wzgldny kó zbatych z tarnoformu w kolejnych próbkach Fig. 3. Relative cramp of wheels made of Tarnoform in successive samples

4 96 H. Korzeniewski Skurcz wzgldny obliczony dla kolejnych próbek aproksymowano krzyw logarytmiczn wyznaczon statystycznie i wraz ze wspóczynnikiem korelacji umieszczono na rys. 3. Zaoono, e prawdopodobiestwo zdarzenia jest nieznane, ale jednakowe we wszystkich eksperymentach, oraz e rozkad wspóczynnika korelacji jest w przyblieniu normalny. Odczytany z nomogramu [9] na poziomie ufnoci,99 dla R =,93 i n = 14 przedzia ufnoci równy (,78;,99) wskazuje na istnienie korelacji midzy kolejnym wtryskiem a skurczem wzgldnym tworzywa. Krzywa regresji wskazuje, e koo zbate wykonane w pierwszym wtrysku do zimnej formy cechuje najwikszy skurcz,%, który zmniejsza si w kolejnych wtryskach i dy do optymalnej wartoci %. Podobne wyniki uzyskano dla koa zbatego o liczbie zbów z = 7, m =,5 mm; mianowicie: y =,71ln(x) +,39 oraz R =,8857 przy liczbie prób n = 1. Najwikszy skurcz,3% wystpowa w zimnej formie. Analiza statystyczna skurczu wzgldnego wskazuje, e podgrzanie i utrzymanie staej temperatury pracy formy zmniejszy zrónicowanie wymiarów kó zbatych dziki stabilizacji skurczu wzgldnego w jednej serii produkcyjnej..3. Wpyw wymiarów koa zbatego na odchyk bicia uzbienia Poprawna praca przekadni zaley midzy innymi od odchyek bicia uzbienia sprzonych ze sob kó [3, 4]. Jako wtrysku kó zbatych oceniono na podstawie wytycznych normalizacyjnych odnoszcych si do kó wykonanych metodami obróbki wiórowej. Naley zaznaczy, e dotychczas nie ma norm jakociowych dotyczcych klasyfikacji granicznych odchyek bicia uzbienia kó wykonanych z tworzyw. 16 Bicie promieniowe uzbienia [mm] 14 y = 1,15x + 43,35 R =, Liczba zbów koa z Rys. 4. Wpyw liczby zbów kó o module m =,5 mm na bicie promieniowe uzbienia Fig. 4. Influence of the teeth number in wheels with module m =.5 mm upon the radial run-out of teeth

5 Wpyw konstrukcji formy wtryskowej Przed przystpieniem do prób postawiono hipotez badawcz: zmiana wymiaru koa zbatego zwizana z liczb zbów ma wpyw na bicie promieniowe uzbienia przy zachowaniu moduu koa, tworzywa i warunków wtrysku. Zao- ono równe prawdopodobiestwo zachowania identycznej klasy dokadnoci wykonania kadej z form. Na podstawie rednich wartoci bicia uzbienia z 5 pomiarów kadej typowielkoci przeprowadzono analiz statystyczn zalenoci odchyki bicia od liczby zbów koa (rys. 4). Wyznaczono prost regresji oraz wspóczynnik korelacji. Analizujc prost regresji, mona przypuszcza, e podstawowa warto odchyki bicia uzbienia zwizana z dokadnoci wykonania wkadki formujcej uzbienia i jej usytuowanie wzgldem osi koa odpowiada wartoci 43 m. Wedug krzywej regresji nastpuje zauwaalny przyrost redniej odchyki bicia uzbienia okoo 6 1 m w zakresie zmian liczby zbów Przedzia ufnoci, < <,9 (odczytany z nomogramu [9] na poziomie ufnoci,95 dla R =,73 i n = 1), wskazuje na istnienie korelacji midzy liczb zbów a odchyk bicia uzbienia..4. Wpyw rodzaju formy na bicie promieniowe uzbienia Na rysunku 5 pokazano przykadowe rozwizania wkadek formujcych uzbienie kó jednolitych nasadzanych na waek. Zakadajc podobn gramatur wtrysku, koa o maej liczbie zbów wykonano w formach wielogniazdowych (rys. 5a), a koa o wikszej liczbie zbów w formach jednokrotnych (rys. 5b). a) b) Rys. 5. Konstrukcja wkadki formujcej koo zbate: a) 4-gniazdowa, b) jednokrotna Fig. 5. A construction of slip feather moulding the wheel: a) 4-mould cavity, b) single form

