Feasibility study and manufacture of injection molded thermoplastics, Part 1

Bohu�el, s uvedeným trendem nekoresponduje znalost pracovník� plastiká�ského pr�myslu, v�etn� mo�ností získání pot�ebných znalostí a dovedností studiem na všech typech vzd�lávacích škol - st�ední odborná u�ilišt�, st�ední odborné školy i vysoké školy.

Obecn� lze �íci, �e ka�dý výst�ik je svým zp�sobem originál a p�ed svojí ekonomickou výrobou s definovanou kvalitou by m�l projít etapou vývoje dílu - Product Development - s návaznou etapou studie proveditelnosti - Feasibility Study - FS. K realizaci uvedených etap je pot�eba mít pro takové práce znalé pracovníky, kte�í, bohu�el, výrazn� chybí.

Studie proveditelnosti by v zásad� m�la být co nejkomplexn�jší a koherentní – co nejblí�e k danému výst�iku. Tak jak se od sebe liší jednotlivé díly, tak se liší i struktura témat �ešených ve studiích proveditelnosti pro jednotlivé výst�iky. Uvedené konstatování ovliv�uje i d�raz, který je v projektu kladen na jednotlivé kapitoly studie, zp�sob a podrobnosti jejich zpracování.

Na obecné a široké úrovni je mo�no rozsah vývoje výst�iku a studie proveditelnosti vymezit do t�chto hlavních kapitol, které se v mnoha p�ípadech prolínají:

 - po�adavky - jakostní, funk�ní, pracovní prost�edí, následné operace - kladené na výst�ik

 - návrh materiálu výst�iku

 - design a konstrukce výst�iku - tvar, rozm�ry, rozm�rová a tvarová p�esnost, jakost povrchu

 - konstruk�ní analýza mo�ností vzniku vad a jejích následk� – DFMEA - Design Failure Mode Effects Analysis

 - analýza zaformovatelnosti a úprava výst�ik� podle zásad technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast� p�i zachování jeho jakostních a funk�ních vlastností

 - výb�r varianty technologie vst�ikování - technologický proces

 - vizualizace, ov��ení tvar�, rozm�r�, montá�ních závislostí, atd. pomocí výroby dílu n�kterou z technologií „Rychlé výroby“ - RP - Rapid Prototyping

 - návrh zaformování výst�ik�, násobnost formy, vtokový rozvod, temperace,

 - vst�ikovací stroj, periferní za�ízení, automatiza�ní za�ízení

 - matematické simulace

 - pevnostní, tepelné a další výpo�ty

 - konstrukce prototypové formy

 - výroba prototypové formy

 - ov��ení výst�iku výrobou na prototypové form�, v�etn� vyhodnocení po�adavk� na výst�ik kladených

 - modifikace výst�iku podle výsledk� simulací, výpo�t� a výsledk� z prototypové výroby

 - po�adavky na konstruk�ní a výrobní provedení formy, v�etn� p�ípravk� - m��ící, chladící, rovnací, atd.

 - konstrukce formy a p�ípravk�

 - výroba formy a p�ípravk�

 - návrh technologických parametr� vst�ikování, s vyu�itím technologických parametr� pou�itých p�i simulacích

 - o�ivení formy - po�et optimaliza�ních krok� - smy�ek

 - hodnocení jakosti a zkoušení výst�ik�

 - vypracování podklad� pro schvalování prvních výst�ik� – PPAP – Production Part Approval Proces

 - vypracování podklad� pro sériovou výrobu

 - sériová výroba

 - hodnocení jakosti v rámci sériové výroby

 - údr�ba formy

 - opravy formy

 - údr�ba strojního vybavení vst�ikovny

2. PO�ADAVKY KLADENÉ NA VÝST�IK

Po�adavky, které by konkrétní výst�ik m�l spl�ovat, vycházejí z jeho kone�ného funk�ního pou�ití.

Je samoz�ejmé, �e na výst�iky typu spot�ební zbo�í nebo typu pevnostní díly, slou�ící jako náhrada kovových konstruk�ních díl�, budou kladeny rozdílné po�adavky.  

Zadavatel výroby výst�iku, ve spolupráci s designérem a konstruktérem výst�iku, musí vzít v úvahu celou �adu faktor�, které nutn� ovliv�ují jak spln�ní kladených po�adavk�, tak i výb�r vhodného materiálu pro výrobu výst�iku.