6 98 H. Korzeniewski Rys. 6. Linie cinania i czenia si strug Fig. 6. The lines of coagulation and switching the streams Wkadki formujce ustalane s wzgldem obudowy pasowanymi kokami. Przez czopy zwizane z obudow odwzorowane s otwory osadcze kó zbatych (rys. 5a) bd otwory pod koki zabieraków wspópracujcego sprzga. Tworzywo doprowadzane jest do gniazda w jednym (rys. 5a) lub w trzech punktach (rys. 5b), które znajduj si na wprost koków pod otwory. W tym przypadku zalecane rozmieszczenie punktów wtrysku [1, 5, 8] decyduje o ksztacie trzech oddzielnych strumieni tworzywa wypeniajcych gniazdo we wkadce formujcej (rys. 5b). Na rysunku 6 wida wyranie stopniowe cinanie strugi w postaci falistoci wystpujcej na powierzchni czoowej wypraski koa oraz miejsca czenia si ssiadujcych ze sob strug tworzywa. Przebieg wtrysku jest zgodny z symulacj komputerow [] opracowan za pomoc programu Mouldflow. Powierzchnie czenia si strug rozchodz si po promieniu okrgu wyprowadzonego ze rodka otworu osadczego. Podstawowe harmoniczne wystpujce w odchyce bicia uzbienia wypraski s sum czstkowych skadowych harmonicznych zwizanych z dokadnoci wykonania i konstrukcj formy, a mianowicie: biciem promieniowym wkadki formujcej, liczb punktów wtrysku, geometri koa zbatego. Na rysunku 7 pokazano wyniki pomiarów bicia promieniowego uzbienia koa jednolitego, którego wypraski pochodz z formy wielokrotnej (patrz rys. 5a). Na wykresach (rys. 7) sporzdzonych z pomiarów bicia promieniowego (seria ) naniesiono równie teoretyczny przebieg odchyek (seria 1), który opisano szeregiem Fouriera [3, 4]. Na podstawie analizy przebiegu krzywej teoretycznej wysnuto wniosek, e odchyka bicia uzbienia jest spowodowana przesuniciem mimorodowym trzpienia formujcego otwór osadczy wzgldem wieca koa. Rzeczywiste wyniki pomiarów mona opisa teoretycznie zalenoci ogóln: z n i Fr A Ai cos i, () z i1

7 Wpyw konstrukcji formy wtryskowej gdzie: F r bicie promieniowe uzbienia jako funkcja dyskretna, A rednia zmierzonych odchyek [m], A i amplituda i-tej harmonicznej [m] dla kta zmieniajcego si w granicach z przyrostem i = i/z [rad], i kt przesunicia fazowego [rad], n numer wrbu, z liczba zbów koa. Teoretyczna krzywa (rys. 7b) jest pierwsz harmoniczn o amplitudzie A 1 = = 96 m. a) b) Bicie prom ieniowe uzbienia [mm ] Serie1 Serie Nr kolejny wrbu z=16, m=,5mm Rys. 7. Bicie promieniowe uzbienia wypraski koa z = 16, m =,5 mm we wspórzdnych: a) biegunowych, b) kartezjaskich (seria 1 teoretyczne, seria eksperymentalne) Fig. 7. Radial teeth run-out of the moulding wheel for z = 16, m =.5 mm in co-ordinates: a) polar, b) Cartesian (series 1 theoretical, series experimental) Podczas bada uzyskano podobne wykresy bicia wyprasek kó z dowolnego gniazda formy wielokrotnej. Zauwaono rónice w wartociach bicia odnoszce si do wyprasek z poszczególnych gniazd, co ilustruje rys. 8. rednie bicie uzbienia [mm] Numer gniazda formujcego koo zbate z=16, m=,5mm Rys. 8. Bicie promieniowe uzbienia wyprasek z kolejnych gniazd formy wielokrotnej Fig. 8. Radial teeth run-out of the moulding wheel for sequencing forms of multiple mould