2.1 Faktory ovliv�ující výb�r materiálu - po�adavky na materiál  

 - finan�ní - materiálová cena

        - procesní náklady

        - systémové náklady

 - rozm�rové - geometrie výst�iku

          - hmotnost výst�iku

          - rozm�rová stabilita

          - tvarová stabilita - deformace

          - díl pro vn�jší nebo vnit�ní pou�ití

          - materiál amorfní nebo �áste�n� krystalický

          - materiál kompozitní - druh plniva - nevyztu�ující, vyztu�ující

          - smršt�ní

          - dodate�né smršt�ní

 - mechanické - tuhost

           - tvrdost

           - rázová odolnost

           - hou�evnatost

           - únavové vlastnosti

           - odolnost proti abrazi

           - �ivotnost

 - environmentální - �ivotnost

              - tepelná odolnost - doba expozice

              - odolnost UV zá�ení

              - chemická odolnost - které chemikálie

              - odolnost vod� - hydrolýza

 - regulátory - potraviny

          - voda

          - hra�ky

          - medicína

          - po�ární odolnost

          - zakázané p�ísady

 - elektrické - tlouš�ka st�ny výst�iku

         - stín�ní

         - p�edpisy pro pou�ití

 - akustické - jaká frekvence

         - pohlcování zvuku

 - procesní - zpracovatelská technologie - vst�ikování

                              - vytla�ování

                              - vyfukování

                              - tvarování

                              - atd.

 - následné operace - sva�ování - ultrazvukové

                       - vibra�ní

                       - laserové

                       - horkým vzduchem

                       - konduktivní

               - lakování

               - lepení

               - popisování laserem

               - potiskování

               - metalizace

               - galvanické pokovování

               - atd.

2.2 Stárnutí díl� z plast� - vlivy

Stárnutí je nevratný chemický a fyzikální proces, který vyvolává degradaci polymerních materiál� - zm�ny chemické struktury se ztrátou mechanických vlastností, barvy, lesku, k�ehnutí, chemické odolnosti.

Ní�e uvedené degrada�ní faktory se vzájemn� ovliv�ují - faktory stárnutí:

 - tepelné - tepelná expozice - hodnota teploty a doba jejího p�sobení

 - termooxida�ní - tepelná degradace vlivem kyslíku - kyslík zna�n� urychluje degradaci

 - fotochemické - absorpce sv�tla ovliv�uje energetický stav molekul - sní�ení energetického stavu vede k rozd�lení - degradaci

 - radia�ní - paprsky X, gama zá�ení - vyvolají zm�nu chemické struktury

 - mechanické - namáhání p�i granulaci, smykové namáhání p�i toku polymerních tavenin, ultrazvukové namáhání - namáhání vedou k materiálové degradaci

 - mechanické namáhání - nehomogenní rozd�lení namáhání v tahu/tlaku/krutu/ohybu zp�sobují p�erušení molekulární struktury

 - chemikálie - voda, kyseliny, zásady, organická média - vyvolají zm�nu povrchu díl� vlivem chemických reakcí

 - aditiva proti stárnutí - ochrana proti UV zá�ení, gama zá�ení, antioxidanty, teplotní stabilizátory – mají za cíl zpomalit stárnutí

 - zkoušky stárnutí - zrychlené UV stárnutí (xenonový test), hydrolytické testování, chemické testování - testování vliv� na zkušebních t�lesech v laboratorních podmínkách

 - testování �ivotnosti - zkoušky �ivotnosti podle po�adavk� na díl kladených - zrychlené testování na �ástech díl� nebo celých dílech nezbytných pro posouzení vlivu

2.3 Faktory ovliv�ující dobu �ivotnosti plastových díl�

 - výb�r materiál - materiálové vlastnosti - chemická odolnost v��i vod�, �istícím prost�edk�m, olej�m, tepelná odolnost

 - následné operace - lepení, lakování, sva�ování

 - design, konstrukce - tvary díl�, polom�ry, tlouš�ky st�n, geometrie ústí vtoku - mo�nost zp�tného ovlivn�ní pomocí simula�ních program�

 - výrobní proces - optimalizace procesních parametr� - sušení, plnící fáze - ovlivn�ní vlastností povrchu výst�ik�, dotlaková fáze - ovlivn�ní rozm�r� a deformací, doba výdr�e na teplot�

 - odhad �ivotnosti díl� - testování díl� - zrychlené stárnutí UV zá�ením, oxidace za zvýšené teploty a vlhkosti, tahová zkouška - hodnocení mechanických vlastností, hodnocení optických vlastností

 - obecný záv�r - po�adavek na nízké tahové nap�tí v dílu - design, nízká degradace materiálu - výrobní proces, správná volba materiálu - hlavní parametry ovliv�ující �ivotnost plastových výrobk�

2.4 Teplotní závislost vlastností výst�ik� z plast�

Obecn� lze �íci, �e s teplotou se m�ní všechny mechanické vlastnosti jak kov�, tak i plast�. U plast� však dochází k výrazným zm�nám jejich mechanických vlastností ji� p�i teplotách, p�i kterých jsou tyto zm�ny u kovových materiál� prakticky nem��itelné. To souvisí krom� jiného i s tím, �e teplotní oblast pou�ití plast� le�í zpravidla o n�kolik desítek stup�� pod jejich teplotou skelného p�echodu, respektive teplotou tání krystalického podílu u �áste�n� krystalických polymer�, zatímco u kovových materiál� je to o n�kolik stovek stup��.

Termoplasty jsou i velmi náchylné k te�ení p�i zvýšených teplotách. To vyvolává výraznou závislost konstruk�ních parametr�, jako nap�. pevnost v tahu a modulu pru�nosti v tahu i ohybu na teplot�, tak�e znalost teplotních závislostí je podmínkou konstruk�ního vyu�ití plast�

V ur�ité oblasti teplot probíhají zm�ny rychleji anebo se m�ní skokov�. V t�chto oblastech existují p�echodové teploty:Tg - teplota zeskeln�ní nebo teplota skelného p�echodu, Tf - teplota viskózního toku (pro amorfní plasty), Tm - teplota tání (pro �áste�n� krystalické plasty).

U amorfních plast� se hodnota meze pevnosti v tahu a modulu pru�nosti v p�echodové oblasti v okolí teploty zeskeln�ní Tg m�ní skokov�, modul pru�nosti asi o t�i �ády, koeficient teplotní rozta�nosti o 100 %.

Konkrétní hodnota je závislá na velikosti mezimolekulárních sil (�ím budou tyto síly v�tší, tím bude vyšší i teplota zeskeln�ní) a ohebnosti �et�zc� (�ím bude ohebnost v�tší a mezimolekulární síly menší, tím bude ni�ší teplota zeskeln�ní). Teplotu zeskeln�ní je mo�no ovlivnit nap�. p�ídavkem zm�k�ovadel, které sní�í mezimolekulární soudru�nost a tím i Tg. Je tedy patrné, �e nejni�ší hodnotu teploty zeskeln�ní vykazují kau�uky, nebo� mají malé mezimolekulární síly a zna�n� ohebné �et�zce ( - 100 –120 oC) a �áste�n� krystalické plasty (nap�. PE –120 oC, PP –10 oC). Amorfní termoplasty mají hodnotu teploty zeskeln�ní výrazn� nad teplotou okolí (nap�. PS 85o a� 100 oC).

P�i teplot� viskózního toku Tf nar�stá intenzita zm�n vlastností polymeru. P�i této teplot� ztrácí hmota své kau�ukovité vlastnosti a m�ní se ve vysoce viskózní kapalinu. Nad touto teplotou le�í oblast zpracovatelnosti materiálu. Zvýšením teploty klesají mezimolekulární síly a tím se sni�uje i viskozita taveniny. P�i dalším zvyšování teploty za�ne probíhat tepelná degradace polymeru (teplota Tz).

U �áste�n� krystalických plast� dochází k nejrychlejším zm�nám vlastností v oblasti teplot, kterou charakterizuje teplota tání Tm. P�i teplot� tání dochází k rozpadu a tání krystalického podílu, co� je provázeno zm�nou fáze hmoty, která p�echází ze stavu tuhého do stavu kapalného. Je z�ejmé, �e tání se d�je v ur�itém teplotním intervalu a teplota Tm p�edstavuje pouze st�ední hodnotu této oblasti, podobn� jako teplota Tg. Konkrétní hodnota závisí na velikosti mezimolekulárních sil a na velikosti makromolekul. Zv�tšení obou veli�in má za následek zvýšení teploty tání

Proto�e i �áste�n� krystalické polymery obsahují ur�ité mno�ství amorfních podíl�, lze u nich stanovit teplotu zeskeln�ní, která charakterizuje výrazné zm�ny vlastností polymeru. Tyto zm�ny se ovšem dotýkají pouze amorfní slo�ky hmoty, tak�e �ím bude polymer vykazovat vyšší stupe� krystalinity (vyšší uspo�ádanost), tím jsou zm�ny p�i Tg mén� patrné.

3. NÁVRH MATERIÁLU VÝST�IKU

Po definici a shrnutí po�adavk�, které musí výst�ik spl�ovat, p�ichází na �adu výb�r materiálu výst�iku.

Základní je rozhodnutí zda pro konkrétní díl pou�ijeme termoplast amorfní, �áste�n� krystalický, termoplastický elastomer nebo materiál kompozitní s �ásticovým nebo vyztu�ujícím plnivem a termoplastickou matricí.

Amorfní materiály ( bez plniv ) - hlavní p�edstavitelé PS, HI - PS, ABS, SAN, PMMA, PC, PC/ABS,

                           PET, PA amorfní

                          - malé smršt�mí - obvykle pod 1 %

                          - teplota vyjímání z formy - pod Tg

                          - teplota pou�ití - pod Tg, nad Tg tvarová deformace 

�áste�n� krystalické materiály ( bez plniv ) - hlavní p�edstavitelé PE, PP, PA, POM, PBT

- mají lepší mechanické vlastnosti i chemickou odolnost ne� amorfní termoplasty, mají i vyšší teplotu pou�ití

- teplota zpracování - nad Tm

- teplota vyhazování z formy - pod Tm, nad Tg

- teplota pou�ití - pod Tm, nad Tg  

Kompozity s termoplastickou matricí:

 - �ásticová plniva - tuhost                malé zvýšení

               - ta�nost               sní�ení

               - hou�evnatost          sní�ení

               - samozhášivost         zvýšení

               - rozm�rová stabilita     velké zvýšení

 - vyztu�ující - vláknitá plniva – tuhost              velké zvýšení

                        - ta�nost              sní�ení

                        - hou�evnatost         sní�ení

                        - samozhášivost        zvýšení

                        - rozm�rová stabilita    anizotropie

Anizotropie – rozdílné vlastnosti ve sm�ru toku polymerní taveniny a nap�í� sm�ru toku.

Speciální typy termoplast� - obvykle s plnivy na bázi rozm�ru nano - tepeln�, elektricky vodivé plasty, magnetické plasty.

Plasty na bázi obnovitelných zdroj� – bioplasty - biologicky odbouratelné, �áste�né biokompozity ( p�írodní vyztu�ující plniva ), bio - odvozené plasty (sm�si kombinující in�enýrské plasty s bioplasty ).

Termoplastické elastomery - TPE:

 - TPE – O   polyolefinové typy, fyzikální sm�si s pln� vulkanizovanými elastomery ( EPDM/PP,

           NBR/PP ), rozsah tvrdosti od 40 ShA do 50 ShD

 - TPE – S   styrenové typy, fyzikální sm�si se styren - olefin - blokovým kopolymerem ( SEBS, SBS,

           SEBS/SBS ), rozsah tvrdosti od 42 do 94 ShA

 - TPE – U   polyetheruretanové typy, rozsah tvrdosti od v75 ShA do 94 ShA, 45 ShD a� 74 ShD

 - TPE – E   kopolyesterové typy, rozsah tvrdosti 40 ShA do 74 ShD

 - TPE – A   polyetherblokaramidové typy, rozsah tvrdosti od 72 SHA do 42 ShD

 - EVA      ethylenvinylacetát, rozsah tvrdosti od 72 ShA a� 42 ShD  

Po tomto rozhodnutí m��eme vyu�ít n�kterou z databází, které nabízejí materiálové listy termoplast� a z nich provést výb�r vhodného materiálu. Mezi �asto pou�ívané databáze, nap�íklad pat�í:

 - www.ides.com (mo�no i p�es portál PlasticPortal.eu)

 - www, campusplastics.com

Databáze IDES obsahuje na 85 000 materiálových list� termoplast� se 400 vyhledávacími funkcemi podle vlastností. Vyhledávání se provádí podle specifikace, která vychází z po�adavk� uvedených v kapitole �íslo 2 nebo se vyu�ívá k vyhledávání alternativních materiál�.

Nejsnazší vyhledávání je podle obchodního názvu granulátu. Názvy vst�ikovacích materiál� lze nap�íklad najít na www.lpm.cz nebo na www.professionalplastics.com.

4. DESIGN A KONSTRUKCE VÝST�IKU

4.1 Technologi�nost konstrukce výst�ik� z termoplast�

V celém, v kapitole 1 popsaném, �et�zci úkon� p�i vývoji a výrob� výst�iku z termoplastu se jedná, spolu s analýzou zaformovatelnosti a s výsledky matematických simulací, o jednu z nejd�le�it�jších ne - li nejd�le�it�jší etapu.

Obecn� platí zásada, �e co se nepoda�í podchytit a odstranit v p�edvýrobní etap�, je následn� velmi t�ko a nákladn� opravitelné. P�ibli�n� 70 % výrobních náklad� a tedy i ceny výrobku je p�edur�eno ve fázi jeho vývoje a konstrukce.