8 1 H. Korzeniewski W celu oceny, czy istnieje zaleno bicia promieniowego wypraski koa od numeru gniazda formy wielokrotnej, przeprowadzono testy równoci rednich z serii 7 próbek z populacji o rozkadzie normalnym przy zaoeniu, e odchylenia rednie s nieznane. Za statystyk przyjto V X j X j 1, (3) S j S j 1 n m gdzie X j i j 1, X s, odpowiednio, rednimi próbek o licznoci n i m pochodzcych z porównywanych gniazd formy, estymatory za nieznanej wariancji dla próbki statystycznej z populacji o rozkadzie normalnym okrelaj wzory: n 1 m 1 i 1 i S j X j X j, S j 1 X j 1 X j. (4) n i1 m 1 Dla rozkadu statystyki (3), zalenej od stosunku, obliczono wartoci krytyczne V ( c, v j, v j 1, ), gdzie i1 j j 1 S j n c, v j n 1, v j 1 m 1, (5) S n S m j j 1 eby w przyblieniu bya speniona równo: V V c,,, ). P (6) kr ( v j v j 1 Dla próbki o licznoci n = 7 z populacji o rozkadzie normalnym z nieznanymi parametrami otrzymano wartoci redniego bicia uzbienia i estymatory dla kó z poszczególnych gniazd formy zamieszczone w tablicy 1. Tablica 1 Parametry statystyczne do testu równoci rednich bicia koa z kolejnego gniazda Statistical parameters to test the mean equalities of radial run-out in wheel for sequenceing mould form Nr gniazda rednie bicie x [m] Estymator S ,5 1,5 19,5 53, ,9 53,58 77,58

9 Wpyw konstrukcji formy wtryskowej W celu przeprowadzenia testu równoci rednich bicia uzbienia wyprasek z poszczególnych gniazd formy w tablicy zestawiono wartoci obliczeniowe statystyk i ich wartoci krytyczne [9]. Porównywano wartoci rednich bicia wyprasek w ukadzie przyrostowym zgodnie z tablic 1. Tablica Zestawienie wartoci obliczeniowych i statystyk do testu równoci rednich bicia uzbienia Computational and statistics values to test the mean equalities of teeth run-out Porównanie rednich bicia uzbienia z gniazd Warto statystyki (wg wzoru 3) Obliczona warto (wg wzoru 5) Warto krytyczna V kr dla =,5 (tabl. 7) [8] ,56 5,86 1,65,59,45,41 1,76 1,75 1,76 Analizujc wyniki testu, mona wysnu wniosek, e potwierdzona jest hipoteza statystyczna o równoci rednich bicia uzbienia wyprasek pochodzcych z gniazd 3 4, poniewa P{V kr = 1,76 V(,41; 7; 7;,5) = 1,65}. Wyniki testu dla wyprasek z gniazd 1 oraz 3 wskazuj, e speniona jest hipoteza alternatywna, zatem bicie uzbienia zwizane jest przede wszystkim z dokadnoci wykonania gniazd, czci wspópracujcych i montau formy wielokrotnej. a) b) Bicie promieniowe uzbienia [mm] Serie1 Serie3 Nr kolejnego wrbu koa z=6, m=,5mm Rys. 9. Bicie promieniowe uzbienia wypraski koa z = 6, m =,5 mm we wspórzdnych: a) biegunowych, b) kartezjaskich (seria 1 eksperymentalne, seria 3 teoretyczne) Fig. 9. Radial teeth run-out of the moulding wheel from z = 6, m =.5 mm in co-ordinates: a) polar, b) Cartesian (series 1 experimental, series 3 theoretical) Na rysunku 9 pokazano wykresy zmiennoci bicia promieniowego wypraski koa z otworami pod koki sprzga, otrzymanego z formy jednokrotnej (rys. 5b). Bicie promieniowe uzbienia dla tej konstrukcji koa opisuje odmienna krzywa