Z toho vyplývá, �e p�i chybné konstrukci výst�iku a formy je obvykle v�tší mo�nost vzniku problém� a škod, které i p�i dobré odborné znalosti pracovník� vst�ikovny a d�sledné optimalizaci procesu vst�ikování ji� nelze odstranit nebo alespo� minimalizovat. K tomu je t�eba vzít v úvahu, �e ne všechna vst�ikovací pracovišt� mají odborné pracovníky na rozumné odborné úrovni.

Návrh díl� musí spl�ovat zásady technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast�:

 - funk�nost tvaru - musí zajistit spln�ní všech hlavních funkcí výst�iku - u�itné, estetické, ergonomické, bezpe�nostní - viz kapitola 2

 - optimalizovanou volbu materiálu výst�ik� - viz kapitola 2 a 3

 - pevnostní výpo�ty - vycházejí z viskoelastického chování polymer�, výpo�ty jsou teplotn� i �asov� závislé, jednoduché výpo�ty vyu�ívají teorie lineární pru�nosti a lineární viskoelasticity, u p�esn�jších výpo�t� je nutno uva�ovat i se závislostí modulu pru�nosti na velikosti p�sobícího nap�tí - nelineární viskoelastické chování polymer�

 - tvarovou a rozm�rovou p�esnost - viz kapitola 4.2

 - technologi�nost tvaru s vyu�itím specifických vlastností materiál� amorfních a �áste�n� krystalických - pr�b�h hlavní i vedlejších d�lících rovin, tlouš�ky st�n a p�echod mezi nimi, zaoblení, hrany, rohy, �ebra, nálitky, prolamování st�n, okraje výst�ik�, deformace v�tších rovinných ploch, dosedací plochy, otvory, spoje pru�ným zasko�ením, závity, písmo - nápisy, loga, zna�ky, desény, úkosy, zakládání zást�ik�, atd.

 - po�íta�ové simulace - analýzy pln�ní, smršt�ní, deformací a anizotropií, chlazení, distribuce vláknitých plniv a jejich rozlo�ení, atd.

 - výtvarn� - estetické �ešení tvaru v souladu s funkcí výrobku, s prost�edím v n�m� bude provozován, s materiálem a s technologií jeho výroby

 - spolupráce zadavatele, designéra, konstruktéra výst�iku, konstruktéra formy, technologa vst�ikování a hodnocení jakosti dílu

 - ekonomi�nost tvaru

Jedním z nejd�le�it�jších úkol� konstruktéra formy je, na základ� konstrukce výst�iku, ur�ení d�lících rovin a z nich vyplývající umíst�ní díl� ve form�, výb�r a umíst�ní vyhazova��, volba vtokového systému a umíst�ní ústí vtoku na výst�iku, vedení a rozmíst�ní tempera�ních okruh� formy, atd.

Tlouš�ka st�n výst�ik� musí spl�ovat po�adavek na pevnost a tuhost výst�iku. Oba parametry jsou závislé i na materiálu výst�iku. Tlouš�ka st�n navíc musí zajistit vyrobitelnost všech tvar� dílu z pohledu toku polymerní taveniny, tj. obvyklá minimální tlouš�ky by nem�la být menší ne� cca 0, 8 mm, p�i�em� tok, respektive pojem velká x malá tlouš�ka je charakterizován ne absolutní hodnotou tlouš�ky, ale pom�rem délky toku taveniny/tlouš�ce st�ny.

Tlouš�ka st�ny má být, p�i spln�ní po�adavk� na tuhost a pevnost, co nejmenší, aby se minimalizovala doba výrobního cyklu (rozm�r tlouš�ky je ve výpo�tu doby chlazení v druhé mocnin�), omezila mo�nost vzniku propadlin, sta�enin a lunkr�, sní�ila hmotnost výst�iku. Také by

m�la být co nejrovnom�rn�jší, co� sni�uje nebezpe�í lokálních zm�n smršt�ní a deformací, v�etn� sní�ení obsahu vnit�ního pnutí ve výst�iku.