10 1 H. Korzeniewski od krzywej dla koa jednolitego. Cech charakterystyczn jest czne wystpowanie dwóch podstawowych harmonicznych: pierwszej i trzeciej. Amplitudy osigaj odpowiednio wartoci: A 1 = 3 m, A 3 = 48 m. Pierwsza harmoniczna odpowiada mimorodowoci uzbienia wzgldem otworu osadczego, trzecia za jest spowodowana ukierunkowanym skurczem. a) b) Bicie uzbienia wewntrznego [mm] krzywa teoretyczna wyniki pomiaru Nr wrbu wkadki formujcej koo zbate z=6; m=,5mm Rys. 1. Bicie uzbienia wkadki formujcej koa z = 6, m =,5 mm we wspórzdnych: a) biegunowych, b) kartezjaskich Fig. 1. Radial teeth run-out of the slip feather in the moulding wheel from z = 6, m =.5 mm in co-ordinates: a) polar, b) Cartesian Wyniki pomiaru bicia promieniowego wkadki formujcej (rys. 1) wiadcz o bdach osiowania. Obliczona amplituda teoretycznego bicia uzbienia wzgldem zewntrznej rednicy wkadki wynosi 38 m. Znaczne rónice w zmierzonym biciu uzbienia midzy ssiednimi wrbami s prawdopodobnie spowodowane luzami w ukadzie sterowania obrabiarki CNC. LITERATURA [1] Beaumont J. P., Runner and Gating Design Handbook, Carl Hanser Verlag 1 (rozdz. 4.. Projektowanie i strategia procesu wtryskiwania, tumaczenie TS Raport, jesie 5). [] Dziewulski J., Wykorzystanie programów symulacyjnych do analizy niesprawnoci form wtryskowych przykady z praktyki, TS Raport, 6, nr [3] Korzeniewski H., Jamiski J., Determination of Essentials Components of Cyclic Deviation for Gear Shaper, Advances in Manufacturing Science and Technology, 5, vol. 9, nr 1, s [4] Korzeniewski H., Marciniak T., Kontrola odchyek cyklicznych w koach zbatych, Przegld Mechaniczny, 1977, 9. [5] Pieluchowski J., Puszyski K., Technologia tworzyw sztucznych, Warszawa, WNT [6] Seachtling H., Tworzywa sztuczne. Poradnik, Warszawa, WNT 7.

11 Wpyw konstrukcji formy wtryskowej [7] [8] Zawistowski H., Nowoczesne formy wtryskowe. Problemy konstrukcji i uytkowania, Warszawa, Plastech 1. [9] Zieliski R., Tablice statystyczne, Warszawa, PWN 197. Praca wpyna do Redakcji Recenzent: prof. dr hab. in. Bolesaw Jurkowski THE INFLUENCE OF THE INJECTION MOULD CONSTRUCTION ON QUALITY OF THE FINE MODULE WHEELS MADE OF TARNOFORM S u m m a r y There have been analytically determined the changes of the cramp coefficient of the moulding wheels made of TARNOFORM in following injections into the single mould with cold channels. Evaluation of the influence of wheel dimensions upon the radial tooth run-out has been performed. The influence of the mould construction with one and four plugging forms has been analyzed by means of mathematical statistics. Comparison of teeth run-out for wheels taken from different sockets of the quadruple mould has been performed by means of the mean equalities test. Distributions of the measured run-out on the wheel circumference have been presented on diagrams including the theoretical curve. Key words: wheel a fine-module pitch, injections moulds