Se správnou konstrukcí výst�ik� z termoplast� výrazn� souvisí jejich �ebrování. �ebra na výst�icích mají za úkol zejména zvyšovat jejich pevnost, tuhost a odolnost proti deformacím p�i sou�asném sní�ení hmotnosti výst�ik�. Konstruktér dílu musí znát zásady konstruování �eber - tlouš�ka �eber by nem�la být v�tší ne� 50 a� 70 % tlouš�ky st�ny, nem�lo by docházet ke kombinaci �eber s malou a velkou tlouš�kou, výška �ebra by nem�la být v�tší ne� t�í násobek tlouš�ky st�ny, pro zvýšení pevnosti je výhodn�jší konstruovat v�tší po�et �eber ne� zv�tšovat jejich ší�ku, vzdálenost mezi �ebry by m�la být cca dvojnásobkem nominální tlouš�ky st�ny, polom�r napojení �ebra a st�ny by nem�l být v�tší ne� 50 % tlouš�ky st�ny, �ebra by nem�la tvo�it výraznou brzdu v toku taveniny tvarovou dutinou, m�la by umo��ovat tok taveniny (výhodné jsou nap�íklad �ebra tvaru šestiúhelník�), v k�í�ení �eber nesmí docházet k hromad�ní materiálu.

Jednoduché rovnob�né �ebrování zvyšuje tuhost v ohybu v jednom sm�ru, diagonální zvyšuje tuhost v ohybu a krutu. K�í�ové �ebrování zna�n� zvyšuje tuhost v ohybu a krutu.

Pro snadn�jší pln�ní tvarových dutin taveninou je výhodn�jší všechny zm�ny vytvá�et se zaoblením. Zaoblení sni�uje hydraulické odpory p�i toku taveniny a sni�uje i nap�tí v míst� ohybu. Rádiusy zaoblení musí zajistit konstantní tlouš�ku st�ny. Zaoblení zvyšují odolnost proti ráz�m a pevnost, sni�ují vnit�ní pnutí a náchylnost k praskání - odstran�ní koncentrátor� nap�tí. Minimální rádius zaoblení st�ny má být cca jedna �tvrtina tlouš�ky st�ny.

Zaoblení má být provedeno jak na vn�jší, tak i na vnit�ní stran� st�ny a polom�r zaoblení by m�l bát ¼ a� ¾ tlouš�ky st�ny v daném míst�. V�tší rádiusy ji� nep�inášejí zv�tšení efektu zaoblení.

Ostré hrany jsou v d�lících rovinách, ale zde je pot�eba vzít v úvahu i bezpe�nostní hledisko - nebezpe�í �íznutí. Vnit�ní hrany se zaoblují v�dy, s rádiusem minimáln� 0, 2 mm, lépe ¼ tlouš�ky st�ny.

Pro dobré, bezproblémové vyhození výst�iku z formy musí být p�íslušné tvary výst�iku opat�eny úkosy - úkosy pro vyhození se s�ítají s úkosy pro odformování desén� bez jejich poškrábání. Pro vnit�ní st�ny se doporu�ují vyhazovací úkosy v rozmezí cca 1° a� 2°, pro vn�jší st�ny cca 0, 5° a� 1°. K t�mto úkos�m se p�i�ítá cca 1 ° úkosu na hloubku desénu max. 0, 02 mm.

4.2 Rozm�rová a tvarová p�esnost výst�ik� z termoplast�

Rozm�rová a tvarová p�esnost bývá jedním z nej�ast�jších kvalitativních ukazatel� výst�ik� z plast�. P�i ur�ování p�esnosti, respektive tolerancí rozm�r� a úchylek tvar� a polohy, v�etn� drsnosti - jakost povrchu, je nutno krom� ji� uvedených zásad vzít, z pohledu vyrobitelnosti, v potaz další skute�nosti, zejména vztah ceny výst�iku k náklad�m na formu a jeho výrobu ( �ím jsou po�adavky na p�esnost díl� v�tší, tím se zvyšují i náklady na formu a výrobu výst�iku ), teplotní rozta�nost termoplast�, jejich navlhavost, atd.

Správná funkce sou�ásti je závislá nejen na dodr�ení po�adované p�esnosti rozm�r�, ale také p�edepsaného geometrického tvaru ploch a jejich vzájemné polohy. P�i vyhodnocování tolerancí polohy je v�dy jeden prvek (plocha, hrana, osa) zvolen jako základna, od ní jsou úchylky m��eny. Hodnoty toleran�ních polí v p�ípad� úchylek tvaru a polohy by se m�ly pohybovat v �ádu desetin milimetr�.

Drsnost je souhrn nerovností povrchu s relativn� malou vzdáleností, které nevyhnuteln� vznikají p�i výrob� nebo jejím vlivem. Do drsnosti se nepo�ítají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelné nerovnosti, které se vyskytují jen ojedin�le (rysky, trhlinky, d�lky apod.) a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj.

Technické postupy pro tolerování, lícování a stanovení drsnosti platí obecn� i v oboru vst�ikování termoplast�.

Pro znalostní tolerování rozm�r� výst�ik� z termoplast�, tj. tolerování vycházející ze znalosti vlastností vst�ikovaných materiál�, v�etn� technologického procesu, základ� konstruování vst�ikovacích forem a ne jen z intuice konstruktéra, která obvykle vychází z poznatk� z konstrukce kovových díl�, by tento m�l znát alespo� jednu z norem dále uvedených. Tolerance uvedené v normách se týkají technologického procesu vst�ikování, lisování a p�etla�ování - výrobní tolerance - nejsou zde tedy zahrnuty mo�né zm�ny vzniklé v d�sledku p�sobení pracovního prost�edí na konkrétní výrobek.

�eská norma �SN 01 4265 - 1982 Toleran�ní pole sou�ástí z plast� se zabývá pouze toleran�ními poli tolerovaných rozm�r�. Pro netolerované rozm�ry platí p�vodní norma �SN 64 0006 - 1974 Tolerance a mezní úchylky rozm�r� pro tvá�ené výrobky z plast� vydaná v roce 1974.�SN 01 4265 vychází z p�vodní �SN 64 0006.

Normy jsou komer�n� k dostání u jejich vydavatele - Ú�ad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, d�íve �eský normaliza�ní institut, v p�íslušných prodejnách, knihovnách nebo elektronicky, nap�íklad CSN ONLINE.

V n�kterých firmách se pracuje podle standard� DIN, proto uvádím odkaz i na normy DIN. V �íjnu 2009 byla p�vodní norma DIN 16 901 - 1982 zrušena a po dlouhých diskusích a p�ipomínkovém �ízení vydal n�mecký institut DIN - Deutschen Institut für Normung v roce 2013 novou normu - DIN 16 742 - 2013.

Nová norma je koncipována i jako systém hodnocení posuzující dosa�itelnost tolerancí u p�íslušného výrobce výst�ik�. DIN 16 742 - 2013 nov� definuje skupiny tolerancí pro díly z plast� - TG 1 a� TG 9 ( TG - toleranzgrupen ). Nové skupiny tolerancí jsou napojeny na základní ISO toleran�ní pole podle normy ISO 286 - 1. Uvedená korelace na ISO toleran�ní pole - je mo�no pracovat v obou soustavách - v norm� DIN 16 901 - 1982 nebyla a není ani v �SN 01 4265 - 1982

Rozd�lení toleran�ního pole by v�dy m�lo být +/ - 1/2T, tj. soum�rné okolo jmenovité hodnoty rozm�ru. DIN 16 742 - 2013 toto p�edepisuje.

V normách jsou uvedeny i podmínky pro kontrolu a p�ejímání, které stanovují, �e výst�ik p�ed m��ením má být kondiciován v prost�edí o teplot� 23 +/ - 2 °C, p�i relativní vlhkosti vzduchu 50 +/ - 5 %, po dobu - �SN 24 hodin a DIN minimáln� 16 hodin (maximáln� 72 hodin) - od vyjmutí z tvarové dutiny vst�ikovací formy.  

Pro dopln�ní ješt� uvádím normu �SN 01 4395 Výb�r toleran�ních polí a ulo�ení pro metrické závity sou�ástí z plast�.

Podle p�íslušných norem jsou tolerance výrobku za�azeny do stup�� p�esnosti v návaznosti na skupiny plast�, které jsou sestaveny se z�etelem na mo�nost dosáhnout ur�ité p�esnosti rozm�r�. Do úvahy je nutno za�adit i další faktory jako rozm�ry tolerované a netolerované, rozm�ry vázané a nevázané formou - viz p�íslušné normy.

Jak ji� bylo uvedeno, výchozí rozm�r pro výpo�et rozm�r� tvá�ecích �ástí forem je dán rozm�rem výst�iku:

-     rozm�r charakteru díra – výchozí rozm�r je rozm�r minimální

-     rozm�r charakteru h�ídel – výchozí rozm�r je rozm�r maximální

-     rozm�r charakteru rozte� – výchozí rozm�r je rozm�r st�ední

   -  pozor - charakter rozm�ru ur�uje i místo m��ení p�íslušného rozm�ru s úkosem pro vyjímání výst�iku z tvarové dutiny formy a s dalším sou�tovým úkosem pro vyjímání z formy v p�ípad� desénovaného povrchu výst�iku - u rozm�ru typu díra se v�dy m��í minimální rozm�r a u typu h�ídel rozm�r maximální.

Velkou roli v rozm�rové p�esnosti výst�ik� z termoplast� hraje anizotropie rozm�rových zm�n. Anizotropie neboli sm�rová rozdílnost rozm�rových zm�n je zp�sobena p�edevším orientací makromolekul a plniva, zejména vláknitého, v�etn� krystalických útvar� u �áste�n� krystalických termoplast�. U nepln�ných termoplast� existuje vlivem orientace makromolekul rozdíl mezi smršt�ním podélným (ve sm�ru toku taveniny) a smršt�ním p�í�ným (ve sm�ru kolmém k toku taveniny). Vzhledem k �ad� p�sobících vliv� a vlastnostem jednotlivých termoplast� nelze obecn� �íci, které smršt�ní bude v�tší a které menší. Rozdíly ve sm�rovém smršt�ní bývají menší u amorfních termoplast� (5 a� 10 %), v�tší u �áste�n� krystalických termoplast� (10 a� 25 %).

Obecn� dosa�itelnou p�esnost p�i výrob� výst�ik� z termoplast� je mo�no definovat takto:

IT 10 a� IT12 – amorfní termoplasty – PS, SAN, PVC, PC, ...

IT 11 a� IT 13 – �áste�n� krystalické termoplasty – HD - PE, PP, PA, POM, PBT, PET, ...

IT 14 a� IT 16 – „m�kké“ termoplasty – LD - PE, EVA , TPE, ...

P�i konstrukci výst�ik� by m�lo platit pravidlo: „Tolerance rozm�r� se nestanovuje tak p�esn�, jak to dovoluje výrobní tolerance, ale pouze tak, jak je pot�eba s ohledem na funkci výst�iku“. V p�ípad� nutnosti (p�i zvýšených výrobních nákladech) lze docílit IT9 a s vysokými náklady IT8. Tolerance ISO �ady IT5, IT6 a IT7 jsou v b�né praxi nedosa�itelné.

P�esto se b�n� setkáváme s tolerancemi rozm�r� v setinách milimetr�, nap�. ±0, 05 mm. Zde je nutno si uv�domit, �e takovou toleranci mnohdy neguje koeficient lineární teplotní rozta�nosti vst�ikovaných materiál�. Rozdíl mezi koeficientem lineární teplotní rozta�nosti ocelí a plast� je cca jeden �ád.

Nasákavost jako vratný proces je jedním z dalších parametr� ovliv�ujících rozm�rovou p�esnost výst�ik� vyrobených z navlhavých termoplast�.

Obecn� platí, �e p�íliš úzké tolerance p�inášejí zvýšení výrobních náklad�, p�es zvýšení zmetkovitosti, delší výrobní dobu, vyšší náklady na zkušebnictví. Naopak p�íliš široká toleran�ní pole mohou vést ke komplikacím p�i zam�nitelnost a montá�i, mohou zap�í�init funk�ní selhání konstruk�ních celk� nebo mohou mít za následek omezení aplikovatelnosti.

Proto platí hlavní zásada lícování a stanovení tolerancí:

TAK P�ESN� JAK JE TO NUTNÉ, ALE ZÁROVE� TAK NEP�ESN� JAK JE TO MO�NÉ

4.3 DFMEA a analýza zaformovatelnosti

Záv�re�ná práce na konstrukci výst�iku p�edstavuje stanovení mo�ných vad a definici rizik, v�etn� p�ípadných následk� – DFMEA - Design Failure Mode Effects Analysis.

V konstruk�ní analýze mo�ností vzniku vad a jejích následk� konstruktér výst�iku definuje mo�né problémy, nap�íklad se bude jednat o n�které kritické rozm�ry nebo tvary, jakost povrchu, mo�nost deformací, atp.

DFMEA spolu s definicí jakosti - výkres výst�iku ve 2D nebo 3D a 3D model výst�iku, v�etn� definice jeho materiálu jsou základním podkladem pro analýzu zaformovatelnosti daného výst�iku.

Tuto analýzu provádí konstruktér formy.

Platí, �e i kdy� je díl zkonstruován podle zásad technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast� - viz kapitola �íslo 4.1 - obvykle tomu však tak není nebo není v plném rozsahu - m��e zp�sob zaformování vyvolat zm�ny na výst�iku. Ve vzájemné interakci obou konstruktér� - výst�iku i formy - se vypracuje 3D model výst�iku, který odpovídá po�adavk�m zadání - jakost dílu (funk�ní vlastnosti), technologi�nosti konstrukce i mo�nosti co nejekonomi�t�jšího zaformování.

2. �ást »

3. �ást »

4. �ást »